„Rauchgasreinigung an Biomassekraftwerken – ein ... - Rheinkalk
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<strong>„Rauchgasr<strong>ein</strong>igung</strong> <strong>an</strong> <strong>Biomassekraftwerken</strong> <strong>–</strong> <strong>ein</strong> trockenes Thema“<br />
Trockensorption <strong>–</strong> Leistungen, Betriebsmittel und Bedarf <strong>–</strong> Beispiele aus der Praxis<br />
Von Dr.-Ing. Diethelm Walter (Vortragender), Dipl.-Ing. Martin Sindram, Rh<strong>ein</strong>kalk GmbH, Wülfrath<br />
1. Einleitung<br />
In der Energieerzeugung werden durch den W<strong>an</strong>del der <strong>ein</strong>gesetzten Energieträger in vielen<br />
Fällen weitergehende Maßnahmen zur Rauchgasr<strong>ein</strong>igung notwendig. Hier k<strong>an</strong>n als <strong>ein</strong><br />
Beispiel die technische Nutzung des Energieträgers Holz in <strong>Biomassekraftwerken</strong> gen<strong>an</strong>nt<br />
werden. Diese nachhaltige Brennstoffressource wird in vielfältiger Art <strong>ein</strong>gesetzt, wobei die<br />
aktuelle Einteilung in verschiedene Klassen (z.B.: Deutschl<strong>an</strong>d: 4 Klassen, A1 <strong>–</strong> A4) <strong>ein</strong>e starke<br />
Ver<strong>ein</strong>fachung hinsichtlich der Brennstoffeigenschaften, aber auch der damit in den<br />
Feuerungsprozess <strong>ein</strong>gebrachten Schadstoff-Frachten darstellt. Die sich aus dem Input über<br />
den Brennstoff <strong>ein</strong>stellenden Konzentrationsniveaus der emmissionsrelev<strong>an</strong>ten sauren<br />
Komponenten (v.a. SO2/SO3, HCl) im Rohgas macht meist gezielte Rauchgasr<strong>ein</strong>igungsmaßnahmen<br />
notwendig, um die vorgeschriebenen Grenzwerte <strong>ein</strong>halten zu können.<br />
Bei Einsatz unbelasteter Hölzer (A1 <strong>–</strong> A2) fallen die Anlagen i.d.R. in den Geltungsbereich der<br />
TA-Luft. Im Rahmen der neuen TA-Luft wurden die Grenzwerte teilweise verschärft bzw. für<br />
<strong>ein</strong>zelne Schadstoffe (Z.B. Dioxine/Fur<strong>an</strong>e) verbindlich festgesetzt. Bei Einsatz von<br />
kontaminierten biogenen Brennstoffen (z.B. A3 <strong>–</strong> A4 Hölzer) sowie der Pl<strong>an</strong>ung neuer Anlagen<br />
wird die Einhaltung der Grenzwerte der 17. BImSchV gefordert. Bei Einsatz von Altholz<br />
verschiedener Klassen ist dabei die höchstbelastete Klasse bestimmend.<br />
Ist die Abscheidung weiterer emmissionsrelev<strong>an</strong>ter Schadstoffe wie Dioxine/Fur<strong>an</strong>e oder<br />
Schwermetalle notwendig, müssen weitergehende Maßnahmen zur Rauchgasr<strong>ein</strong>igung<br />
ergriffen werden.<br />
Im Bereich der auf biogenen Brennstoffen wie Stroh oder Holz basierenden Kraftwerksprozesse<br />
haben sich trockene, <strong>ein</strong>stufige Rauchgasr<strong>ein</strong>igungen auf Basis von Kalkhydraten bewährt<br />
Neue Projekte werden in aller Regel hiermit gepl<strong>an</strong>t. Neben den technischen Vorteilen im<br />
Betrieb wird mit der Installation <strong>ein</strong>er solchen effektiven Rauchgasr<strong>ein</strong>igung auch Flexibilität für<br />
den Kraftwerksbetrieb hinsichtlich des Einsatzes auch höherbelasteter, kontaminierter<br />
Sortimente gewonnen.<br />
Für den Betreiber solcher Trockensorptionsverfahren bieten sich dabei besondere Vorteile<br />
durch die Verwendung von optimal <strong>an</strong> s<strong>ein</strong>en Prozess <strong>an</strong>gepassten Sorbentien. So ermöglicht<br />
z.B. die Verwendung hochreaktiver Kalkhydrate (Sorbacal ® SP) <strong>an</strong>stelle von herkömmlichem<br />
Kalkhydrat <strong>ein</strong>e deutlich höhere Abscheideleistung hinsichtlich der sauren<br />
Schadgaskomponenten. Besteht die Notwendigkeit, weitere Gaskomponenten (z.B.<br />
Dioxine/Fur<strong>an</strong>e, Schwermetalle) adsorptiv zu binden, ist dies durch den Einsatz<br />
multifunktionaler Mischprodukte auf Basis von Ca(OH)2 (herkömmliches Kalkhydrat oder<br />
Sorbacal ® SP) und geeigneter Adsorptionsmaterialien (Aktivkohle, Herdofenkoks oder spezielle<br />
mineralische Komponeten) ohne zusätzlichen apparativen und personellen Aufw<strong>an</strong>d möglich.<br />
2. Trockene Rauchgasr<strong>ein</strong>igungsverfahren<br />
Mit dem Rauchgas werden, abhängig von den <strong>ein</strong>gesetzten Rohstoffen und Energieträgern,<br />
unter <strong>an</strong>derem saure Gaskomponenten wie Schwefeloxide (SO2/SO3), Chlorwasserstoff (HCl)<br />
und in <strong>ein</strong>igen Fällen auch Flurwasserstoff (HF) freigesetzt. Aber auch ökotoxische Schadstoffe<br />
wie Dioxine/Fur<strong>an</strong>e (PCDD/DF) oder Schwermetalle (z.B. Quecksilber Hg) können Aufgabe der<br />
Abgasr<strong>ein</strong>igung s<strong>ein</strong>. Überwiegend treten in <strong>ein</strong>em Prozeß mehrere Komponenten gleichzeitig<br />
auf. Das bedeutet für die Rauchgasr<strong>ein</strong>igung i.d.R., dass mit dem Sorbens simult<strong>an</strong><br />
abgeschieden werden muß.<br />
Trockene Verfahren haben sich in der modernen Rauchgasr<strong>ein</strong>igung durchgesetzt, da sie dem<br />
Anwender entscheidende Vorteile bieten. Neben der sicheren Einhaltung vorgeschriebener<br />
Grenzwerte und der hohen Flexibilität überzeugen sie durch geringe Investitions- und<br />
1
Betriebskosten, geringen Personalaufw<strong>an</strong>d sowie durch <strong>ein</strong>fache Konzeption und Platz<br />
sparende Bauweise. Die Reaktionsprodukte fallen trocken <strong>an</strong> und können ohne weitere<br />
Aufbereitung verwertet werden.<br />
Beispiele für den Einsatz finden sich in nahezu allen Anwendungsbereichen wie z.B. in<br />
? Holz- und <strong>Biomassekraftwerken</strong> 1<br />
? Hausmüll- und Sondermüllverbrennungs<strong>an</strong>lagen 2,3<br />
? Konventionellen Kraftwerken 4<br />
? NE-Metallverarbeitung<br />
