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Mar 13, 2023

Nachhaltiges Aschemanagement: Wasser

In kohlebasierten Wärmekraftwerken (WKW) werden fast 40 Prozent der Kohle verbraucht

In kohlebasierten Wärmekraftwerken (WKK) werden fast 40 Prozent der verbrauchten Kohle in Asche umgewandelt. Es handelt sich um ein wichtiges Nebenprodukt des Erzeugungsprozesses, das schwer zu entsorgen ist und zahlreiche Verwendungszwecke hat, die eine gewinnbringende Nutzung erfordern. Die meisten Anlagen betreiben daher Aschemanagement.

Allerdings erfordert die Aschebehandlung große Wassermengen, die nur von den Kühlsystemen in Wärmekraftwerken übertroffen werden. Angesichts der aktuellen Wassernormen und der fortschreitenden Umstellung auf sehr wasserintensive Rauchgasentschwefelungssysteme ist eine Optimierung des Wasserverbrauchs im Aschebehandlungsprozess erforderlich.

Strategien zur Wassereffizienz

In den meisten Anlagen beträgt das Asche-Wasser-Verhältnis 1:20. Eine Beschränkung auf 1:5 für Flugasche und 1:8 für Bodenasche kann erheblich zur Wassereinsparung beitragen. Für jeden Prozentanteil des Asche-Wasser-Verhältnisses, der reduziert wird, können potenziell 60 Kubikmeter Wasser pro Stunde eingespart werden.

In kohlebasierten Wärmekraftwerken werden zwei Arten von Asche erzeugt: Bodenasche und Flugasche. Unter dem Ofen des Wärmekraftwerks entsteht Schlacke, die fast 20 Prozent der gesamten erzeugten Aschemenge ausmacht. Es ist grobkörnig und muss zur weiteren Verarbeitung zerkleinert werden.

Flugasche hingegen macht etwa 80 Prozent der gesamten in Wärmekraftwerken erzeugten Aschemenge aus. Es besteht aus sehr feinen Partikeln, die über einen Economiser-Trichter, einen Luftvorwärmtrichter oder einen Elektrofilter (ESP) gesammelt werden und ordnungsgemäß entsorgt werden müssen.

Aschehandhabungssysteme

Bodenasche aus Kesseln benötigt bei der Handhabung und Entsorgung aufgrund des Vorhandenseins von Klinkern Wasser, während Flugasche aus Elektrofiltern vollständig in trockener Form entsorgt werden kann. Aus wirtschaftlichen Gründen ist die Nassentsorgung (Aufschlämmung von 10–20 Gew.-% Asche mit Wasser) jedoch häufiger anzutreffen. Das HCSD-System (High Concentration Slurry Disposal) verbraucht weniger Wasser als ein Nasssystem (Aschekonzentration 50–60 % nach Gewicht).

Der trockene Umgang mit Flugasche kann eine wirksame Methode zur Reduzierung des Wasserverbrauchs sein. Das Material kann über ein pneumatisches System vom ESP gesammelt und in ein ausreichend belüftetes Zwischenlagersilo überführt werden. Anschließend kann es an die Endbenutzer gesendet werden. Eines der Hauptprobleme bei dieser Methode ist die Verstopfung der Leitungen aufgrund der geringen Transportkapazität. Daher ist es wichtig, die Aschepartikel vor der Planung einer Aschebehandlungsanlage (AHP) zu analysieren. Weitere Probleme sind die Notwendigkeit einer angemessenen Dimensionierung des Luftkompressors sowie die Möglichkeit einer Verstopfung des Befeuchtungskopfes und der Luftwäscherdüsen sowie Korrosion der Wasserpumpe.

Eine weitere wirksame Methode ist die mechanische Entfernung der Schlacke, bei der mechanisierte Schlackenfördersysteme als Alternative zu herkömmlichen Schlackenschleusensystemen zum Einsatz kommen.

