Technologie für die Emissionskontrolle
Sprühtrockner-Absorber
Sprühtrockner-Absorber erleichtern die Abscheidung von sauren Schadstoffen, Schwermetallen und Staub aus Rauchgasen und Abgasen in Kraftwerken mit fossilen Brennstoffen, Müllverbrennungsanlagen und Industrieinstallationen.
Der SDA-Prozess
Vorteile
Die Sprühtrocknungs-Absorption, eine einzigartige Sprühtrocknungstechnologie für die Absorption von Sauergas, wurde ursprünglich in den 70er-Jahren von GEA erfunden. Seit damals wurde sie kontinuierlich weiterentwickelt und optimiert, um den sich wandelnden Bedingungen und Vorschriften gerecht zu werden. Heute ist der Prozess effizient, vielseitig und wurde gründlichst geprüft. Jeder einzelne Sprühtrocknungs-Absorptions-Prozess wird speziell auf die jeweiligen Kundenbedürfnisse und geltenden Umweltschutzgesetze zugeschnitten. Die Absorber verfügen über bewährte Systemkomponenten, wie Spitzwertsteuerung und Aktivkohleeinspritzung, die speziell konzipiert wurden, um für niedrige Quecksilber- und Dioxinemissionen zu sorgen.
Vorteile
• Hohe Sauergasauswaschleistung
• Niedrige Investitions-, Betriebs- und Wartungskosten
• Geringerer Energie- und Wasserverbrauch (Betrieb mit minderwertigem Wasser)
• Hohe Anlagenverfügbarkeit
Der Sprühtrocknungs-Absorptions-Prozess
Beim Sprühtrocknungs-Absorptions-Prozess handelt sich um einen Entschwefelungsprozess von halbtrockenem Rauchgas, bei dem Löschkalk [Ca(OH)2] als Absorbens verwendet wird, um ein stabiles und trocknes Endprodukt zu erzeugen, das vorwiegend aus Flugasche und verschiedenen Kalziumverbindungen besteht.
Unbehandeltes heißes Rauchgas wird über einen Rauchgasdispergierer in den Sprühtrockner-Absorber geleitet und anschließend mit einem reaktionsfreudigen Absorbens in Kontakt gebracht, das durch einen Rotationszerstäuber zerstäubt wird. Durch den wirkungsvollen Kontakt zwischen Rauchgas und Absorbens kommt es zum raschen Übergang der sauren Komponenten vom Rauchgas in das alkalische Absorbens. Das Absorbens neutralisiert die absorbierte Säure (SO2 + Ca(OH)2 -> CaSO3/CaSO4 + H2O). Während dieser Reaktion verdampft das enthaltene Wasser, wodurch ein trockenes Pulver entsteht. Ein Bruchteil des trockenen Pulvers lagert sich auf dem Boden der Absorberkammer ab und wird von dort abgelassen, während der Großteil zum nachgeschalteten Staubabscheider geleitet wird, während das gekühlte Rauchgas die Kammer verlässt. Das nun saubere Rauchgas passiert ohne erneute Erhitzung vom Staubabscheider zum Rauchfang.
Das Ca(OH)2 wird entweder als Löschkalk erworben oder – was häufiger vorkommt und preiswerter ist – vor Ort aus gebranntem Kalk hergestellt und von einem Puffertank zum Rotationszerstäuber gepumpt. Nach der Separation wird das Pulver entweder zu einer Endproduktlageranlage geleitet oder während des Prozesses recycelt, um die Nutzung von überschüssigem Absorbens zu verbessern. Das Endprodukt des Prozesses ist ein stabiles trockenes Pulver. Dieses Pulver wird überall auf der Welt verwendet, vor allem im Straßenbau, als Gebäudebaustoff und für andere Anwendung im Bauwesen.