? Glashütten 5<br />
? Keramischen Industrien 6<br />
? Krematorien<br />
? Zementindustrien<br />
Neben der Reduzierung Säure bildender Schadstoffe ist die Abscheidung ökotoxischer Stoffe<br />
wie Schwermetallen (Z.B. Hg, Pb, Zn) und Dioxinen/Fur<strong>an</strong>en in <strong>ein</strong>igen industriellen<br />
Anwendungen von besonderem Inderesse. Diese Adsorptionsprozesse werden häufig im<br />
Niedertemperaturbereich durch Einsatz geeigneter Mischprodukte mit durchgeführt. Für diesen<br />
Einsatzfall werden speziell auf die Kunden<strong>an</strong>forderung <strong>an</strong>gepasste Produkte auf Basis von<br />
hochoberflächigem Kalkhydrat (Sorbacal ® SP), herkömmlichem Kalkhydrat und Kalkst<strong>ein</strong>mehl<br />
geliefert. Häufig verwendete Adsorptionsmaterialien sind z.B. Braunkohlenkoksstaub /<br />
Herdofenkoks (HOK) und Aktivkohle (AK). Die für diesen Verwendungszweck von der<br />
Kalkindustrie <strong>an</strong>gebotenen Mischprodukte bieten gegenüber r<strong>ein</strong>em Kohlenstoff <strong>ein</strong>e höhere<br />
inhärente Sicherheit (k<strong>ein</strong>e Explosionsgefahr). Sie lassen sich ohne zusätzlichen apparativen<br />
und personellen Aufw<strong>an</strong>d bei Bedarf <strong>ein</strong>setzen. Hiermit wird die Forderung nach <strong>ein</strong>facher und<br />
zuverlässiger Anlagentechnik erfüllt. Neuste Entwicklungen stellen nicht brennbare,<br />
oberflächenreiche mineralische Sorbentien (z.B. Minsorb ® ) dar 7 .<br />
Trockene Rauchgasr<strong>ein</strong>igungsverfahren können modular und genau <strong>an</strong> das Anforderungsprofil<br />
des Betreibers <strong>an</strong>gepasst, ausgeführt werden. Der <strong>ein</strong>fachste Aufbau besteht aus <strong>ein</strong>em als<br />
Sorptionsfilter ausgelegten Gewebefilter und <strong>ein</strong>er Dosier-, Förder- und Injektions<strong>ein</strong>richtung.<br />
Der Rauchgask<strong>an</strong>al wird hier als Reaktionsraum im Gasstrom genutzt. Eine Vorabstaubung,<br />
z.B. über <strong>ein</strong>en Zyklon, bietet <strong>ein</strong>e <strong>ein</strong>fache und kostengünstige Möglichkeit, Flugstaub aus der<br />
Feuerung separat zu verwerten und die Staubbeladung in der Sorptionsstufe zu senken. Falls<br />
aus der Feuerung glimmende Partikel bis in das Filter getragen werden können, ist <strong>ein</strong>e<br />
Vorabscheidung z.B. über <strong>ein</strong>en Zyklon <strong>ein</strong> notwendiger Best<strong>an</strong>dteil. Mit diesem Aufbau ist<br />
schon <strong>ein</strong>e effektive trockene Rauchgasr<strong>ein</strong>igung möglich. Alle weiteren Module (in Abb. 1<br />
gestrichelt dargestellt) dienen hauptsächlich der Steigerung der weitergehenden Ausnutzung<br />
des <strong>ein</strong>gesetzten Kalkhydrates.<br />
Brennstoffe:<br />
z.B.<br />
Altholz A1-A4<br />
oder A1-A2<br />
Abfälle, ….<br />
Rostfeuerung<br />
Wirbelschicht<br />
Feuerung<br />
Kessel<br />
Additiv<br />
Zyklon<br />
Wasser<br />
Additiv<br />
Quench<br />
Reaktor<br />
Abbildung 1: Module der Trockenen Rauchgasr<strong>ein</strong>igung<br />
2<br />
Rezirkulation<br />
Gewebefilter<br />
140-180°C<br />
R<strong>ein</strong>gas<br />
zum Kamin<br />
Reaktionsprodukte<br />
R<strong>ein</strong>gas<br />
- HCl < 10 mg/m³N.tr.<br />
- SO2 < 50 mg/m³N.tr.<br />
- PCDD/DF < 0,1 ng/m³N.tr.<br />
- Hg < 30 µg/m³N.tr.<br />
- H2O ca. 15-20 Vol.%
Über die Konditionierung mit Wasser in <strong>ein</strong>er Quench k<strong>an</strong>n die Gastemperatur abgesenkt und<br />
der Feuchtegehalt im Abgas <strong>an</strong>gehoben werden. Beides dient der Verbesserung der<br />
Reaktionsbedingungen. In diesem Falle spricht m<strong>an</strong> von <strong>ein</strong>er konditionierten Trockensorption.<br />
Ein Reaktor bietet die Möglichkeit <strong>ein</strong>er gezielten Verlängerung der für die Reaktion mit den<br />
Gaskomponenten verfügbaren Zeit. Weiterhin k<strong>an</strong>n dort durch entsprechende Einbauten<br />
Turbulenz erzeugt werden, was zu <strong>ein</strong>er Erhöhung der Reaktionswahrsch<strong>ein</strong>lichkeit in der<br />
notwendigen Gas-Feststoff-Reaktion führt.<br />
Über <strong>ein</strong>e Rezirkulation k<strong>an</strong>n, wenn sie zweckentsprechend ausgelegt ist, die Beladung des<br />
Additivs erhöht werden. In der Praxis haben sich z.B. Rezirkulationsraten von von 3 <strong>–</strong> 5<br />
(bezogen auf die Frischadditiv-Menge) bewährt. In <strong>ein</strong>igen Verfahren werden auch weitaus<br />
höhere Rezirkulationsraten realisiert. Diese auch als Dichtstromverfahren bezeichneten<br />
Verfahren (z.B. NID-Verfahren) zeichnen sich durch weitaus komplexere Zusammenhänge aus<br />
und werden hier nicht näher betrachtet.<br />
Bei den trockenen Verfahren wird das Sorbens in der Regel pulverförmig dem Rauchgas<br />
zugeführt. Hierbei werden prinzipiell der Hoch- (850 <strong>–</strong> 1000°C), Mittel- (300 <strong>–</strong> 450°C) und der<br />
Niedertemperaturbereich (80 <strong>–</strong> 220°C) genutzt.<br />
Zugabe von CaCO3<br />
oder<br />
Sorbacal ® A<br />
Feuerung<br />
~ 1000 - 850 °C<br />
SO2<br />
Injektion von Ca(OH)2<br />
Sorbacal ® A oder<br />
Herkömmliches Kalkhydrat<br />
Kessel<br />
~ 850 - 450 °C ~ 300 - 180 °C<br />
~ 450 - 300 °C ~ 180 - 140 °C<br />
Abbildung 2: Trockene Rauchgasr<strong>ein</strong>igungsverfahren nach Temperaturbereichen<br />
Im Niedertemperaturbereich werden seit <strong>ein</strong>igen Jahren hochreaktive, speziell für die<br />
Rauchgasr<strong>ein</strong>igung optimierte Kalkhydrate (Sorbacal ® SP) mit großem Erfolg <strong>ein</strong>gesetzt.<br />
Der Mitteltemperaturbereich bietet sehr gute Einsatzbedingungen für die Verwendung derartiger<br />
Spezialhydrate insbesondere zur SO2-Abscheidung. In der Glasindustrie wird beispielsweise die<br />
