Sauber und günstig

Rauchgasreinigung für MHKW und Biomasseverbrennungsanlagen

Die NID-Technologie ist ein kostengünstiges und weiterentwickeltes Trockensorptionsverfahren zur Rauchgasreinigung mit hoher Leistungsfähigkeit sowie geringem Platzbedarf. Der Anwendungsbereich erstreckt sich von der Kraftwerksentschwefelung über die Müllverbrennung bis hin zu Industrieanwendungen, etwa der Holz- oder Klärschlammverbrennungen.

04. Februar 2002

Das von ABB Alstom Power nun schon seit über 20 Jahren im Müllverbrennungsbereich erfolgreich eingesetzte Trockensorptionssystem, wurde schon in den 80er-Jahren um eine Konditionierung sowie diverse Regelungssysteme erweitert. Das Verfahren ist heute eines der weitest entwickelten einstufigen Rauchgasreinigungsverfahren. Mit der vierten Generation, dem NID-Verfahren (New Integrated Deacidification), steht dem Markt ein Hochleistungsverfahren bei minimalem operativem Aufwand zur Verfügung.

Das NID-Verfahren wurde zunächst für die Entschwefelung im Kraftwerksbereich konzipiert und vor gut drei Jahren erstmals im Kraftwerk Laziska/Polen installiert und in Betrieb genommen. Weitere Anlagen im Kraftwerksbereich waren die Ausrüstung des Dieselmotoren-Kraftwerkes in Vaasa/Finnland 1998, des Kohlekraftwerks in Fifoots Point/England sowie die Umrüstung einer Sprühsorption im Heizkraftwerk Nürnberg- Sandreuth bei der Ewag. Im Müllverbrennungsbereich befinden sich derzeit die Anlagen in Högdalen (Schweden) und Sogama (Spanien), in Betrieb oder im Bau.

Ein weiteres interessantes Anwendungsgebiet für diese neue Technologie stellt die energetische Verwertung von Biomasse, insbesondere von Holz oder Altholz dar. Ein Beispiel hierfür ist die Altholzverbrennungsanlage Wolfen.

Die Anwendung des NID-Prozesses für den Müllverbrennungsbereich wurde 1997 sehr umfangreich im Labor getestet und 1998 in einer Pilot- und Demonstrationsanlage unter realen Prozessbedingungen betrieben.

Zur Abscheidung der relevanten Schwermetalle und organischen Bestandteile wie Dioxine und Furane wird hier im Unterschied zur Kraftwerksanwendung ein kohlenstoffhaltiges Absorbens eingesetzt.

Die Ergebnisse lassen sich kurz zusammengefasst wie folgt darstellen:

Erfüllung aller Anforderungen hinsichtlich der Prozessführung

HCl unter 10 mg/Nm3, SO2 unter 10 mg/Nm3, Staub unter 5 mg/Nm3

Kalkverbrauch niedriger als in bisherigen (quasitrockenen) Systemen

Elektrischer Energiebedarf ist deutlich niedriger als im Sprühabsorptionsverfahren

Das NID-Verfahren besteht im wesentlichen aus einem Gewebefilter mit vorgeschaltetem NID-Reaktor und der Sorbensaufbereitung (Trockenlöscher/Befeuchtungsmischer).

Beim NID-Prozess wird zur SO2-, HCl- und HF-Absorption ein trockenes Absorbens, Branntkalk (CaO) oder Kalkhydrat (Ca(OH)2), verwendet. Die erforderliche Löschung bei Einsatz des kostengünstigeren Branntkalkes (Trockenlöschung), ist in den Prozessschritt der Sorbensaufbereitung integriert.

Zur Abscheidung von Schwermetallen sowie Dioxinen und Furanen wird Herdofenkoks dem Rauchgasstrom zugegeben oder das Frischsorbens als fertige Mischung eingesetzt.

Generell spielt für die Abscheidung saurer Schadgase (HCl, SO2, HF), mit Ausnahme von SO3, die Lösungsgeschwindigkeit in wässrigem Medium eine entscheidende Rolle, auch bei trockener Additivzugabe. Denn der stets vorhandene Wasserdampf im Rauchgas bildet eine Hydrathülle um die Feststoffpartikel, wodurch die Reaktionskinetik gegenüber reiner Trockensorption außerordentlich begünstigt wird.

