Rauch: Die Verminderung seiner Schadstoffe

Rauch: Die Verminderung seiner Schadstoffe

 

Die Verbrennung fossiler Brennstoffe setzt nicht nur Energie frei, sondern auch Schadstoffe. Neben festen Abfällen wie Asche und Schlacke fallen vor allem Rauchgase an. Ungereinigt belasten sie die Umwelt stark. Rauchgase enthalten hauptsächlich Kohlen- und Schwefeldioxid, Stickoxide, Staub und Ruß. Bei Anlagen zur Müllverbrennung kommen noch Schwermetalldämpfe und unverbrannte Kohlenwasserstoffe hinzu. Für einzelne Schadstoffe wurden verbindliche Grenzwerte festgeschrieben, und fossil befeuerte Verbrennungsanlagen brauchen seither eine Rauchgasreinigung.

 

 Reinigungsmaßnahmen

 

Neben der Rauchgasentstaubung handelt es sich dabei um technische Einrichtungen zur Rauchgasentschwefelung und Rauchgasentstickung. Die meisten Verfahren haben gemein, dass dabei erneut Rückstände oder Abwässer entstehen, die ihrerseits zu beseitigen oder, wenn möglich, zu verwerten sind.

 

Prinzipiell gibt es zwei unterschiedliche Herangehensweisen. Einerseits wird man über Primärmaßnahmen versuchen, schon die Verbrennung selbst möglichst schadstoffarm zu gestalten. So lässt sich beispielsweise Schwefeldioxid durch das Trockenadditivverfahren begrenzen. Dabei wird mit dem Brennstoff zugleich Kalk in den Verbrennungskessel geblasen. Meist sind auf solchen Wegen die Grenzwerte für Schwefeldioxid und Stickoxide aber nicht einzuhalten. Keine Mühe damit hat die Wirbelschichtfeuerung, bei der auf diese Art entschwefelt wird. Die Sekundärmaßnahmen sind dem Verbrennungsprozess nachgeschaltet, dienen also dazu, das bereits entstandene Rauchgas zu reinigen. Art und Anwendung sind vom Kraftwerkstyp und dem Brennstoff abhängig. Bei Steinkohlekraftwerken reinigt man die Rauchgase in drei Schritten, meist in der Reihenfolge Entstickung-Entstaubung-Entschwefelung. Dabei strömen die noch heißen Rauchgase zuerst in einen Katalysator, dessen Arbeitsoptimum bei 350 ºC liegt. Die Temperaturen sind nach der Entschwefelung so weit abgesunken, dass die gereinigten Abgase erst wieder auf mindestens 72 ºC aufgeheizt werden müssen, bevor man sie mit genügend thermischem Auftrieb in den Kamin entlassen kann.

 

 Rauchgasentstickung

 

In Braunkohlekraftwerken lässt sich der vorgeschriebene Grenzwert für Stickoxide mit Primärmaßnahmen erreichen. Bei Steinkohlekraftwerken sind dagegen sekundäre Maßnahmen zur Rauchgasentstickung nötig. Besonders verbreitet ist das SCR-Verfahren, die selektive katalytische Reduktion. Darunter versteht man die Entfernung von Sauerstoff aus einer sauerstoffhaltigen Verbindung (hier die Stickoxide) mithilfe von Katalysatoren (sie ermöglichen oder beschleunigen chemische Reaktionen, ohne dabei selber verbraucht zu werden). Die verwendeten Katalysatoren bestehen überwiegend aus Titanoxid, dem andere Komponenten wie Eisenoxid, Nickel, Kupfer und Silber in kleinen Mengen beigemischt sind. Die Stickoxide werden mit Ammoniak reduziert, das in den Rauchgasstrom eingedüst wird. Als Reaktionsprodukte entstehen molekularer Stickstoff und Wasser.

 

 Rauchgasentstaubung

 

Auch zur Minderung der Staubemissionen gibt es verschiedene Verfahren; verbreitet sind neben Elektrofiltern vor allem Fliehkraftabscheider und Gewebefilter.

 

Die Elektroentstauber (»E-Filter«) nutzen die elektrostatische Aufladung von Staubteilchen in einem starken elektrischen Feld, die sich an Elektroden niederschlagen. Aufgebaut sind E-Filter aus meist plattenförmigen positiv geladenen Niederschlagselektroden (Anode) und senkrechten, oft gezackten Drähten, die als negativ geladene Sprühelektroden (Kathode) dienen. Die Sprühelektroden senden Elektronen aus, die von Gasteilchen aufgenommen werden. Die aufgeladenen Gasmoleküle lagern sich an die Staubteilchen, die somit auch negativ aufgeladen werden. Dadurch wandern sie zur Niederschlagelektrode, an der sie sich abscheiden. E-Filter können deutlich über 99 % des Staubs zurückhalten.

 

 Rauchgasentschwefelung

 

Zur Rauchgasentschwefelung sind mehrere Verfahren geeignet. Bei großen Kohlekraftwerken ist aber meist das Nasswaschprinzip im Einsatz. Das schwefelhaltige Rauchgas tritt in den Waschturm der Rauchgas-Entschwefelungs-Anlage (REA) und wird mit einer kalkhaltigen Suspension besprüht. Dabei geht das gasförmige Schwefeldioxid zunächst in Lösung und reagiert danach zu Calciumsulfit. Nach weiterer Oxidation entsteht daraus Gips, der prinzipiell für Bauzwecke verwendbar ist. Durch moderne Nassverfahren lässt sich ein Entschwefelungsgrad von über 95 % erzielen.

 

Die Rauchgasentschwefelung und -entstickung sind auch in einem Katalysatorraum möglich; man spricht dann von Simultanverfahren. Auch von ihnen gibt es unterschiedliche Ausführungen.