Engineering

Trockenmethode zur SOx-Reduktion

Die Trockenadditivmethode wird meist in Kombination mit Textilfiltern eingesetzt. Das Prinzip dieser Methode ist die Dosierung des Additivs auf der Basis von Ca₂₊ (meist gelöschter Kalk Ca(OH)₂), aber auch auf der Basis von Na+ (NaHCO₃) in den Rauchgasstrom, und zwar in den Rauchabzug oder Reaktor, wo das Additiv intensiv mit dem Rauchgas gemischt wird und es zur primären Reaktion kommt. Die Sekundärreaktion findet auf dem Filtergewebe statt, was insbesondere bei Filtern mit Ventilator-Ausblasregeneration intensiv ist.

Diese Methode dient zur Entschwefelung kleinerer Verbrennungsquellen und zur Reduktion von HCl, HF, Dioxinen und anderen gasförmigen Schadstoffen.

Es werden Wirkungsgrade von bis zu 75% für die Entschwefelung und über 90% für die Reduktion von HCl und HF erzielt. Dieses Verfahren hat sehr niedrige Investitionskosten, sein Nachteil ist jedoch die geringere Effizienz und ein höherer Additivverbrauch.

Manchmal ist es angebracht, diese Methode durch eine Intensivierung zu ergänzen, bei der durch Sprühen von Wasser in den Reaktor eine höhere Effizienz und ein geringerer Verbrauch des Additivs erzielt werden können.

Halbtrockene Methode zur SOx-Reduktion

Eine andere verwendete Methode ist die sogenannte halbtrockene Entschwefelungsmethode. Diese Methode wird hauptsächlich für Aggregate mit einer installierten Leistung von bis zu 300 MW bevorzugt. Sie zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das Entschwefelungsprodukt zur dauerhaften Lagerung auf einer normalen Deponie geeignet ist, sich jedoch für die weitere Verwendung als Sekundärrohstoff nicht mehr gut eignet. Im Prinzip ist dies ein einfacher Prozess, der in der Praxis leicht zu handhaben ist. Durch Einspritzen von Wasser in den Rauchgasstrom wird deren Temperatur auf eine Temperatur gesenkt, die 10 bis 20 °C unter der Rauchgassättigungstemperatur (aufgrund von Rauchgaskondensation und Niedertemperaturkorrosion in den Kaminen) liegt, und Ca(OH)₂ wird in Pulverform oder in wässriger Suspension dem Rauchgas zugeführt, das gemäß den rechts gezeigten Beziehungen weiter reagiert.

Der Vorteil dieses Verfahrens ist die Reaktivität der Reagenzien gegenüber anderen gasförmigen Schadstoffen wie Chlorwasserstoff oder Fluorwasserstoff und damit deren teilweise Entfernung aus dem Rauchgas.

Nasse Methode zur SOx-Reduktion

Die heute am häufigsten verwendete Methode ist die sogenannte Nasskalksteinauswaschung. Es ist die am weitesten verbreitete Methode in der Kohleenergiewirtschaft und mehr oder weniger die einzige Methode, die heute in modernen Kraftwerken angewendet wird. Der grundlegende Unterschied zu früheren Verfahren besteht darin, dass gleichzeitig der Rauchgasstrom mit Reagenz im Reaktor nass gewaschen wird, um das sogenannte Endprodukt (Energogips) zu bilden, das weiterhin als sekundärer Rohstoff im Bauwesen als Grundlage im Straßentunnelbau oder zur Herstellung von sog. Gipskartonplatten eingesetzt werden kann.

