Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Vor dem Hintergrund einer optimalen Energieausnutzung in Heizkraftwerken stellt die Bildung von schlecht abzureinigenden Bel\u00e4gen und die verst\u00e4rkte Bildung von volumin\u00f6sen Wechten auf den W\u00e4rmetauscherfl\u00e4chen ein erhebliches Problem f\u00fcr die Betreiber von Heizkraftwerken dar.<\/p>\n
Gegenstand und Ziel des Projektes ist die Steigerung der Energieeffizienz von Heizkraftwerken (z. B. MHKW, BM(H)KW, EBS-Heizkraftwerke) durch die Verbesserung der W\u00e4rmeausnutzung in Abhitzekesseln durch eine Reduktion der Belagsbildung auf den W\u00e4rmetauscherfl\u00e4chen. Die durchzuf\u00fchrenden Versuche sollen die Grundlage f\u00fcr verfahrenstechnische Optimierungsma\u00dfnahmen darstellen, mit denen es m\u00f6glich ist, eine bessere W\u00e4rme\u00fcbertragung auf die W\u00e4rmetauscherfl\u00e4chen zu gew\u00e4hrleisten, die Energieeffizienz der Anlagen zu erh\u00f6hen und gleichzeitig Voraussetzungen zu schaffen, die Anlagen in Zukunft mit h\u00f6heren Dampfparametern m\u00f6glichst schadensfrei betreiben zu k\u00f6nnen und die Laufzeiten bis zu notwendigen Revisionen f\u00fcr die Kesselreinigungen zu verl\u00e4ngern und somit die Betriebskosten nachhaltig zu senken sowie durch die Einsparung fossiler Brennstoffe die CO2-Emission zu verringern.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZun\u00e4chst wurden Untersuchungen an Bel\u00e4gen aus 4 Abhitzekesseln mit unterschiedlicher Kesselgeometrie und verschiedenen Temperaturniveaus des M\u00fcllheizkraftwerkes Mannheim durchgef\u00fchrt und mineralogisch-chemische Stabilit\u00e4tsbereiche und Temperaturprofile relevanter Mineralphasen und Mineralvergesellschaftungen in den Bel\u00e4gen ermittelt. Danach erfolgte die \u00dcberpr\u00fcfung der Allgemeing\u00fcltigkeit durch Analysen von Bel\u00e4gen aus 5 weiteren Kraftwerken (1 MHKW, 3 Biomasseheizkraftwerke, 1 EBS-Heizkraftwerk) sowie die Erarbeitung einer Klasseneinteilung und die Entwicklung eines Bewertungsmodelles f\u00fcr Bel\u00e4ge, auf dessen Basis eine erfolgreiche Ma\u00dfnahme zur Belagsreduzierung in einem bestehenden Kessel im MHKW Mannheim durchgef\u00fchrt wurde. Weiterhin wurden grunds\u00e4tzliche Empfehlungen zur Minimierung der Belagsbildung erarbeitet, die bereits beim Neubau eines weiteren Kessels im MHKW Mannheim umgesetzt wurden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Mit Hilfe von systematischen mineralogischen und chemischen Untersuchungen von Bel\u00e4gen entlang des Rauchgasweges konnten Mechanismen der Belagsbildung bei verschiedenen Temperaturniveaus und unter Abh\u00e4ngigkeit der verfahrenstechnischen Parameter identifiziert werden. Dabei spielen Mineralphasen aus der Gruppe der Sulfate die gr\u00f6\u00dfte Rolle. Das Ca-Sulfat Anhydrit (CaSO4) wird aus dem Ofen im Rauchgas ausgetrieben und ist bei relativ hohen Temperaturen zu Beginn des Rauchgasweges relativ teigig und klebrig ausgebildet, wodurch weitere Partikel aus dem Rauchgas im Belag festgehalten werden. Andere Sulfate wie K- und Na-Sulfate sowie deren Mischungsreihen entstehen durch mineralogisch-chemische Reaktionen in den Bel\u00e4gen oder direkt am Rohr der W\u00e4rmetauscher. Die jeweiligen Anteile der Mineralphasen \u00e4ndern sich jedoch entlang der Rauchgasrichtung in Abh\u00e4ngigkeit von der verfahrenstechnischen Auslegung der Kessel sehr deutlich. Je nach Entstehungsart und Mineralphase werden H\u00e4rtegrad und M\u00e4chtigkeit der Bel\u00e4ge festgelegt.
