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First Status Seminar `Druckflamm`. Development of a Coal-Fuelled

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First Status Seminar `Druckflamm`. Development of a Coal-Fuelled ETDE-DE--785 m \ R Erstes Statusseminar ’’Druckflamm” Entwicklung eines kohlegefeuerten Gas- und Dampfturbinenprozesses mit Flussigascheabscheidung RECEIVED AUG 1 0 1999 o&qri Tagungsband: Vortrage und Poster 17. November 1998, Zeche Zollverein,Essen PreussenElektra Kraftwerke Bundesministerium fur ProjekttrSger Biologic, Energie, Wirtschaft und Technologie Umweltdes BMBF und des BMWi Forschungszentrum Julich GmbH Fur Form und Inhalt der Beitrage zeichnen die jeweiligen Autoren verantwortlich. Der Herausgeber ubemimmt keine Gewahr fur die Richtigkeit und Vollstandigkeit der Angaben sowie fur die Beachtung von Rechten Drifter. Herausgeber: STEAG AG, Dr. Klaus Hannes, 45117 Essen, e-mail: [email protected] DISCLAIMER Portions of this document may be illegible in electronic image products. Images are produced from the best available original document. *■ DEO12 889 362* Vorwort Druckflamm ist der Arbeitstitel, unter dem Industrieuntemehmen, GroBforschungseinrichtun- gen, Universitaten und Hochschulen an der Zielsetzung arbeiten, einen kohlegefeuerten GuD-ProzeB mit hohen Wirkungsgraden zu realisieren. Das Bundesministerium fur Wirtschaft und Technology in Nachfolge des Bundesministeri- ums fur Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie sowie das NW-Lan- desministerium fur Schule und Weiterbildung, Wissenschaft und Forschung und das NW- Ministerium fur Wirtschaft, Mittelstand und Forschung unterstutzen das Vorhaben, dessen Ergebnisse hier in diesem Statusbericht zusammengefaBt werden, maBgeblich. Die Betreuung der geforderten Vorhaben fur das BMWi wird vom Projekttrager Biologie, Energie, Umwelt (BEO),des Forschungszentrums Julich wahrgenommen. Die Zielsetzung enthalt ein groBes Potential fur wirtschaftlichen Fortschritt, Resourcenscho- nung und Umweltvertraglichkeit. Das Statusseminar Druckflamm findet in diesem Jahr zum ersten Mai statt und soil in regel- maBiger Folge wiederholt werden. Einleitung Im Ruhrgebiet wird an einem neuen Verfahren zur Verstromung von Steinkohle gearbeitet. Es soil in etwa 20 Jahren mit einem neuen Kraftwerkstyp einsetzbar sein. Kennzeichen die­ ses Verfahrens sind ein hoher Wirkungsgrad von mehr als 50 % und eine geringe C02-Emis- sion. Entwickelt wird das "Druckkohlenstaubfeuerung" genannte Projekt von sechs Industrie- unternehmen. Zusatzlich arbeiten an diesem Thema weitere Unternehmen sowie Universi­ taten und GroBforschungseinrichtungen unter dem Arbeitstitel "Druckflamm". Bisherige Ergebnisse der grundlegenden Entwicklungsarbeiten sind in diesem Statusbericht zusammengefaBt. Mehr als 100 Wissenschaftier und Ingenieure nahmen an dem Statusse­ minar teil. i i Hierbei stellten sie fest, daB Wirtschaftlichkeit und Umweltschutz mit dem neuen Verfahren deutlich verbessert werden kbnnen. Dieses Ziel wird - neben Energiesparen - vor allem durch die Verbesserung des Umwandlungswirkungsgrades erreicht. Zur praktischen Erprobung dieser Entwicklung wird in Dorsten auf dem Gelande eines fruhe- ren STEAG-Kraftwerkes eine Versuchsanlage gefahren. Mit ihr wollen die Betreiber den