Seminar Thermische Abfallbehandlung - Veranstaltung 6 - Maßnahmen zur Energieeffizienzsteigerung

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1 Institut für Abfallwirtschaft und Altlasten, TU-Dresden Seminar Thermische Abfallbehandlung - Veranstaltung 6 - Maßnahmen zur Energieeffizienzsteigerung Dresden, 30. Juni 2008 Dipl.- Ing. Christoph Wünsch, Prof. Dr.- Ing. habil. Dr. h.c. Bernd Bilitewski

2 Inhalt 1. Möglichkeiten in MVA zur Energieeffizienzsteigerung 2. Steigerung des Kesselwirkungsgrades 3. Steigerung des thermischen Wirkungsgrades 4. Wirkungsgradentwicklung 5. GuD - Kraftwerke 6. ORC - Prozesse Folie 2 von 25

3 - Verringerung des Luftüberschusses - Kühlung von Verbrennungsrosten - Sauerstoffanreicherung der Verbrennungsluft - Minderung der Abgastemperatur nach dem Kessel - Erhöhung der Dampfparameter - Verringerung des Kondensationsdruckes - Kondensat- und Speisewasservorwärmung - Luftvorwärmung - Zwischenüberhitzung - Erhöhung des Turbinenwirkungsgrades - Erhöhung der Wärmenutzung durch die Anbindung an das Fernwärmenetz - Anbindung an Prozessdampflieferung - Kälteerzeugung aus Abwärme - Absenkung der Katalysatortemperatur zur Abgaswiederaufheizung Folie 3 von 25

4 Kesselwirkungsgrad - Verringerung des Luftüberschusses - Kühlung von Verbrennungsrosten - Sauerstoffanreicherung der Verbrennungsluft - Minderung der Abgastemperatur nach dem Kessel - Besserer Ausbrand von unverbrannten Feststoffen und CO Thermische Ascheverluste: ζ Ath = α Asche. c pasche. (T Asche -T U ) Chemische Ascheverluste: ζ Ach = α. Asche GV. H UC. Chemische Rauchgasverluste: ζ RGch = m RG. (c Cges. H +C UC. CO H ) ges UCO. Thermische Rauchgasverluste: ζ RGth = m RG. c prg. (T RG -T U ) + Q W Folie 4 von 25

5 Kesselwirkungsgrad Regenerative Luftvorwärmung durch das Rauchgas. Thermische Rauchgasverluste: ζ RGth = m RG. c prg.(t RG -T U ) + Q W Folie 5 von 25

6 Thermischer Wirkungsgrad Folie 6 von 25

7 Senkung des Kondensationsdrucks Senkung des Turbinengegendrucks, Kondensationsdrucks - ist abhängig von der Temperatur die im Kondensator gehalten werden kann - diese ist wiederum abhängig vom Kühlmittel (Wasser, Luft) und von der Temperatur des Kühlmittels 35 C bei Wasser: 28 C 20 C 35 C 60 C 35 C = 0,056 bar h = kj/kg bei Luft: 28 C 60 C 20 C 60 C = 0,2 bar h = kj/kg Folie 7 von 25

8 thermodynamische Mitteltemperatur Berechnung der thermodynamischen Mitteltemperatur: η C = 1 (T u /T m ) η th = η C (T u /T m ) Mit Zunahme der Temperatur im Dampferzeuger steigt auch die thermodynamische Mitteltemperatur und damit der Carnotfaktor (Verhältnis von Exergie zur Gesamtenergie) sowie der thermische Wirkungsgrad Folie 8 von 25

9 Erhöhung der Dampfparameter Erhöhung der Dampfparameter am Turbineneintritt - es erfolgt eine Steigerung der Flächenverhältnisse im T-S-Diagramm Hohe Drücke und Temperaturen erfordern jedoch teure Werkstoffe Bei der thermischen Abfallbehandlung spielt Hochtemperaturchlorkorrosion größere Rolle, daher sind Grenzen bei den Dampfparametern gesetzt Folie 9 von 25

10 Hochtemperaturkorrosion Bei der thermischen Abfallbehandlung spielt Hochtemperaturchlorkor rosion größere Rolle, daher sind Grenzen bei den Dampfparametern gesetzt a = Verdampferheizflächen b = Überhitzerheizflächen Folie 10 von 25

11 Regenerative Speisewasservorwärmung - Weitere Anhebung der thermodynamischen Mitteltemperatur T m durch Anheben der Speisewassertemperatur - Erfolgt durch Vorwärmung des Speisewassers durch Entnahmedampf aus der Turbine Folie 11 von 25

12 Regenerative Speisewasservorwärmung - Durch Speisewasservorwärmung erhöht sich das Temperaturniveau des Dampfes im Dampferzeuger - Der Exergieverlust bei der Wärmeübertragung wird kleiner - Die vom Wasserdampf als Wärme aufgenommene Energie (h 2 h V ) hat einen hohen Exergiegehalt, während die Energie (h V h 1 ) mit dem geringen Exergiegehalt (e V e 1 ) und dem großen Anergiegehalt (b V b 1 ) vom Entnahmedampf geliefert wird Folie 12 von 25

13 Regenerative Speisewasservorwärmung 2. Vorwärmstufe: αh 2 + (1 - α)h 9 = h 10 α = h 10 h 9 h 2 h 9 1. Vorwärmstufe: βh 3 + (1 - α - β)h 8 = (1 - α)h 9 β = (1 - α)(h 9 -h 8 ) h 3 h 8 Thermischer Wirkungsgrad mit zweistufiger Anzapfvorwärmung: η th = h 1 -h 2 + (1 - α )(h 2 -h 3 ) + (1 - α - β )(h 3 -h 4 ) h 1 h 10 Folie 13 von 25

14 Zwischenüberhitzung T mz = h 4 h 3 s 4 s 3 T m = h 2 h 1 + h 4 -h 3 s 2 s 1 + s 4 -s 3 T m = max. wenn p z so, dass T m = T 3 η th = h 2 h 3 + h 4 h 5 h 2 h 1 + h 4 h 3 Folie 14 von 25

15 Modernes Dampfkraftwerk Folie 15 von 25

16 Wirkungsgradentwicklung Folie 16 von 25

17 Wirkungsgradentwicklung Folie 17 von 25

18 Wirkungsgradentwicklung Folie 18 von 25

19 Wirkungsgrade von Dampfkraftwerken Folie 19 von 25

20 Wirkungsgrade von Dampfkraftwerken Folie 20 von 25

21 GUD-Kraftwerk Folie 21 von 25

22 GUD-Kraftwerk Folie 22 von 25

23 GUD-Kraftwerk Folie 23 von 25

24 ORC - Prozesse Folie 24 von 25

25 Weitere Möglichkeiten Anbindung an Fernwärmenetz: - Problem, oft ungünstige Lage der MVAs Anbindung an Prozessdampflieferung: - Problem, finden von Dampfabnehmern Kälteerzeugung aus Abwärme: - Problem, oft ungünstige Lage der MVAs, fehlen von Fernkältenetzen Anbindung an Fernwärmenetz: - Problem, oft ungünstige Lage der MVAs Verringerung des Eigenenergiebedarfs: - Frequenzumformer - neue Motoren, Pumpen mit geringerer Leistungsaufnahme - Rückspeisung von Energie bei Krananlagen Verringerung der Katalysatortemperatur: - Reduzierung des Erdgasverbrauchs zur Wiederaufheizung der Rauchgase Folie 25 von 25