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Prozessbeschreibung der Rauchgas-Trockenreinigung

Elektrofilter

Die Rauchgase, welche die Öfen mit einer Temperatur von 210 °C verlassen, strömen durch die nachgeschalteten Elektrofilter. Basierend auf dem elektrostatischen Prinzip entfrachtet der Elektrostaubabscheider die Rauchgase von den Staubpartikeln.

Abhitzekessel

Danach strömen die entstaubten Rauchgase durch die Abhitzekessel. Diese werden neu für die Temperaturregelung der Rauchgase genutzt, da der beste Wirkungsgrad bezüglich der Quecksilber-Abscheidung der Rauchgas-Trockenreinigung bei einer Rauchgastemperatur von ca. 190 °C liegt.

Durchmischung der Gasströme

Die Prozessverantwortlichen der KEZO haben entschieden, die Rauchgase der drei Ofenlinien nach den Abhitzekesseln zusammenzuführen und in einem statischen Mischer zu mischen. Von der Zusammenführung der Rauchgase werden folgende entscheidende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik erwartet:

  • Die Emissionsspitzen sind absolut und zeitlich sehr unterschiedlich und können durch die Mischung um bis zu 30 % abgesenkt werden. Dadurch wird die Regelung für die Dosierung des Natriumbicarbonats und in Folge auch die Rauchgasreinigung wesentlich effektiver.
  • Keine Emissionsgrenzwertüberschreitungen mehr während des An- und Abfahrens von Ofenlinien, da die optimale Betriebstemperatur konstant gehalten werden kann.

Zwei parallele Rauchgaslinien

Nach dem Rauchgasmischer werden die Rauchgase aus Gründen der Redundanz auf zwei identische Rauchgaslinien aufgeteilt. Eine einzelne Rauchgaslinie ist so ausgelegt, dass die Leistung der drei Ofenlinien nur geringfügig reduziert werden müsste, wenn eine Rauchgaslinie aus technischen Gründen ausfallen würde.

Das Absorptionsmittel Natriumbicarbonat über eine gravimetrische Dosiereinheit wird vor Ort mit Mühlen fein zermahlen, wodurch die reaktive Oberfläche um ein Vielfaches vergrössert wird. Der Transport von der Mühle zum Rauchgaskanal erfolgt pneumatisch in geschlossenen Rohren. Sobald das Natriumbicarbonat mit den heissen Rauchgasen in Kontakt kommt, zersetzt es sich thermisch zu Natriumcarbonat, Wasser und CO2, wodurch sich die aktive Oberfläche weiter vergrössert.

2 NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2 (Umsetzung: Natronbicarbonat in Natriumcarbonat)

Im Rauchgas reagieren die Schadstoffe nach folgenden Reaktionen:

Na2CO3 + 2 HCl → 2 NaCl + H2O + CO2

Na2CO+ SO2 + ½ O2 → Na2SO4 + CO2

Na2CO+ SO3 → Na2SO4 + CO2

Na2CO+ 2 HF → 2 NaF + H2O + CO2

Zusätzlich zum Natriumbicarbonat werden auch noch geringe Mengen Aktivkohle zur Quecksil-berabscheidung in den Rauchgasstrom eingedüst. Mit der Aktivkohle werden auch andere flüchtige Schwermetallverbindungen sowie toxische organische Verbindungen wie Dioxine und Furane adsorbiert. Die Reaktionsprodukte werden zusammen mit der von Schadstoffen beladenen Aktivkohle und der kleinen Reststaubmenge nach dem Elektrofilter in einem Gewebefilter abgeschieden. Nach dem Gewebefilter weist das Reingas nur noch minimale Gehalte an Chlor, Schwefel, Fluor, Staub, Schwermetallen aber auch Furane und Dioxine auf.

Die Menge des Natriumbicarbonat ist abhängig vom Chlor- oder Schwefelgehalt im Rauchgas, welche kontinierlich gemessen wird. Die Dosierung von Aktivkohle erfolgt auf einem tiefen, konstanten Niveau, da keine gemessenen Emissionswerte für eine Regelung zur Verfügung stehen. Weiter wird ein Teil der Reaktionsprodukte, welches in den Gewebefilter abgeschieden wird in den Reaktor zurückgeführt, damit das Natriumcarbonat vollständig ausreagiert und dadurch der Verbrauch an Natriumbicarbonat weiter reduziert werden kann.

