Rauchgasentstickung

Bei der Rauchgasentstickung (auch DeNOx genannt) werden mit Hilfe von sog. Primär- oder Sekundärmaßnahmen Stickstoffmonoxid, NO, und Stickstoffoxide, NO_x, beispielsweise aus dem Rauchgas von Kohlekraftwerken entfernt.

Bei den Primärmaßnahmen soll durch optimierte Brennprozesse die thermische NO-Bildung weitestgehend unterdrückt werden. Die Sekundärmaßnahmen hingegen sind Abscheideverfahren, bei denen die im Rauchgas enthaltenen Stickstoffoxide, NO_x, durch Absorption über Einsprühen einer Waschlösung oder durch Reduktion zu elementaren Stickstoff, beispielsweise durch Einsprühen von Ammoniak verringert werden sollen.

Bei den reduktiven Verfahren unterscheidet man zwischen selektiven nicht-katalytischen (Selective Non Cat Reduction, SNCR) und selektiven katalytischen Verfahren (Selektive katalytische Reduktion, SCR).

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Primärentstickung

Die Bildung von NO_x in der Feuerung wird durch drei Faktoren wesentlich begünstigt:

• hohe Flammen- bzw. Verbrennungstemperatur
• hohes Sauerstoffangebot
• hohe Verweilzeit der reagierenden Stoffe im Flammenbereich

Die Primärentstickung zeichnet sich dadurch aus, dass sie durch geeignete Konstruktion von Brennern und durch geeignete Feuerungskonzepte diese Faktoren verringert. Dazu zählen:

• Rauchgasrezirkulation
• Luftstufung (air staging)
• Brennstoffstufung (fuel staging)

Rauchgasrezirkulation

Durch das Einblasen bzw. Rezirkulieren von Rauchgas in die Verbrennungszone wird zum einen der Anteil an Sauerstoff gesenkt, zum anderen sinkt die Verbrennungstemperatur. Die Verbrennungstemperatur ist unter anderem abhängig vom Heizwert des Brennstoffes. Brennstoff und Verbrennungsluft bilden zusammen ein brennbares Gemisch mit einem charakteristischen Heizwert (früher H_u, heute H_i). Mischt man dem Brennstoff-Oxidator-Gemisch Rauchgas zu, verringert sich der Heizwert des Gesamtgemisches und damit die erreichbare Verbrennungstemperatur.

Dieses Verfahren zählt in der Industrie zu den variabelsten Konzepten. Ausgeführt wird diese Maßnahme durch so genannte "Low-NO_x-Brenner".

Rauchgasrezirkulation ist eine Maßnahme, um die Entstehung des thermischen NO_x zu verringern und ist daher bei Brennstoffen, bei denen der Anteil von Brennstoff-NO_x im Abgas dominiert, wenig wirkungsvoll.

Luftstufung

In diesem Konzept (englisch "air staging") verfolgt man die Absicht, um die Flamme herum mehrere Verbrennungszonen zu schaffen, die ein unterschiedliches Sauerstoffangebot haben. Dadurch verlängert sich der Bereich der Verbrennung und damit auch die Verweilzeit der Komponenten in der Flamme. Die Zugabe der Stufenluft kann hierdurch entweder im Brenner selbst oder im Bereich des Brennraums erfolgen.

Ziel des Konzeptes ist es, die Bildung von thermischem NO_x in der brennstoffreichen "Primärzone" zu mindern und die vollständige Verbrennung des Brennstoffes in der luftreichen "Sekundärzone" auszuführen. Die Aufteilung in diese Zonen hat auch die Konsequenz, dass die Flamme bzw. deren Bestandteile - zum Vorteil der NO_x-Minderung - nach der Primärzone Wärme an die Umgebung abgeben und damit "abkühlen" kann, bevor die Zone der vollständigen Verbrennung erreicht wird.

Brennstoffstufung

Bei diesem Konzept (englisch auch "fuel staging") wird der Brennstoff ebenfalls in mehreren (meist zwei) Stufen in den Verbrennungsraum gegeben. Ähnlich der Luftstufung kann man hiermit Zonen unterschiedlicher Brennstoff-Luft-Verhältnissen schaffen, die ebenfalls eine Minderung der NO_x-Emissionen bewirken. In der Schmelzkammerfeuerung geht man dazu über, bis zu 15% der Wärmeleistung des Dampferzeugers nur durch die erneute Zugabe und Zündung von Brenngas in den Abgasstrom zu erzeugen. Die restlichen 85% werden in der eigentlichen Schmelzkammer bei leichtem Luftüberschuss erzeugt. Das hier nicht verbrauchte O₂ wird dabei zur Verbrennung des Brenngases genutzt. Eine Analogie dieser Vorgehensweise findet sich beim Nachbrenner der Flugantriebe.

Literatur

• Erich Fitzer, Dieter Siegel: Stickoxid-Emissionen industrieller Feuerungsanlagen in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen. Chemie Ingenieur Technik 47(13), S. 571 (1975), ISSN 0009-286X
• Hans-Georg Schäfer, Fred N. Riedel: Über die Bildung von Stickoxiden in Großfeuerungsanlagen, deren Einfluß auf die Umwelt, ihre Verminderung sowie ihre Entfernung aus den Abgasen der Kraftwerke. Chemiker-Zeitung 113(2), S. 65 - 72 (1989), ISSN 0009-2894
• Manfred Köbel, Martin Elsener: Entstickung von Abgasen nach dem SNCR-Verfahren: Ammoniak oder Harnstoff als Reduktionsmittel? Chemie Ingenieur Technik 64(10), S. 934 - 937 (1992), ISSN 0009-286X

Siehe auch

• Abgasreinigung
• Rauchgasentschwefelung