Inhalt. Tabellen. Abbildungen

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1 Inhalt Energieumwandlung und Emissionen Inhalt, Zielsetzung und Schlussfolgerungen Energieumwandlungsanlagen Typen von Energieumwandlungsanlagen Bauarten von Industrie-Dampferzeugern Bauarten von Kraftwerk-Dampferzeugern Arten von Feuerungen Luftverunreinigende Schadstoffemissionen Arten von Emissionen Emissionsgrenzwerte Emissionsminderungsmaßnahmen Primärmaßnahmen zur Emissionsreduzierung Sekundärmaßnahmen zur Emissionsminderung Verfahren zur Reduzierung von CO 2 -Emissionen Hintergrund und Zielsetzung Verfahren zur CO 2 -Abscheidung CO 2 -Transport CO 2 -Speicherung Vergleich der Verfahren, Energieeffizienz und Kosten Literaturverzeichnis Tabellen Tabelle 6.1: SO 2 -Konzentration im Rohrauchgas bei 1% S-Gehalt Tabelle 6.2: Emissionsgrenzwerte für Feuerungen nach der GFAnV Tabelle 6.3: Emissionsgrenzwerte für Gasturbinen nach GFAnV Tabelle 6.4: Massenumsätze beim TAV in der Wirbelschicht Tabelle 6.5: Spezifische Zahlen für REA Tabelle 6.6: Spezifischer NH 3 -Verbrauch, SCR -Verfahren Tabelle 6.7: Jährliche CO 2 -Emissionen von ausgewählten Kraftwerken Tabelle 6.8: Stromverbrauch für Sauerstoffbereitstellung Tabelle 6.9: Kostenbandbreite für CO 2 -Abscheidung & Speicherung Abbildungen Abb. 6.1: Flammrohr-, Rauchrohr-, Dreizugkessel Abb. 6.2: Abb. 6.3: Vereinfachtes Wärmeschaltbild eines Dampfheizwerks Abb. 6.4: Wärmeabgabe von 1 Tonne Betriebsdampf Abb. 6.5: Kraftwerkskesselbauarten - Turmkessel, Zwei-Zug-Kessel Abb. 6.6: Wasserzirkulation in Dampferzeugern Abb. 6.7: Abhitzekessel, liegend, stehend Abb. 6.8: Rostfeuerungen Abb. 6.9: Zirkulierende Wirbelschichtfeuerung

2 148 6 Energieumwandlung und Emissionen Abb. 6.10: Rauchgasentschwefelungsanlage Abb. 6.11: Blockdiagramme der Hauptverfahren zur CO 2 -Abscheidung (UBA) 260 Abb. 6.12: Verfahrensschaltbild Post Combustion CO 2 -Capture Abb. 6.13: Kombikraftwerk mit integrierter Kohlevergasung- IGCC Abb. 6.14: Konventioneller Oxy-Fuel Prozess Anwendungsbeispiele Beispiel 6.1: Dampfwärmeabgabe und -brennstoffkosten Beispiel 6.2: Rauchgasentschwefelung & Entstaubung, Massen und Kosten Beispiel 6.3: NH3 Verbrauch und Kosten für Entstickung Beispiel 6.4: Stromverbrauch für Sauerstoffbereitstellung Beispiel 6.5: Vergleich abgeschiedenes gegenüber vermiedenes CO Beispiel 6.6: Leistungsbilanz der CO2-Abscheidungsverfahren Beispiel 6.7: Stromerzeugungskosten mit und ohne CO2-Abscheidung Glossar Deutsch-Englisch Auszug Anzapfung Ausbeutesteigerung ausgefördert Brenngasdekarbonisierung CO 2 -Abscheidung CO 2 -Abscheidung und Speicherung Dampfumformer Desorber Elektrofilter Gewebefilter Heizkraftwerk Heizwerk Kombiprozess mit integrierter Vergasung Kraftwerk NOx-arme Brenner Rauchgas Dekarbonisierung Rauchgasentschwefelung Sauerstoff durchlässige Membrane Selektive katalytische Reduktion Sequestierung Speicherung Umwandlung Kraft und Wärme Wärmerückgewinnungsanlage Wäscher extraction enhanced oil recovery depleted pre-combustion capture carbon capture carbon capture and storage reboiler stripper electrostatic precipitator fabric filter combined heat and power plant heat only boiler house integrated gasification combined cycle power station low-nox-burner post-combustion capture flue gas desulfurization oxygen transport membranes selective catalytic reduction storage storage cogeneration of heat and power heat recovery steam generator scrubber

