Sorptionsverfahren
Sorptions-verfahren
Von LUEHR FILTER wurden verschiedene Verfahren für folgende Aufgabengebiete entwickelt:
- Chemisorption saurer Schadgase wie HF, HCl und SO2, mit Ca- oder Na-basierten Additiven
- Adsorption von PCDD / PCDF sowie Hg und Hg-Verbindungen mittels Aktivkohle / -koks oder anderer Additive mit großer innerer Oberfläche.
Nachweislich führt die Realisierung hoher Additivpartikel-Umlaufraten insbesondere bei Verwendung von Ca-basierten Additiven zu einer deutlichen Verbesserung der Abscheiderate für saure Schadgaskomponenten wie HF, HCl und SO2 und / oder zu einer Reduzierung der Additivmittelzugabemenge.
Das LUEHR Kugelrotor-Umlaufverfahren ermöglicht die betriebssichere Rückführung großer Umlaufmengen, auch wenn problematische Partikel wie CaCl2 in größeren Mengen im Partikelspektrum vorhanden sind. Eine weitgehend homogene Vermischung der rückgeführten Partikel mit dem Rauchgasstrom wird erreicht. Häufig störanfällige pneumatische Fördersysteme werden nicht benötigt.
Die von uns verwendeten Sorptionsverfahren basieren auf dem LUEHR-Kugelrotor-Umlaufverfahren (KUV).
Verfahrens-varianten des Kugelrotor-Umlauf-verfahrens (KUV)
Zur betriebssicheren Realisierung der Rückführung im Filter abgeschiedener Partikel in den Gasstrom vor Filter hat sich in vielen Anwendungsfällen das Kugelrotor-Umlaufverfahren bewährt.
Beschreibung Kugelrotor
Der Kugelrotor ist ein Hohlzylinder, dessen Mantelfläche aus Lochblech mit ca. 30 x 30 mm großen Öffnungen besteht. Bis zu 10 % seines Volumens ist der Hohlzylinder mit Kugeln aus hitzebeständigem und verschleißfestem keramischen Werkstoff gefüllt. Der Rotor wird durch einen Getriebemotor mit ca. einer Umdrehung / min kontinuierlich in Drehung versetzt. Dabei führen die Kugeln Relativbewegungen zueinander und gegenüber der gelochten Trommelwandung aus. Die Trommel wird um deren Drehachse herum zunächst abwärts und danach aufwärts vom Gas durchströmt.
Als wesentliche Funktionen des Kugelrotors sind zunennen:
Verhinderung von Partikelablagerungen bei der Umlenkung der Strömung eines partikelbeladenen Gases
Herbeiführung einer homogenen Verteilung von Partikeln im Gasstrom auch bei hohen Partikelbeladungen
(zum Beispiel bis n x 100 g/m3)Zerkleinerung von Agglomeraten, deren Sinkgeschwindigkeit höher ist als die Gasgeschwindigkeit im aufsteigenden Ast des Reaktors.
Beschreibung Kugelrotor-Umlaufverfahren (KUV)
Die im Filter abgeschiedenen Partikel werden über eine Förderschnecke vor deren Ausschleusung vielfach in den Reaktor zurückgeführt. Die Partikelumlaufmenge ist einstellbar und kann bei Bedarf, zum Beispiel in Abhängigkeit vom aktuellen Volumenstrom, geregelt werden. Gegenüber Alternativen, zum Beispiel pneumatisch arbeitenden Rückführsystemen, weist das Kugelrotor-Umlaufverfahren vorteilhafte Besonderheiten auf. U. a.:
Partikeltransport erfolgt mechanisch über betriebssichere Schneckenförderer.
Eine Ausschleusung und Zwischenspeicherung der Umlaufpartikel vor einer erneuten Zuführung in den Reaktor ist nicht notwendig.
Durch Einsatz des Kugelrotors ist bei der Zugabe der Umlaufpartikel in den Gasstrom eine homogene Verteilung sichergestellt.
Keine O2 -Erhöhung im Gas durch Eintrag von Förderluft.
In dem für filternde Abscheider üblichen Temperaturbereich zwischen 100 °C und 220 °C ergibt sich bei Verwendung Ca-basierter Additive folgende Reaktivitätsreihenfolge:
SO3 > HF >> HCl >>> SO2
Während die Abscheidung von SO3 und HF in dem genannten Temperaturbereich unproblematisch ist, haben die Trockentemperatur sowie die absolute und relative Feuchte einen wesentlichen Einfluss auf die HCl- und SO2-Abscheidung. Zur Additivmitteleinsparung ist es deshalb häufig sinnvoll, die Gastemperatur vor Reaktor mittels rekuperativem Wärmetausch oder bevorzugt durch Einsatz eines Verdampfungskühlers auf optimale Reaktionstemperaturen abzusenken. Die minimal zulässige Betriebstemperatur muss so gewählt werden, dass Anbackungen und Verstopfungen insbesondere aufgrund der hygroskopischen Eigenschaften der CaCl2-Partikel in der Anlage vermieden werden.