Die Sprühtrocknungs-Absorptions-Technologie bietet exzellente Absorptionsleistungen – und das nicht nur, was Hauptschadstoffe wie SO2 und HCl betrifft. Denn dank des fein zerstäubten Absorbens, das in den Rauchgasstrom gesprüht wird und der anschließenden Staubabscheidung werden auch Schadstoffe wie SO3, HF etc. nahezu vollständig entfernt. Auf diese Weise wird die Verwendung von unlegiertem Stahl innerhalb des Rauchgaswegs erleichtert. Außerdem bestehen noch zwei weitere Vorteile: Erstens erlaubt der Prozess die Verwendung von minderwertigem Prozesswasser, wie beispielsweise Abwasser oder auch Meerwasser, und zweitens ist keine anschließende Abwasserbehandlung oder -verarbeitung nötig, da der Prozess selbst kein Abwasser generiert.
Über 200 Referenzfälle
Weltweit wurden bereits über 200 Sprühtrockner-Absorber-Anlagen in Kraftwerken, Stahlwerken, Müllverbrennungsanlagen und Verbrennungsanlagen für Sondermüll installiert. Sie weisen alle ein gemeinsames Merkmal auf: Sie laufen gemäß der örtlich geltenden gesetzlichen Leistungsanforderungen oder sogar besser. Die allerersten, in 80er-Jahren installierten Anlagen laufen auch heute noch ordnungsgemäß und erfolgreich.
• Gesamtzahl errichteter Anlagen: > 200
• Gesamtzahl an Absorbern: > 350
• Gesamtzahl an Zerstäubern: > 450
• In fast 25.000 MWe- und 4.300 MWt-Kraftwerken installierte Prozesse
• Weltweit in über 160 Verbrennungslinien installierte Prozesse
• Weltweit in über 10.000 m2 an Sinterbändern installierte Prozesse
Hauptkomponenten
Das Herzstück des Sprühtrocknungs-Absorptions-Prozesses ist der Sprühtrockner-Absorber – bestehend aus Rotationszerstäuber, Gasdispergierer und Absorberkammer.Rotationszerstäuber
Zerstäuberrad
Der Rotationszerstäuber ist die Schlüsselkomponente des Sprühtrockner-Absorbers. Diese Anlage sprüht die absorbierende Flüssigkeit in das Rauchgas. Dies geschieht praktisch, indem die absorbierende Flüssigkeit in das Zerstäuberrad geleitet wird, das mit ca. 10.000 Umdrehungen pro Minute rotiert. Das Zerstäuberrad zerlegt die Flüssigkeit in einen Sprühnebel aus feinsten Tropfen (kleiner als 50 Mikron) mit immens großen Oberflächen und schleudert diesen nach außen.
Für die in Sprühtrocknungs-Absorptions-Prozessen verwendeten Rotationszerstäuber (Typ F-100, F-360, F-800 und F-1000) kommen spezielle Edelstahltypen sowie abriebfeste Räder und Radeinsätze zur Anwendung. Die Zerstäuber wurden so modifiziert, dass sie harschen Umgebungen und abrasiven Absorbenzien widerstehen können.
Der Aufbau des Rotationszerstäubers besteht aus einem Ober- und einem Unterteil, die durch eine mittlere Trägerplatte getrennt werden. Im Oberteil befindet sich das Getriebe und das Schmiersystem sowie die obere Ölwanne. Betrieben wird der Zerstäuber durch einen über dem Getriebe angebrachten vertikalen Anbaumotor. Über eine flexible Kupplung wird die Motorenergie zur Eingangswelle des Getriebes übertragen. Das Unterteil des Zerstäubers, das den heißen Medien innerhalb der Absorberkammer ausgesetzt ist, besteht hauptsächlich aus einer flexiblen Spindel, Spindellagerungen, Zufuhr- und Spülleitungen, dem Flüssigkeitsverteiler und dem Zerstäuberrad. Sowohl die Zerstäuber- als auch die Zerstäuberradkomponenten werden aus Keramikmaterialien hergestellt, da diese eine hohe Abriebfestigkeit aufweisen. Da diese Bauteile hohem Verschleiß durch die Absorbenszuführung ausgesetzt sind, wurden sie austauschbar gestaltet.
