Aufrufe
vor 9 Monaten

wlb - Wasser, Luft und Boden 1/2015

wlb - Wasser, Luft und Boden 1/2015

LUFTREINHALTUNG/KLIMASCHUTZ Die neue 17. BImSchV Auswirkung auf die SNCR-Technik zur Reduktion von Stickoxiden Reinhard Pachaly Am 2. Mai 2013 sind die Regelungen zur Umsetzung der EU-Richtlinie über Industrieemissionen durch Neufassung der 17. BImSchV in Kraft getreten: Es ist im Einzelfall zu überprüfen, ob eine Verschärfung im Vergleich zum Genehmigungsbescheid erfolgt ist und damit Maßnahmen, wie nachfolgend beschrieben, notwendig werden. Der neue NH 3 -Grenzwert erfordert eine kontinuierliche Messung der Ammoniakemissionen. In diversen Veröffentlichungen mit unterschiedlichen Darstellungen des Temperaturfensters wurden Reaktionsgrenztemperaturen, die dazugehörige Stickoxidreduktion und der Ammoniakschlupf (nicht reagiertes Reduktionsmittel) bereits gezeigt [1]. Welchen Wert der theoretische Ammoniakschlupf in der Praxis erreichen kann, ist von der Verdüsungstechnik abhängig. Der Gehalt des Rauchgases an unreagiertem Ammoniak bei Anwendung der SNCR- Technik in Abfallverbrennungsanlagen ist nur von der Temperatur und nicht vom Entstickungsgrad abhängig. Die maximal mögliche NO x -Reduktion wird maßgeblich von der Temperaturverteilung im Feuerraum und damit durch die Funktionsgüte der Feuerleistungsregelung bestimmt. Der Reduktionsmittelverbrauch in Müllverbrennungsanlagen bei der maximal möglichen Reduktion beträgt theoretisch 2,25 kmol Ammoniak pro kmol NO x . Dies entspricht einem Ammoniakverbrauch von 0,83 kg oder 1,5 kg Harnstoff pro kg Stickoxid abscheidung. Wasserdampf- und der Sauerstoffgehalt des Rauchgases verändern das Temperaturfenster; zur genaueren Berechnung ist ein reaktionskinetisches Modell erforderlich, das die Vielzahl parallel verlaufender chemischer Reaktionen einbezieht. Das dargestellte Temperaturfenster ist für die Betrachtung der Verhältnisse in Müllverbrennungsanlagen meist ausreichend, da die für die zur Reduktion zur Verfügung stehenden Verweilzeiten im Vergleich zu fossil gefeuerten Dampferzeugern bei mindestens einer Sekunde liegen. Der in der Grafik 1 dargestellte NH 3 -Wert entspricht der Ammoniakkonzentration am Ende der SNCR-Reaktionszone, ca. 1 mg/ Nm 3 reagiert mit SO 3 bei < 340 °C zu Ammoniumsulfat, der Hauptteil kann aber nach Kessel nachgewiesen werden [2]. Der Reduktionsmittelverbrauch erhöht sich natürlich durch die Verschärfung der Grenzwerte, lässt sich jedoch meist reduzieren, wenn die Temperaturschwankungen bedingt durch Lastschwankungen und in der Ebene klein sind. Je geringer die Abweichungen vom Optimum sind, umso geringer ist auch der Reduktionsmittelverbrauch. In der Praxis werden diese Werte um ca. 30 % überschritten, weil nicht die gesamte Feuerraumfläche zur Reduktion genutzt werden kann, lokal überdosiert wird oder partiell die Rauchgastemperatur zu hoch ist. Im Bereich der nutzbaren Feuerraumfläche muss eine höhere Reduktion erzielt werden, um die angestrebte Reduktion zu erreichen [3]. Gute Anlagen verbrauchen 1,5 kg Harnstoff je kg Stickoxidreduktion schlechte Anlagen liegen bei über zwei. Bevor der Mehrverbrauch als unveränderbar hingenommen wird, sollte das Einsparpotenzial ermittelt werden. Einfluss von Rauchgastemperaturänderungen Es wurden Untersuchungen und Optimierungen an einer bestehenden Anlage eines Ersatzbrennstoffkraftwerk (EBS), die mit einer akustischen Temperaturmessung ausgerüstet ist, vorgenommen [3], [4]. Die Signale der Temperaturmessung werden zur Gesamtoptimierung der Feuerleistungsregelung mit Regelung der Dampfmenge und zur Steuerung und Regelung der SNCR-Anlage verwendet. Die sehr guten Entstickungsgrade bei gleichzeitig niedrigen Schlupfwerten von deutlich unter 10 mg/Nm³ sind auf die zuvor beschriebene Gesamtoptimierung zurückzuführen [3]. Ein Fazit dieser Arbeit ist, dass eine Standardabweichung der produzierten Dampfmenge vom eingestellten Sollwert von < 5 % zur Effektivität der SNCR- Anlage erheblich beiträgt. „Störfeuer“ von schlechten Leistungsregelungen sind kontraproduktiv. Temperaturschieflagen, die sich negativ auf die Lebensdauer der Anlage und auf die Entstickungsleistung der SNCR-Anlagen auswirken, werden so minimiert. Damit ist eine gleichmäßige Temperaturverteilung über dem Feuerraumquer- Autor: Dipl.-Ing. Reinhard Pachaly, VDI, Beratung, Emissionsreduzierung, Kerpen 30 wlb 1/2015

