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Erstaunlich! Warum kann die Wirbelschichtverbrennungstechnologie die Stromerzeugung billiger und effizienter machen?
Die Wirbelschichtverbrennung (FBC) ist eine innovative Verbrennungstechnologie zum Verbrennen fester Brennstoffe. Das Grundprinzip besteht darin, Brennstoffpartikel in einem Strom heißer Gasblasen aus Asche und anderen Partikeln (wie Sand und Kalkstein) zu suspendieren, der dann mit Luft durchströmt wird, um den nötigen Sauerstoff bereitzustellen. Diese schnelle und intensive Vermischung von Gas und Feststoff fördert eine schnelle Wärmeübertragung und chemische Reaktionen und macht diese Technologie im Hinblick auf die Effizienz und Kosten der Stromerzeugung konkurrenzfähig.
Mit der Wirbelschichtverbrennungstechnologie können zahlreiche minderwertige Festbrennstoffe verbrannt werden, darunter verschiedene Arten von Kohle, Kohleabfälle und holzige Biomasse, und es sind keine teuren Brennstoffvorbehandlungsprozesse erforderlich.
Die betriebliche Effizienz von FBC ist zweifellos ein wichtiges Verkaufsargument. Aufgrund der Wirbelschichtstruktur ist diese Technologie kleiner als herkömmliche Verbrennungsmethoden. Bei gleicher Wärmeleistung ist ihr Platzbedarf viel geringer als bei herkömmlichen Kesseln, was in Bezug auf Kosten und Flexibilität einen großen Vorteil darstellt. Darüber hinaus wird in der Wirbelschicht bei relativ niedrigen Temperaturen (ca. 750 °C) gearbeitet, wodurch die Emissionen von Stickoxiden (NOx) und Schwefeldioxid (SOx) wirksam reduziert werden.
Durch die Verwendung von Kalkstein im Verbrennungsprozess werden die Schwefeldioxidemissionen wirksam verringert und das Wirbelschichtsystem kann die Schadstoffemissionen kontrollieren, ohne dass externe Entschwefelungsanlagen erforderlich sind.
Im FBC können Materialien wie Asche und Kalkstein in der Wirbelschicht Sulfate wirksam adsorbieren und ausfällen, was die Effizienz der Wärmeumwandlung weiter verbessert. Wenn das brennende, vorgefeuchtete Material und die Brennstoffpartikel mit den Wasserrohren im Kessel in Kontakt kommen, verbessert diese sonnenlichtähnliche Wärmeübertragung die Effizienz der gesamten Stromerzeugung.
Darüber hinaus ist die Wirbelschichtfeuerung nicht auf Kohle beschränkt, sondern kann auch andere Brennstoffe verbrennen, was sie flexibler macht. Allerdings trägt die Niedertemperaturverbrennung zwar zu Stickoxidemissionen bei, kann aber auch zu einem Anstieg der Emissionen polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe führen, was ein Umweltproblem darstellt, das technischer Aufmerksamkeit bedarf.
Vorteile der Wirbelschichtverbrennungstechnologie
Für das schnelle Wachstum der Wirbelschichttechnologie gibt es zwei Gründe: Erstens die Flexibilität bei der Brennstoffauswahl. Die Wirbelschichttechnologie kann Brennstoffe verwenden, die bei anderen Verbrennungstechnologien nur schwer zu handhaben sind. Zweitens weist die Wirbelschichttechnologie eine hervorragende Umweltbilanz auf, da beim Verbrennungsprozess geringe Stickoxidemissionen erzielt werden und durch die Verwendung von Kalkstein auf einfache Weise Schwefel entfernt werden kann.
Kommerzielle Wirbelschichtfeuerungsanlagen sind im Vergleich zu herkömmlichen Kesseln konkurrenzfähig effizient und weniger teuer und halten dabei die Schwefeldioxid- und Stickstoffdioxidemissionen unterhalb der bundesweiten Grenzwerte.
Darüber hinaus müssen auch die Auswirkungen von Wirbelschichtverbrennungskesseln auf den Verschleiß innerer Rohrleitungen und auf Defekte, wie z. B. eine ungleichmäßige Temperaturverteilung aufgrund verstopfter Lufteinlassstellen, berücksichtigt werden. Bei manchen Wirbelschichtsystemen kann die Inbetriebnahme bis zu 48 Stunden dauern, was bei gewerblichen Anwendungen unpraktisch sein kann.
Arten der Wirbelschichttechnologie
Wirbelschichtsysteme können in zwei Kategorien unterteilt werden, nämlich atmosphärische Systeme (FBC) und Drucksysteme (PFBC), die wiederum in Schaumwirbelschichtsysteme (BFB) und zirkulierende Wirbelschichtsysteme (CFB) unterteilt werden. Alle Systemtypen bieten das Potenzial zur Optimierung der Verbrennung.
Atmosphärische Wirbelschichtverbrennung
Diese Wirbelschicht nutzt Kalkstein, um den Schwefel aufzufangen, der bei der Kohleverbrennung freigesetzt wird. Durch Einblasen von Luft kann das Kohlegemisch in Schwebe gebracht und in fließende, glühende Partikel verwandelt werden, wodurch die Verbrennungseffizienz verbessert wird.
Druckwirbelschichtfeuerung
Diese Systemfamilie verwendet ebenfalls Adsorbentien und Lufteinspritzung, um den Brennstoff zu suspendieren, diese Systeme arbeiten jedoch bei höherem Druck und erzeugen einen Hochdruck-Luftstrom, der die Turbine antreibt und so die Gesamteffizienz der Stromerzeugung weiter verbessert.
Modernes Druckwirbelbett
In modernen Druckwirbelschichtsystemen wird Erdgas in den Verbrennungsprozess eingemischt, um die Einlasstemperatur der Turbine zu erhöhen und so die Gesamteffizienz zu verbessern. Dieses System wird normalerweise mit Kohle betrieben und hat einen höheren Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung.
Zukünftige Herausforderungen und Perspektiven
Obwohl die Wirbelschichtverbrennungstechnologie viele Vorteile aufweist, gibt es noch immer einige technische Herausforderungen, wie etwa Geräteverluste und Probleme mit den Umweltemissionen. Aufgrund der weltweiten Umweltpolitik und des hohen Energiebedarfs besteht bei der Wirbelschichtverbrennungstechnologie weiterhin großer Arbeitsbedarf in den Bereichen weitere technologische Innovationen und Verbesserung der Gesamteffizienz. Könnte die Wirbelschichttechnologie im Zuge fortschreitender Forschung in Zukunft eine nachhaltigere Lösung zur Stromerzeugung bieten?
