Rauchgasentschwefelung

Seit 1979, als der Markt für Rauchgasentschwefelung in Europa und den USA aufgrund strengerer Emissionsgrenzwerte wuchs, stattet EKATO Kohlekraftwerke mit Rührwerken aus, die speziell für die extremen Anforderungen an die Ausrüstung entwickelt wurden und den Maßstab für die heute verwendete Technologie setzten. Mit mehr als 12.000 weltweit verkauften Rührwerken ist EKATO der führende Anbieter von Rührwerken in diesem Markt.

In den ersten Jahren der 1980er Jahre war der Absorbersumpf einer Rauchgasentschwefelungsanlage in der Regel mit einem Begasungsgitter ausgestattet, um die Oxidationsluft in den Prozess einzubringen. Die kleinen Auslässe der Rohre wurden leicht durch Feststoffe verstopft, was zu erheblichen Investitions-, Reparatur- und Wartungskosten führte.

Unter diesem Aspekt entwickelte EKATO im Jahr 1983 mit zahlreichen Versuchen vom Labortest bis zum Betriebsmaßstab das Rührwerk-Begasungssystem mit der vor dem Rührorgan platzierten Oxidationsluft-Lanze. Mit dieser Neuentwicklung setzte EKATO den ersten Meilenstein auf dem REA-Markt. Heute nutzen mehr als 90 % aller modernen REA-Anlagen weltweit diese Art von Rührwerk-Lanzen-System. Ein weiteres großes Thema im Rauchgasentschwefelungsprozess ist der hohe Abrieb an den Rührorganblättern, der durch hohe Feststoffkonzentrationen und Flugasche verursacht wird. Die Verlängerung der Lebensdauer war das Ziel bei der Entwicklung des EKATO Wingjet Rührorgans.

Im Jahr 1994 entdeckte EKATO den innovativen Ansatz im Flugzeugbau. An den Flügelspitzen moderner Jets findet man ein sogenanntes Winglet. Davon inspiriert, verfügt der EKATO Wingjet über ein Winglet an jedem Blatt, das den durch den Druckausgleich an den Blattspitzen entstehenden Wirbel – die Hauptursache für Abrieb – stark reduziert. Dieses Rührorgan-Design ist nach wie vor der Maßstab für heutige Rührwerke in der Rauchgasentschwefelung.

Es gibt drei Hauptentschwefelungsverfahren, die jeweils in einer Reihe von Modifikationen angewendet werden:

• trocken (Additiv-Absorption oder Adsorption)
• halbtrocken (Absorption)
• nass (Kalk- oder Ammoniak-Absorption)

Da die Absorptionsmittel Kalk und Ammoniak leicht verfügbar sind und das Produkt des Nassverfahrens einfach verwendet oder entsorgt werden kann, wird dieses Verfahren heute in über 90 % aller Entschwefelungsanlagen weltweit eingesetzt. Die Abbildung zeigt ein vereinfachtes Fließschema einer solchen Anlage, in diesem Fall das zweistufige KRC-Rauchgasentschwefelungsverfahren. Bei diesem Verfahren wird das im Rauchgas enthaltene Schwefeldioxid (SO2) chemisch in einer wässrigen Waschsuspension aus Kalkstein (CaCO3), Branntkalk (CaO) oder gelöschtem Kalk (Ca(OH)2) nach der vereinfachten Formel absorbiert:

SO2 + CaCO3 → CaSO3 + CO2

und anschließend mit Luftsauerstoff O2 in einer Reihe von Schritten zu Gips (CaSO4) oxidiert:

CaSO3 + O2 → CaSO4

Bei Verwendung von Kalkstein beginnt der Prozess mit dem Mischen von Kalksteinmehl und Wasser in einem Ansatzbehälter und dem anschließenden Transfer der resultierenden Suspension in den Wäscher-Speisebehälter. Da der Absorptionsprozess bereits auf kleinste Schwankungen in der Wäscher-Speisung empfindlich reagiert, muss die Partikelverteilung in der Kalksteinsuspension absolut gleichmäßig sein – trotz stark variierender Behältergeometrien.