Abgasr<strong>ein</strong>igung mit Sorbacal ® A bei 350 <strong>–</strong> 450°C sehr erfolgreich vorgenommen 5 . Im<br />
Kraftwerksbereich ist diese Temperaturzone jedoch nicht nutzbar.<br />
Auch im Hochtemperaturbereich bei ca. 850 <strong>–</strong> 1000°C wird das speziell für die Abgasr<strong>ein</strong>igung<br />
weiterentwickelte, hochoberflächige Material Sorbacal® A erfolgreich verwenden. In der<br />
Feuerung lässt sich SO2 auch durch Zuführung von Calciumcarbonat (Kalkst<strong>ein</strong>, Kalkst<strong>ein</strong>mehl)<br />
direkt in den Flugstaub <strong>ein</strong>binden. Dieses Verfahren findet z.B. in Wirbelschicht-Feuerungen<br />
durch Einsatz entsprechend im Kornb<strong>an</strong>d <strong>an</strong>gepasster Kalkst<strong>ein</strong>körnungen oder Gr<strong>an</strong>alien<br />
3<br />
SO2 + HCl<br />
Injektion von Ca(OH)2<br />
Sorbacal ® SP oder<br />
Herkömmliches Kalkhydrat<br />
RG-R<strong>ein</strong>igung<br />
~ 180 - 140 °C<br />
SO2 + HCl<br />
Max. 180°C<br />
PCDD/DF + Hg
Verwendung. Hiermit werden Abscheidegrade von 30 <strong>–</strong> 50 % (Kalkst<strong>ein</strong>) bzw. 75 % (Gr<strong>an</strong>alien)<br />
erreicht. Sind höhere Leistungen gefordert, werden herkömmliches Kalkhydrat oder Sorbacal ® A<br />
<strong>ein</strong>gesetzt, mit denen Abscheidegrade von 60 <strong>–</strong> 80 % sicher erreicht werden. An<br />
Rostfeuerungen wird der Einsatz von Kalkst<strong>ein</strong>mehl oder Kalkhydraten praktiziert.<br />
Der Temperaturbereich zwischen etwa 140 <strong>–</strong> 180°C bietet hinsichtlich der Abscheidung von<br />
Schadstoffe die breitesten Möglichkeiten. Wenn SO2 die Hauptzielgröße ist, wird in der<br />
Trockensorption häufig mit gezielter Konditionierung des Abgases zur Absenkung der<br />
Rauchgastemperatur und Anhebung der Abgasfeuchte gearbeitet. Dies hat ebenfalls <strong>ein</strong>en<br />
positiven Effekt auf die Abscheideleistung. An holzgefeuerten Kraftwerken ist die SO2-<br />
Abscheidung in der Regel nachr<strong>an</strong>gig hinter HCl. Die hohe Feuchte im Brennstoff bietet im<br />
Abgas bereits gute Bedingungen für die Trockensorption.<br />
Aus Sicherheits- (Hg-Abscheidung) und verfahrenstechnischen Gründen (Brennbarkeit) werden<br />
kohlenstoffhaltige Sorbentien bis zu <strong>ein</strong>er Gastemperatur von maximal 180°C <strong>ein</strong>gesetzt.<br />
Die Wahl des Verfahrens ist immer von individuellen R<strong>an</strong>dbedingungen gekennzeichnet, so<br />
dass „die Lösung“ nicht pauschal ben<strong>an</strong>nt werden k<strong>an</strong>n. Im Rahmen dieser Arbeit werden<br />
<strong>ein</strong>ige Beispiele aus dem Bereich der Holz- und Biomassefeuerung und die dabei verwendeten<br />
Additive vorgestellt.<br />
3. Additive für Trocken- und konditionierte Trockenverfahren<br />
Allen Verfahren ist gem<strong>ein</strong>, dass zur Neutralisation säurebildender Schadstoffe (SO2, HCl, HF)<br />
im wesentlichen kalkstämmige Produkte (CaCO3 <strong>–</strong> Kalkst<strong>ein</strong>mehl, CaO <strong>–</strong> Weißf<strong>ein</strong>kalk,<br />
Ca(OH)2 <strong>–</strong> Kalkhydrat) <strong>ein</strong>gesetzt werden. Bei Trocken- und konditionierten Trockenverfahren<br />
werden chemisch gesehen in der Regel Kalkhydrate <strong>ein</strong>gesetzt.<br />
Die Abscheidung saurer Schadgaskomponenten ist dabei von <strong>ein</strong>er Vielzahl von<br />
Einflussfaktoren abhängig; dazu zählen Rauchgastemperatur und <strong>–</strong> feuchte, Verweilzeit des<br />
Additivs im Rauchgas, Durchmischung Additiv/Rauchgas sowie Kalkhydrat-Menge<br />
(Stöchiometrie) und Eigenschaften des <strong>ein</strong>gesetzten Kalkhydrates.<br />
Faktoren wie Rauchgastemperatur und <strong>–</strong>feuchte oder die Verweilzeit des Additivs lassen sich<br />
meist nur innerhalb <strong>ein</strong>es eng begrenzten Bereiches verändern bzw. bedingen technische<br />
Veränderungen / Investitionen vor Ort.<br />
Durch die Weiterentwicklung von normalen Kalkhydraten hinsichtlich der physikalischen<br />
Parameter<br />
- Partikelgrößenverteilung<br />
- Spezifische Oberfläche<br />
- Porengrößen und -volumen<br />
lassen sich jedoch entscheidende Verbesserungen im Abscheidevermögen erzielen.<br />
Für Betreiber von trockenen Rauchgasr<strong>ein</strong>igungsverfahren bieten sich durch Verwendung von<br />
solchen, optimal <strong>an</strong> den Prozess <strong>an</strong>gepassten Kalkhydraten besondere Vorteile. Rh<strong>ein</strong>kalk, <strong>ein</strong><br />
Unternehmen der Lhoist-Gruppe, hat seit Mitte der 80er Jahre die Weiterentwicklung von<br />
Materialien für den Einsatz insbesondere in trockenen Verfahren vor<strong>an</strong>getrieben<br />
(WÜLFRAsorp ® A, - D SP, Spongiacal ® , Sorbacal ® , jetzt alle: Sorbacal ® ).<br />
Ergebnis dieser intensiven Forschung war das erste hochoberflächige Kalkhydrat Sorbacal ® A.<br />
Während herkömmliches Weißkalkhydrat üblicherweise <strong>ein</strong>e spezifische Oberfläche von ca. 18<br />
m 2 /g (nach BET) besitzt, weist Sorbacal ® A ca. 38 m 2 /g auf. Hierdurch steht für die Gas-<br />
Feststoff-Reaktionen im Trockensorptionsprozess prinzipiell <strong>ein</strong>e mehr als verdoppelte<br />
Oberfläche zur Verfügung. Weiterhin ist die Partikel<strong>an</strong>zahl und Dispergierbarkeit durch die<br />
F<strong>ein</strong>teiligkeit des Produktes (d50 ca. 3 µm gegenüber 6 µm bei h<strong>an</strong>delsüblichen Kalkhydraten)<br />
deutlich erhöht.<br />
4
• 1. Entwicklungsstufe:<br />
Weißkalkhydrat mit höherer Oberfläche (~ 35 m²/g) durch f<strong>ein</strong>ere Partikel ohne wesentliche<br />
Änderungen der kristallinen Matrix<br />
Abb. 3a: Entwicklung von Hochreaktiven Kalkhydraten <strong>–</strong> F<strong>ein</strong>ere Partikel.<br />