Die Gasdispergierer
Gasdispergierer optimieren die Verteilung des Rauchgases in der Absorberkammer und ermöglichen den besten Kontakt zwischen Rauchgas und den zerstäubten Tröpfchen des Absorbens. Bei den Standardgasdispergierern vom Typ DGA handelt es sich um Deckengasdispergierer mit verstellbaren Leitschaufeln. Sie werden für Rauchgase mit nur geringen Anteilen an abrasiver oder klebriger Flugasche verwendet. Für Rauchgase mit höheren Konzentrationen an abrasiver Flugasche werden erosionsfeste Gasdispergierer des Typs DGR eingesetzt. Diese Art Gasdispergierer wird in zahlreichen Sprühtrockner-Absorbern in städtischen Müllverbrennungsanlagen verwendet.
Mischgasdispergierer kommen für Rauchgasvolumen ab 400.000 Nm3/h zum Einsatz. Bei ihnen wird das Gas in zwei Ströme getrennt, wobei 60 % durch den Deckengasdispergierer und das restliche Rauchgas durch einen zentralen Gasdispergierer geleitet werden. Dieser Aufbau wird häufig in Kraftwerken und Sinteranlagen eingesetzt. Die meisten Gasdispergierer werden aus Flussstahl hergestellt.
Die Kammer des Sprühtrockner-Absorbers
Die Sprühtrockner-Absorber-Kammer, eine zylinderförmige Konstruktion mit kegelförmiger Unterseite, wird in der Regel aus Flussstahl hergestellt. Das Rauchgas tritt über den/die Gasdispergierer in die Kammer ein und tritt durch einen Auslasskanal am kegelförmigen Boden aus. Der Rotationszerstäuber wird in der Mitte der Kammer installiert, eingekreist durch den Auslass des Deckengasdispergierers, damit das Gas sich mit dem zerstäubten Absorbens vermischen kann. Der mittlere Gasdispergierer wird direkt unter dem Zerstäuber angebracht, wodurch der Sprühnebel des Zerstäubers erhöht wird, was zu einem besseren Kontakt zwischen Gas und Flüssigkeit führt.
Die Größe der Kammer hängt von der Menge und den Eigenschaften des Rauchgases ab und ihre Form von der Art des verwendeten Gasdispergierers. Unten am Absorberkegel befindet sich ein Auslass für größere Partikel.
GEA entwickelt die Bauform und Größe der Sprühtrockner-Absorber-Kammer und des Gasdispergierers kontinuierlich weiter und optimiert sie ständig. Aktuell bieten wir Kapazitäten zur Behandlung von über 2.000.000 Nm3/h in nur einer einzigen Absorberkammer und wir arbeiten weiterhin am Entwurf von Sprühtrockner-Absorbern für noch höhere Gasmengen.
ANWENDUNGEN IN KRAFTWERKEN
Da ein erheblicher Teil der Kosten von Kraftwerken mit der Emissionskontrolle in Zusammenhang steht, federt die richtige Technik nicht nur die Umweltauswirkungen ab, sie erhöht auch die Wettbewerbsvorteile.
Der SDA-Pulverprozess
Das Endprodukt der Sprühtrocknungs-Absorption besteht aus den Reaktionsprodukten, dem überschüssigen Absorbens und der Flugasche. Das SO2-HCl-Verhältnis des einströmenden Gases ist hoch, wodurch ein Betrieb nahe an der adiabatischen Sättigungstemperatur möglich ist und der Kalkgehalt im Endprodukt minimiert wird. Durch ein Sprühtrocknungs-Absorptions-System können sehr hohe Entschwefelungsraten erzielt werden, die praktisch nur durch den akzeptablen Inhalt des überschüssigen Kalks im Endprodukt beschränkt werden.