Der gesamte Prozess besteht aus einer Reihe von Teilprozessen, die die einzelnen Zonen des Entschwefelungsreaktors ausführen. Dieser Reaktor wird oft auch als Absorber bezeichnet. Das Grundprinzip ist die Zuleitung von unbehandelten Rauchgasen in den Absorber, wobei diese Rauchgase in mehreren Stufen mit einer Kalksuspension besprüht werden. Der Entwurf dieser Konstruktion, die Anzahl der Duschstufen und die Wahl des Düsentyps basieren normalerweise auf CFD-Simulationen, um die größtmögliche Grenzfläche zwischen Reagenz und Rauchgas für eine möglichst vollkommene Reinigung zu erreichen. Das gereinigte Rauchgas verlässt dann den oberen Teil des Absorbers in den vorhandenen Schornstein des Kraftwerks.

Am Auslass dieser Rauchgase aus dem Absorber werden nicht nur die Rauchgasemissionen, sondern insbesondere die Rauchgastemperatur kontinuierlich gemessen, um sicherzustellen, dass diese Temperatur bei einem bestimmten Druck immer mindestens 10 °C über der Taupunkttemperatur des Rauchgases liegt. In der Praxis liegt diese Rauchgastemperatur im Bereich von 68 bis 58 °C. Der Absorber ist üblicherweise ein Metallbehälter mit innerer Gummierung in mehreren Schichten. Von den Duschstufen gibt es immer mindestens zwei, in der Praxis jedoch häufig drei. Über diesen Duschstufen befindet sich noch ein Gerät, der sogenannte Tröpfchenabscheider, der die Wasserflugmasse im Rauchgas und damit den Verlust des Arbeitsmediums reduziert.

Hierbei handelt es sich meist um Lamellengitter mit Düsen zum Spülen, was vom ASŘTP-System etwa alle zehn Minuten automatisch ausgeführt wird. Der untere Teil des Absorbers stellt einen Sammelboden dar, auf dem ein gewisser Pegel an Gipssuspension verbleibt. An diesen Stellen wird oxidierende Luft aus den Luftmischern in den Absorber eingeleitet. Darüber hinaus befinden sich hier Absorbermischer, um die Suspension zu mischen und so eine bessere Umgebung für die Oxidation zu schaffen. Diese Kalkstein-Gips-Mischung wird ständig von großen Umwälzpumpen in die oberen Teile der Duschdüsen zurückgeführt. Aufgrund der abrasiven Umgebung bestehen diese Rohre immer aus Glasfaser, die als FRP bezeichnet wird. Das Endprodukt nach dem Abduschen des Rauchgases wird von Abgaspumpen in einen Auffangbehälter oder in eine Verdickungsanlage gepumpt, wo das resultierende Gemisch für den Weitertransport außerhalb des Heizwerks konzentriert wird.

Diese Methode ist sehr wirksam und wirtschaftlich, erfordert jedoch große räumliche Ressourcen für das Kalksteinmanagement, für die Sicherstellung des Prozesswassers zum Spülen aller Pumpen, für den Bau neuer Gebäude mit Tanks für die Gips- und Kalksteinsuspension und viele andere Betriebsmedien, die für die kontinuierliche Rauchgasreinigung erforderlich sind. Das Verfahren erreicht häufig Wirkungsgrade von bis zu 98,5%. Der übliche pH-Wert für eine ordnungsgemäße Entschwefelungsfunktion liegt in der Praxis bei 5-5,5.

Das Endprodukt wird dann durch Absaugen der Gipssuspension vom Sammelteil des Absorbers durch Saugpumpen erhalten. Die Gipssuspension wird dann zur Entwässerung in das Mischzentrum abgeleitet. Vom Mischzentrum wird die Suspension weiter in eine Verdickungsanlage abgelassen, die in der Praxis die Suspension um bis zu 30 % der Wassermasse entwässern kann.