Für die Praxis bedeutet dies, daß überall dort wo schnell ablaufende Reaktionen auftreten, z. B.<br />
bei der Bindung von HF oder HCl oder im Mittel- und Hochtemperaturbereich, mit diesen<br />
Sorbentien i. d. R. deutlich effektiver als mit herkömmlichem Kalkhydrat gearbeitet werden<br />
k<strong>an</strong>n.<br />
Die intensive Weiterentwicklung zur Verbesserung des herkömmlichen Weißkalkhydrates durch<br />
die Lhoist-Forschung führte zu dem Produkt Sorbacal ® SP (ursprünglich: Spongiacal ® ). Hier<br />
gel<strong>an</strong>g es neben der weiteren Erhöhung der spezifischen Oberfläche auf > 40 m² (aktuell ca. 45<br />
m 2 /g) insbesondere, das für die SO2-Abscheidung wesentliche Porenvolumen entscheidend zu<br />
vergrößern. Während herkömmliches Weißkalkhydrat <strong>ein</strong> Porenvolumen von ca. 0,08 cm 3 /g<br />
besitzt, weist Sorbacal ® SP zwischen 0,21-0,25 cm 3 /g auf (BJH, N2-Desorption).<br />
• 2. Entwicklungsstufe:<br />
Kalkhydrat mit hoher Oberfläche (> 40 m²/g) und hoher Beladekapazität durch<br />
gezielte Be<strong>ein</strong>flussung der Porosität und der Schaffung von Poren im nutzbaren<br />
Bereich<br />
Abb. 3b: Entwicklung von Hochreaktiven Kalkhydraten <strong>–</strong> Höhere Porosität.<br />
Für den Betreiber bieten diese Sorbentien den Vorteil <strong>ein</strong>e sehr hohe Beladung mit<br />
Schadstoffen realisieren zu können, bevor die verfügbare Feststoffoberfläche durch<br />
Reaktionsprodukte verschlossen ist. Auch diese Materialien werden aktuell weiterentwickelt,<br />
wobei hier das Ziel <strong>ein</strong>e Aktivierung der im offenen Porensystem verfügbaren Oberfläche ist.<br />
5
• Derzeitige Entwicklung:<br />
Be<strong>ein</strong>flussung der Oberflächenaktivität von Kalkhydraten mit hoher Oberfläche<br />
und Porosität<br />
Abb. 3c: Derzeitige Entwicklung von Hochreaktiven Kalkhydraten <strong>–</strong> Höhere Aktivität.<br />
Diese Aktivierung bewirkt <strong>ein</strong>e von den bisl<strong>an</strong>g notwendigen Reaktionsbedingungen wie z. B.<br />
Abgastemperatur oder <strong>–</strong>Feuchte weitgehend entkoppelte Einbindung von SO2 , HCl, oder HF.<br />
In der nachstehenden Abbildung sind <strong>ein</strong>ige physikalische Parameter der verschiedenen in 3a<br />
u. 3b beschriebenen Kalkhydrate dargestellt.<br />
Partikeldurchmesser d 50<br />
[10 -6 m ]<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
Herkömmliches Kalkhydrat Sorbacal® A Sorbacal® SP<br />
spez. Oberfläche [m²/g] BET<br />
Abb. 4: Kalkhydrate für Trockensorptionsprozesse<br />
50<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
6<br />
Porenvolum en [cm ³/g]<br />
0,25<br />
0,2<br />
0,15<br />
0,1<br />
0,05<br />
0
Gegenüber herkömmlichen Kalkhydraten besitzen diese Produkte also <strong>ein</strong>e deutlich höhere<br />
Reaktivität. Dies bedeutet, daß<br />
• der Betriebsmittelverbrauch zur Abscheidung der sauren Schadgaskomponenten minimiert<br />
wird,<br />
• die Grenzwerte sicher <strong>ein</strong>gehalten werden,<br />
• der Filterstaub<strong>an</strong>fall deutlich reduziert werden k<strong>an</strong>n (Reststoffminimierungsgebot)<br />
Hierdurch werden die Gesamtbetriebskosten der Rauchgasr<strong>ein</strong>igung gegenüber dem Einsatz<br />
herkömmlichen Kalkhydrates optimiert.<br />
Das optimale Produkt für den <strong>ein</strong>zelnen Anwendungsfall wird in Abhängigkeit der vorh<strong>an</strong>denen<br />
Verfahrenstechnik und den Betriebsparametern nach <strong>ein</strong>er <strong>an</strong>wendungstechnischen Beratung<br />
empfohlen. Darüber hinaus bietet Rh<strong>ein</strong>kalk die Möglichkeit, durch begleitende<br />
Rauchgasmessungen <strong>ein</strong>e detaillierte Analyse der Gaszusammensetzung vorzunehmen, um zu<br />
noch genaueren Aussagen v.a. zum Emissionsprofil zu gel<strong>an</strong>gen.<br />
Neben modernen Rauchgas<strong>an</strong>alysensystemen verfügt Rh<strong>ein</strong>kalk auch über <strong>ein</strong>e Vielzahl <strong>an</strong><br />
Dosiersystemen zur Durchführung von Betriebsversuchen, zur Praxiserprobung von<br />
verfahrenstechnischen Verbesserungsvorschlägen sowie der Optimierung der vorh<strong>an</strong>denen<br />
Rauchgasr<strong>ein</strong>igung.<br />
4. Emission von SO2 und HCl <strong>an</strong> holzgefeuerten Biomasse-Kraftwerken<br />
Für <strong>ein</strong>ige Prozesse der Energieerzeugung besteht <strong>ein</strong> breites Wissen hinsichtlich der für<br />
verschiedene Feuerungsarten und Brennstoffe geltenden Tr<strong>an</strong>sferfaktoren für im Brennstoff<br />
enthaltene Schwefel- und Chlorverbindungen in die Abgasphase. Tabelle 1 gibt <strong>ein</strong>en Überblick<br />
über <strong>ein</strong>ige dieser Werte.<br />
Für Holzfeuerungen werden von <strong>ein</strong>zelnen Anlagenbauern und Betreibern Tr<strong>an</strong>sferfaktoren für<br />
Schwefel im Bereich von 0,4 bis 0,8 <strong>an</strong>gegeben, für Chlor in der VDI 3927 8 <strong>ein</strong> Wert von 0,9.<br />
Diese Tr<strong>an</strong>sferfaktoren entsprechen in etwa denen von Hausmüll, wobei natürlich für Holz von<br />
wesentlich geringeren Massen<strong>an</strong>teilen ausgeg<strong>an</strong>gen werden k<strong>an</strong>n.<br />
Tabelle 1: Tr<strong>an</strong>sferfaktoren für verschiedene Brennstoffe (Quelle: VDI 3927; kursiv: Angaben von<br />
Anlagenbauern/Betreibern)<br />
Masse<strong>an</strong>teil<br />
in mg/kg<br />
Siedlungsabfall Holz (unbeh<strong>an</strong>delt) St<strong>ein</strong>kohle<br />
Tr<strong>an</strong>sferfaktor Masse<strong>an</strong>teil<br />
in mg/kg<br />
7<br />
Tr<strong>an</strong>sferfaktor Masse<strong>an</strong>teil<br />
in mg/kg<br />
Tr<strong>an</strong>sferfaktor<br />
S 1000 <strong>–</strong> 6000 0,5 <strong>–</strong> 0,8 50 - 2000 0,4 <strong>–</strong> 0,8 4000 - 15000 0,95<br />