LUFTREINHALTUNG/KLIMASCHUTZ schnitt gewährleistet, teure Maßnahmen wie Lanzeneinzelsteuerungen sind nicht erforderlich. Die Anzahl der Verdüsungsebenen und die Lanzenzahl sind für die erhöhten Anforderungen an die SNCR-Anlage zu prüfen. Ob eine zur Ertüchtigung einer Anlage die 3. Ebene immer notwendig wird, ist unter anderem auch stark vom eingesetzten Reduktionsmittel, so z. B. – 25 %-Ammoniakwasser oder harnstoffhaltiges Reduktionsmittel, abhängig. Praxisbeispiel Die einfachste Lösung wäre, den neuen NO x -Sollwert für den TMW bei 150 mg/m n ³ auf ca. 140 mg/m n ³ einzustellen und die Aufgabe dem NO x -Regler zu überlassen. Die Erfahrung zeigt allerdings, dass dies meist zu keinem guten Ergebnis führt, denn der Ammoniak-Emissionswert ist zusätzlich einzuhalten. Das Potenzial vieler Anlagen ist bereits untersucht. Bei diesen Untersuchungen fließen natürlich die vielfältigen Erfahrungen mit den im Ausland für Grenzwerte von unter 70 mg/Nm 3 gebauten Anlagen ein. Eine SNCR-Anlage einer Müllverbrennungsanlage, die für einen TMW 200 mg/m³ gebaut wurde soll so ertüchtigt werden, dass ein Emissionswert von 100 mg/Nm³ bzw. 150 mg/m n ³ bei 10 bzw. max. 15 mg/m n 3 NH 3 -Schlupf erreicht wird. Die Anlage hat zwei Eindüsebenen auf 12,75 m und 16,30 m, Ebenenumschaltung mit Signalen von der akustischen Temperaturmessung, die auf 15 m installiert sind. Im Rahmen der SNCR-Optimierung wurde die Feuerleistungsregelung von Feuerraumtemperatur und Dampfstabiltät optimiert und die SNCR-Regelung umgebaut. 01 Für die typischen NO x -Ausgangswerte in Müllverbrennungsanlagen von 350–450 mg/ mn³tr sind die Bedingungen für die neuen Grenzwerte sind ins Diagramm eingetragen Zusammenfassung und Ausblick Die Erfüllung der Anforderungen der 17. BImSchV für bestehende Abfallverbrennungsanlagen sind keine leichten und alltäglichen Aufgaben. Grundsätzlich sollten durch eine Potenzialbestimmung und ein Reengineering der SNCR-Anlage die erforderlichen Umbau- und Erweiterungsmaßnahmen beschrieben werden. Eine betriebssichere SNCR-Anlage setzt eine entsprechende Feuerungs- und Luftregelung voraus. In vielen Anlagen liegen die Ursachen für schlechte Entstickungsleistungen und hohem Betriebsmittelverbrauch im Bereich der Feuerleistungsregelung. Mit 02 Ergebnis der SNCR-Optimierung entsprechenden Temperaturinformationen können diese Schwächen leicht identifiziert und dann auch eliminiert werden. Die Werte der jetzt gültigen 17. Bundesimmissionsschutzverordnung können mit SNCR-Anlagen sicher unterschritten werden. Dies gilt unabhängig von der Anlagengröße und den damit unterschiedlichen Grenzwerten. Foto: Fotolia www.erc-online.cz Literaturhinweise: [1] Reinhard Pachaly; Operating Experience with Nitrogen Oxide Control Plants, Kongress Studio, 23./ 24. Nov. 2005, Strybske Pleso Slowakei [2] Reinhard Pachaly; SNCR- Technologie zur Minderung der Stickoxidemissionen von Dampferzeugern und Anlagen zur Reststoff- und Abfallverbrennung auf kleiner 100 mg/m3, Essen 12./13. Nov. 2009 [3] Reinhard Pachaly; Optimieren und Nachrüsten von SNCR- Anlagen für Stickoxidgrenzwerte unter 100 mg/m3, 6. Potsdamer Fachtagung, 19./ 20. Febr. 2009 [4] Thomas Tappe; Feuerraumdiagnose und SNCR- Optimierung in einem EBS-Kraftwerk; 8. Potsdamer Fachtagung 24.-25. 2. 2011 wlb 1/2015 31