Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wirbelschicht-Technologie als umweltschonender "Dauerbrenner"

30.08.2002


Außenansicht des Versuchsreaktors


Schema der Wirbelschicht


Umweltschonend, kostengünstig und mit vielen verschiedenen Brennstoffen betreibbar, so sieht die Kurzbiographie von Wirbelschichtfeuerungen aus. Am Institut für Technische Wärmelehre an der Technischen Universität Wien tüftelt man schon seit 1998 mit einer Versuchsanlage an deren optimaler Funktionsweise.


Bereits 1921 hat Franz Winkler bei BASF mit der Wirbelschicht-Technologie erste Versuche zur Kohlevergasung unternommen. In den beiden letzten Jahrzehnten hat die Technologie auch in Kraftwerken Einzug gehalten und erfreut sich dort großer Beliebtheit. Die zwei unschlagbaren Vorteile von Wirbelschichtfeuerungen: problematische Brennstoffe, wie beispielsweise Hausmüll, können leicht verwertet und die derzeit gültigen Grenzwerte bei Schwefeldioxid und Stickstoffoxid problemlos eingehalten werden. Aber das ist bei weitem noch nicht alles.

Wirbelschichtanlage als umweltschonender "Allesfresser"


Was die Flexibilität von Wirbelschichtanlagen betrifft, so sind sie nahezu unschlagbar. Sie können viele verschiedene Brennstoffe verwerten - vom Abfall bis zur Kohle, und da wiederum von der Braun- bis zur Steinkohle. Auch Mischungen verschiedener Brennstoffe können zur Stromerzeugung verwendet werden, und das ohne erhöhte Umweltbelastung - in vielen Fällen sogar ohne zusätzliche Rauchgasreinigung. Die Entschwefelung wird möglich, indem gemeinsam mit dem Brennstoff Kalkstein eingeblasen wird. Dieser reagiert mit dem bei der Verbrennung entstehenden Schwefeldioxid. Dabei entsteht Gips, ein durch und durch umweltfreundliches Abfallprodukt. Kein Schwefeldioxid, keine SO2-Emissionen.

Druckaufgeladene Wirbelschicht - ein System stellt sich vor

Christian Gabriel hat vor vier Jahren begonnen, ein Modell einer druckaufgeladenen Wirbelschicht zu bauen. Das Grundprinzip der druckaufgeladenen Wirbelschichtanlage, wie sie am Institut für Technische Wärmelehre betrieben wird, funktioniert so: auf der einen Seite werden in einem Steigrohr (Riser) Braunkohle und Quarzsand eingeblasen. Der Quarzsand sorgt für gute Wärme- und Stoffübergangsverhältnisse, was gleichmäßige Temperaturverteilung über den Querschnitt und die Reaktorhöhe bedeutet. Der Wirbelschicht-Reaktor befindet sich in einem Druckbehälter, daher der Begriff "druckaufgeladen". Das hat folgenden Sinn: um die gleiche Leistung wie ein atmosphärisches Kraftwerk (z. B. kalorisches Kraftwerk) zu erbringen, können druckaufgeladene Verbrennungsreaktoren viel kleiner dimensioniert und gebaut werden. Oder umgekehrt: bei gleicher Bauweise können druckaufgeladene Verfahren eine wesentlich höhere thermische Leistung erbringen. Um vergleichsweise einfache Versuchsreihen durchführen zu können, wird Kohle mit gleichmäßiger Körnung verwendet.

Nach Fertigstellung des Modells im Jahr 2001 hat Christian Gabriel die ersten Kaltversuche unternommen. Ohne dass die Luft vorgewärmt wurde, hat er bei ca. 30° C vorerst die Funktionsfähigkeit des Modells ausgetestet. Danach folgten in einem zweiten Schritt erste Versuche bei erhöhter Temperatur. Das am Institut verwendete Feststoffgemisch (Braunkohle, Sand) wird mit vier Lufterhitzern vorgewärmt. Das Steigrohr wird durch eine Öffnung von unten mit vorgewärmter Luft beheizt. Die Sand- und Kohlepartikel steigen dadurch im Steigrohr nach oben. Die Kohlepartikel verbrennen, die Sandpartikel werden in einem Zyklon abgeschieden und über den Rückführzweig wieder dem Steigrohr zugeführt.

Die TU-Forscher nehmen nun an drei verschiedenen Stellen Proben, um das Abriebverhalten der Kohle zu untersuchen. Warum gerade an drei Stellen? Die Partikelverteilung, d. h. die Verteilung der Kohlestückchen, im Steigrohr ist in Abhängigkeit von der Höhe verschieden. Sie lässt sich relativ gut in drei Bereiche teilen, wobei die Partikelkonzentration im unteren Drittel sehr hoch und im obersten Drittel am geringsten ist. Durch das Aufwirbeln der Kohlepartikel werden diese immer kleiner, was man als Abriebverhalten bezeichnet. Dieses Abriebverhalten muss man kennen, damit man die am Institut verwendete Technologie später als Großanlage umsetzen kann.

Perspektiven - von der Kohle zur Biomasse

Wenn ausgetestet ist, wie man den Wirbelschichtreaktor am optimalsten mit Kohle befeuern kann, stellt man sich am Institut für Technische Wärmelehre neuen Herausforderungen - was in etwa fünf Jahren, also 2007 oder 2008, der Fall sein wird. Bis dahin will man die Wirbelschichttechnologie soweit verfeinert haben, dass man den Reaktor nicht nur mit Kohle, sondern auch mit Biomasse und Holzschnitzel befeuern kann.

Mathematik und die Wärmelehre

Interessant ist auch die mathematische Darstellung der in der Wirbelschichtanlage ablaufenden Vorgänge. Modelle und Simulationsprogramme wie sie auch am Institut für Technische Wärmelehre entwickelt werden, können sowohl zur Dimensionierung neuer Kraftwerksanlagen als auch zur Optimierung bestehender Anlagen herangezogen werden. Dadurch können aufwändige Experimente ersetzt und rasch Aufschlüsse über die in einer Wirbelschicht ablaufenden Vorgänge gewonnen werden. Der große Vorteil der am Institut für Technische Wärmelehre entwickelten Simulationsprogramme liegt im Vergleich zu mehrdimensionalen CFD (computational fluid dynamic)-Programmen in deren geringem Rechenaufwand.


Rückfragehinweis:
Christian GABRIEL
Institut für Technische Wärmelehre
Getreidemarkt 9/302, 1060 Wien
Tel. +43/1/58801-30212
E-Mail: cgabriel@e302enterprise.itw.tuwien.ac.at

Mag. Werner Sommer | idw
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at/forschung/nachrichten/a-wirbelschicht.htm

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Ökologie Umwelt- Naturschutz:

nachricht Von der Weser bis zur Nordsee: PLAWES erforscht Mikroplastik-Kontaminationen in Ökosystemen
20.09.2017 | Universität Bayreuth

nachricht Der Monsun und die Treibhausgase
18.09.2017 | Forschungszentrum Jülich

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Ökologie Umwelt- Naturschutz >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie