Benutzer:Muelland
Die bei der Verbrennung von festen, flüssigen und gasförmigen Brennstoffen entstehenden Gasgemische werden als Rauchgase bezeichnet. Diese enthalten neben Restsauerstoff, Wasserdampf und Stickstoff, auch Schadstoffe wie Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Stickoxid, Kohlenwasserstoffe, Schwermetalle, Flugasche und Ruß. Mit Ausnahme von Kohlendioxid lassen sie sich durch eine aus mehreren hocheffizienten Reinigungsstufen bestehende Rauchgasreinigungsanlage drastisch reduzieren. Die Reinigung besteht im Wesentlichen aus Filterung, Absorption und katalytischer Umsetzung. Die Reaktionsprodukte können meist weiterverwertet werden (z.B. Gips).
Die Mindest-Anforderungen an Rauchgasreinigungen sind im Wesentlichen in den Bundes-Immissionsschutz-Verordnungen (BImSchV) und der Technischen Anweisung Luft (TALuft) formuliert.
Geschichtlicher Überblick[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Die erste Müllverbrennungsanlage (MVA) wurde vor ca. 120 Jahren in Hamburg errichtet, bis zu dieser Zeit wurde der Müll entweder auf Deponien abgekippt oder einfach unter freiem Himmel verbrannt. Zu dieser Zeit wurde die Rauchgasreinigung noch vernachlässigt, da sich niemand für die Luftverschmutzung interessierte. Erst Mitte des letzen Jahrhunderts begann man sich ernsthaft mit der Luftverschmutzung zu befassen. Ab Mitte der 1960er Jahre begannen in den Kernländern der Umweltverschmutzung - Nordamerika, Europa und Japan - wirksame Proteste der Bevölkerung gegen diese Verschmutzung. 1970 war in Deutschland die große Zeit der Bürgerinitiativen für den Umweltschutz. Diese Aktivitäten führten zur Errichtung erster staatlicher Umweltschutzinstitutionen und zu Gesetzen der Luftreinhaltung (Bundesimmissionsschutzgesetz in Deutschland 1974).
Allerdings wurde die Verschmutzung zunächst gesenkt, indem sie sich durch hohe Schornsteine einfach weiter verteilte. Dadurch wurden Schwefel- und Stickstoffoxide über tausende Kilometer verbreitet und bildeten den Hauptbestandteil des „Sauren Regens“.
Aus diesem Grund wurde auch in die Rauchgasreinigung investiert, da die MVA´s und Kohlekraftwerke lange als eine der größten Schadstoffquellen galten. Bei einer von der Umweltorganisation Greenpeace in Auftrag gegebenen Studie kam 2001 hervor, das nach wie vor zahlreiche Schadstoffe von MVA´s in die Atmosphäre gelangen. Deswegen und wegen der immer verschärfteren Grenzwerte unterliegen die Rauchgasreinigungsanlagen einer ständigen Entwicklung, Forschung und Kontrolle, wobei besonders in Richtung der Schadstoffkomponenten Dioxine und Quecksilber geforscht werden.
Aufbau einer Rauchgasreinigung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Der Aufbau einer Rauchgasreinigung unterteilt sich in mehrere unterschiedliche Stufen. Dabei bestehen die meisten Rauchgasreinigungsanlagen hinter einer Müllverbrennung aus den 5 im Folgenden beschriebenen Stufen. Im Anschluss werden die ausgeschiedenen Luftgasgemische an einer Messentnahmestelle erfasst und protokolliert. Bevor sie dann über einen Kamin in die Atmosphäre entweichen.
Gewebefilter[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Die Aufgabe des Gewebefilters besteht darin, Staubpartikel, saure Bestandteile, Dioxine/Furane und Schwermetalle aus den Rauchgasen abzuscheiden. Dies geschieht durch den Einsatz eines Gemisches aus Kalk (ca. 95%) und Kohlenstoff (ca. 5% Herdofenkoks oder Aktivkohle). Die Rauchgase werden mit diesem Gemisch beaufschlagt und durchströmen dann die im Gewebefilter befindlichen Filterschläuche von außen nach innen. Hierbei lagert sich das Kalk-Kohlenstoffgemisch an den Außenwandungen der Filterschläuche ab und kann mit den Schadstoffen der Rauchgase reagieren. In regelmäßigen Abständen reinigt ein Druckluftimpuls die Filterschläuche ab, wobei der Staub in einem Pufferbehälter aufgefangen wird. Da das Staubgemisch nach einmaliger Nutzung nicht aufgebraucht ist, wird es von dort aus zu 90% in den Prozess zurückgegeben und zu 10% ausgeschleust.