Was die Menge und Zusammensetzung des Gases betrifft, laufen die normalen Abweichungen im Betrieb des vorgelagerten Rauchgasgenerators im Allgemeinen so reibungslos ab, dass die Steuerung der Auslasstemperaturen und Emissionen allein durch die Vermischung der Zuströme des Absorbens und des Recycelschlamms (oder Wassers) im darüber liegenden Hochbehälter erreicht wird. Das für Kraftwerke verwendete Absorbens wird vorwiegend käuflich erworben, als CaO gelagert und anschließend vor Ort gelöscht.
(insert animation)
Zur optimalen Gasstromverteilung wird das unbehandelte heiße Rauchgas über Gasdispergierer in das Sprühtrockner-Absorber-Modul geleitet, wobei der Kontakt mit dem Absorbens mithilfe des durch den Rotationszerstäuber erzeugten Sprühnebels erzielt wird. Der wirkungsvolle Kontakt zwischen Gas und zerstäubtem Absorbensschlamm ermöglicht den raschen Übergang der sauren Komponenten vom gasförmigen in den flüssigen Zustand.
Das alkalische Absorbens neutralisiert die absorbierte Säure und das gewünschte Reaktionsprodukt wird bei gleichzeitig stattfindender Wasserverdampfung erzeugt. Ein Bruchteil des trockenen Endprodukts lagert sich auf dem Boden der Absorberkammer ab und wird von dort abgelassen, während der Großteil mit dem abgekühlten Rauchgas zum nachgeschalteten Staubabscheider geleitet und dort vom Gas abgeschieden wird. Das nun gereinigte Gas passiert ohne erneutes Erhitzen durch den Staubabscheider zum Rauchfang.
Im Anschluss an die chemische Reaktion der Säurekomponentenabsorption und die darauf folgende Trocknungsphase wird das pulverförmige Endprodukt vom Gas abgeschieden und zu einem Endproduktlager transportiert bzw. im Sprühtrockner-Absorber-Prozess wiederverwendet, um die Nutzung des überschüssigen Absorbens zu verbessern. Ob die Sprühtrockner-Absorber-Anlage als Single-Pass-System angelegt wird und ob ein Recyclingsystem integriert wird, hängt von der Qualität des eingelassenen Gases und den Emissionsanforderungen ab.
Sinteranlagen und ähnliche Anwendungen
Die Sprühtrocknungs-Absorption ist die ideale Lösung zur Abscheidung von Staub und sauren Abgasen aus Sinteranlagen.
Der SDA-Sinterprozess
Variationen in der Gasqualität können relativ schnell vorkommen, wodurch das Kontrollsystem in der Lage sein muss, entsprechend zu handeln. Das für Sinteranlagen verwendete Absorbens wird vorwiegend käuflich erworben, als CaO gelagert und anschließend vor Ort gelöscht. Für Sinteranlagen werden in der Regel mit Edelstahlrädern und -hauptbauteilen ausgestattete Rotationszerstäuber des Typs F-360, F-800 oder F-1000 verwendet.
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Zur optimalen Gasstromverteilung wird das unbehandelte heiße Rauchgas über Gasdispergierer in das Sprühtrockner-Absorber-Modul geleitet, wobei der Kontakt mit dem Absorbens mithilfe des durch den Rotationszerstäuber erzeugten Sprühnebels erzielt wird. Der wirkungsvolle Kontakt zwischen Gas und zerstäubtem Absorbensschlamm ermöglicht den raschen Übergang der sauren Komponenten vom gasförmigen in den flüssigen Zustand.
Das alkalische Absorbens neutralisiert die absorbierte Säure und das Reaktionsprodukt wird bei gleichzeitig stattfindender Wasserverdampfung erzeugt. Ein Bruchteil des trockenen Endprodukts lagert sich auf dem Boden der Absorberkammer ab und wird von dort abgelassen, während der Großteil mit dem abgekühlten Rauchgas zum nachgeschalteten Staubabscheider geleitet und dort vom Gas abgeschieden wird. Das gereinigte Gas passiert ohne erneutes Erhitzen durch den Staubabscheider zum Rauchfang.