Die SCR-Denox-Anlage

In der nachgeschalteten SCR-Denox-Anlage (SCR=Selective Catalytic Reduction) werden die Stickoxide (NOx) mittels Ammoniak-Zugabe (NH3) an Wabenkatalysatoren zu N2 reduziert. Dabei werden auch noch die Reste der Dioxine und Furane zerstört. Zum Einsatz kommt ein Niedertemperatur-Katalysator bei dem auf die Wiederaufheizung der Rauchgase verzichtet werden kann. Die Betriebstemperatur des Katalysators reduziert sich dadurch von heute 230-240 °C auf nur noch 180-190 °C. Durch die tiefen Betriebstemperaturen ist eine periodische Regeneration der Katalysatoren erforderlich. Die Katalysatoren werden dafür für wenige Stunden mit einem Propan-Brenner auf 320 °C erwärmt. Zum ersten Mal kommen Katalysatoren in Einsatz, deren Gehäuse, ähnlich dem Gewebefilter, aus vier einzeln absperrbaren Kammern bestehen. Dadurch kann jeweils eine Kammer nach der anderen im Gegenstrom regeneriert werden. Dies hat den grossen Vorteil, dass nur der zu regenerierende Katalysator auf 320 °C erwärmt werden muss, nicht aber die Reingase. Dadurch werden das Reingasvolumen und auch die Reingastemperatur klein gehalten. Die Tatsache, dass jeweils nur 25 % der Katalysatorenelemente gleichzeitig regeneriert werden, führt dazu, dass auch während der Regeneration die Emissionsgrenzwerte sicher eingehalten werden können.

Wärmetauscher

Die entstickten Reingase verlassen den Katalysator mit einer Temperatur von 180-190°C. Im nachfolgenden Wärmetauscher wird den Reingasen soviel Energie entzogen, dass diese nicht kondensieren. Die Reingase werden anschliessend über einen Schalldämpfer und die neuen, nur noch 45 m hohe Kamine in die Umgebung abgegeben.

Vorteile einer Trocken-Rauchgasreinigung

  • Massiv reduzierter Energieeigenverbrauch:
    • Die Rauchgase nach dem Wäscher müssen nicht mehr mit Dampf von 60 °C auf 240 °C für die katalytische Entstickung aufgeheizt werden.
    • Der Dampfverbrauch der Eindampfanlage entfällt vollständig. Die Anzahl der energieverbrauchenden Anlageteile wird stark reduziert.
    • Die Nutzung der Energie aus dem Reingas zur Kondensatvorwärmung wird den Verbrauch an 4 bar Dampf stark reduzieren.
    • Der nicht mehr benötigte Dampfeigenverbrauch wird in den Dampfturbinen zur Mehrproduktion von Strom genutzt. Es kann mit einer höheren Stromproduktion von über 10 % gerechnet werden.
  • Der Anlagenbetrieb wird wesentlich vereinfacht, weil auf die Abwasserreinigungsanlage und die Eindampfanlage verzichtet werden kann. Das Betriebspersonal beaufsichtigt keine chemische Anlage mehr, sondern konzentriert sich auf ein paar wenige mechanische Komponenten.
  • Der Unterhalt und vor allem Reinigungsaufwand wird sich bei der neuen Anlage wesentlich reduzieren.
  • Die KEZO wird den Wasserverbrauch von heute ca. 100'000 m3 fast vollständig reduzieren können. Die bis heute eingesetzten Betriebsmittel Natronlage und Kalk, welche als Gefahrengut gelten, werden durch das ungefährliche Natriumbicarbonat ersetzt.
  • Die neue Rauchgas-Trockenreinigungs-Anlage wird auch mit den faserverstärkten Verbundstoffen im Abfall problemlos zurechtkommen. Oft werden die aus den Verbundstoffen thermisch aufgeschlossenen Fasern mit den Rauchgasen mitgerissen und können nur ungenügend vom Elektrofilter abgeschieden werden. Der neu nachgeschaltete Gewebefilter kann diese Fasern zuverlässig abscheiden, ohne dass seine Funktionalität eingeschränkt wird. In den Wäschern einer nassen Rauchgasreinigungsanlage bleiben diese Fasern oft in den Packungen der Nassentschlacker hängen und führen zu Verstopfungen. Da der Anteil dieser Verbundstoffe im Abfall stetig steigt, muss auch die Rauchgasreinigung mit deren Nebenprodukten zurechtkommen.

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