Partielle Taupunktunterschreitung optimiert konditionierte Trockensorption

Fortschritt in der Prozessoptimierung

Auch wenn die Rauchgasreinigung durch konditionierte Trockensorption Standards bei der Abfallverbrennung gesetzt hat: Optimierungspotenzial ist noch vorhanden. Dazu gehört die Taupunktunterschreitung direkt an der Zugabestelle des Kalkhydrats, um den Kalk optimal zu konditionieren. Durch Einleiten von Sattdampf am Ort der Additiveindüsung kann dieses Ziel erreicht werden. Eine ökonomisch verbesserte Betriebsweise ist das Ergebnis dieser Prozessoptimierung.

Effektivität der Trockensorption

Die Effektivität der Trockensorption wird u.a. von folgenden Faktoren beeinflusst:

  • Oberflächengröße und Struktur des Adsorbens
  • Reaktivität bzgl. der Komponenten
  • Temperatur
  • Verweilzeit
  • Begleitstoffe

Untersuchungen und Betriebserfahrungen haben gezeigt, dass die Abscheideleistung von Kalkhydrat durch Erhöhung der relativen Rauchgasfeuchte verbessert werden kann. Diese Erkenntnis führte zur Entwicklung des quasitrockenen Sprühsorptionsverfahrens und der konditionierten Trockensorption. Mit beiden Verfahren wird zusätzlich Wasser zusammen mit dem Adsorbens in den Rauchgasstrom eingebracht.

Auf den Taupunkt kommt es an

Die Erhöhung der relativen Rauchgasfeuchte führt also zu einer verbesserten Abscheideleistung des Kalkhydrats. Meistens wird das durch eine Absenkung der Rauchgastemperatur erreicht - und dabei können Probleme auftreten. Durch die Anwesenheit von SO3 im Rauchgas erhöht sich die Taupunkttemperatur, so dass nicht mehr der Wassertaupunkt, sondern der Schwefelsäuretaupunkt die Kondensationsgrenze ist. Auch muss die Dissoziationsgleichgewichtskurve von Calciumchlorid-Dihydrat als Kondensationsgrenze berücksichtigt werden, da sonst die Gefahr der Kondensation einer gesättigten Lösung an Calciumchlorid besteht. In beiden Fällen können aggressive Kondensate auftreten. Die Rauchgastemperatur wird somit bei der Konditionierung begrenzt, da ein Temperaturabstand von mindestens 10 bis 20 K zum Taupunkt erforderlich ist.

Faktoren der Optimierung

Worauf kommt es aber nun genauer bei der Optimierung des Trockensorptionsverfahrens an? Zunächst gilt es, die Rauchgasfeuchte so zu erhöhen, dass einerseits die Abscheideleistung des Kalkhydrats optimal ausgenutzt und andererseits genügend Abstand zum Taupunkt eingehalten werden kann. Möglichkeiten der Erhöhung sind:

  • Eindüsung von Kalkmilch
  • Eindüsung von Wasser
  • Eindüsung von Wasserdampf

Für eine effektive Abscheidung ist es nicht zwingend erforderlich, den gesamten Rauchgasstrom zu konditionieren. Es reicht aus, den Ort der Reaktion von Kalkhydrat mit den sauren Rauchgasbestandteilen entsprechend zu konditionieren.

Berücksichtigt man die Reaktionsgeschwindigkeit bei der Schadstoffabscheidung an Kalkhydratpartikeln mit ausgebildeter Hydrathülle, dann erfolgt die chemisorptive Bindung schon ab der Eindüsung in den Rauchgasstrom. Daher muss hauptsächlich der Bereich der Additiveindüsung konditioniert werden.

Optimierungspotenziale erkennen

Durch eine geeignete Prozessführung und spezielle Dampflanzen kann man den Rauchgasstrom mit Sattdampf so konditionieren, dass bei der Reagenzeindüsung der Taupunkt nur partiell und lokal unterschritten wird. Hierbei kommt es zur Kondensation an den eingedüsten Kalkhydratpartikeln, die dabei als Kondensationskeime fungieren. Bei der fortschreitenden Durchmischung im Rauchgas wird danach wieder ein Zustand erreicht, der den erforderlichen Temperaturabstand zum relevanten Taupunkt gewährleistet. Eine Taupunktunterschreitung findet daher nur am Ort der Additiveindüsung in einem definierten Bereich statt.

Abb. 1 Das Prinzip der partiellen Taupunktunterschreitung

Die Sattdampfeindüsung erfolgt dabei direkt in den relativ kühlen Förderluftstrom synchron mit der Additiveindüsung in den Rauchgasstrom. Der Impuls des austretenden Sattdampfstromes kann für eine optimale Verteilung des Kalkhydrats im Rauchgasstrom genutzt werden.

Praktischer Einsatz zeigt entscheidende Vorteile

Das Verfahren zur partiellen Taupunktunterschreitung wurde zum ersten Mal im HW Minden, einer Verbrennungsanlage für 40.000 t/a Ersatzbrennstoffe, eingesetzt. Dabei konnte der Additivverbrauch deutlich reduziert werden.


Literatur: Karpf, R.; Dütge, V. "Prozessoptimierung an kalkbasierenden Rauchgasreinigungsverfahren" VDI Wissensforum, Seminar 435918, München, 14./15.09.06

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