Im Anschluss an die chemische Reaktion der Säurekomponentenabsorption und die darauf folgende Trocknungsphase wird das pulverförmige Endprodukt vom Gas abgeschieden und zu einem Endproduktlager transportiert bzw. im Sprühtrockner-Absorber-Prozess wiederverwendet, um die Nutzung des überschüssigen Absorbens zu verbessern. Ob die Anlage als Single-Pass-System angelegt wird und ob ein Recyclingsystem integriert wird, hängt von der Qualität des eingelassenen Gases und den Emissionsanforderungen ab.
Anwendungen in Müllverbrennungsanlagen
Bei der Sprühtrocknungs-Absorption handelt es sich um eine Methode, mit der auch strengste Emissionsvorschriften für Müllverbrennungsanlagen eingehalten werden können.
Der SDA-Abfallprozess
Der hohe HCl-Gehalt im Gas verursacht eine erheblich höhere Temperatur des eingelassenen Gases, als beispielsweise bei Kraftwerkanwendungen. Dementsprechend weist das Endprodukt ein anderes Verhalten auf. Außerdem ist der Feuchtigkeits- und Sauerstoffgehalt des Abgases höher. Durch die Trocknungseigenschaften des Absorbers, der hohe Chloridgehalt im Endprodukt, die Single-Pass-Anordnung etc. ist eine höhere Verweildauer in der Absorberkammer nötig, wodurch die Anlagen mit höheren Austrittstemperaturen betrieben werden.
Um die Fähigkeit des Sprühtrockner-Absorber-Systems zu verbessern, mit extremen Variationen der Einlassbedingungen umzugehen, kann ein Spitzwertsteuerungssystem integriert werden. Mit dieser Komponente wird ein trockenes Absorbens [pulverförmiges Ca(OH)2] direkt in den Rauchgasstrom geblasen. Außerdem kann ein auf der Einspritzung pulverförmiger Aktivkohle basierendes Adsorbentsystem verwendet werden, um vor allem die Quecksilber- und Dioxinemissionen effizient zu verringern. Als Absorbens kann in Müllverbrennungsanlagen entweder CaO oder Ca(OH)2 verwendet werden – je nach Nahversorgungsbedingungen und Kosten.
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Zur optimalen Gasstromverteilung wird das unbehandelte heiße Rauchgas über den Deckengasdispergierer in das Sprühtrockner-Absorber-Modul geleitet, wobei der Kontakt mit dem Absorbens mithilfe des durch den Rotationszerstäuber erzeugten Sprühnebels erzielt wird. Der wirkungsvolle Kontakt zwischen Gas und zerstäubtem Absorbensschlamm ermöglicht den raschen Übergang der sauren Komponenten vom gasförmigen in den flüssigen Zustand.
Das alkalische Absorbens neutralisiert die absorbierte Säure und das gewünschte Reaktionsprodukt wird erzeugt. Während dieser Reaktion verdampft das enthaltene Wasser, wodurch ein trockenes Pulver entsteht. Ein Bruchteil des trockenen Pulvers lagert sich auf dem Boden der Absorberkammer ab und wird von dort abgelassen, während der Großteil zum nachgeschalteten Staubabscheider geleitet und vom Gas abgeschieden wird. Das gereinigte Gas passiert ohne erneutes Erhitzen durch den Staubabscheider zum Rauchfang.
Im Anschluss an die chemische Reaktion, durch die die Absorption der Säurekomponenten ausgelöst wird, und die darauf folgende Trocknungsphase wird das pulverförmige Endprodukt vom Gas abgeschieden und zu einem Endproduktlager transportiert. Zur effizienten Abscheidung von Dioxinen und Quecksilber aus dem Gas wird außerdem pulverförmige Aktivkohle in den Gasstrom eingespritzt. Das auf der Einspritzung von gelöschtem Kalk in den Gasstrom basierende Spitzwertsteuerungssystem kann für solche Anwendungen eingeplant werden, bei denen eine zügige Steuerung erheblicher Variationen der Zufuhrgasqualität erzielt werden soll. Die meisten Sprühtrockner-Absorber für Müllverbrennungsanlagen werden als Single-Pass-Systeme angelegt.