Denitrifikaton von Rauchgas

Denitrifikation bedeutet die Reduzierung von Schadstoffen, insbesondere von NOx-Verbindungen aus Rauchgasen. Diese Verbindungen werden während der Verbrennung von Brennstoffen bei hohen Temperaturen (in der Größenordnung von Temperaturen über 1100 °C) gebildet, wobei am signifikantesten thermische Stickstoffverbindungen gebildet werden. Kraftstoffverbindungen, die im Brennstoff eines bestimmten Kraftstoffs gebunden sind, werden ebenfalls durch Zersetzung in das Rauchgas freigesetzt. Heute werden drei verschiedene Methoden zur Reduzierung dieser Schadstoffe angewendet (sogenannte primäre Methoden zur Reduzierung von NOx):

1. Maßnahmen zur Regelung des Verbrennungssystems
2. Konstruktionseingriff in die Brennkammer
3. Kombination der beiden vorherigen Methoden

Die Grundelemente für die primäre Reduktion von Stickoxiden sind Maßnahmen zur Regulierung des Verbrennungssystems selbst. Dazu gehören beispielsweise die Abgasrückführung, der Betrieb der Verbrennung mit einem niedrigen Luftüberschusskoeffizienten, was durch das ASŘTP-System auf der Grundlage der dynamischen Verbrennungsbedingungen selbst überwacht wird, oder verschiedene Leistungsbetriebswerte der Temperaturen in einzelnen Stockwerken der Brennkammer.

Die zweite Möglichkeit, um diese Oxide zu reduzieren, besteht darin, die Brennkammer selbst durch einen Eingriff umzubauen. Es handelt sich hauptsächlich um den Austausch bestehender Brenner durch eine emissionsarme, abgestufte Zuleitung von Verbrennungsluft, die Konstruktionslösung für tote Ecken der Kammer usw.

Das dritte verwendete Prinzip sind verschiedene Verfahren, die die beiden vorhergehenden Methoden kombinieren, meistens Modifikationen von Kraftstoffschleifkreisläufen zusammen mit der Regulierung der Zufuhr von Primär- oder insbesondere Sekundärluft zur Brennkammer.

Andere Verfahren zur Reduktion von NOx aus Rauchgasen sind Verfahren, die auf der Injektion eines Additivs auf der Basis von Ammoniak oder Harnstoff in das Rauchgas basieren.

Selektive nichtkatalytische NOx-Reduktion

Die selektive nichtkatalytische Reduktion besteht in der Schaffung von Reduktionsbedingungen, unter denen der in den Kessel injizierte Ammoniak oder Harnstoff selektiv (vorzugsweise) Stickoxide reduziert, um elementaren Stickstoff und Wasserdampf zu erzeugen. Die Effizienz der NOx-Reduktion beträgt 40 bis 60%. Ein charakteristisches Merkmal dieser Methode ist, dass sie im Kessel im Temperaturbereich von 900 bis 1.050 °C stattfindet. Die Verwendung von Ammoniak als Reduktionsmittel hat einige Nachteile. Ammoniak ist ein gesundheitsgefährdender Stoff, für dessen Lagerung und Handhabung komplexere technologische Geräte erforderlich sind. Wenn Ammoniak ausläuft, wird die Umwelt durch Gerüche beeinträchtigt und die entstehenden Verbindungen von Ammoniak und Schwefel können unerwünschte Ablagerungen auf Maschinen bilden. Aus diesen Gründen wird in einigen Prozessen Harnstoff anstelle von Ammoniak verwendet.

Selektive katalytische Reduktion

Die selektive katalytische Reduktion basiert auf den gleichen chemischen Reaktionen wie die vorher beschriebene nichtkatalytische Reduktion, aber dank eines Katalysators finden die Reaktionen bei Temperaturen von 300 bis 400 °C statt. Ammoniak wird in das Rauchgas injiziert, das dann in den Katalysatorreaktor eingeleitet wird, in dem die im Rauchgas enthaltenen Stickoxide wieder in Stickstoff und Wasserdampf umgewandelt werden. Die Effizienz der NOx-Reduktion liegt bei etwa 80 bis 90%. Katalysatoren bestehen meist aus Oxiden von Molybdän, Wolfram und ihren Kombinationen. Ihr Preis ist relativ hoch und ihre Lebensdauer ist hingegen relativ niedrig.