Elektrofilter[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Das aus dem Kessel austretende Rauchgas wird zunächst im Elektrofilter entstaubt. Bei der elektrischen Staubabscheidung werden Staubteilchen mit Hilfe einer Sprühelektrode im Gasstrom negativ aufgeladen und auf der gegenüberliegenden Niederschlagsanode abgeschieden. Zwischen Sprüh- und Niederschlagselektrode wird eine Gleichspannung in Höhe von 30 bis 80 kV angelegt. Entscheidend für die Abscheidung ist der spezifische Widerstand des geladenen Staubes. Wenn dieser zu hoch ist, erfolgt keine Abscheidung mehr. Mit diesem Verfahren lassen sich zwar die Anforderungen der 17. BImSchV sehr gut einhalten, aber es wurde festgestellt, dass die Dioxinkonzentrationen im Rauchgas nach der E-Filter-Passage höher sind als vor dem Filter. Man vermutet, dass im E-Filter eine Neubildung von Dioxinen katalysiert wird. Die abgeschiedene Asche wird in ein Aschesilo befördert. Sie wird entweder trocken per Kesselwagen oder in einer Mischschnecke mit Wasser befeuchtet und anschließend abtransportiert.
HCl-Absorber[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Für die Erzeugung einer möglichst reinen Salzsäure wird der Chlorwasserstoff-Absorber (HCl-Absorber) meist dreistufig ausgeführt. Die erste Stufe dient der Abkühlung der Rauchgase auf Sättigungstemperatur, sowie der Restabscheidung von Stäuben und Schwermetallen. In einer Pfeifenabkühlung aus temperatur- und säurebeständigem Material werden die heißen Rauchgase mit der im Kreislauf geführten Waschlösung beaufschlagt. Teilweise verdampft die Waschlösung. Durch hoheTurbolenzen der Rauchgase am Austritt des Abkühlers und des niedrigen pH-Wertes (ca. 0) der Lösung werden Stäube und Schwermetalle abgeschieden. Da keine hohen Anforderungen an die Qualität der Kühlflüssigkeit gestellt werden, können die Abwässer der anderen Reinigungsstufen als Waschlösung verwendet werden. Der Rest kann mit Frischwasser aufgefüllt werden, wo meist grob gereinigtes Flusswasser ausreicht. In dieser Stufe des HCl-Absorbers wird gasförmiges Quecksilber besonders gut abgeschieden. Die zweite Stufe des HCl-Absorbers (HCl-Aufkonzentrationsstufe) dient als Sammler für die Waschflüssigkeit, die von dort in einen Behälter abfließt. Die Rauchgase durchströmen eine Füllkörperschüttung. Die Wasserflüssigkeit wird oberhalb der Füllkörperschüttung über Rinnen verteilt und im Gegenstrom zu den Rauchgasen durch die Füllkörperschüttung zugeführt. Die dritte Stufe (HCl-Feinreinigungsstufe) gleicht im Aufbau der Aufkonzentrationsstufe. In ihr wird zusätzlich über einen Wasserabscheider die Entstehung von Tröpfchennebel verhindert. Durch die Füllkörper werden die chemischen Verbindungen gewaschen (umgewandelt). Die Waschflüssigkeit wird diskontinuierlich durch die 2. und 3. Stufe geführt, bis ein vorgegebener Reingaswert erfüllt ist.
Vorteile einer Aufteilung in drei getrennte Stufen:
1. Die Trennung de Kühlers von der Aufkonzentrierstufe reduziert den Fremdstoffgehalt der aufzuarbeitenden Salzsäure
2. Ebenso werden wesentlich höhere Konzentrationen der Rohsalzsäure ermöglicht, wodurch die Heizenergie der nachfolgenden Reinigungsstufen auf 50% reduziert wird
3. der HCl-Reingaswert bewegt sich meist nahe der Nachweisgrenze, erst gegen Ende des Zyklus nähert er sich dem Vorgabewert
4. aus diesem Grund bietet der HCl-Absorber einen hervorragenden Puffer gegen plötzliche Schadgasspitzenbelastungen
SO2-Absorber[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Im SO2-Wäscher wird in einem Waschkreislauf SO2 abgeschieden und mit Kalkhydrat zu Gips umgesetzt. Der Kalkhydratverbrauch wird durch Zugabe von Kalkmilch ausgeglichen. Zur Abtrennung des gebildeten Gipses wird ein Teilstrom des Waschkreislaufes ausgeschleust und der Gipsaufbereitung zugeführt. Hier wird die Suspension mittels eines Vakuumbandfilters entwässert. Der gewonnene Gips wird im Gipssilo bis zum Abtransport zwischengelagert. Das bei der Entwässerung anfallende Waschwasser wird in den Waschkreislauf zurückgeführt. Das gereinigte Rauchgas wird nach Austritt aus dem SO2-Wäscher mittels eines dampfbeheizten Wärmetauschers auf 105°C aufgeheizt und mit Hilfe des Rauchgasgebläses über den Kamin in die Atmosphäre abgegeben.