F 100 <strong>–</strong> 250 0,5 <strong>–</strong> 0,8 200 20 - 400<br />
Cl 3000 <strong>–</strong> 9000 0,85 <strong>–</strong> 0,95 100 - 800 0,9 100 - 3000 0,95<br />
Cu 200 <strong>–</strong> 1000 0,05 5 - 20 0,02 < 1 - 60 0,71 <strong>–</strong> 0,77<br />
Zn 400 <strong>–</strong> 2000 0,3 <strong>–</strong> 0,5 20 - 200 0,4 5 - 400 0,8 <strong>–</strong> 0,99<br />
Hg 0,5 <strong>–</strong> 10 0,9 <strong>–</strong> 0,95 < 0,1 <strong>–</strong> 0,5 < 0,1 - 1 0,91 <strong>–</strong> 0,98<br />
Pb 400 <strong>–</strong> 1500 0,3 <strong>–</strong> 0,4 10 - 100 0,2 10 - 300 0,82 <strong>–</strong> 0,96<br />
Die tatsächlichen Rohgaskonzentrationen <strong>an</strong> holzbefeuerten <strong>Biomassekraftwerken</strong> werden seit<br />
l<strong>an</strong>gem kontrovers diskutiert.<br />
Eigene Messungen von Rh<strong>ein</strong>kalk und bek<strong>an</strong>nte Ergebnisse von Messungen <strong>an</strong> verschiedenen<br />
holzbefeuerten Anlagen ergaben für den Betrieb mit A1 <strong>–</strong> A4 Holz im L<strong>an</strong>gzeitmittel für SO2 ca.<br />
50 <strong>–</strong> 150 mg/Nm³tr. und für HCl ca. 100 <strong>–</strong> 150 mg/Nm³tr. (als Halbstundenmittelwerte) 9 . Bei<br />
<strong>ein</strong>zelnen Anlagen liegt dabei SO2 im L<strong>an</strong>gzeitmittel bei bis zu 400 mg/Nm³tr.. Ver<strong>ein</strong>zelt wurden
kurzzeitig auftretende Konzentrationen von bis zu 800 mg/Nm³tr. SO2 und bis zu 1.500 mg/Nm³tr.<br />
HCl gemessen. Diese Werte, die im Bereich der Rohgaskonzentrationen von Hausmüllverbrennungs<strong>an</strong>lagen<br />
liegen, werden durch trockene Rauchgasr<strong>ein</strong>igungsverfahren sicher<br />
beherrscht.<br />
Bemerkenswert sind auch bei Einsatz von A1 <strong>–</strong> A2 Hölzern die zunehmend insbesondere für<br />
HCl festgestellten höheren Rohgaskonzentrationen. Rohgaswerte von 100 <strong>–</strong> 150 mg/Nm³tr. im<br />
Halbstundenmittel korrelieren häufig mit <strong>ein</strong>em hohen Anteil von Grünschnitt oder Rinden im<br />
Brennstoff. Wirbelschichtfeuerungen weisen gegenüber Rostfeuerungen bei vergleichbaren<br />
HCl-Konzentrationen deutlich geringere SO2-Werte auf. Dieser Effekt liegt in den besseren<br />
Bedingungen zur Einbindung von Schwefelverbindungen in der Wirbelschicht begründet.<br />
Berücksichtigt m<strong>an</strong> <strong>ein</strong>en Masse<strong>an</strong>teil im Holz von 100 - 800 mgCl/kg und 50 - 2000 mgSO2/kg,<br />
ergibt sich unter Berücksichtigung der in Tab. 1 <strong>an</strong>gegebenen Tr<strong>an</strong>sferfaktoren <strong>ein</strong>e<br />
theoretische Sp<strong>an</strong>nweite von bis zu 320 mg SO2 / Nm³tr. und 146 mg HCl / Nm³tr. 8 . Dies trifft für<br />
HCl das <strong>an</strong>gegeben mittlere Niveau. Für SO2 zeigt sich in der Praxis <strong>ein</strong> deutlich niedrigeres<br />
Niveau. Betrachtet m<strong>an</strong> die große Streuung der festgestellten Werte von bis zu 800 mg/Nm³tr.<br />
SO2 und bis zu 1.500 mg/Nm³tr. HCl, liegt nahe, dass die B<strong>an</strong>dbreite der in der Praxis<br />
auftretenden Konzentrationen im Rohgas nicht durch die im Holz selbst vorliegenden Gehalte<br />
<strong>an</strong> Schwefel- und Chlorverbindungen, sondern durch mit dem Holz <strong>ein</strong>getragene Störstoffe, wie<br />
z.B. Beschichtungen, Kunststoffteile, Kabelreste, etc. bestimmt wird.<br />
In Abbildung 5 sind beispielhaft die Ergebnisse <strong>ein</strong>er <strong>ein</strong>wöchigen kontinuierlichen Messung im<br />
Roh- und R<strong>ein</strong>gas <strong>ein</strong>es holzbefeuerten Biomassekraftwerkes (A1 <strong>–</strong> A4 Holz; Rostfeuerung;<br />
Trockensorption mit hochoberflächigem Kalkhydrat Sorbacal ® SP mit 5 % HOK) dargestellt; der<br />
Verlauf der HCl- und SO2-Rohgaskonzentrationen vermittelt <strong>ein</strong>en guten Eindruck von den<br />
möglichen Veränderungen im Emissionsprofil. Für die Ausschnitte 1 und 2 sind in Abbildungen<br />
5b und 5c die für das auftretende Rohgasprofil gemessenen R<strong>ein</strong>gaswerte mit aufgeführt.<br />
Im Messzeitraum lagen die HCl-Rohgaskonzentrationen bei etwa 100 <strong>–</strong> 120 mg/Nm³tr.;<br />
auftretende HCl-Spitzen im Bereich von 250 <strong>–</strong> 270 mg/Nm³tr.. Für SO2 wurden überwiegend<br />
Werte < 50 mg/Nmtr. gemessen; abweichend hiervon traten jedoch auch Spitzenbelastungen<br />
von bis zu 370 mg/Nm³tr. auf. Die R<strong>ein</strong>gaswerte wurden in jedem Falle sicher <strong>ein</strong>gehalten. Die<br />
Additiv-Dosierung wurde dem jeweiligen Belastungsprofil für HCl entsprechend geregelt.<br />
Konzentration HMW [mg/m³Ntr.]<br />
400<br />
350<br />
300<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
0<br />
Holzheizkraftwerk in der Sp<strong>an</strong>plattenindustrie mit Altholz<strong>ein</strong>satz<br />
Ausschnitt 2<br />
HCl [mg/m³Ntr.]<br />
SO2 [mg/m³Ntr.]<br />
12:30 12:30<br />
16:30 16:30<br />
20:30 20:30<br />
00:30 00:30<br />
04:30 04:30<br />
08:30 08:30<br />
12:30 12:30<br />
16:30 16:30<br />
20:30 20:30<br />
00:30 00:30<br />
04:30 04:30<br />
08:30 08:30<br />
12:30 12:30<br />
16:30 16:30<br />
20:30 20:30<br />
00:30 00:30<br />
04:30 04:30<br />
08:30 08:30<br />
12:30 12:30<br />
16:30 16:30<br />
20:30 20:30<br />
00:30 00:30<br />
04:30 04:30<br />
08:30 08:30<br />
12:30 12:30<br />
16:30 16:30<br />
20:30 20:30<br />
00:30 00:30<br />
04:30 04:30<br />
08:30 08:30<br />
12:30 12:30<br />
16:30 16:30<br />
20:30 20:30<br />
00:30 00:30<br />
04:30 04:30<br />
08:30 08:30<br />
Verlauf über <strong>ein</strong>e Woche<br />
Abbildung 5: Zeitlicher Verlauf der Rohgaskonzentrationen<br />
8<br />
Ausschnitt 1
In Abbildung 5b ist der Verlauf <strong>ein</strong>er HCl-Spitze im Rohgas dargestellt; der Verlauf ist<br />
gekennzeichnet durch <strong>ein</strong>en raschen Anstieg bis zum jeweiligen Maximum und sinkt d<strong>an</strong>n nur<br />
