KWK mit Dampfkraftwerken Dipl.-Ing. Dr. Markus Bolhàr-Nordenkampf Austrian Energy & Environment AG & Co KG Siemenstrasse 89, A-1211 Wien +43 250 45 47 85 [email protected] www.aee.co.at

1. Einleitung Als CO2 neutraler und nachhaltiger Brennstoff erhalten biogene Brennstoffe heute mehr und mehr Beachtung. Wurde früher oft Biomasse in großen, fossil befeuerten kalorischen Kraftwerken zugefeuert, geht heute die Tendenz zu reinen Biomassekraftwerken, die speziell auf biogene Brennstoffe abgestimmt sind. In diesem Vortrag soll der

Stand

der Technik der

Feuerung und des

Dampfkraftprozesses aufgezeigt werden. Weiters werden die Kosten und die Wirtschaftlichkeit vorgestellt und anhand von ausgeführten Beispielen anschaulich demonstriert.

2. Grundkonzept Auf der nachfolgenden Seite ist das Grundkonzept eines Dampfkraftwerkes schematisch dargestellt. Zentraler Bestandteil sind der Kessel und die Turbine, sowie der Generator. Der angelieferte Brennstoff muss zunächst aufbereitet und gelagert werden, bevor er der Verbrennung zugeführt werden kann. Je nach Kesseltyp (Rost- oder Wirbelschichtfeuerung) sind unterschiedliche Hilfsstoffe für den Betrieb des Kessels notwendig. Eine Wirbelschichtfeuerung benötigt z.B. Frischsand. Weiters sind Zusatzstoffe für die Rauchgasreinigung notwendig, wie Harnstoff oder Ammoniak für die Entstickung, oder Kalkstein für die Entschwefelung. Die Rauchgasreinigung kann noch andere Sorbentien benötigen. Einen nicht zu unterschätzenden Aufwand stellt auch das Handling der anfallenden Asche im Kessel dar.

Weiteres wird für den Betrieb des Kessels entsalztes Wasser, sowie Druckluft benötigt. Der gewonnene Frischdampf wird anschließend in einer Dampfturbine verstromt, wobei sowohl Prozesswärme (meist auf einem höheren Temperaturniveau) oder Fernwärme ausgekoppelt werden kann.

Grundkonzept Ammoniakwasser bzw. Harnstoff Reduktionsmittel Handling Sorbent

Holz

Asche Handling

Sorbent Handling

Holz Handling

Kessel

Rauchgas Reinigung

Kühlsystem

Dampfturbine

Generator

Luft/Wasser

Wasser

Asche

Abgas

Strom

Wasser Aufbereitung

Prozessdampf Fernwärme

Wärme

Page 3

Bevor ein Kraftwerk gebaut werden kann müssen die wesentlichen Grunddaten festgelegt werden. Diese reichen vom eingesetzten Brennstoff und den daraus resultierenden Umweltschutzanforderungen an die Rauchgasreinigung, über die Umgebungsbedingungen, der Ausrüstung der Anlage, den geforderten Endprodukten, der Verfügbarkeit, der erforderlichen Logistik, den notwendigen Hilfsstoffen, sowie den Schnittstellen. Alle diese Parameter beeinflussen die Komplexität und den Preis des Projektes massiv, weshalb eine allgemeingültige Kostenschätzung nur unter Berücksichtigung aller Faktoren seriös durchgeführt werden kann.

Festzulegende Grundlagedaten

• • • •

Umweltschutzanforderungen (4./13./17. BImSchV) Meteorologie Geologie (Bodenbeschaffenheit) Preisniveau (Automatisierungsgrad, Industrie- oder EVU Standard) Endprodukt (Strom, Wärme) Verfügbarkeit (Redundanzen) Logistik (Anlieferung, Abfuhr) Hilfsstoffe (Wasser, Druckluft) Schnittstellen (Strom, Abwasser, Fernwärmenetz)

• • • • •

Page 4

Biogene Brennstoffe sind äußerst vielfältig. Die nächste Folie gibt einen Überblick über die möglichen Brennstoffe, die von konventionellen Brennstoffen wie Rinde und Altholz bis zu industriellen und kommunalen Schlämmen reicht und sogar so ausgefallen biogene Reststoffe wie Rückstände aus der Olivenölproduktion oder Olivenkerne, wie auch Rückstände aus der Fleischproduktion oder Hühnermist umfassen kann. Brennstoffband

Brennstoffe: • Rinde, Holzabfälle, Altholz • Industrielle und kommunale Schlämme • Müllfraktionen • Reste landwirtschaftlicher Tierhaltung • Reststoffe aus der Papier- und Zellstoffindustrie Einsatzbereiche: • Biomasse Kraftwerke zur Stromerzeugung • Biomasse Heizkraftwerke und Heizwerke • Industrie Kraftwerke, ( insbes. für die Papier- und Zellstoffindustrie ) • Reststoffentsorgung

Page 5

3. Feuerungsystem Folgende Folie gibt einen Überblick über die Feuerungssysteme beim Einsatz von Biomasse. Die Rostfeuerung kommt in einem Bereich von 5-120 MWth und für Heizwerte zwischen 5 – 19 MJ/kg zum Einsatz. Die stationäre Wirbelschichtfeuerung kann sogar mit Heizwerten bis 3 MJ/kg ohne zusätzliche Stützfeuerung betrieben werden. Sie deckt einen Leistungsbereich von 5 – 150 MWth ab. Bei noch größeren Leistungen kommt die zirkulierende Wirbelschicht zum Einsatz, welche auch mit Brennstoffen die Heizwerten über 20 MJ/kg besitzen, befeuert werden kann. Feuerungssysteme: Einsatzbereich bei Biomasse 30

Hu MJ/kg

Zirkulierende Wirbelschicht

25 20

Stationäre Wirbelschicht

15

Rost 10 Feuerung 5 0 0

100

200

300

400

500

600

Brennstoff-Wärmeleistung MWth Page 6

4. Feuerung mit Wirbelschichttechnologie In der Wirbelschichtfeuerung unterscheidet man unterschiedliche Zustandsformen. Wird ein ruhendes Sandbett von unten mit Luft durchströmt, so wird durch kontinuierliche Erhöhung der Luftmenge und damit der Luftgeschwindigkeit der so genannte Wirbelpunkt erreicht. Während dieser Phase steigt der Druckverlust über die Wirbelschicht kontinuierlich an. Ab dem Wirbelpunkt bleibt der Druckverlust in einem großen Bereich nahezu konstant. In diesem Bereich arbeitet die stationäre Wirbelschichtfeuerung. Wird der Austragungspunkt überschritten kommt es zum

Austrag der Partikel aus der Wirbelschicht. In diesem Bereich arbeitet die zirkulierende Wirbelschichtfeuerung. Entstehung und Zustandsformen einer Wirbelschicht Pneum. Förderung

Wirbelschicht

Schüttgut Δp~w2 ε =εO