IGCC-Kraftwerk

Die Funktionsweise eines IGCC-Kraftwerks mit Flugstromvergasung wird nachfolgend beispielhaft für das IGCC-Kraftwerk Puertollano erläutert:

• Dem Flugstromvergaser wird feingemahlene Kohle über ein Mehrbehälter-Schleusensystem auch lock hoppers genannt, zugeführt.
• Die Vergasung findet bei einem Druck von 25 bar und bei Temperaturen von 1.200 bis 1.600 °C statt. Der Kohlenstoff-Konversionswirkungsgrad des Vergasers liegt bei 98–99 Prozent. Die Temperatur des erzeugten Rohgases, auch Synthesegas genannt, beträgt ca. 1.550 °C. Das Rohgas besteht aus Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H₂), Kohlendioxid (CO₂) und brennstoffbedingten Schadstoffen und muss noch gereinigt werden.
• Das Vergasungsmedium ist Sauerstoff, der mit einer Reinheit von 85 Prozent zusammen mit den Moderatormedien Wasserdampf und Stickstoff in die Reaktionskammer des Flugstromvergasers eingebracht wird. Der Sauerstoff und Stickstoff werden von einer kryogenen Luftzerlegungsanlage erzeugt.
• Die Reaktionskammer des Vergasers ist mit einem Wandkühlsystem ausgestattet, dass Mitteldruckdampf erzeugt, der für die Vergasung der Kohle verwendet wird.
• Das heiße Rohgas muss für die anschließende Reinigung heruntergekühlt werden. Dies erfolgt in drei Schritten. Zuerst wird ein Quenching des heißen Rohgases mit entstaubtem und abgekühltem Rohgas durchgeführt, bei dem das Gas auf 800 °C abkühlt. Bei anderen Konzepten erfolgt das Quenching mit eingespritztem Wasser, siehe Teilquench-Vergaser und Vollquench-Vergaser. Die weitere Abkühlung geschieht über im Vergaser integrierte Wärmetauscher. Der dabei produzierte Hoch- und Mitteldruckdampf wird in der Dampfturbine des Kraftwerks für die Stromerzeugung genutzt.
• Nach der Abkühlung wird das Rohgas schrittweise gereinigt. Zunächst wird in einer Heißgasfiltrationseinheit die Flugasche bei ca. 235 °C entfernt. Ein Teil des entstaubten Rohgases wird verdichtet und in den Vergaser als Quenchgas zurückgeführt. Das übrige Rohgas wird zur Entfernung der Stickstoffverbindungen NH₃ und HCN, der Halogenverbindungen HCl und HF sowie der Schwefelkomponenten H₂S und COS Nassreinigungsverfahren unterzogen.
• Das gereinigte Synthesegas wird vor der Verbrennung noch mit Wasser befeuchtet und mit Stickstoff vermischt, um die Verbrennungstemperatur zu senken und die NOx-Bildung zu minimieren.
• Die im Flugstromvergaser in flüssiger Form anfallende Schlacke fällt am unteren Ende des Vergasers in ein Wasserbad und wird dort zu einem verglasten Feststoff abgeschreckt. Hierdurch werden alle Schwermetalle nichtauswaschbar eingekapselt. Die verfestigte Schlacke wird zerkleinert und ausgeschleust.

Begriffssynonyme

• Mehrbehälterschleusensystem: Lock hoppers

Begriffserläuterung

• Quenching: In der chemischen Verfahrenstechnik bezeichnet man mit quenchen das schnelle Abstoppen einer ablaufenden Reaktion. Dies kann geschehen durch das schnelle Hinzufügen eines weiteren Reaktionspartners, durch eine Abkühlung, die die Geschwindigkeit der ablaufenden Reaktion so stark verringert, dass sie als nahezu gestoppt gilt, oder durch schnelle und starke Verdünnung, welche die Wahrscheinlichkeit der Reaktion zweier Reaktanten stark herabsetzt.