l<strong>an</strong>gsam über Stunden wieder ab. Unserer Hypothese nach spiegelt sich hier der Eintrag <strong>ein</strong>er<br />
mit HCl kontaminierten Holzcharge von ca. 25 t wieder (Durchsatz der Anlage bei Nominallast<br />
ca. 14 t/h Holz).<br />
Abbildung 5b: Ausschnitt 1 aus Abbildung 5<br />
Rohgaskonzentrationen [mg/m²N]<br />
250<br />
225<br />
200<br />
175<br />
150<br />
125<br />
100<br />
75<br />
50<br />
25<br />
0<br />
21:00<br />
21:30<br />
22:00<br />
22:30<br />
23:00<br />
23:30<br />
00:00<br />
00:30<br />
01:00<br />
01:30<br />
02:00<br />
02:30<br />
03:00<br />
03:30<br />
04:00<br />
04:30<br />
Rohgas HCl<br />
Rohgas SO2<br />
R<strong>ein</strong>gas HCl<br />
R<strong>ein</strong>gas SO2<br />
05:00<br />
05:30<br />
9<br />
Zeit<br />
06:00<br />
06:30<br />
07:00<br />
07:30<br />
08:00<br />
08:30<br />
09:00<br />
09:30<br />
10:00<br />
10:30<br />
11:00<br />
11:30<br />
12:00<br />
12:30<br />
13:00<br />
13:30<br />
Abbildung 5c zeigt <strong>ein</strong>e mögliche Veränderung im SO2-Emissionsprofil. Das Auftreten derartiger<br />
ver<strong>ein</strong>zelter SO2-Rohgasspitzen wurde auch von <strong>an</strong>deren Betreibern berichtet und stellt <strong>ein</strong>e<br />
der zu lösenden Aufgaben für <strong>ein</strong>e betriebssichere Trockensorption dar.<br />
Abbildung 5c: Ausschnitt 2 aus Abbildung 5<br />
Rohgaskonzentrationen [mg/m²N]<br />
400<br />
360<br />
320<br />
280<br />
240<br />
200<br />
160<br />
120<br />
80<br />
40<br />
0<br />
Rohgas HCl<br />
Rohgas SO2<br />
R<strong>ein</strong>gas HCl<br />
R<strong>ein</strong>gas SO2<br />
12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00<br />
Zeit<br />
16:30 17:00 17:30 18:00 18:30 19:00 19:30<br />
50<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
50,0<br />
45,0<br />
40,0<br />
35,0<br />
30,0<br />
25,0<br />
20,0<br />
15,0<br />
10,0<br />
5,0<br />
0,0<br />
R<strong>ein</strong>gaskonzentrationen [mg/m³N]<br />
R<strong>ein</strong>gaskonzentrationen [mg/m³N]
An mit A1 <strong>–</strong> A4 Holz befeuerten Anlagen können also ausgehend von <strong>ein</strong>em relativ konst<strong>an</strong>tem<br />
Belastungsprofil plötzliche Spitzenbelastungen <strong>an</strong> HCl und SO2 auftreten. Die notwendigen<br />
Abscheideleistungen der trockenen Rauchgasr<strong>ein</strong>igung wachsen d<strong>an</strong>n überproportional <strong>an</strong> und<br />
können dem Niveau <strong>ein</strong>er MVA entsprechen. Hier hat sich in der Praxis der Einsatz von<br />
hochoberflächigen Kalkhydraten gegenüber herkömmlichen Additiven bewährt. Mit diesen<br />
Sorbentien ist es möglich, aus dem St<strong>an</strong>d heraus auftretende Rohgasspitzen in der<br />
Rauchgasr<strong>ein</strong>igung sicher durch entsprechende Nachregelung der Dosiermenge abzuf<strong>an</strong>gen.<br />
5. Beispiele aus der Praxis:<br />
5.1 Altholzbefeuertes Biomassekraftwerk<br />
Biomassekraftwerke gelten als CO2-neutral, da beim Verbrennen der Biomasse lediglich die<br />
Menge <strong>an</strong> CO2 freigesetzt wird, die zuvor während der Wachstumsphase aus der atmosphäre<br />
aufgenommen wurde. Durch das deutsche Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) wurden die<br />
durch das Einspeisen von Strom erzielten Erlöse von <strong>Biomassekraftwerken</strong> l<strong>an</strong>gfristig pl<strong>an</strong>bar<br />
und boten <strong>ein</strong>e solide Basis für Investitionsentscheidungen. Der regional <strong>an</strong>fallende Brennstoff<br />
Biomasse macht zudem solche Anlagen weitgehend unabhängig von den Preisentwicklungen<br />
der internationalen Energiepreismärkte. Dies führte in den letzten Jahren zum Bau und<br />
Inbetriebnahme <strong>ein</strong>er g<strong>an</strong>zen Reihe von Kraftwerken zur Verstromung von Biomasse.<br />
Brennstoffe:<br />
~ 130.000 t/a; 15 t/h<br />
Altholz A1 <strong>–</strong> A4<br />
Spreader-Stoker<br />
Feuerung<br />
20 MW el.<br />
Rohgas<br />
n. B.<br />
Feuerung<br />
Kessel<br />
Zyklon<br />
Sorbacal ® Sorbacal SP ® SP<br />
Abbildung 6: Holzbefeuertes Biomassekraftwerk<br />
Reaktor<br />
10<br />
HOK<br />
Gewebefilter<br />
140-150°C<br />
Reststoff<br />
R<strong>ein</strong>gas<br />
Sonstige Angaben<br />
- Additivbedarf:<br />
400 t/a Sorbacal ® Sonstige Angaben<br />
- Additivbedarf:<br />
400 t/a Sorbacal SP<br />
(ca. 3,1 kg/t Holz)<br />
HOK über BigBags<br />
® SP<br />
(ca. 3,1 kg/t Holz)<br />
HOK über BigBags<br />
R<strong>ein</strong>gas<br />
HCl: < 10 mg/Nm³ tr *<br />
SO 2 : < 50 mg/Nm³ tr *<br />
PCDD/F: < 0,1 ng/Nm³ tr. TE<br />
H 2 O: ca. 13 - 15 Vol.%<br />
V Gas : Ø 80.000 Nm³/h tr<br />
*: Kontin. überwacht<br />
An der in Abbildung 6 abgebildeten Anlage werden jährlich aus 130.000 t Holz (A1 <strong>–</strong> A4) etwa<br />
160.000 MWh Strom, - der Bedarf von 50.000 Haushalten -, erzeugt; dadurch werden<br />
rechnerisch 150.000 t/a <strong>an</strong> CO2 <strong>ein</strong>gespart. Das Kraftwerk verfügt über <strong>ein</strong>e Spreader-Stoker-<br />
Feuerung (W<strong>an</strong>derrost mit Wurfbeschickung) mit <strong>ein</strong>em Durchsatz von ca. 15 t/h Altholz. Die<br />
<strong>ein</strong>stufige trockene Rauchgasr<strong>ein</strong>igungs<strong>an</strong>lage besteht aus <strong>ein</strong>em Zyklon zur Vorabscheidung<br />
mit nachgeschaltet-em Reaktor zur besseren Durchmischung von Rauchgasen und Additiven<br />
sowie Gewebefilter. Die <strong>ein</strong>gesetzten Additive (hochoberflächiges Kalkhydrat Sorbacal ® SP und<br />
Herdofenkoks HOK) werden separat in den Reaktor <strong>ein</strong>gedüst. Der jährliche Verbrauch <strong>an</strong><br />
Sorbacal ® SP beträgt ca. 400 t und entspricht <strong>ein</strong>em spezifischen Verbrauch von etwa 3,1 kg/t<br />
Holz.