Das gereinigte Gas, das die Anlage verlässt, wird zur Abkühlung des eintretenden Rauchgases auf etwa 50 °C verwendet. Letzteres wird dann seitlich in den ein- oder zweistufigen Wäscher geleitet. Oberhalb des Rauchgaseintritts sind mehrere Ebenen von Stutzen angebracht, die das Gas mit kontinuierlich rezirkulierter Waschsuspension besprühen. Nach dem Gegenstromprinzip wird so das SO2 zusammen mit anderen sauren und giftigen Gasen (Salzsäuregas, Fluorwasserstoff) effektiv aus dem Rauchgas ausgewaschen.

Die Suspension läuft dann nach unten in den Absorbersumpf unterhalb des Rauchgaseintritts. Hier werden die entstandenen Zwischenprodukte (Calciumsulfit, Hydrogensulfit) durch über Lanzen eingeblasene Luft zu Gips oxidiert. Die resultierende Gipssuspension wird über Hydrozyklone (zur Abscheidung und Rückführung von Feinstoffen) in den Gipssuspensionsbehälter geleitet. Nach der Entwässerung und Trocknung steht der Gips für verschiedene Anwendungen zur Verfügung, z. B. in der Bauindustrie.

Neben der soeben beschriebenen Rauchgasreinigung, die der Luftreinhaltung dient, sind auch umfangreiche Maßnahmen zur Verarbeitung des Prozessabwassers erforderlich.

Suspendieren

Die horizontal montierten Rührwerke, die in einer Anzahl rund um den Wäscherturm installiert sind, gewährleisten ein vollständiges und zuverlässiges Suspendieren vom Boden. Jegliche Ablagerungen und Ansammlungen der im Wäschersumpf gebildeten Gipspartikel müssen für einen unterbrechungsfreien Dauerbetrieb des Wäscherturms vermieden werden.

Dies wird durch optimale Winkeleinstellungen, sowohl vertikal (α) als auch seitlich (β), sowie durch die strategische Platzierung der Rührwerke um den Wäscher erreicht.

Ohne die korrekte Winkeleinstellung und bei zu großem Abstand zwischen den Rührwerken können Ablagerungen in der Mitte des Behälters oder an der Behälterwand auftreten, was zum Verstopfen der Pumpenstutzen führen kann. Die ideale Winkeleinstellung hängt vom Maßstab ab.

Begasungssystem

Wenn das aus Schwefeldioxid und Kalk entstehende Calciumsulfit mit Luft aus Kreuzrohr-Begasungssystemen (festes Begasungsgitter) zu Gips oxidiert wird, müssen die Wäscher-Rührwerke die Feststoffe im Wäschersumpf in Suspension halten.

Solche Kreuzrohr-Begasungssysteme sind jedoch materialintensiv und unflexibel im Teillastbetrieb. Zudem sind sie sehr anfällig für Verstopfungen, was zu einem reduzierten Sauerstoff-Stoffübergang führt.

Das von EKATO entwickelte Rührwerk-Lanzen-Begasungssystem stellt eine wesentliche Vereinfachung gegenüber der Kreuzrohr-Begasung dar. Dieses System verwendet eine oder mehrere Lanzen auf der Druckseite des Rührorgans, um die Oxidationsluft einzubringen. Hier wird sie durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten des vom Rührorgan erzeugten Stroms in feine Blasen dispergiert und über den Behälterquerschnitt verteilt.

Dieses Rührwerk-Lanzen-Begasungssystem wurde bald zum Standard im nassen Kalkstein-Rauchgasentschwefelungsverfahren, da es große Vorteile bietet.