Eine weitere Alternative ist das Entsorgungssystem für hochkonzentrierte Gülle, das Zwischenschwalltrichter, Stromschwalltrichter, Schneckenförderer, Aschemischer, Rührwerksrückhaltetank und Ladepumpe verwendet. Die Flugasche wird in trockener Form in jedem Zwischenbunker gesammelt und über Schneckenförderer und Aschemischer in Rührmischbehälter ausgetragen. Der Wasserfluss zum Aschemischer wird über einen Motor gesteuert. Dieser Prozess reduziert die Verdünnung der Gülle und spart so Energie und Wasser. Diese Systeme benötigen weniger Platz und haben geringere Kapital- und Betriebskosten. Der Prozess verbraucht 8,34 Prozent des Wassers, das in anderen Aschebehandlungssystemen benötigt wird, und weist ein minimales bis gar kein Risiko einer Kontamination durch Wasserlecks auf. Der Bedarf an Abwasser und Wasserrecyclingsystemkapazität ist vernachlässigbar gering. Es verringert auch die Notwendigkeit des Abstaubens, da die Aufschlämmung aushärtet, was eine Sanierung ermöglicht.

Andere Maßnahmen wie die Wiederverwendung von Wasser für andere Pflanzenfunktionen und die Regenwassernutzung für Ascheteiche können den Wasserbedarf senken. In Anlagen, die Aschewasserrückführung nutzen, können typischerweise 70 Prozent des Aschewassers zurückgewonnen und im AHP wiederverwendet werden.

Brancheninitiativen

NTPC geht mit gutem Beispiel voran und übernimmt die neueste Technologie zur thermischen Stromerzeugung. Das Sipat Super Thermal Power Station von NTPC hat einige innovative Wassersparmaßnahmen ergriffen, die von anderen Versorgungsunternehmen als Leitfaden für eine wassereffiziente Aschebehandlung angesehen werden können. Unter den Stationen des Unternehmens verbraucht NTPC Sipat am wenigsten Wasser. Die Station ist konform zur Nullflüssigkeitsabgabe, da sie Aschewasser, Abwasser, abwasseraufbereitetes Wasser, Abwasser usw. über verschiedene Recyclingsysteme wie Abwasseraufbereitungsanlagen, Kläranlagen und Aschewasser-Rezirkulationssysteme verwendet und wiederverwendet.

Die Station evakuiert Flugasche mittels Trockenevakuierungstechnologie. Diese Asche wurde zur Aufschüttung von Tiefdeponien, zur Herstellung von Ascheziegeln und als Ausgangsmaterial für Zementwerke verwendet. Diese Bemühungen haben den Wasserverbrauch für die Ascheentsorgung erheblich reduziert. Mit seinem Dashboard zur Echtzeitüberwachung des Wassersystems überwacht NTPC das Wassersystem vom Entnahmepunkt bis zum Endverbrauch und verbessert so die Wassernutzung erheblich. Die Station betreibt Maßnahmen wie die Regenwassernutzung und die Auskleidung von Stauseen, um den Wasserverbrauch zu reduzieren und Nachhaltigkeit zu gewährleisten. Die Station arbeitet außerdem mit einem höheren Konzentrationszyklus, wodurch der Bedarf an Frischwasser für das Wasserkühlsystem reduziert wird und dadurch an allen Enden Wasser gespart wird. Dies hat letztendlich dazu beigetragen, den spezifischen Wasserverbrauch der Station im Jahresvergleich auf 2,66 Liter/kWh im Zeitraum 2021–22 zu senken, was weit unter den vorgeschriebenen Normen liegt.

Viele Versorgungsunternehmen haben die Möglichkeit, ihre Anforderungen an den Wasserverbrauch zu ändern. Auf dem Internet der Dinge und künstlicher Intelligenz basierende Wassermanagementsysteme können in Verbindung mit den oben genannten Maßnahmen TPPs sauberer und nachhaltiger machen. Gencos kann Online-Ascheanalysatoren einsetzen, um den Aschegehalt und den Heizwert in Kohle zu messen. Solche Analysatoren messen den Gesamtaschegehalt in Kohle auf einem Förderband und melden die Ergebnisse in Echtzeit an den Anlagenbetreiber, was eine fundierte Entscheidungsfindung und Prozesskontrolle unterstützt. Abgesehen von diesen Maßnahmen wird die Konzentration auf Betrieb und Wartungs-/Reparatur- und Wartungspraktiken sicherstellen, dass das System robust genug bleibt, um Platz für sauberere Technologien zu schaffen.

Da der Energiesektor ein großer Wasserverbraucher ist, können diese Maßnahmen eine lebenswichtige Ressource schonen und gleichzeitig unsere Umwelt schützen.