Gas- DampfturbinenprozeB, der mit Heizol Oder Gas Wirkungsgrade von z.Z. 57 % erreicht, auch fur Kohle nutzbar machen. In dieser Anlage werden erprobt: • Verbrennung von Kohle unter Druck . Reinigung des heilien Rauchgases bei 1.400°C und 16 bar von schmelzflussigen Aschepartikeln • Reinigung des heiften Rauchgases von Alkalien, die korrodierend auf Gasturbinen- schaufeln einwirken wurden • Entwicklung von keramischen Werkstoffen, die den hohen Temperaturen, dem hohen Druck, den erosiven und korrosiven Einflussen der Asche und der Rauchgase standhal- ten • Gasmefttechnik, die zuverlassige Ergebnisse bei den Druck- und Temperaturverhaltnis- sen liefert und zum Schutz der Gasturbine unverzichtbar ist. An der Versuchsanlage sind beteiligt L.&C. Steinmuller GmbH, Lurgi Umwelt GmbH, Preus- senEIektra Kraftwerke AG, SaarEnergie GmbH, Siemens AG und STEAG AG. Das damit getestete Verfahren ist als erstes Projekt der Kohleverbrennung unter hohem Druck eine grofie technische Herausforderung. Sie verspricht einen erheblichen Technologiesprung und die Zukunft der Kohle auch unter Umweltgesichtspunkten iangfristig abzusichern. Parallel zu dem Betrieb der Versuchsanlage arbeiten zahlreiche Universitaten und For- schungsinstitute an Aufgaben und Problemen, die wahrend des Betriebes der Versuchsan­ lage erkannt wurden und nur mit hochtechnischen Geraten der Grundlagenforschung bear- beitet werden konnen. Aufgrund der aus dem Betrieb der Versuchsanlage resultierenden Ergebnisse sowie des Standes der Forschungsarbeiten waren sich die Teilnehmer darin einig, daS Ideenreichtum und beharrliche Entwicklungsarbeit weiterhin notwendig sein werden, urn das neue an- spruchsvolle Kraftwerkskonzept erfolgreich zu erarbeiten. Die vorgelegten Erkenntnisse stimmten die Fachleute optimistisch. Bei ihrer Arbeit haben sie auch im Blick, daft die Stromerzeugung aus Kohle fur lange Zeit unverzichtbar bleiben wird. 66 % der weltweit vorhandenen fossilen Energiereserven beste- hen aus Kohle. Mit diesen Energievorraten ressourcen- und umweltschonend umzugehen, ist ein wichtiger Aspekt der Entwicklung der neuen Kraftwerkstechnik. Vortrage: Seite Begruliung 1 Dr. H. Scholtholt, Vorstandsmitglied der STEAG AG, Essen; LenkungsausschuBvorsit- zender des Verbundprojektes Druckkohlenstaubfeuerung 1. Themenbereich: Bisherige Ergebnisse der Versuchsanlage Dorsten 1.1 Ergebnisse und Aufgabenstellungen aus dem Versuchsbetrieb Dorsten 4 Dr. M. Forster, Saarberg AG, Saarbrucken 2. Themenbereich: Druckverbrennung 2.1 MalSnahmen zur Beeinflussung der Stickoxidbildung und Alkalien- freisetzung bei der Kohlenstaubdruckverbrennung 9 Dr. W. Thielen, H. Niepel, L. & C. Steinmuller GmbH, Gummersbach 2.2 Experimented und theoretische Untersuchungen an der Druckkoh­ lenstaubfeuerung der RWTH Aachen 16 Prof. Dr.-lng. U. Renz, Lehrstuhl fur Warmeubertragung und Klimatechnik, RWTH Aachen 2.3 Kooperation bei der Simulation eines Druckkohlenstaubreaktors mit unterschiedlichen Simulationsprogrammen 27 Stefan Murza (Vortragender), Markus Mohr, LEAT, Ruhr-Uni Bochum, Stefan Richter, Jochen Strohle, IVD, Universitat Stuttgart, Marcus Hecken, Ayhan Ayar, WUK, RWTH Aachen 2.4 Untersuchungen zur Kohleziindung am Flachflammenbrenner unter Verwendung optischer Melitechnik 36 Georg Hacked (Vortragender), Siegmar Wirtz, Hans Kremer, LEAT, Ruhr-Uni Bochum 2.5 Reaktionskinetische Untersuchungen zur Kohlenstaubverbrennung mitdem Hochdruck- Hochtemperatur-Fallrohrreaktor KOALA 45 B. Bonn, M. Kaiser, H. Seewald, DMT-Gesellschaft fur Forschung und Prufung mbH, Geschaftsbereich FuelTec, Essen 2.6 Druckverbrennung von rheinischer Braunkohle 52 Dipi.