Das bedeutet, dass Adsorptions- und Absorptionsvorgänge nebeneinander ablaufen. Dabei begünstigt die Hydrathülle den Stoffübergang Gas-/Partikeloberfläche und die Porendiffusion durch gewisse Löseeffekte, die im molekularen Bereich schnelle Ionenreaktionen ermöglichen.

Die wichtigste Regelgröße zur Einstellung optimaler Reaktionsbedingungen im Reaktor oder nachgeschaltetem Gewebefilter stellt die relative Feuchte der Rauchgase dar. Ein Erhöhen der relativen Feuchte (Rauchgas-Konditionierung) erfolgt durch Zugabe und Verdampfung von Wasser im Rauchgasstrom.

In einem konventionellen Trockensorptionsprozess (Sprühsorption) wird das Wasser und der Kalk als Suspension in einem großen Reaktor im Rauchgas versprüht. Im NID-Prozess wird, bei gleicher Prozesstemperatur, die gleiche Wassermenge dem Rauchgas zugesetzt, jedoch wird diese Wassermenge auf das staubförmige Absorbens verteilt.

Damit das Absorbens nicht zu feucht wird und keine Probleme mit dem Handling entstehen, ist die rezirkulierte Staubmenge um ein Vielfaches größer als bei dem konventionellen Sprühsorptionsprozess. Es bildet sich auf der großen zur Verfügung stehenden Oberfläche nur ein dünner Wasserfilm. Dieser Wasserfilm kann in sehr kurzer Zeit verdampfen und benötigt deshalb, im Gegensatz zur Sprühsorption, nur eine sehr kurze Verdampfungsstrecke ohne zusätzlichen Platzbedarf.

Das notwendige Wasser zur Konditionierung (Einstellung der Reaktionstemperatur) wird dem Absorbens in einem Befeuchtungsaggregat zugemischt, bevor es im Abgas dispergiert wird. Einzigartig bei der NID- Technologie ist die Tatsache, dass das gesamte rezirkulierte Absorbens der Befeuchtung im Befeuchtungsmischer ausgesetzt ist, was zur maximalen Ausnutzung des unreagierten Anteiles im Rezirkulat führt.

Nach der Trocknung des Rezirkulats, bei der gleichzeitig das Abgas auf Reaktionstemperatur abgekühlt wird, erfolgt die Absorption der Schadgase und die Abscheidung des Staubes in einem hocheffektiven Abscheider (Schlauchfilter). Von hier gelangt das rezirkulierte Material zusammen mit Frischsorbens wieder in das Befeuchtungsaggregat. Das Rezirkulat wird im Filtertrichter gesammelt und bei Erreichen eines bestimmten Niveaus als Reaktionsprodukt in das Reststoffsilo ausgetragen.

Das Besondere der NID-Technologie ist, dass das für den Prozess benötigte Wasser nicht dem Abgasstrom, sondern dem in großer Menge rezirkulierten Staub in einem Befeuchtungsmischer außerhalb des Abgasstroms zugegeben wird. Durch die hohen Rezirkulationsraten wird das Absorbens optimal ausgenutzt und das System ist unempfindlich gegenüber kurzzeitigen Spitzen der Schadstoffmengen am Eintritt in das System.

Der NID-Prozess benötigt keinen separaten Reaktor mit einer relativ aufwendigen Versprühtechnik. Es genügt der Rohgaskanal (NID- Kanal) vor Filter als Reaktionsraum für die Verdampfung und Vorreaktion mit den Schadgasen. Ebenso entfällt die Kalkmilchaufbereitung. Die Hauptausrüstungen reduzieren sich auf Filter, Befeuchtungsmischer und Sorbensrezirkulation mit Verteilung im Rohgaskanal. Der Platzbedarf für die Anlage wird - mit Ausnahme der Silos - vom Filter bestimmt, weil alle anderen Anlagenteile direkt unter dem Filter installiert sind.

Rudi Karpf ist Technischer Leiter bei der ABB Alstom Power, Butzbach Geschäftsbereich Umwelttechnik

Erschienen in Ausgabe: 06/2000