BVT-Merkblatt zu Abwasser- und Abgasbehandlung
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Kapitel 3 Ökonomische Daten Kostenarten Kosten Bemerkungen Kapitalkosten [pro 1000 Nm 3 /h] EUR 5000–20000 1 Betriebskosten 1 [cww/tm/70] Labor Betriebsmittel Verbrauchsstoffe 3.5.2.4 Thermische Oxidation Beschreibung ½ Tag pro Woche 1 Die thermische Oxidation ist ein Oxidationsprozess für brennbare Gase und Geruchsstoffe im Abgasstrom, bei dem eine Mischung von Verunreinigungen mit Luftsauerstoff oberhalb des Selbstentzündungspunktes in einem Brenner erhitzt wird. Die Oxidation findet bei einer hohen Temperatur und ausreichend langer Zeit statt, um eine vollständige Verbrennung zu Kohlendioxid und Wasser zu gewährleisten. Die Zeit, Temperatur (ca. 200– 400 °C oberhalb des Selbstzündpunktes), Verwirbelung (zur Vermischung) und die Verfügbarkeit von Sauerstoff beeinflussen die Geschwindigkeit und die Leistung des Verbrennungsprozesses. Diese Faktoren bilden die Basis für die Auslegung der VOC-Oxidationssysteme. Wenn halogenierte VOC anwesend sind, können spezielle Bedingungen erforderlich sein, um die Entstehung (oder die De-Novo-Synthese) von Dioxinen zu unterdrücken; obwohl bei der Verbrennung von Abgasströmen normalerweise nur eine vernachlässigbare Dioxinbildung auftritt: � Verweilzeit ≥1 s [cww/tm/118 und 120], � Temperatur ≥1100 ºC [cww/tm/118 und 120], � Sauerstoffgehalt > 3 %, � Quenchen des Rauchgases nach dem Brenner, um das “Rekombinationsfenster” für Dioxine schnell zu durchlaufen. Zusätzliche Einrichtungen, z. B. alkalische Wäscher, müssen zur Entfernung von Halogenwasserstoffen installiert werden. Es werden verschieden Arten der thermischen Oxidationsanlagen betrieben: � der direkte Oxidationsreaktor beinhaltet eine Brennkammer ohne Wärmerückgewinnung des Abgases; � Der regenerative thermische Oxidationsreaktor beinhaltet die folgenden Schritte [/tm/132]: Abgas strömt durch eine Eintrittsöffnung in den Oxidationsreaktor und gelangt durch eine Drosselklappe in eine regenerative Kammer Dann strömt das Gas durch einen Keramik-Wärmetauscherschicht, in der die Gastemperatur nahezu bis zu Oxidationstemperatur erhöht wird Das Gas tritt dann in die Brennkammer ein, die mittels Brenner bei ca. 800 °C betrieben wird, wobei die freigesetzte Wärme den Brennstoffverbrauch des Brenners verringert Das Gas verlässt dann die Brennkammer über einen zweiten Keramik-Wärmetauscher, der die thermische Energie zur Vorheizung des nächsten Zyklus verwendet Das Reingas wird dann über ein Auslassventil abgeleitet. Wegen der relativ hohen Verbrennungstemperatur, der großen Menge an Überschussluft und des geringen Einflusses der Flamme, werden nur geringe Mengen an Kohlenmonoxid und NO x gebildet. Dieses System ist speziell für Abgasströme mit vergleichsweise hohen Strömungsgeschwindigkeiten (bis zu 200 Nm 3 /s) geeignet. Eine Wärmerückgewinnung (Abgasvorwärmung) von 90 – 97 % wird grundsätzlich erreicht [cww/tm/132]. 212 Abwasser- und Abgasbehandlung
Kapitel 3 Beispiele für regenerative thermische Oxidationssysteme werden schematisch in Bild 3.67 gezeigt [cww/tm/132]: Abbildung 3.67: Schematische Darstellung verschiedener regenerativer Verbrennungssysteme A) Festbett-Regenerator, B) Combu-Wechsler, C) Ljungstrom Regenerator, D) Wanderbett-Regenerator � Der rekuperative thermische Oxidationsreaktor, besteht aus einer Verbrennungskammer, dem Abgasvorwärmer und, wenn möglich, einem sekundären Wärmetauscher zur Energierückgewinnung, der die Wärme kontinuierlich an den Vorwärmer überführt. Dieses System ist besonders für Abgasströme mit vergleichsweise geringen Strömungsgeschwindigkeiten (< 14 Nm 3 /s) geeignet. Eine Wärmerückgewinnung von 50– 80 % wird üblicherweise erreicht [cww/tm/132]. � Gasmotoren und/oder Dampfkessel [cww/tm/133], mit 57 – 67 % Energierückgewinnung. Das Abgas wird in einem Motor verbrannt und erforderlichenfalls wird Erdgas als Zusatzbrennstoff zugeführt. Der nachgeschaltete Generator erzeugt Strom. Der Motor hat einen Katalysator, um das Kohlenmonoxid im Abgas zu oxidieren. Der Motor ist mit einem Dampfkessel gekoppelt, um die Abfallwärme des Abgases für die Dampferzeugung zu nutzen. Das Kesselspeisewasser wird vom Kühlwasser des Motors vorerhitzt. Mit den geringen Verbrennungstemperaturen ist die NO x–Bildung gering. Das Abgas des Gasmotors wird zur Verringerung des Kohlenmonoxidgehaltes über einen Oxidationskatalysator geführt. Abwasser- und Abgasbehandlung 213
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Beispiele für regenerative thermische Oxidationssysteme werden schematisch in Bild 3.67 gezeigt<br />
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Abbildung 3.67: Schematische Darstellung verschiedener regenerativer Verbrennungssysteme<br />
A) Festbett-Regenerator, B) Combu-Wechsler, C) Ljungstrom Regenerator, D) Wanderbett-Regenerator<br />
� Der rekuperative thermische Oxidationsreaktor, besteht aus einer Verbrennungskammer, dem Abgasvorwärmer<br />
<strong>und</strong>, wenn möglich, einem sek<strong>und</strong>ären Wärmetauscher <strong>zu</strong>r Energierückgewinnung, der die Wärme<br />
kontinuierlich an den Vorwärmer überführt. Dieses System ist besonders für Abgasströme mit vergleichsweise<br />
geringen Strömungsgeschwindigkeiten (< 14 Nm 3 /s) geeignet. Eine Wärmerückgewinnung von 50–<br />
80 % wird üblicherweise erreicht [cww/tm/132].<br />
� Gasmotoren <strong>und</strong>/oder Dampfkessel [cww/tm/133], mit 57 – 67 % Energierückgewinnung. Das Abgas wird<br />
in einem Motor verbrannt <strong>und</strong> erforderlichenfalls wird Erdgas als Zusatzbrennstoff <strong>zu</strong>geführt. Der nachgeschaltete<br />
Generator erzeugt Strom. Der Motor hat einen Katalysator, um das Kohlenmonoxid im Abgas <strong>zu</strong><br />
oxidieren. Der Motor ist mit einem Dampfkessel gekoppelt, um die Abfallwärme des Abgases für die<br />
Dampferzeugung <strong>zu</strong> nutzen. Das Kesselspeisewasser wird vom Kühlwasser des Motors vorerhitzt. Mit den<br />
geringen Verbrennungstemperaturen ist die NO x–Bildung gering. Das Abgas des Gasmotors wird <strong>zu</strong>r Verringerung<br />
des Kohlenmonoxidgehaltes über einen Oxidationskatalysator geführt.<br />
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