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 Frühwarnsignale für Seen halten nicht, was sie versprechen
05.12.2016 | Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

nachricht Besserer Schutz vor invasiven Arten
15.11.2016 | Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

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: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden «Krebssignatur» in Proteinen

05.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Wichtiger Prozess für Wolkenbildung aus Gasen entschlüsselt

05.12.2016 | Geowissenschaften

Frühwarnsignale für Seen halten nicht, was sie versprechen

05.12.2016 | Ökologie Umwelt- Naturschutz