Entstickungsanlage[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Durch Maßnahmen während der Feuerung sind Stickoxidminderungsgrade von bis zu 30% möglich. Dennoch sind sie nicht immer ausreichend, um die strengen Anforderungen für die Luftreinhaltung zu erfüllen. Deshalb mussten weitere Techniken entwickelt werden, die man als Sekundärmaßnahmen bezeichnet. Die zwei wesentlichen technischen Verfahren sind das SCR-Verfahren und das SNCR-Verfahren.
Beim SCR-Verfahren, dem selektiven katalytischen Verfahren, wird Ammoniak (NH3) in den Rauchgasstrom eingedüst, dies bewirkt, dass sich die Stickoxide in Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) umwandeln. Diese chemische Reaktion wird durch einen Katalysator beschleunigt. Um eine Entstehung von Ammoniumsalzen zu verhindern, die die Katalysatorporen verstopfen würden, erfolgt der Betrieb der Katalysatoren bei Temperaturen von über 320°C. Oberhalb dieser Temperatur entstehen diese Salze nicht. Man kann den Katalysator vor dem Luftvorwärmer (LUVO) und damit auch vor dem Elektrofilter für die Entstaubung platzieren. Dies ist die so genannte "high-dust"-Schaltung. Sie hat den Vorteil, dass die Rauchgase bereits die notwendige Temperatur aufweisen. Allerdings sind die Rauchgase in diesem Fall noch nicht entstaubt, was nachteilig für den Katalysator sein kann. Wird der Katalysator nach dem Elektrofilter angeordnet, die so genannte "low-dust"- Schaltung, ist der Rauchgasstrom bereits entstaubt, es ist allerdings eine Wiederaufheizung der bereits abgekühlten Rauchgase notwendig.
Beim SNCR-Verfahren, dem Selective Non Cat Reduction, wird kein Katalysator verwendet. Ammoniak oder Harnstoff wird über Düsen dem Feuerraum zugeführt. Auch hierbei werden die Stickoxide in Stickstoff und Wasser umgewandelt. Je nach Lastbereich, in dem das
Kraftwerk gerade arbeitet, muss der Ort der Eindüsung variiert werden, je nachdem, wo gerade das Temperaturoptimum von 850 bis 1 000 Grad Celsius liegt. Dieses Verfahren bedarf einer ausgefeilten Regelung. Es werden NOx-Minderungen bis über 80% erzielt, außerdem konnte eine ebenso hohe Dioxin- und Furanreduzierung erzielt werden.
Aktivkohlefilter[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
In dieser Stufe werden noch im Rauchgas enthaltene Restorganika, wie z. B. Halogenkohlenwasserstoffe und Dioxine, sowie letzte Reste von Quecksilber und anderen Schwermetallen durch Aktivkohle adsorbiert (an der Oberfläche angelagert). Hierzu wird staubförmige Aktivkohle in den Rauchgasstrom dosiert zugeführt und anschließend zusammen mit den angelagerten Schadstoffen auf den Filterschläuchen des Gewebefilters wieder abgeschieden. Die verbrauchte Kohle wird ausgeschleust, in Fässer verpackt und der energetischen Verwertung zugeführt.
Grenzwerte und Vorschriften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
17. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über die Verbrennung und die Mitverbrennung von Abfällen - 17. BImSchV)
Die Änderungsverordnung zur Novellierung der 17. BImSchV sowie die Neufassung der Verordnung sind am 19.08.2003 im Bundesgesetzblatt (BGBl I S. 1614 bzw. 1633) verkündet worden. Damit ist die novellierte Verordnung am 20.08.2003 in Kraft getreten.
Die Novelle der 17. BImSchV diente der Umsetzung der Anforderungen der EU-Richtlinie 2000/76/EG über die Verbrennung von Abfällen in nationales Recht. Mit ihr wurde das in Deutschland bisher schon geltende hohe immissionsschutzrechtliche Anforderungsniveau an Abfallverbrennungsanlagen für alle Anlagen festgeschrieben.
