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Dr. B. Naffin, W. König, M. Sindram Trockensorptionsverfahren mit Kalkhydraten in Kraftwerken Trockensorptionsverfahren mit Kalkhydraten in Kraftwerken Dr.-Ing. Burkhard Naffin, Dipl.-Ing. Wolfgang König, Dipl.-Ing. Martin Sindram (Vortrag), Rheinkalk GmbH, Wülfrath Kurzfassung Auch in Großkraftwerken finden sich zunehmend Praxisbeispiele für die Trockensorption mit hochreaktiven Kalkhydraten. Diese werden insbesondere für die Abscheidung von HF und SO3 verwendet. Hierdurch wird bereits vor Eintritt in die Nasswäsche die Bildung von Aerosolen verhindert und Korrosionserscheinungen durch Sorption von HF oder SO3-Aerosol wesentlich reduziert sowie die Betriebszeit regenerativer Wärmetauscher erheblich verlängert. In Industriekraftwerken wird durch die Nachrüstung einer Trockensorptionstufe häufig der Einsatz von Sekundärbrennstoffen ermöglicht. Trockene Verfahren der Rauchgasreinigung haben sich auch für Holz-HKW als bewährte Technik etabliert. Die trockene Rauchgasreinigung mit Einsatz von herkömmlichem Kalkhydrat oder WÜLFRAsorp ® D SP wird erfolgreich auch dort eingesetzt, wo im Rahmen der 17. BImSchV hohe Abscheideleistungen gefordert sind. Durch einfache Anlagentechnik, intelligente Prozessführung und weiterentwickelte Additive auf Kalkbasis werden in der Praxis bei neuen Anlagen leistungsfähige, kostengünstige Prozesse realisiert. Rheinkalk bietet hier über den Anwendungstechnischen Service Know-how und die technischen Möglichkeiten zur gezielten Durchführung von Optimierungen, Benchmarking oder Nachrüstungsmaßnahmen 1 Einleitung In der Energieerzeugung werden durch den Wandel der Energieträger und der gesetzlichen Vorgaben in vielen Fällen weitergehende Maßnahmen zur Rauchgasreinigung notwendig. Hier sind als aktuelle Entwicklungen der viel diskutierte Einsatz von Sekundärbrennstoffen in Kraftwerken, die Nutzung lokal anfallender heizwertreicher Brennstoffe in energetischen Verwertungsanlagen oder der Einsatz von Biomasse zu nennen. Auch die konventionellen Brennstoffe tragen durch die Vielfalt der weltweiten Rohstoffquellen zu einer höheren Komplexität der Abgasmatrix bei. Dies sind Aspekte, die im Kraftwerksbereich sowohl auf den Betrieb bestehender Anlagen als auch auf die Planung neuer Rauchgasreinigungsanlagen erheblichen Einfluss haben. Hierdurch werden Möglichkeiten zur Leistungssteigerung bestehender Anlagen verstärkt diskutiert. Häufig werden in diesen Anlagen die einfachen und zuverlässigen trockenen Rauchgasreinigungsverfahren angewendet, denen die Verwendung kalkstämmiger Betriebsmittel gemein ist. Auch an Großkraftwerken hat sich der Einsatz von Trockensorptionsverfahren mit Spezia lkalkhydraten in vielen Fällen z. B. zur Abscheidung von Schwefeltrioxid oder Fluorwasserstoff bewährt. In Verbrennungsprozessen an Kraftwerken werden, abhängig von den eingesetzten Rohstoffen und Energieträgern, unter Anderem saure Gaskomponenten wie Schwefeldioxid (SO2) und Schwefeltrioxid (SO3) im Prozess gebildet und auch Fluorwasserstoff (HF) freigesetzt. Je nach Brennstoff (z. B. Altholz) oder bei Zufeuerung mit Sekundärbrennstoffen wird auch Chlorwasserstoff (HCl) häufig