\nDer Bildungsmechanismus der Bel\u00e4ge ist in den Biomasseheizkraftwerken und dem EBS-Heizkraftwerk prinzipiell vergleichbar, allerdings k\u00f6nnen die volumin\u00f6sen Bel\u00e4ge in BMHKW brennstoffbedingt h\u00f6here Anteile an kaliumreichen Sulfaten sowie Silikaten\/Oxiden enthalten und die Bel\u00e4ge aus EBS-Heizkraftwerken z. B. phosphatreicher aufgebaut sein.
\nAuf der Basis der mineralogischen Phasenzusammensetzung und der makroskopischen Ausbildung der Bel\u00e4ge wurde eine Klasseneinteilung erstellt, die in Bezug auf die Wachstumsgeschwindigkeit und der M\u00f6glichkeit der Abreinigung eine Einteilung der Bel\u00e4ge in die Klasse 1 sehr kritisch bis in die Klasse 4 unbedenklich erlaubt. Entlang des Rauchgasweges werden die einzelnen Bel\u00e4ge den jeweiligen Klassen zugeordnet, sodass f\u00fcr jeden untersuchten Abhitzekessel ein Belagsprofil hinsichtlich der Belagscharakteristik erstellt werden kann. Anwendungsgebiete f\u00fcr das Bewertungsmodell k\u00f6nnen Optimierungsma\u00dfnahmen an bestehenden Kesseln, die \u00dcberpr\u00fcfung der Wirksamkeit umgesetzter Ma\u00dfnahmen, eine Hilfe bei der Planung neuer Kessel sowie die Bestimmung der Auswirkungsgrade von unterschiedlichen Brennstoffen auf die Belagsbildung sein.
\nIm MK 4 des MHKW Mannheim wurde auf der Basis der Untersuchungsergebnisse eine Optimierungsma\u00dfnahme durchgef\u00fchrt und dadurch eine Reduktion der Stillstandszeiten von ca. 27% erreicht. Energetisch gesehen wurde hierbei die Verbrennung von 48.000 Nm\u00b3\/a Erdgas ohne thermische Nutzung eingespart sowie ca. 42.000 m\u00b3\/a CO2 weniger freigesetzt. Weiterhin kann durch die vermiedenen Stillstandszeiten Abfall anstelle von fossilen Energien zur Energieerzeugung genutzt werden, was nochmals die CO2-Emission erniedrigt. In den Tagen des zus\u00e4tzlichen Betriebes werden bei Vollverstromung des Dampfes weiterhin ca.1.300 MWh Strom erzeugt.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Ergebnisse wurden bisher auf folgenden Konferenzen vorgestellt und ver\u00f6ffentlicht:<\/p>\n
VDI Wissensforum: Feuerung und Kessel – Bel\u00e4ge und Korrosion – in Gro\u00dffeuerungsanlagen, Frankfurt am Main, 22. und 23. 06. 2010.
\n13. International Waste Management and Landfill Symposium, 3-7 October 2011, S. Margherita di Pula (Cagliari), Sardinia, Italy.
\n7. Fachtagung: Trockene Abgasreinigung f\u00fcr Feuerungsanlagen und thermische Prozesse. 10.-11. November 2011, Haus der Technik Essen.
\nWaste Management & Research, in press.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Durch die systematische mineralogisch-chemische Untersuchung von Bel\u00e4gen aus verschiedenen Abhitzekesseln aus M\u00fcllheizkraftwerken, Biomasseheizkraftwerken und EBS-Heizkraftwerken konnten die Genese der Bel\u00e4ge sowie die mineralogisch-chemischen Stabilit\u00e4tsbereiche und Temperaturprofile relevanter Mineralphasen und Mineralvergesellschaftungen in den Bel\u00e4gen ermittelt werden, auf deren Basis eine Klasseneinteilung sowie ein Bewertungsmodell entwickelt wurden. Auf der Grundlage der spezifischen Belagsprofile k\u00f6nnen nun zuk\u00fcnftig f\u00fcr unterschiedliche Kessel spezifische Optimierungsma\u00dfnahmen zur Belagsreduktion entwickelt und der Einfluss unterschiedlicher Brennstoffe auf die Belagsbildung \u00fcberpr\u00fcft werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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