Wirkungsgradverbesserung von Dampfkraftwerken durch externe Überhitzung

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1 Wirkungsgradverbesserung von Dampfkraftwerken durch externe Überhitzung 10. Symposium Energieinnovation Energiewende Technische Universität Graz Institut für Elektrizitätswirtschaft und Energieinnovation (IEE) Dipl.-Ing. Reinhard Schu, EcoEnergy Gesellschaft für Energie- und Umwelttechnik mbh D-Walkenried Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

2 Inhalt des Vortrags 1. Reduzierung der Abgasverluste durch Minimierung des Luftüberschusses Senkung der Luftzahl λ < 1,25 durch: unterstöchiometrische Prozessführung auf dem Rost mehrstufige Luftzuführung in der Nachverbrennung Rauchgashomogenisierung Optimierung der Feuerleistungsregelung 2. Reduzierung der Wärmeverluste durch Restwärmenutzung der Rauchgase Frischluftvorwärmung Kondensatvorwärmung Fernwärmevorwärmung Nahwärmeauskopplung 3. Wirkungsgradsteigerung der Energieumwandlung durch Erhöhung der Dampfparameter durch externe Dampfüberhitzung Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

3 unterstöchiometrische Verbennung auf dem Rost Adiabate Verbrennungstemperaturen in Abhängigkeit von der Luftzahl Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

4 unterstöchiometrische Verbrennung auf dem Rost Trennung der Verfahrensschritte: λ 1,25 ges Rauchgas 1 2 Trocknung/Pyrolyse Ausbrandzone 3 Kessel 3 Nachbrennkammer Stufenluft λ 0,25-0,50 Brenngas Ziele: verbesserte Verbrennungsführung Reduzierung Gesamtluftzahl reduzierte Temperaturen Rostbereich Verzicht auf Wasserkühlung Rost? Luft 1 2 Luft Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

5 Fernheizwerk Igelsta, Södertälje, Schweden Umbau 1997 Tagessilo von Kohle auf EBS Noell KRC Energie- und Umwelttechnik GmbH - heute Fisia Babcock Brenner Daten: Lambda Rost = 0,25 0,5 100 MW FWL Heizwerte EBS: MJ/kg Tertiärluft Economiser Bündelheizflächen Schottenheizflächen Sekundärluft Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

6 Feuerungsleistungsdiagramm, Fernheizwerk Igelsta, Södertälje, Schweden Freigesetzte Wärme MW Nettoleistung 100 % = 108,5 MW 8 31 MJ/kg 97 MW 95 MW ,60 MJ/kg 18,64 MJ/kg 91,5 MW MW ,9 t/h 7,0 t/h 6 12,6 t/h 13,05 MJ/kg ,8 t/h = 100% Massendurchsatz t/h Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

7 Rauchgashomogenisierung und Stufenlufteinmischung Eindüsungssysteme Dampf Dampf Schwandorf Babcock von Roll Alstom Einbauten mit Eindüsung Temelli-Balken - KS-Prisma -FCC Tetratubes ECOTUBE Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

8 Einsatz von Tetratubes, Fa. NEM Energy Services Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

9 System EcoTubes, ECOMB AB, Södertälje Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

10 Feuerungsleistungsregelung Messverfahren zur Regelung nach Temperatur bzw. nach Lage Thermoelemente akustische Gastemperaturmeßtechnik Temperaturmessung mittels Infrarot Online-Wärmeflussmessung System agam Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

11 Optimiertes Feuerungskonzept Rauchgas idealisierte mehrstufige Nachverbrennung 1. Lambda < 1,25 2. niedrige Feuerraumtemperatur 3. Reduzierung von Korrosion und Verschlackung 4. Flexibles Heizwertband Stufenluft 4 5%-25% Stufenluft 3 5%-25% Stufenluft 2 5%-35% Stufenluft 1 15%-35% Input λ 1,1-1,25 λ 0,75-0,95 λ 0,6-0,9 λ 0,45-0,75 λ 0,25-0,50 Brenngas Kessel KS-Prisma Tetratubes/ EcoTubes Tetratubes 5. Reduzierung der Flugstaubmenge λ 1,4-1,6 Luft 20%-50% Luft 5%-15% Schlacke Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