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4 6. Energieumwandlung und Emissionen 6.1 Inhalt, Zielsetzung und Schlussfolgerungen Bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen zur Energieerzeugung entstehen Schadstoffemissionen vor allem in Form von Staub, Schwefeldioxid, Stickoxiden und Kohlenmonoxid. Außerdem bildet sich bei der Verbrennung des in den Brennstoffen enthaltenen Kohlenstoffs Kohlendioxid (CO 2 ). Dies ist zwar kein Schadstoff, hat aber negative Auswirkungen auf das Klima. Hauptziel des Kapitels ist es, einen Überblick zu vermitteln über die Arten von Emissionen und die Verfahren zur Emissionsminderung. Das Kapitel fängt an mit der technischen Beschreibung von Industrieund Kraftwerksdampferzeugern und der angewandten Feuerungsarten, in denen die Emissionen entstehen. Es folgt eine Beschreibung der wichtigsten Emissionsarten und deren Entstehungsmechanismen in den Feuerungen. In einer komprimierten tabellarischen Darstellung wird auch ein Überblick über die geltenden Emissionsgrenzwerte gegeben. Im nächsten Abschnitt werden die Emissionsminderungsmaßnahmen vorgestellt. Dabei werden die entsprechenden Technologien vorgestellt, Massenbilanzen für Einsatzstoffe und Entsorgungsprodukte erstellt sowie der Energieaufwand und die Betriebskosten ermittelt. Die ermittelten spezifischen Massenumsätze und Betriebskosten werden dann bei der Ermittlung von Stromerzeugungskosten im nächsten Kapitel verwendet. Bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen entstehen, je nach chemischer Zusammensetzung, unterschiedliche Mengen an CO 2 -Emissionen. Kohlendioxid wird mitverantwortlich gemacht für die globale Erwärmung und den Klimawandel durch den Treibhauseffekt. CO 2 -Reduzierung ist vorrangig durch Erhöhung der Energieeffizienz sowie durch die Nutzung von erneuerbaren Energien erzielbar. Eine mögliche technische Option für eine weitere CO 2 -Emissionsreduzierung bei Kraftwerken sind Verfahren zur CO 2 -Abscheidung und -Speicherung (Carbon Capture and Storage - CCS), die im Zusammenhang mit der Klimaproblematik für Kraftwerke entwickelt werden. Das ist der Gegenstand des letzten Abschnittes dieses Kapitels.

5 6 Energieumwandlung und Emissionen Bauarten von Industrie-Dampferzeugern Die Umwandlung der in den Brennstoffen enthaltenen chemischen Energie in Wärmeenergie erfolgt in den meisten Fällen in Kesseln. 3. Zug Dampf Zum Kamin Leistung bis : 30t/h Dampfdruck bis: 28bar Dampfraum Rauchrohre Wasserraum Brenner Flammrohr 2. Zug 1. Zug Asche- Inspektionsklappe Kollektor Inspektionsklappe Verbrennungsluft- Gebläse Quelle: Babcock Abschlämmen Umlenkkammer Abb. 6.1: Flammrohr-, Rauchrohr-, Dreizugkessel Kohle Wasser Steigrohre Wasser Dampf Trommel Economiser Rauchgas Anordnung Anordnung der der Rohre Rohre und und Trommeln Trommeln Ansicht Ansicht wasser Wanderrost Fallrohre Rohrwände Verbrennungsluft Asche Schema Schema mit mit Wanderrostfeuerung Wanderrostfeuerung Quelle:Fichtner, Präsentationsunterlagen Abb. 6.2: 6.3 Emissionsminderungsmaßnahmen Maßnahmen zur Emissionsminderung werden in zwei Gruppen unterteilt: Maßnahmen am Brennstoff vor der Verbrennung oder am Verbrennungsprozess werden als Primärmaßnahmen bezeichnet Maßnahmen zur Rauchgasreinigung werden als Sekundärmaßnahmen bezeichnet. Sie werden nachstehend getrennt für Staub, Schwefeldioxid und Stickoxide behandelt.

6 102 6 Energieumwandlung und Emissionen Abb. 6.3: Rauchgasentschwefelungsanlage Folgende chemische Reaktionen finden statt: S + O 2 SO 2 SO 2 + CaCO 3 CaSO 3 + CO 2 2 CaSO 3 + 4H 2 O + O 2 2(CaSO 4 2H 2 O) 6.4 Verfahren zur Reduzierung von CO2-Emissionen Kohlendioxid (siehe auch Abschnitt 3.3 Klimaschutzrechtliche Rahmenbedingungen ) ist ein natürlicher Bestandteil der Luft mit einer Konzentration von ca. 0,03 Volumenprozent. Kohlendioxid ist zwar kein Schadstoff, es wird aber mitverantwortlich gemacht für die globale Erwärmung und den Klimawandel durch den Treibhauseffekt. Quelle: Siemens Abb. 6.4: Verfahrensschaltbild Post Combustion CO 2 -Capture

7 Literaturverzeichnis (LitTitel) 103 Literaturverzeichnis (LitTitel)