5.2 Holzheizkraftwerk im industriellen Verbund<br />
Die in den letzten Jahren stürmische Entwicklung beim Bau von Holzbefeuerten<br />
<strong>Biomassekraftwerken</strong> hat ihre technischen Wurzeln in der energetischen Nutzung <strong>an</strong>fallender<br />
Reste aus der Holz- und Holzwerkstoffherstellung. Insbesondere in der Sp<strong>an</strong>plattenherstellung,<br />
wo <strong>ein</strong> hoher Bedarf <strong>an</strong> Prozessdampf besteht, arbeiten seit l<strong>an</strong>gem Heizkraftwerke im Verbund<br />
mit der Produktion. Dieser Verbund ist gekennzeichnet durch hohe Anforderungen <strong>an</strong> die<br />
Verfügbarkeit des Kraftwerkes. Dadurch besteht die Forderung nach <strong>ein</strong>er zuverlässigen,<br />
robusten und leistungsfähigen Rauchgasr<strong>ein</strong>igung.<br />
Brennstoffe:<br />
~ 90.000 t/a<br />
~ 30% Altholz A1-A2<br />
~ 70% Altholz A3-A4,<br />
Klärschlamm, PE-Folien,<br />
Leichtfraktion Tetrapak,..<br />
TWS:<br />
V Gas : ~ 85.000 Nm³/h tr<br />
33 MW therm<br />
Brennstoff: ~ 7 t/h<br />
SWS:<br />
V VGas: Gas: ~ 45.000 Nm³/h tr tr<br />
28 MW therm<br />
Brennstoff: ~ 5 t/h<br />
WS-Feuerung<br />
Kessel<br />
Rohgas<br />
HCl: TWS: ~ 150 mg/Nm³<br />
SWS: ~ 350 mg/Nm³<br />
SO 2 : < 50 mg/Nm³<br />
(Betreiber<strong>an</strong>gaben)<br />
Economiser<br />
Sorbacal ® Sorbacal ®<br />
L SP 3<br />
11<br />
Zyklon<br />
Abbildung 7: Holzheizkraftwerk der Sp<strong>an</strong>plattenindustrie<br />
Gewebefilter<br />
~ 150°C<br />
Reststoff<br />
Reststoff<br />
R<strong>ein</strong>gas<br />
Sonstige Angaben<br />
-Additivbedarf:<br />
400 t/a Sorbacal ® L SP 3<br />
(Sorbacal ® Sonstige Angaben<br />
-Additivbedarf:<br />
400 t/a Sorbacal<br />
SP + 3% HOK)<br />
(ca. 4,4 kg/t Brennstoff)<br />
® L SP 3<br />
(Sorbacal ® SP + 3% HOK)<br />
(ca. 4,4 kg/t Brennstoff)<br />
R<strong>ein</strong>gas<br />
HCl: < 10 mg/Nm³ *<br />
SO SO2: 2: < 50 mg/Nm³<br />
PCDD/F: < 0,1 ng TE/Nm³<br />
H H2O: 2O: 15 - 19 Vol.%<br />
O 2 : ~ 11 %<br />
V Gas : ~ 130.000 Nm³/h tr.<br />
*: kontin. überwacht<br />
In der in Abbildung 7 skizzierten Anlage werden in zwei Wirbelschichtfeuerungen jährlich ca.<br />
90.000 t/a Brennstoffe (70 % interne Holzabfälle aus der Produktion und Altholz A2 <strong>–</strong> A3; 30 %<br />
A4-Holz (Bahnschwellen), Klärschlamm, etc) <strong>ein</strong>gesetzt.<br />
Das mittlere Konzentrationsniveau im Rohgas liegt bei etwa 150 mg/Nm³tr. (TWS) bzw. bei ca.<br />
350 mg/Nm³tr. (SWS); durch die Einbindung in die Wirbelschicht liegt der SO2-Rohgaswert<br />
unterhalb 50 mg/Nm³tr.. Der jährliche Verbrauch <strong>an</strong> Sorbacal ® L SP 3 beträgt ca. 400 t; dies<br />
entspricht <strong>ein</strong>em spezifischen Verbrauch von ca. 4,4 kg/t Brennstoff.<br />
Die Einhaltung hoher Abscheidegrade für HCl und SO2 ist Voraussetzung für die hohe<br />
Verfügbarkeit des Kraftwerkes. Der Einsatz von Sorbacal ® L SP 3 (hochoberflächiges<br />
Kalkhydrat Sorbacal ® SP mit 3 % HOK) führt zu der hohen Flexibilität im Brennstoff<strong>ein</strong>satz 10 .<br />
Die Energieerzeugung ist bei diesem Verfahren mit Einsatz von Sorbacal ® L SP vollständig von<br />
der Schadstoff-Fracht im Brennstoff entkoppelt. Dies wird durch die hohe Leistungsfähigkeit des<br />
skizzierten Systems ermöglicht.<br />
5.3 Spezifische Sorbensverbräuche <strong>an</strong> holzbefeuerten Kraftwerken<br />
Im Vorfeld vieler Projekte wird der stöchiometrische Faktor zur Darstellung der<br />
Abscheideleistung für HCl und SO2 intensiv diskutiert. Zur Abdeckung des Spitzenlastbereiches<br />
für die Abscheidung in der Rauchgasr<strong>ein</strong>igung ist diese Art der Leistungsdefinition sinnvoll. Zur<br />
Definition des Sorbensbedarfes über <strong>ein</strong>en längeren Zeitraum ist der stöchiometrische Faktor<br />
aufgrund meist fehlender Daten über die Schadstoff-Fracht im Rohgas nur schwer zu
definieren. Für den Betreiber <strong>ein</strong>er Anlage ist von geringerer Bedeutung, welche<br />
Abscheideleistung mit welchem stöchiometrischen Faktor erreichbar ist, sondern vielmehr der<br />
jährliche Sorbensbedarf, über den sich die Kosten der Ver- und Entsorgung definieren lassen.<br />
An dieser Stelle führt <strong>ein</strong>e Betrachtung der Massenströme (Sorbensbedarf im Verhältnis zur<br />
Brennstoffmenge) zum Ziel. Aus <strong>ein</strong>er Anzahl von 25 in Betrieb befindlichen Anlagen mit <strong>ein</strong>er<br />
jährlichen Durchsatzleistung von ca. 2 Mio t Holz wurde über den Brennstoff<strong>ein</strong>satz und den<br />
Jahresverbrauch <strong>an</strong> Calciumhydroxid in Form von herkömmlichem Kalkhydrat und Sorbacal ®<br />
SP der Bedarf in kg/t Holz ermittelt. Die Daten in Abbildung 8 wurden nach Art des Brennstoffes<br />
und der Feuerung sowie den geltenden Grenzwerte klassiert.<br />
Spezifischer Bedarf [kg/t Holz]<br />
14<br />
13<br />
12<br />
11<br />
10<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
TA-Luft, A1 - A2 Holz 17. BImSchV,<br />
A1 - A4 Holz<br />
0<br />
Rostfeuerung herk. Rostfeuerung Rostfeuerung herk. Rostfeuerung Wirbelschicht herk. Wirbelschicht<br />
Kalkhydrat Sorbacal® SP Kalkhydrat Sorbacal® SP Kalkhydrat Sorbacal® SP<br />
Max 5,3 2,6 13,3 8,4 6,9 4,4<br />
Min 2,7 1,6 5,0 3,5 6,0 3,1<br />
O 3,8 2,3 9,2 4,8 6,5 3,8<br />
Betriebsdaten aus 26 Anlagen<br />
12<br />
17. BImSchV,<br />
A1 - A4 Holz<br />
Abbildung 8: Spezifischer Sorbensbedarf <strong>an</strong> Trockensorptions<strong>an</strong>lagen für Holzkraftwerke<br />