12 Optimiertes Feuerungskonzept Höhe Temperaturprofil Entstickung und Quintärluft 1,15 Quartärluft Tertiärluft 0,85 0,75 0,65 Sekundärluft Primärluft 0, C 950 C mittlere Temperatur 900 C Temperatur Stufenluftzugabe Lambda λ Prinzipieller, idealisierter Temperaturverlauf bei unterstöchiometrischer Verbrennung auf dem Rost und mehrfacher Luftstufung Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

13 Genehmigungsfähigkeit optimiertes Feuerungskonzept 17. BImSchV, 4 Feuerung, Absatz 2: Einhaltung einer Verweilzeit nach der letzten Luftzugabe von mindestens 2 Sekunden bei 850 C Alternativ nach Abs. 3: Einholung eines Gutachtens über die Gleichwertigkeit der Emissionen oder messtechnische Überprüfung bei der Inbetriebnahme Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

14 Restwärmenutzung Kamin Rauchgase 180 C Kalkmilch HOK, Ca(OH) 2 Gewebefilter LUVO Kessel Nahwärme Nutzung Sprühabsorber Verbrennungs- Luft RRA-Reststoffe Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

15 Restwärmenutzung Nutzung der Kondensationsenthalpie Wärmepumpen und Absorptionskälte- und wärmemaschinen zur Speisewasservorwärmung / Fernwärme- bzw. Nahwärmeauskopplung Rauchgas 45 C -LUVO -ECO II - Fernwärme Entschwadungsluft 50 C - ECO III - Nahwärme - Adsorptions wärmepumpe 40 C LUVO Frischluft 15 C Rauchgase 80 C 55 C Kondensat Kondensat Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

16 Externe Überhitzung: Stand der Technik Müllverbrennungsanlagen mit höheren Dampfparametern MHKW Mannheim, MK4, mit 120 bar, 360 C, externe Überhitzung auf 520 C MHKW Mainz 40 bar, 400 C externe Überhitzung über GuD Abhitzekessel auf 40 bar / 540 C AVI Moerdijk, 100 bar, 400 C, externe Überhitzung über GuD Abhitzekessel AVI Amsterdam, 130 bar, 440 C, mit interner Zwischenüberhitzung mit Frischdampf von 14 bar/ 195 C auf 14bar/320 C Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

17 BiFuelCycle Aufteilung Verdampfung, Überhitzung und ZÜ Verteilung der Brennstoffe EVA Ersatzbrennstoffe 75% ZWS Braunkohle 25% Dampf 100% Frischdampf: 150 bar, 540 C Zwischenüberhitzung: 40 bar, 540 C Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

18 BiFuelCycle TS-Diagramm 75 MW FWL Ersatzbrennstoff 25 MW FWL Wirbelschicht- Braunkohle Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

19 BiFuelCycle - Externer Überhitzer für feste Brennstoffe Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

20 BiFuelCycle ZWS Abhitze-überhitzer Dampf Fernwärme Dampf Strom Fließbett-kühler Kondensat EVA Gewebefilter LUVO Sprühabsorber Nahwärme Nutzung Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

21 Standardanlage mit Dampfparameter 40 bar/400 C Frischdampf Wirkungsgrad brutto 26.1 % ohne Eigenbedarf [kw] EVA 58,33 MW 129.8[kW] Speisewasserpumpe Bezugsleitung Dampfnässe 88,3 % [kW] Elektrisch netto 23% - 24% Speisewasserbehälter [bar] [kg/s] [kj/kg] [ C] Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

22 BiFuelCycle-Anlage mit Dampfparameter 150 bar/540 C HD-Teil Wirkungsgrad brutto 39.2 % ohne Eigenbedarf ND-Teil ZÜ 30196[kW] EVA/BKS 77,1 MW FWL Dampfnässe 93.3 % Bezugsleitung [kw] [kW] Speisewasserpumpe Elektrisch netto 37% - 39% Speisewasserbehälter [bar] [kg/s] [kj/kg] [ C] Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

23 BiFuelCycle 100 MW FWL 75 MW EBS, 25 MW ZWS Zum Film abspielen, bitte auf das Bild klicken Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

24 BiFuelCycle - Energieverteilung ZWS 25% ca. 25% über AVI-Amsterdam ca. 35% bis 60% über in Betrieb befindlichen modernen Abfallbehandlungsanlagen EVA 75% Wirkungsgrad el. netto der Teilanlagen ZWS η = 43% EVA η = 35% 37% Gesamt-Wirkungsgrad el. netto FWL η el. netto Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Symposium Energieinnovation Energiewende Februar 2008 Graz