Mit der Novelle der 17. BImSchV wurden die Anforderungen an die Mitverbrennungsanlagen, wie Kraftwerke oder Zementwerke, die Abfälle als Ersatzbrennstoff einsetzen, weitgehend an die der klassischen Abfallverbrennungsanlagen ("Monoverbrennung") angeglichen. Dazu wurden insbesondere für die Mitverbrennung neue anspruchsvolle Emissionsgrenzwerte festgelegt, welche die bisher geltende sogenannte "Mischungsregel" ersetzen. Darüber hinaus legt die 17. BImSchV Anforderungen an die Annahme und Lagerung von Abfällen und Verbrennungsrückständen, an die Messung von Emissionen sowie zur Abwärmenutzung fest.
| Schadstoff | Abkürzung | Grenzwert (Reingas) in mg/m³ |
|---|---|---|
| Staub | 10 | |
| Chlorwasserstoff | HCl | 10 |
| Schwefeldioxid | SO2 | 50 |
| Fluorwasserstoff | HF | 1 |
| Kohlenstoffdioxid | CO | 50 |
| Stickstoffdioxid | NO2 | 200 |
| Schwermetalle | (z.B. Hg, Ti, usw) | 0,05 |
| Dioxine & Furane | 0,1 ng TE/m³ |
Vergleich Elektrofilter und Gewebefilter[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
In diesem Abschnitt werden der Elektrofilter und der Gewebefilter mit einander verglichen. Einer dieser beiden Filter wird in jeder Reinigungsanlage zu Beginn angewendet. Im Folgenden wurden die Vor- und Nachteile gegenübergestellt. Die Vorteile der Elektrofilter sind robuste und funktionstüchtige Komponenten. Desweiteren sind sie unempfindlich gegenüber Temperaturspitzen. Die Anschaffungs- und Betriebskosten des E-Filters sind günstiger als beim Gewebefilter. Er hat jedoch zwei gravierende Nachteile gegenüber dem Gewebefilter. Erstens ist die Staubabscheidung weniger gut, zweitens sind im Elektrofilter die Bildung neuer Dioxine und Furane nachgewiesen worden. Diese werden im Gewebefilter nicht erzeugt, sie werden sogar abgeschieden. Die Nachteile des Gewebefilters liegen im höheren Energieverbrauch, wodurch höhere Betriebskosten entstehen. Außerdem besitzt der Gewebefilter viele Verschleißteile (z.B. Schläuche) und eine hohe Temperaturempfindlichkeit.
Anwendungsbeispiele[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Hauptsächlich finden die Rauchgasreinigungsanlagen ihre Anwendung in Kraftwerken. Sie werden meist bei Kohlekraftwerken und Müllverbrennungsanlagen eingesetzt. In MVA´s werden sie meist fünfstufig aufgebaut, um eine möglichst reine Luft zu erhalten. Ihr Aufbau und die Auswahl der oben beschriebenen Stufen hängen vom Einsatzgebiet, der Umgebung und des Aufwandes der Rauchgasreinigung ab. Jedoch findet man die Reinigungsanlagen auch in anderen Gebieten. Sie werden überall dort verwendet, wo die Luft gereinigt werden muss bevor sie in die Atmosphäre gelangt.
Quellen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
- "Müllverbrennung und Umwelt 5" von Karl J. Thomé-Kozmiensky (ISBN: 3-924511-56-X)
- "Rauchgasreinigung-SO2/NOx: Ökologische, wirtschaftliche und technische Aspekte" aus Buch VDI Berichte 667 von Tagung Hannover, 24. und 25. Februar 1988 (ISBN: 3-18-090667-7)
- Thermische Verfahren der Entsorgung, Helmut Rechberger vom Institut für Wassergüte, Ressourcenmanagement und Abfallwirtschaft, Technische Universität Wien
Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
- AVG Köln mbH http://www.avgkoeln.de/
- AWG Wuppertal http://www.awg.wuppertal.de/web/index.php
- MVA Ingolstadt http://www.mva.ingolstadt.de/
- MVA Weisweiler http://www.mva-weisweiler.de/
- WFA Elverlingsen http://www.wfa-elverlingsen.de/
- Energieversorgung Offenbach AG http://www.evo-ag.de/
- Abfallverwertung Augsburg GmbH http://www.ava-augsburg.de/cms/
- Haus der Technik e.V., Essen http://www.hdt-essen.de/
- Stadtwerke Sigmaringen http://www.stadtwerke-sigmaringen.de/page.php?page=
- Restmüllverbrennungsanlage Böblingen http://rbb.info/
- juris GmbH (Juristisches Informationssystem) http://www.juris.de/jportal/index.jsp