Erfahrungen aus neuer Wirbelschichtteknologie mit hochkalorischen ...

4.1 ZWS-Vergasung
Das System der zirkulierenden atmosphärischen Wirbelschichtvergasung (ZWS) ist relativ
einfach. Es besteht aus einem Reaktor, in dem die Vergasung stattfindet, einem Zyklon zur
Trennung des Wirbelbettmaterials vom Gas und einem Rückführrohr zum Rücktransport des
Wirbelbettmaterials zum unteren Bereich des Vergasers. Alle diese Komponenten können
vollständig mit feuerfestem Material ausgekleidet sein. Nach dem Zyklon strömt das heiße
Generatorgas in den Luftvorwärmer, der sich unter dem Zyklon befindet. Die Vergasungsluft
wird durch einen Hochdruckventilator eingeblasen und über einen Luftverteilerrost dem
Reaktorboden zugeführt. Beim Eintritt der Vergasungsluft in den Vergaser unter dem Festbett
ist die Gasgeschwindigkeit so hoch, dass einige der Bettpartikeln aus den Reaktor hinaus und in
den Zyklon mitgerissen werden. Im Zyklon strömen das Gas und die zirkulierenden festen
Partikeln in dieselbe Richtung – nach unten – und sowohl das Gas als auch die Feststoffe
werden am Boden des Zyklons ausgestoßen, was bei herkömmlichen Zyklonen nicht der Fall
ist.
4.1.1 Brennstoffbeschickung und Vergasungsreaktionen
Der Brennstoff wird dem unteren Bereich des Vergasers, oberhalb des Luftverteilerrosts
zugeführt. Die Betriebstemperatur im Reaktor beträgt je nach Brennstoff und Anwendung
800°C - 1000°C. Beim Eintritt in den Reaktor beginnen die Brennstoffpartikeln rasch zu
trocknen und eine primäre Reaktionsfolge, die so genannte Pyrolyse, setzt ein. Im Zuge dieser
Reaktionen wird Brennstoff in Gas, Holzkohle und Teer umgewandelt. Ein Teil der Holzkohle
fließt zum Boden des Betts, oxidiert zu CO und CO2 und gibt dabei Wärme ab. Nachdem der
Rest dieser Komponenten nach oben in den Reaktor geströmt ist, tritt ein sekundäres
Reaktionsstadium ein. Diese Reaktionen können in heterogene Reaktionen, bei denen
Holzkohle Bestandteil der Reaktionen ist, und homogene Reaktionen, bei denen sich alle
reagierenden Komponenten in der Gasphase befinden, unterteilt werden. Bei diesen und
weiteren Reaktionen entsteht ein brennbares Gas, das daraufhin in den Zyklon eintritt und
gemeinsam mit etwas feinem Staub aus dem System entweicht.
Der Großteil der Feststoffe im System werden im Zyklon getrennt und zum unteren Bereich des
Vergasungsreaktors zurückgeführt. Diese Feststoffe enthalten Holzkohle, die durch die
fluidisierende Luft verbrannt wird, die durch die Gitterrostdüsen zur Wirbelung des Betts
einströmt. Dieser Verbrennungsprozess erzeugt die Wärme, die für den Pyrolyseprozess und die
meisten folgenden endothermen Reaktionen erforderlich ist. Das Wirbelbettmaterial dient als
Wärmeträger und stabilisiert die Temperaturen im Prozess. Die grobe Asche sammelt sich im
Vergaser an und wird vom Boden der Einheit mit einer wassergekühlten Bodenaschenschnecke
entfernt.
4.2 Vergaseranlage in Lahti
Der Vergaser in Lahti ist so ausgelegt, dass er als eine Brennstoffvorbehandlungsanlage für den
alten Kohlenstaubkessel im Kraftwerk Kymijärvi fungiert. Der Kohlenstaubkessel ist ein
Zwangsdurchlaufkessel vom Typ Benson. Ursprünglich wurde die Anlage mit Schweröl
beheizt, wurde aber im Jahre 1982 für die Kohlefeuerung adaptiert.
14