DE3842714A1 - Verfahren zum betreiben eines kraftwerks - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks, insbesondere eines mit Stein- oder Braun­ kohle beheizten Kraftwerks gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruches 1.

Bei den mit Kohle beheizten Kraftwerken wird selbige bis jetzt ohne vorherige Reinigung gemahlen und verbrannt. Um eine Emission von Schadstoffen mit dem aus dem Kraftwerk aus­ geschiedenen Rauchgas zu vermeiden, sind bei den im Betrieb befindlichen Kraftwerken dieser Art Einrichtungen zur Ab­ scheidung von Schadstoffen zwischen den Heizungsanlagen und Schornsteinen angeordnet. Zur Verringerung des NO _x -Anteils im Rauchgas wird dieses in einer sogenannten Denox-Anlage an Katalysatoren selektiv mit NH₃ zu N₂ und H₂O umgesetzt. In einer zusätzlichen Rauchgasentschwefelungsanlage wird das Schwefeldioxid mit Kalk zu Gips umgesetzt. Die Katalysatoren weisen den Nachteil auf, daß sie toxisch sind. Zudem ist der Kostenaufwand für die Katalysatoren erheblich. Ähnliches gilt für die Entschwefelung des Abgases. Der anfallende Gips muß deponiert werden, und bringt somit neue Umweltbelastungen mit sich. Das im Rauchgas vorhandene Kohlendioxid und die ver­ bleibende Wärme werden nicht abgebaut, sondern direkt in die Atmosphäre geleitet. Sie führen dort direkt oder indirekt zur Aufheizung der Erdoberfläche.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren zum Betreiben eines Kohlekraftwerks aufzuzeigen, bei dem die Schadstoffbeseitigung so erfolgt, daß das Entstehen von umweltbelastenden Stoffen vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird die zur Verbrennung vorgesehene Kohle gemahlen und mit Hilfe von Mikroorganismen von Schwermetallen befreit. Im Anschluß daran wird die Kohle ebenfalls mit Hilfe von Mikroorganismen entschwefelt. Die gereinigte Kohle wird dann mit einer Biomasse gemischt und zusammen mit der Bio­ masse von Mikroorganismen verflüssigt. Die hierfür einge­ setzen Mikroorganismen beseitigen zusätzlich den in der Kohle gebundenen Stickstoff sowie den Stickstoff, der mit der Bio­ masse eingebracht wird. Dieser Stickstoff wirkt sich wachs­ tumsfördernd auf die zur Verflüssigung vorgesehenen Mikroor­ ganismen aus. Nach dem Verflüssigen des Gemischs wird dieses in einer hierfür geeigneten Anlage verbrannt. Die flüssige Kohle hat gegenüber dem gemahlenen Ausgangsprodukt nur noch einen Heizwert von 95%. Durch die Zugabe der Biomasse wird dieser Wert auf über 95% angehoben. Das in dem Rauchgas des verbrannten Gemisches aus Kohle und Biomasse enthaltene Koh­ lendioxid und die in dem Rauchgas enthaltene Wärme werden einem Wärmeteich zugeführt. In diesem werden schnell wachsen­ de Wasserhyazinthen oder spezielle Algen gezüchtet, die als Biomasse genützt werden. Das in dem Rauchgas enthaltene Koh­ lendioxid wird von den Pflanzen aufgenommen. Die zugeführte Wärme wird dazu genutzt, den Wärmeteich auf einer Temperatur von 40 bis 50°C zu halten, was für das Wachstum der Hyazint­ hen als auch der Algen von Vorteil ist. Nach einer definier­ ten Wachstumsperiode werden die Hyazinthen bzw. die Algen zur Erzeugung der Biomasse geerntet, getrocknet, gemahlen und daraufhin mit der gemahlenen Kohle vermischt.

Weiter erfindungswesentliche Merkmale sind in den Unteran­ spruchen gekennzeichnet.

Das Beseitigen von Schwermetallen und Schwefeldioxid aus der Kohle mit Hilfe von Mikroorganismen ist aus der Informations­ schrift EPRI ER-5709-SR, proceedings, March 1988 bereits be­ kannt. In dieser Informationsschrift ist auch die Kohlever­ flüssigung mit Hilfe von Mikroorganismen zur Beseitigung von NO _x -Anteilen beschrieben. Eine Anwendung dieser Verfahren zum Betreiben eines Kohlekraftwerks ist jedoch hieraus nicht be­ kannt.

Anhand der einzigen zur Beschreibung gehörenden Figur wird das erfindungsgemäße Verfahren nachfolgend näher erläutert. Das für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene Kraftwerk 1 umfaßt eine Einrichtung 2 zum Entfer­ nen von Schwermetall aus der Kohle, eine Einrichtung 3 zur Beseitigung von Schwefeldioxid aus der Kohle, eine Einrich­ tung 4 zum Verflüssigen der Kohle, einen Wärmeteich 5, eine Anlage zum Verbrennen 6 der verflüssigten Kohle sowie einen Rauchgaskanal 7, über den die bei der Verbrennung ent­ stehenden Abgase abgeleitet werden.

