Development of a ceramic heat exchanger for a combined cycle plant with pressurized coal dust combustion Final report / Entwicklung eines keramischen Waermeaustauschers fuer eine Kombianlage mit Kohlenstaubdruckfeuerung Schlussbericht

Derzeitiger Stand der Forschung: Der Kohlenstaubdruckfeuerungs-Kombiprozess mit direkt befeuerter Gasturbine verspricht elektrische Wirkungsgrade ueber 50%. Die dazu notwendige Gasreinheit vor der Gasturbine ist bislang bei Temperaturen ueber 1000 C nicht erreichbar. Als ein Ansatz wird versucht, die notwendige Abscheidung von Asche und Alkaliverbindungen oberhalb der Aschefliesstemperatur durchzufuehren. Problematisch hierbei sind v.a. der verbleibende Asche- und Alkaliengehalt im Rauchgas und Korrosionsschaeden an den Feuerfestmaterialien. Zielsetzung der Untersuchung: Eine alternative Schaltung sollte untersucht werden, in der die Gasreinigung nach Stand der Technik unterhalb des Ascheerweichungspunktes erfolgt. Dazu ist eine Abkuehlung und anschliessende Wiederaufheizung des Rauchgases in einem Hochtemperatur-Waermeaustauscher erforderlich. Methode: Ein keramischer Rohrbuendel-Waermeaustauscher im Modellmassstab wurde konstruiert und in einer drucklosen Versuchsanlage zusammen mit einer Heissgasentstaubung unter realen Bedingungen betrieben. Ergebnis: Der Waermeaustauscher erwies sich in Konstruktion und Werkstoffwahl als geeignet. Wegen Undichtigkeiten konnten die angestrebten hohen Temperaturen nicht ganz erreicht werden. Bei hohen Temperaturen verstopfte versinternde Asche die Rohreingaenge. Erste Vorversuche zur Reinigung der Rohre im Betrieb erbrachten positive Ergebnisse. Die Abscheidung der Asche durch Zyklon und keramische Filterkerzen gelang problemlos. Schlussfolgerung: Bei Vermeidung bzw. Verbesserung von undichten Verbindungen liessen sich hoehere Temperaturen erreichen. Gelingt die Reinigung der Rohreingaenge im Betrieb bei hohen Temperaturen, steht ein Verfahren zur Verfuegung, mit dem die fuer den Prozess noetige Gasreinheit erreicht wird. (orig.) / State of Research: The Pressurized Pulverized Coal Combustion Combined Cycle (PPCCCC) with a directly fired gas turbine can reach electrical efficiencies beyond 50%. The required gas quality upstream the gas turbine has not been reached yet at temperatures above 1000 C. One approach tested is the precipitation of ash and alkalines at temperatures above the ash melting point. This principle contains problems concerning the remaining content of ash and alkalines in the flue gas and damages to the refractory materials due to corrosion. Goal of the Investigation: An alternative process had to be investigated in which the flue gas is cleaned according to the state of the art, i.e. below the ash fusion temperature. This principle requires cooling down the flue gas and heating it up again after cleaning in a high temperature heat exchanger. Method: A ceramic tube-and-shell heat exchanger in a model scale was designed and was operated at realistic conditions in an atmospheric test plant in connection with a high temperture precipitation. Result: The heat exchanger showed a good performance concerning design and material. The expected temperatures were not reached totally because of untight joints. Clogging occurred in the tube entrances at high temperatures because of sintered ash agglomerates. First tests to clean the entrances during operation showed positive results. The ash precipitation by means of a cyclone and ceramic filter candles was performed without difficulties. Conclusion: Avoiding and improving joints will help to achieve higher temperatures. A process of cleaning the tubes in-line has to be introduced to prevent the clogging effects. If this is successfully done for high temperatures, an attractive principle for a PPCCCC-process is available which reaches the gas purity required. (orig.) / SIGLE / Available from TIB Hannover: F02B779 / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische Informationsbibliothek / Bundesministerium fuer Bildung und Forschung, Berlin (Germany); Forschungszentrum Juelich GmbH (Germany). Projekttraeger Biologie, Energie, Oekologie (BEO) / DE / Germany