Die Erhebung beruht auf Daten bis zum Jahr 2004; sie deckt nicht alle Anlagen in Deutschl<strong>an</strong>d<br />
ab und stellt <strong>ein</strong>e stark ver<strong>ein</strong>fachte Sicht dar. Es wird z.B. nicht auf Details der <strong>ein</strong>zelnen<br />
<strong>ein</strong>stufigen trockenen Rauchgasr<strong>ein</strong>igungs<strong>an</strong>lagen <strong>ein</strong>geg<strong>an</strong>gen. Das Ergebnis zeigt jedoch<br />
deutliche Trends auf:<br />
Bei Einsatz von A1 <strong>–</strong> A2 Holz ist generell <strong>ein</strong> niedrigerer Sorbensbedarf notwendig als bei<br />
Einsatz von A1 <strong>–</strong> A4 Holz. Der Verbrauch dieser Anlagen weist <strong>ein</strong>e weitaus geringere<br />
B<strong>an</strong>dbreite auf, was den gleichmäßigeren und geringeren Schadstoff<strong>ein</strong>trag über das Holz<br />
wiederspiegelt. Der Unterschied im Verbrauch zwischen herkömmlichem Kalkhydrat und dem<br />
für die Trockensorption optimierten Sorbens ist deutlich geringer als bei den nach 17. BISchV<br />
arbeitenden Anlagen. Bei diesen wird der Mittelwert von ca. 9,2 kg/t Holz (herkömmliches<br />
Kalkhydrat) durch <strong>ein</strong>e große Streuung charakterisiert. Der Einsatz von Sorbacal® SP<br />
ermöglicht hier, - wie im direkten Vergleich immer wieder festgestellt -, durchgehend niedrigere<br />
Verbräuche, die im Mittel bei 4,8 kg/t Holz liegen. Im direkten Vergleich wurde durch den<br />
Einsatz von Sorbacal ® SP in jedem Falle der Verbrauch erheblich reduziert. Die realisierten<br />
Einsparungen liegen im Bereich von 40 bis 60 %.<br />
Bei den Wirbelschichtfeuerungen liegt der Kalkhydratverbrauch im Mittel bei 6,5 kg/t Holz.<br />
Dieser niedrigere Bedarf spiegelt die niedrigeren Emissionsfrachten für die Rauchgasr<strong>ein</strong>igung<br />
aufgrund der Direkt<strong>ein</strong>bindung von SO2 im Wirbelbett wieder. Auch bei Wirbelschichtfeuerungen<br />
wurde durch den Einsatz von Sorbacal ® SP der Additivbedarf um ca. 42 % gesenkt, was sich in<br />
<strong>ein</strong>em mittleren Bedarf von ca. 3,8 kg/t Holz widerspiegelt.
In vielen Anlagen werden Kalk-Kohlenstoff-Mischungen (z.B. Sorbacal ® L SP) zur Einhaltung<br />
der Grenzwerte der 17. BISchv <strong>ein</strong>gesetzt. Der Kohlenstoffbedarf liegt in diesen Fällen<br />
üblicherweise im Bereich von ca. 10 <strong>–</strong> 30 mg/Nm³tr. Dies schlägt sich in sehr geringen<br />
Kohlenstoffkonzentrationen zwischen 2 bis 5 % im Kalk-Kohlenstoff-Gemisch nieder. Hieraus<br />
ergeben sich sehr geringe Zugabemengen von 0,07 bis 0,11 kg/t Holz (entsprechend ca. 10 bis<br />
17 t/a bei 150.000 t/a Holzdurchsatz).<br />
In letzter Zeit wurde für <strong>ein</strong>ige A1 <strong>–</strong> A4 befeuerte Kraftwerke <strong>ein</strong> tendenzieller Anstieg der<br />
spezifischen Sorbensverbräuche registriert. Dies spiegelt den Anstieg der Schadstoff-Frachten<br />
im Rohgas durch den vermehrten Einsatz von A3 <strong>–</strong> A4 Hölzern bzw. <strong>ein</strong>e Zunahme <strong>an</strong><br />
Störstoffen in den <strong>ein</strong>gesetzten Brennstoffen wieder.<br />
Das im Einzelfall vorh<strong>an</strong>dene Optimierungspotential muß für den individuellen Fall<br />
herausgearbeitet werden. Insbesondere zur Leistungssteigerung vorh<strong>an</strong>dener<br />
Rauchgasr<strong>ein</strong>igungs<strong>an</strong>lagen und zur Nachrüstung von Kraftwerken ist die Durchführung von<br />
Versuchen im Full-Scale Maßstab notwendig. Rh<strong>ein</strong>kalk bietet hier über den<br />
Anwendungstechnischen Service <strong>ein</strong> fundiertes Know-How sowie die technischen<br />
Möglichkeiten zur gezielten Durchführung von Optimierungen, Benchmarking oder<br />
Nachrüstungsmaßnahmen.<br />
____________________<br />
1 M. Sindram, Dr. B. Naffin: Trocken-Ad-/Absorption <strong>an</strong> <strong>Biomassekraftwerken</strong>; Vortrag VDI<br />
Wissensforum, Salzburg 01/2002<br />
2 Dr. B. Naffin, M. Sindram: Einsatzbedingungen für hochreaktive Kalkhydrate bei der<br />
Trockensorption; Vortrag VDI Wissensforum, München 09/2001<br />
3 Dr. B. Naffin, M. Sindram: Quecksilberemissionen Verhindern mit Trockensorptionsverfahren<br />
VDI Wissensforum; Düsseldorf, 09/2002<br />
4 Dr. B. Naffin, M. Sindram: Praktische Auswirkungen des Einsatzes von Ersatzbrennstoffen auf<br />
die Rauchgasr<strong>ein</strong>igung; Vortrag VDI Wissensforum, Göppingen 03/2002<br />
5 Dr. D. Walter, M. Sindram: Einsatz hochreaktiver Kalkhydrate zur Schadgasabscheidung in<br />
der Glasindustrie; Vortrag DGG-Fachausschuss VI, 11.10.2005, Würzburg<br />
6 M. Sindram, Dr. B. Naffin: Rauchgasr<strong>ein</strong>igung in der Ziegelindustrie <strong>–</strong> Additive, Verfahren,<br />
Anlagentechnik; Vortrag Ziegellehrg<strong>an</strong>g, Würzburg 10/2002<br />
7 M. Sindram, Dr. D. Walter: Neue Innovative Kalkprodukte für die Abgasr<strong>ein</strong>igung; Seminar<br />
„Trockene Abgasr<strong>ein</strong>igung für Festbrennstofffeuerung und thermische Prozesse“, Haus der<br />
Technik, Essen, 17. <strong>–</strong> 18.11. 2005<br />
8 VDI 3927, Blatt 2<br />
9 Schmoch, Romey: Rauchgasr<strong>ein</strong>igungs<strong>an</strong>algen für Biomassefeuerungen; BWK 10/2001,<br />
Special Biomasse, S. 10 ff.<br />
10 M. Sindram, Dr. B. Naffin, Dr. D. Walter: <strong>„Rauchgasr<strong>ein</strong>igung</strong> in Holzbefeuerten Kraftwerken“;<br />
in EuroHeat&Power, 33. Jg. (2004), Heft 7-8, S. 22 ff.<br />
13