Rauchgasentschwefelungsanlagen und Düsen

Die Kohleverbrennung in Kraftwerken erzeugt feste Abfälle wie Boden- und Flugasche sowie Rauchgase, die in die Atmosphäre abgegeben werden. Viele Kraftwerke sind verpflichtet, SOx-Emissionen aus den Rauchgasen mittels Rauchgasentschwefelungsanlagen (REA) zu entfernen. Die drei führenden REA-Technologien in den USA sind die Nasswäsche (85 % der Anlagen), die Trockenwäsche (12 %) und die Trockensorptionsmittel-Einspritzung (3 %). Nasswäscher entfernen typischerweise mehr als 90 % des SOx, Trockenwäscher hingegen 80 %. Dieser Artikel stellt moderne Technologien zur Behandlung des bei der Nasswäsche entstehenden Abwassers vor.Rauchgasentschwefelungssysteme.

Grundlagen der Nassrauchentfeuchtung

Nassentschwefelungsanlagen (REA) verfügen über einen gemeinsamen Schlammreaktor und eine Feststoffentwässerungsanlage. Im Reaktor kommen verschiedene Absorbertypen zum Einsatz, darunter Füllkörper- und Bodenkolonnen, Venturi-Wäscher und Sprühwäscher. Die Absorber neutralisieren die sauren Gase mit einer alkalischen Suspension aus Kalk, Natriumhydroxid oder Kalkstein. Aus wirtschaftlichen Gründen wird in neueren Wäschern meist Kalksteinsuspension verwendet.

Bei der Reaktion von Kalkstein mit SOx unter den reduzierenden Bedingungen des Absorbers wird SO₂ (der Hauptbestandteil von SOx) in Sulfit umgewandelt, und es entsteht eine an Calciumsulfit reiche Suspension. Frühere Rauchgasentschwefelungsanlagen (sogenannte natürliche oder gehemmte Oxidationssysteme) erzeugten Calciumsulfit als Nebenprodukt. NeuereRauchgasentschwefelungssystemeDabei wird ein Oxidationsreaktor eingesetzt, in dem die Calciumsulfit-Suspension in Calciumsulfat (Gips) umgewandelt wird; diese Systeme werden als Kalkstein-Forced-Oxidation-Rauchgasentschwefelungssysteme (LSFO-Rauchgasentschwefelungssysteme) bezeichnet.

Moderne LSFO-REA-Anlagen nutzen typischerweise entweder einen Sprühturmabsorber mit integriertem Oxidationsreaktor im Sockel (Abbildung 1) oder ein Strahlblasensystem. In beiden Fällen wird das Gas unter sauerstofffreien Bedingungen in einer Kalksteinsuspension absorbiert. Die Suspension gelangt anschließend in einen aeroben Reaktor bzw. eine Reaktionszone, wo Sulfit zu Sulfat umgewandelt wird und Gips ausfällt. Die hydraulische Verweilzeit im Oxidationsreaktor beträgt etwa 20 Minuten.

1. Rauchgasentschwefelungsanlage mit Sprühsäule und Kalkstein-Zwangsoxidation (LSFO). In einem LSFO-Wäscher gelangt die Suspension in einen Reaktor, wo Luft zugeführt wird, um die Oxidation von Sulfit zu Sulfat zu erzwingen. Bei dieser Oxidation wird Selenit anscheinend in Selenat umgewandelt, was zu späteren Behandlungsschwierigkeiten führt. Quelle: CH2M HILL

Diese Systeme arbeiten typischerweise mit einem Feststoffgehalt von 14 % bis 18 %. Die Feststoffe bestehen aus feinem und grobem Gips, Flugasche und inerten Bestandteilen, die mit dem Kalkstein eingebracht werden. Sobald ein bestimmter Grenzwert erreicht ist, wird die Suspension abgelassen. Die meisten LSFO-REA-Anlagen nutzen mechanische Feststoffabscheider und Entwässerungssysteme, um Gips und andere Feststoffe vom Spülwasser zu trennen (Abbildung 2).

2. Entwässerungssystem für Rauchgasentschwefelungs-Spülwasser. In einem typischen Entwässerungssystem werden die Partikel im Spülwasser in grobe und feine Fraktionen klassifiziert bzw. getrennt. Feine Partikel werden im Überlauf des Hydroklons abgetrennt, wodurch ein Unterlauf entsteht, der hauptsächlich aus großen Gipskristallen (für den potenziellen Verkauf) besteht. Diese können mit einem Vakuum-Bandentwässerungssystem auf einen niedrigen Restfeuchtegehalt entwässert werden. Quelle: CH2M HILL

Einige Rauchgasentschwefelungsanlagen (REA) nutzen Schwerkrafteindicker oder Absetzbecken zur Feststoffklassierung und Entwässerung, andere Zentrifugen oder Trommelentwässerungssysteme mit Vakuum. Die meisten neuen Anlagen verwenden jedoch Hydroklonen und Vakuumbänder. Um die Feststoffentfernung im Entwässerungssystem zu verbessern, werden teilweise zwei Hydroklonen in Reihe geschaltet. Ein Teil des Hydroklonenüberlaufs kann zur Reduzierung des Abwasserstroms in die REA zurückgeführt werden.

Eine Spülung kann auch dann eingeleitet werden, wenn sich in der Rauchgasentschwefelungs-Suspension Chloride ansammeln, was durch die Korrosionsbeständigkeit der Konstruktionsmaterialien des Rauchgasentschwefelungssystems bedingt ist.

Eigenschaften von Rauchgasentschwefelungsabwasser

Viele Faktoren beeinflussen die Zusammensetzung des Rauchgasentschwefelungsabwassers, darunter die Zusammensetzung von Kohle und Kalkstein, der Typ des Wäschers und das verwendete Gips-Entwässerungssystem. Kohle trägt saure Gase – wie Chloride, Fluoride und Sulfate – sowie flüchtige Metalle wie Arsen, Quecksilber, Selen, Bor, Cadmium und Zink bei. Kalkstein liefert Eisen und Aluminium (aus Tonmineralien) für das Rauchgasentschwefelungsabwasser. Kalkstein wird typischerweise in einer Nasskugelmühle vermahlen, wobei die Erosion und Korrosion der Kugeln Eisen in die Kalksteinsuspension einbringt. Tone tragen tendenziell zu den inerten Feinanteilen bei, was einer der Gründe dafür ist, dass das Abwasser aus dem Wäscher entfernt wird.

Von: Thomas E. Higgins, PhD, PE; A. Thomas Sandy, PE; und Silas W. Givens, PE.

Email: caroline@rbsic-sisic.com