Die aus dem Kohlebergwerk kommende Kohle 10, wobei es sich um Stein- oder Braunkohle handeln kann, wird zunächst gemahlen. Anschließend wird die Kohle 10 der Einrichtung 2 zugeführt. Dort erfolgt die Beseitigung der Schwermetalle. Hierfür wer­ den der gemahlenen Kohle Mikroorganismen in der Form von Thiobacillus ferrooxidans beigemischt. Der Kohle werden 10^-5 bis 10^-3 Gew% Mikroorganismen bezogen auf das Gesamtgewicht der von Schwermetallen zu befreienden Kohle beigemischt. Von der Einrichtung 2 wird die Kohle 10 einer Entschwefelungsan­ lage 3 zugeführt. Die Entschwefelung der Kohle erfolgt eben­ falls unter der Verwendung von Mikroorganismen. Hierfür sind Thiobacillus thiooxidans und/oder Sulfolobus acidocalarius besonders geeignet. Die Menge der für die Entschwefelung er­ forderlichen Mikroorganismen beträgt 10^-3 bis 10^-6 Gew% bezo­ gen auf die Gesamtmenge der zu reinigenden Kohle. An die Ent­ schwefelungseinrichtung 3 schließt sich unmittelbar die Ver­ flüssigungseinrichtung 4 an. Die von der Entschwefelungs­ einrichtung 3 kommende Kohle 10 wird zunächst mit einer defi­ nierten Menge an Biomasse 5 M gemischt. Die der Kohle beizumi­ schende Menge an Biomasse 5 M beträgt 5 bis 100Gew% bezogen auf das Gesamtgewicht der zu verflüssigenden Kohlemenge. Zur Verflüssigung der Kohle und der mit ihr vermischten Biomasse werden ebenfalls Mikroorganismen eingesetzt. Hierfür eignen sich Polyporus versicolor, Pseudomonas und/oder Streptomyces. Diese Mikroorganismen haben die Eigenschaft, daß sie sowohl die Kohle als auch die Biomasse verflüssigen und dabei den in der Kohle und in der Biomasse 5 M enthaltenen Stickstoff bzw. die darin sich befindlichen Stickstoffverbindungen verbrau­ chen. Die Biomasse 5 M wird in einem separat betriebenen Wär­ meteich 5 herangezogen. Zur Erzeugung der Biomasse 5 M eignen sich schnell wachsende Wasserhyazinthen oder spezielle Algen. Hierfür sind beispielsweise Chlorella-Algen oder je nach Salzgehalt des Wärmeteiches 5 auch halophile Algen geeignet. Der Wärmeteich 5 muß so gestaltet sein, daß die darin wach­ senden Pflanzen ausreichend mit Licht versorgt werden und das Wasser des Teichs immer auf einer Temperatur zwischen 40 und 50°C gehalten wird. Die Menge des am Tage zur Verfügung ste­ henden Lichts reicht für das Wachstum der Pflanzen aus. Die erforderliche Wärmemenge wird dem Rauchgas der Verbrennungs­ anlage 6 entnommen, in der das Gemisch aus verflüssigter Kohle und verflüssigter Biomasse verbrannt wird. Hierfür wird das von der Verbrennungsanlage 6 in den Rauchgaskanal 7 abge­ leitete Abgas 8 dem Wärmeteich 5 zugeführt. Mit diesem Rauch­ gas wird der Wärmeteich 5 auf der gewünschten Temperatur von 40-50°C gehalten. Hierdurch wird die Wärme genutzt und nicht an die Umgebung abgeleitet. Das in dem Rauchgas enthal­ tene CO ₂ dient als C-Quelle für die zur Gewinnung der Biomas­ se vorgesehenen Pflanzen.

In dem Wärmeteich können 5 20 × 10³ bis 30 × 10³ Tonnen Bio­ asse pro Jahr und Quadratkilometer auf diese Weise erzeugt werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks, insbesonde­ re eines Kohlekraftwerks, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle (10) vor dem Verbrennen gemahlen und von Schadstoffen sowie Verunreinigungen befreit wird, und daß das beim Ver­ brennen der Kohle entstehende Kohlendioxid sowie die im Rauchgas enthaltene Abwärme zur Erhöhung des Heizwertes der behandelten Kohle genutzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle mittels Mikroorganismen von Schwermetallen, Schwefeldioxid und durch Verflüssigung von NO _x -Verbindungen befreit sowie zur Erhöhung ihres Heizwertes mit einer Biomasse gemischt und anschließend verbrannt wird, und daß das im Rauchgas enthaltene Kohlendioxid und die Wärme zur Erzeugung der Biomasse genutzt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle mittels Thiobacillus ferrooxi­ dans von Schwermetallen befreit wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle mittels Thiobacillus thiooxi­ dans und/oder Sulfolobus acidocalarius entschwefelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle (10) und die mit ihr vermischte Biomasse (5 M) mittels Polyporus versicolor, Pseudomonas und/­ oder Streptomyces verflüssigt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gemahlene Kohle (10) mit 5 bis 100 Gew% Biomasse (5 M) bezogen auf das Gesamtgewicht der Kohle (10) gemischt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gemahlenen Kohle (10) zur Beseitigung der Schwermeta­ lle 10^-5 bis 10^-3Gew% an Mikroorganismen bezogen auf das Ge­ samtgewicht der zu reinigenden Kohle beigemischt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gemahlenen Kohle (10) zur Entschwefelung 10^-3 bis 10^-6Gew% Mikroorganismen bezogen auf das Gesamtgewicht der zu entschwefelnden Kohle beigemischt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,daß dem Gemisch aus Kohle und Biomasse (4 G) 10^-2 bis 10^-6Gew% Mi­ kroorganismen bezogen auf das Gesamtgewicht des zu verflüs­ sigenden Gemischs (4 G) beigemischt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Biomasse (5 M) Wasser­ hyazinthen oder Chlorella-Algen verwendet werden, deren Wachstum mittels Tageslicht und dem im Rauchgas enthaltenen Kohlendioxid und der Wärme unterstützt wird.