Vorteile des EKATO Rührwerk-Lanzen-Begasungssystems:

• Hocheffizienter Sauerstoff-Stoffübergang, der die benötigte Oxidationsluftmenge im Vergleich zu Begasungsgittersystemen um bis zu 30 % reduziert.
• Die feinen Blasen, die durch die vom Rührorgan erzeugten hohen Strömungsgeschwindigkeiten entstehen, haben eine extrem große Gesamtoberfläche, was einen viel effizienteren Sauerstoff-Stoffübergang ermöglicht als eine Blasensäule mit großen Blasen.
• Lange Blasenverweilzeit
• Die meisten Begasungsgittersysteme führen die Luft auf einer Ebene oberhalb der Rührwerke ein. Die Lanzen des EKATO Rührwerk-Lanzen-Begasungssystems verteilen die Oxidationsluft jedoch auf der viel tiefer liegenden Rührwerksebene. Eine bessere Abdeckung und kleinere Blasen verlängern die Verweilzeit und verbessern so die Sauerstoffausnutzung.
• Minimale Montagekosten durch Reduzierung der Verrohrung im Behälter
• Kein Verstopfungsrisiko

Die großen Rohröffnungen verstopfen sehr unwahrscheinlich. Dadurch wird eine stabile Effizienz der Oxidationsluft-Dispergierung im Dauerbetrieb sowie geringere Wartungskosten gewährleistet.

EKATO Rührwerke werden für eine Dauerfestigkeit ausgelegt und gefertigt, die auf der Nennleistung des Motors und den maximal auftretenden dynamischen Belastungen basiert. Bei der Auslegung werden unendliche Zyklen der dynamischen Belastungen berücksichtigt. EKATO Rührwerke haben sich auch unter schweren Prozessbedingungen, wie im Rauchgasentschwefelungsbetrieb, als zuverlässig und langfristig einsatzfähig erwiesen.

Gleitringdichtung ESD 42L

Einfachwirkende, produktgeschmierte Gleitringdichtung für die seitlich montierten Rührwerke in der Rauchgasentschwefelung. Diese Cartridge-Gleitringdichtung ist speziell für hochabrasive und korrosive Medien konzipiert und bietet eine lange Lebensdauer sowie eine einfache Wartung vor Ort.

Shut-off Einrichtung

Die Shut-off Einrichtung ermöglicht es, die Gleitringdichtung zu warten oder sogar komplett auszutauschen, ohne den Absorberturm stillzusetzen oder zu entleeren.

Materialien

Richtig ausgewählte Materialien unter Berücksichtigung des pH-Werts, der Temperatur sowie der Chloride, Fluoride, Feststoffe und des Sauerstoffs im gerührten Medium sind entscheidend für zuverlässige Rührwerke mit langer Lebensdauer.

In der Praxis gibt es zwei grundlegende Fälle:

• Verwendung von legierten metallischen Werkstoffen für die seitlich montierten Absorber-Rührwerke
• Verwendung von unlegiertem Stahl, ausgekleidet mit Hart- oder Weichgummi, für die vertikalen, oben montierten Rührwerke

Die Teile der seitlich montierten Rührwerke, die mit den hochkorrosiven und abrasiven Medien in Berührung kommen, bestehen aus super-austenitischen Edelstählen oder aus Super-Duplex-Materialien.

Das EKATO Wingjet Rührorgan besteht aus einem gegossenen Super-Duplex-Material. Zusätzlich minimiert ein spaltfreies Design und abgedichtete Verbindungen der produktberührten Teile die Spalt- und Lochfraßkorrosion durch die sauren Medien und deren Chloride.

EKATO Rauchgasentschwefelungs-Rührwerke sind seit 1980 in hunderten von Kraftwerken weltweit installiert und erfolgreich im Betrieb. Mit mehr als 12.000 weltweit verkauften Rührwerken in über 1.500 REA-Anlagen ist EKATO der führende Anbieter von Rührwerken in diesem Markt. Für eine detaillierte weltweite Referenzliste oder für eine bestimmte Region kontaktieren Sie uns bitte.