Weniger Energie für die Reinigung

Technik

Rauchgas - Fossile Kraftwerke stehen seit vielen Jahren in der Kritik, da die entstehenden Verbrennungsgase einen hohen CO2-Gehalt aufweisen. Unklar ist die Perspektive der CO2-Abtrennung. Sowohl Kraftwerksbetreiber als auch Technologieanbieter arbeiten andererseits auch an der Minimierung des Gehaltes an Schwefel- und Stickoxiden.

05. Mai 2014

Darüber hinaus, so wurde auf dem Kraftwerkstechnischen Kolloquium in Dresden berichtet, kann durch Optimierung der Verbrennung und Rauchgasführung auch der Wirkungsgrad der Anlagen gesteigert werden. Das wäre gut für die Umwelt und könnte sogar kostengünstig sein.

Seit 2011 läuft Phase II im Großversuch Niederaußem. An der Pilotanlage arbeitet ein Konsortium von RWE, BASF und Linde an einem Verfahren zur Abtrennung von CO2, um den viel diskutierten Nachteil des Energieträgers Braunkohle zu neutralisieren. Nachdem Vattenfall sein Projekt am Kraftwerk Schwarze Pumpe für beendet erklärt hat, ist Niederaußem inzwischen das einzige große Projekt zur Abtrennung von CO2 (CCS) in Deutschland – ob es je Praxis wird, ist dennoch offen.

Im laufenden Jahr soll nun die dritte Phase beginnen, mit der die Effektivität der von BASF entwickelten chemischen Waschmittel für das Rauchgas verbessert und der Energieprozess der CO2-Wäsche – bisher ein wesentlicher Nachteil – deutlich reduziert werden soll.

Frank Rösler vom Projektpartner Linde konnte bereits aus Phase II von einem deutlich gesunkenen Energiebedarf berichten. Das Referenzwaschmittel brauchte nur noch 2,8 statt der zuvor benötigten 3,5MJ/t CO2. Zudem konnte eine höhere zyklische Beladung erreicht und der Verlust des Mittels im Prozess minimiert werden. Der Verbrauch liegt derzeit bei etwa 300g/t CO2. Inzwischen wurde eine zweite Waschstufe am Kopf der Kolonne eingebaut. Dadurch, so hofft Rösler, lassen sich die Verluste weiter minimieren und zudem die Amin-Emissionen verringern.

Ergebnis-Übertragung

Die Leistung der Pilotanlage betrage derzeit 7,2t CO2 pro Tag, die Verfügbarkeit der Anlage und damit auch die Stabilität des Prozesses sei mit über 97% sehr hoch.

Wenngleich die CO2-Absorptionstechnik von Niederaußem noch lange nicht kommerzielle Einsatzreife hat, so nutzen doch RWE und Andritz Energy & Environment die dort erforderlichen Grenzwerte für NOx und SO2, um die Rauchgaswäsche weiterzuentwickeln. »Der Einsatz von Sprühwäschern ist ausgereift, erfordert aber bei den hier nötigen Grenzwerten sehr hohen Energieeinsatz«, erklärte Harald Reissner von Andritz in seinem Vortrag.

Statt des SO2-Grenzwertes nach der EU-Richtlinie von 150mg/m3 sind für die REA Plus nur noch maximal 20mg vorgesehen. Wird noch ein kombinierter Elektrotrocken- und Nassfilter vorgeschaltet, sind sogar weniger als 15mg möglich.

Genutzt wird bei der REA-Plus-Technologie ein komplexes Verfahren, bei dem das Tröpfchenregime des Sprühwäschers durch eine Sprudelschicht ersetzt wird. Die jetzt vorliegenden Ergebnisse, so Reissner, lassen davon ausgehen, dass das Verfahren auch auf andere REA mit hoch- und mittelschwefligen Konzentrationen übertragbar ist.

Wie weit in Deutschland die Technologien zur Rauchgasreinigung bereits sind, zeigt ein Blick über die Grenzen. Nicht nur in Ländern wie China, sondern auch in Osteuropa arbeiten nach wie vor technisch völlig veraltete und zudem oft gigantische Braunkohlekraftwerke, die nur schrittweise modernisiert oder ersetzt werden können. Ein enormes Potenzial liegt hier noch vor, nicht zuletzt für die deutschen Ausrüster von Kraftwerkanlagen.

Missionswerte optimiert

Mit viermal 227MW eher von mittlerer Größe ist das Kraftwerk Maritsa East 3 mit Dampferzeugern aus den Jahren 1978 bis 81. Die russische Technik ist unverwüstlich, aber technisch überholt. Die Grenzwerte der EU beispielsweise für NOx wurden bislang um das Doppelte übertroffen und erreichten etwa 400mg/m3. Ein Betrieb wäre daher nur bis Ende 2015 genehmigungsfähig. Ein Konsortium aus Steinmüller Engineering und Siemens EOOD hat im Auftrag des Kraftwerkseigentümers und -betreibers Contour Global Maritsa East 3 den erfolgreichen Umbau der Feuerung der Kesselanlage 4 durchgeführt.

»Die Herausforderung bestand einerseits in der sehr kompakten Kesselgeometrie mit kurzen Verweilzeiten und andererseits in der Qualität der bulgarischen Braunkohle, die einen Heizwert von weniger als sieben Megajoule pro Kilogramm, Wassergehalte bis 60 Prozent und ein schwieriges Verschlackungsverhalten aufweist«, so Hans-Ulrich Thierbach von Steinmüller.

Realisierbar erwies sich schließlich der Umbau der Feuerung auf einen Steinmüller RSM-Brenner mit Flammstabilisierung und Sekundärluftführung. Die Staubführung wurde mit einer separaten Kohlenstaub- und Brüdenverteilung mit einem zusätzlichen Drallerzeuger ausgestattet. Mit einer zusätzlich installierten Seitenwand gelang es, so Thierbach, eine radiale Brennstoff-Luft-Stufung zu erreichen, die eine Korrosion und Verschlackung vermindert. Zugleich sinkt der NOx-Gehalt der Rauchgase.

Der modernisierte Block ist nach dreimonatiger Test- und Optimierungsphase seit April 2013 in Betrieb und hat laut Thierbach die vorgegebenen Parameter mindestens erreicht, wenn nicht sogar deutlich bessere Werte. So sank die NOx-Emission auf 150 bis 170mg/m3, die CO-Emission auf 40 bis 60mg/m3. Über den gesamten Lastbereich des Dampferzeugers, also zwischen 60 und 100%, konnte der Wirkungsgrad um rund 1% gesteigert werden. So ergibt sich neben verbesserten Betriebskosten ein geringerer spezifischer Ausstoß an CO2/MW.

Manfred Schulze

Erschienen in Ausgabe: 04/2014