Die Gaskonditionierung hat durch Anhebung der absoluten und relativen Feuchte im Rauchgas einen positiven Einfluss auf das Sorptionsergebnis. Jedoch lassen sich gute Additivmittelausnutzungen insbesondere für die SO2-Abscheidung nur dann erreichen, wenn mindestens zeitweise der Wasserdampfpartialdruck in unmittelbarer Nähe der Umlaufpartikel nahe dem Sättigungsdampfdruck liegt. Dies wird bei Einsatz der Chemisorption mit Partikel-Konditionierung erreicht. Bei diesem Verfahren werden die Umlaufpartikel vor erneuter Zugabe in den Reaktor angefeuchtet. Die Befeuchtung bewirkt eine Erhöhung des Wasserdampfgehaltes an der Oberfläche der Additivpartikel und verbessert damit die Reaktivität gegenüber der sauren Schadgaskomponenten.
Aufgrund der begrenzten prozentualen Anfeuchtung der Umlaufpartikel kann es abhängig von der Gastemperatur vor Reaktor sinnvoll sein, zur Einstellung der optimalen Reaktionsbedingungen dem Reaktor einen Verdampfungskühler vorzuschalten.
Bei sehr hohen Schadgasgehalten für HCl und SO2 muss bei dem Basisverfahren der konditionierten Trockensorption ohne ergänzende Maßnahmen die Stöchiometrie zur gesicherten Einhaltung der Emissionsgrenzwerte teilweise deutlich über einen üblichen Basiswert von 2 angehoben werden. Bei steigenden Schadgasgehalten ist es daher empfehlenswert, das Additiv gestuft zuzugeben und damit den Reaktionsraum des Verdampfungskühlers/ Sprühabsorbers im Bedarfsfall ergänzend zu nutzen. Die obige Abbildung zeigt hierzu verschiedene Verfahrensvarianten. Bei allen Konzepten wird die Hauptmenge an Additiv im Nominalfall in den Reaktor nach Verdampfungskühler aufgegeben. Die Zugabe von Additiv vor oder im Verdampfungskühler/ Sprühabsorber dient neben dem Korrosionsschutz insbesondere bei Schadgaspeaks einer Vorabscheidung saurer Schadgaskomponenten.
Die Kombination SNCR – konditionierte Trockensorption – Nasswäscher (TwinSorp®–Verfahren) ermöglicht die Einhaltung sehr niedriger Emissionsgrenzwerte u. a. für NOx, NH3, saure Schadgase wie HCl und SOx, Hg und andere Schwermetalle sowie Dioxine / Furane auf kostengünstige Weise. Die konditionierte Trockensorption wird bei diesem Verfahrenskonzept so betrieben, dass das Abgas nach dieser Stufe die Anforderungen zum Beispiel der 17. BlmSchV oder der EU Directive 2000/76/EC weitestgehend erfüllt. Der nachgeschalteten nassen Feinreinigungsstufe verbleibt je nach Aufgabenstellung
die Abscheidung von NH3
weitergehende Reduzierung der Emissionswerte zum Beispiel für die sauren Schadgaskomponenten
Wärmerückgewinnung
Das Verfahren arbeitet abwasserfrei.
LUEHR FILTER besitzt umfangreiches Know-how bei Einsatz des Trockensorptionsverfahrens mit NaHCO3. Seit vielen Jahren werden Anlagen für unterschiedlichste Anwendungsfälle realisiert, u. a.
Al-Sekundärschmelzanlagen
Glaswannen
Reifenverbrennungen
Hausmüllverbrennungen
EBS-Verbrennungen
Thermolyse für Hausmüll
Biomasseverbrennungen (Altholz)
Besonderes Augenmerk ist bei diesem Verfahren zu legen auf
die Auswahl einer geeigneten Sichtermühle zur Aktivierung des NaHCO3
die homogene Einbringung der Additive in die Rohrleitung bzw. den Reaktor vor Filter
An einer Hausmüllverbrennung in Frankreich wurden von uns umfangreiche Untersuchungen zur Optimierung der Additivmittelausnutzung durchgeführt. Als ein wesentliches Ergebnis wurde festgestellt, dass durch eine vielfache Partikelrezirkulation eine deutliche Verbesserung der Additivmittelausnutzung erreichbar ist. Dagegen ist der Einfluss der Temperatur ab einem Wert größer 140 °C eher gering.
Ergänzend sei angemerkt, dass der im Schema dargestellte Verdampfungskühler nur dann eingesetzt wird, wenn die Gastemperatur in Abhängigkeit der Aufgabenstellung nicht optimal eingestellt ist.
Sofern keine Partikelrezirkulation zur Optimierung der Additivmittelausnutzung vorgesehen ist, wird der Bereich Einbringung des Additivs in die Rohrleitung sowie die Gestaltung der Reaktionsstrecke vor Filter durch Einsatz von Computersimulationsprogrammen optimiert.
LUEHR FILTER
IM KURZPORTRAIT
Wir bauen Komplettanlagen zur Luftreinhaltung von der Projektaufnahme bis zum Service nach der Inbetriebnahme. Entdecken Sie weiter wesentliche Bauteile unseres Lieferspektrums.