Process for Power plant and Sinter plant applications
Key Components
The Spray Dryer Absorber – the Rotary Atomizer, the Gas Disperser and the Absorber Chamber – is the heart of the Spray Drying Absorption process.
Spray Drying Absorption - the unique use of the spray drying technology for acid-gas absorption - was originally invented by GEA in the 1970s.
Ever since, it has been subject to continuous further development and optimized to meet changing conditions and requirements. Hence, the process stands as an efficient, versatile and thoroughly tested technology.
Rotary Atomizer wheel
This wheel is the key element in the SDA and atomizes the absorbent liquid into flue gas. The fast-rotating wheel breaks the liquid into an atomized mist of exceptionally small droplets with immense surface areas.
Gas Dispersers
Gas dispersers serve to optimize the distribution of flue gas inside the absorber chamber, facilitating the best contact between the flue gas and the atomized droplets of absorbent feed.
Spray Dryer Absorber chamber
The flue gas enters the SDA chamber, a cylindrical steel construction, via the gas disperser and leaves through an outlet duct at the coned bottom. The Rotary Atomizer installed centrally allows the gas to mix with the feed.
Power plant applications
The Spray Drying Absorption process is a versatile way of cleaning flue gases by the removal of acid gases and particulates generated by fossil-fuel burning, mainly coal. Because of the presence of large volumes of flue gasses, power plant installations frequently have more than one Spray Dryer Absorber module. A compound-gas disperser ensures an optimum gas flow, even at very large volumes. The considerable plant size and gas volumes normally favor recycling of the end product, allowing operation at low outlet temperatures, no more than 10 - 15° C above adiabatic saturation temperature.
The end product from Spray Drying Absorption consists of the reaction products, excess absorbent and fly ash. The SO2/HCl ratio of the inlet gas is high, thus allowing for operation close to the adiabatic saturation temperature and minimizing the content of lime in the end product. A Spray Drying Absorption system can achieve very high desulphurization rates, practically only limited by the accepted content of excess lime in the end product.
Sinter plant applications
Spray Drying Absorption is the ideal solution for removing dust and acid-gas exhaust from sinter plants.
Spray Drying Absorption installations for sinter plants combine features from power- and waste incineration plants.
Flue gas volumes are normally high; and, hence, necessitate the installation of large absorber modules. But, frequently, acid contents will be relatively low, thus allowing for the use of single pass systems.
Variations in gas quality may occur relatively fast, and therefore the control system must be designed to act accordingly. To a large extent, absorbent used for sinter plant applications will be purchased and stored as CaO for subsequent on-site slaking. The Rotary Atomizers applied in sinter plants are generally F-360, F-800 and F-1000, equipped with stainless steel wheels and central parts.
Process for Power plant and Sinter plant applications
Waste to Energy applications
Spray drying Absorption is a means to meet the strict emission regulations applying to waste-incineration plants.
Waste incinerator applications are generally characterized by relatively low gas amounts; and, hence, the absorber is constructed with only a roof gas disperser. The smaller plant size and the composition of acid content typically favor single-pass designs. The Rotary Atomizers employed in waste incinerator plants, SDAs, are normally type F-100, equipped with wheels in Hastelloy.
The high HCl content in the gas gives rise to a considerably higher inlet gas temperature than seen in power plant applications. Consequently, the end products will show different behaviors. Further, the moisture and O2 content of the waste gas is higher. The drying properties of the absorber, high chloride content in the end product, single pass mode, etc., call for a design with higher retention time in the absorber chamber, and therefore the plants are operated at high outlet temperatures.
Process for Waste to Energy applications
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