emissionsrelevant. Diese sauren Bestandteile müssen in der Regel durch Rauchgasreinigungsmaßnahmen abgeschieden werden, um die vorgeschriebenen Grenzwerte einhalten zu können, oder Störungen im Betrieb zu vermeiden. Auch Quecksilber (Hg) und Dioxine/Furane (PCDD/DF) können relevant werden, wenn z.B. Klärschlamm oder Abfälle mitverbrannt werden. Bei Einsatz von Sekundärbrennstoffen oder kontaminierten biogenen Brennstoffen (z.B. A III/IV Hölzer) wird zunehmend die Einhaltung der Grenzwerte der 17. BImSchV gefordert. Zur Abscheidung weiterer emissionsrelevanter Schadstoffe wie Dioxine/Furane oder Schwermetalle müssen 1
Dr. B. Naffin, W. König, M. Sindram Trockensorptionsverfahren mit Kalkhydraten in Kraftwerken weitergehende Maßnahmen zur Rauchgasreinigung ergriffen werden. Vor dem Hintergrund der Novellierung der TA-Luft in 2002 und der 13. BImSchV ergeben sich weitergehende Anforderungen die häufig eine Ertüchtigung bestehender Anlagen notwendig machen. Die Planungen neuer Rauchgasreinigungen werden ebenfalls erheblich beeinflusst. Den gängigen Rauchgasreinigungsverfahren ist die Verwendung kalkstämmiger Betriebsmittel gemein. Eingesetzt werden die Kalkmaterialien sowohl in primären (direkte Einbindung der Schadstoffe bei der Verbrennung) als auch in sekundären Rauchgasreinigungsverfahren. Zur Abscheidung ökotoxischer Schadstoffe werden Aktivkohle (AK) oder Braunkohlenkoksstaub (auch Herdofenkoks genannt (HOK)) vorteilhaft als Mischung mit den benötigten kalkstämmigen Sorbentien eingesetzt. 2 Rauchgasreinigungsverfahren 2.1. Primärverfahren In einigen Prozessen oder an kleineren Kraftwerken bietet sich die Möglichkeit durch Zugabe von Kalkmaterialien zum Roh-/Brennstoff vor allem die Freisetzung stoffgebundener Schwefelverbindungen zu unterdrücken. Auch für HF kann unter bestimmten Randbedingungen (Temperaturen) eine Verbesserung der Einbindung erreicht werden. Die Einbindungsmöglichkeiten für HCl sind in der Feuerung als schlecht zu bezeichnen. Zum Einsatz kommt hier häufig entsprechend aufbereiteter Kalkstein (CaCO3) in Form von Kalksteinmehlen oder entsprechend angepassten Kalksteinkörungen. Auch die Verwendung von Kalkhydrat (Ca(OH)2) als Zusatz zum Brennstoff wird in der Praxis umgesetzt. Wichtig sind beim Einsatz von Kalksteinmehl insbesondere das Kornband und die chemische Zusammensetzung des Materials. 2.2 Sekundärverfahren Diese Abgasreinigungsverfahren lassen sich auf einige grundsätzliche Faktoren zurückführen. Gaseigenschaften Verfahrenstechnik Adsorbens • Temperatur • Anlagentechnik • Kalkeigenschaften • Feuchte • Verweilzeit • Kalkmenge • Schadgaskonzentrationen • Schadgaszusammensetzung Abb. 1: Einflussfaktoren der Rauchgasreinigung • Reaktionsbedingungen -Durchmischung -Prozeßführung Hiervon sind im Wesentlichen die Anlagentechnik (bei Neubauten) und das verwendete Additiv zu beeinflussen. Weiterhin können die Abgasbedingungen hinsichtlich Temperatur und Abgasfeuchte bei den sekundären Verfahren bedingt z. B. durch Quenchen mit H2O verändert werden. Inwieweit das möglich ist, hängt vom H2O-Gehalt und der -prozessbedingten- Gastemperatur (Kesselendtemperatur) im Rohgas ab. 2
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