-lng. Rolf Chalupnik, Dr.-lng. Joachim Konig, RWE Energie AG, Essen 3. Themenbereich: Alkalien 3.1 Freisetzung und Einbindung von Alkalien bei der Kohleverbrennung 75 A. Witthohn, L. Oeltjen, K. Hilpert und L. Singheiser, Forschungszentrum Julich, Institut fur Werkstoffe und Verfahren der Energietechnik, Julich 3.2 Freisetzung und Einbindung von Alkalien bei der Druckverbrennung von Kohlen 84 C.R. Steffin, W. Wanzl, K.H. van Heek, DMT-Gesellschaft fur Forschung und Prufung mbH, Geschaftsbereich FuelTec, Essen 3.3 Thermodynamik der Alkalifluchtigkeit bei der Druckkohlenstaubfeue rung und Vergleich mit MeBergebnissen 93 Prof. Meyer, Technische Universitat Bergakademie Freiberg, Institut fur Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, Freiberg 3.4 Untersuchungen zum Abbrandverhalten und zur Alkalienfreisetzung an einem Druckflugstromreaktor Spliethoff, H., Bauer, C., Reichelt, T„ Hein, K.R.G., Institut fur Verfahrens- technik und Dampfkesselwesen, Universitat Stuttgart 3.5 Mineralogische Untersuchungen von Schlacken und Stauben aus der Druckkohlenstaubfeuerung Michael Enders & Andrew Putnis, Institut fur Mineraiogie; Westfalische Wilhelms-Universitat, Munster 3.6 Untersuchungen zur Hochtemperaturabscheidung von Alkalikompo- nenten in elektrischen Feldern Dr. Kurt Hubner, Prof. Dr.-lng. Klaus Gorner, Lehrstuhl fur Umweltverfah - renstechnik und Anlagentechnik, Universitat GHS Essen 4. Themenbereich: Keramische Werkstoffe 4.1 Konstruktions- und Funktionskeramiken innerhalb der Druckkohlen­ staubfeuerung Dr. Pavone, Druckkohlenstaubfeuerung GbR, Dorsten 4.2 Keramische Werkstoffe zur Anwendung als Funktionswerkstoffe in Druckkohlenstaubfeueriingsanlagen A. Sax, R. Telle, RWTH Aachen, Institut fur GesteinshQttenkunde, Lehr­ stuhl fur Keramik und Feuerfeste Werkstoffe, Aachen 4.3 Hochfeuerfeste Werkstoffe fur die Druckkohlenstaubfeuerung und Kohlevergasung Gerard Reymond, Urs Steiner, Saint-Gobain HP Refractories Venissieux France, Koln 4.4 Kombianlagen mit Kohlenstaubfeuerung Prof. Dr. techn. R. Leithner, Dipl.-lng. C. Ehlers, Institut fur Warme- und Brennstofftechnik, TU Braunschweig Dipl.-lng. K. Himmelstein, Prof. Dr.-lng. H. R. Maier, Institut fur Keramische Komponenten im Maschinenbau, RWTH Aachen 5. Themenbereich: GuD-Prozess mit Druckkohlenstaubfeuerung 5.1 GuD- Prozesse fur den Einsatz von Kohle Prof. Dr.-lng. I. Romey, Fachgebiet TEE, Universitat GHS Essen 6. Themenbereich: GasmeBtechnik unter hohen Drucken und Temperaturen 6.1 Methoden und Ergebnisseder GasmeBtechnik an der Druckkohlen­ staubfeuerung in Dorsten Dr. Wemer Christmann, PreussenElektra Engineering GmbH, Gelsenkirchen 7. Postersammlung zum Thema Druckkohlenstaubfeuerung 7.1 Posterubersicht Dr. Klaus Hannes, STEAG AG, Essen SchluBwort zum Druckflamm-Seminar Dr. D. Guhmann, Bundesministerium fur Wirtschaft und Technologie, Bonn Teilnehmerliste Begrufcung Dr. H. Scholtholt, Vorstandsmitglied
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