Bei der Verbrennung von Kohle in Kraftwerken entstehen feste Abfälle wie Boden- und Flugasche sowie Rauchgase, die in die Atmosphäre abgegeben werden. Viele Anlagen müssen SOx-Emissionen mithilfe von Rauchgasentschwefelungsanlagen (FGD) aus dem Rauchgas entfernen. Die drei wichtigsten FGD-Technologien in den USA sind Nasswäsche (85 % der Anlagen), Trockenwäsche (12 %) und Trockensorptionsinjektion (3 %). Nasswäscher entfernen typischerweise mehr als 90 % der SOx, Trockenwäscher hingegen nur 80 %. Dieser Artikel stellt modernste Technologien zur Behandlung des Abwassers aus Nasswäschen vor.REA-Systeme.
Grundlagen der Nass-REA
Nasse REA-Technologien bestehen aus einem Schlammreaktor und einem Feststoffentwässerungsabschnitt. Im Reaktorabschnitt kommen verschiedene Absorbertypen zum Einsatz, darunter Füllkörper- und Bodenkolonnen, Venturiwäscher und Sprühwäscher. Die Absorber neutralisieren die sauren Gase mit einer alkalischen Aufschlämmung aus Kalk, Natriumhydroxid oder Kalkstein. Aus wirtschaftlichen Gründen verwenden neuere Wäscher meist Kalksteinaufschlämmung.
Wenn Kalkstein unter den reduzierenden Bedingungen des Absorbers mit SOx reagiert, wird SO 2 (der Hauptbestandteil von SOx) in Sulfit umgewandelt, und es entsteht ein calciumsulfitreicher Schlamm. Frühere REA-Systeme (auch als natürliche Oxidations- oder inhibierte Oxidationssysteme bezeichnet) produzierten Calciumsulfit als Nebenprodukt. NeuereREA-Systemeverwenden einen Oxidationsreaktor, in dem die Calciumsulfitaufschlämmung in Calciumsulfat (Gips) umgewandelt wird; diese Systeme werden als Limestone Forced Oxidation (LSFO) FGD-Systeme bezeichnet.
Typische moderne LSFO-REA-Systeme verwenden entweder einen Sprühturmabsorber mit integriertem Oxidationsreaktor im Boden (Abbildung 1) oder ein Strahlblasensystem. In beiden Systemen wird das Gas unter anoxischen Bedingungen in einer Kalksteinaufschlämmung absorbiert; die Aufschlämmung gelangt anschließend in einen aeroben Reaktor bzw. eine Reaktionszone, wo Sulfit in Sulfat umgewandelt wird und Gips ausfällt. Die hydraulische Verweilzeit im Oxidationsreaktor beträgt etwa 20 Minuten.
1. Sprühsäulen-Kalkstein-Forced-Oxidation-(LSFO)-FGD-System. In einem LSFO-Wäscher gelangt der Schlamm in einen Reaktor, wo Luft zugeführt wird, um die Oxidation von Sulfit zu Sulfat zu forcieren. Diese Oxidation scheint Selenit in Selenat umzuwandeln, was spätere Behandlungsschwierigkeiten verursacht. Quelle: CH2M HILL
Diese Systeme arbeiten typischerweise mit einem Feststoffgehalt von 14 % bis 18 %. Dieser besteht aus feinen und groben Gipspartikeln, Flugasche und inerten Stoffen, die mit dem Kalkstein eingebracht werden. Sobald der Feststoffgehalt einen oberen Grenzwert erreicht, wird die Schlammlösung abgespült. Die meisten LSFO-REA-Systeme nutzen mechanische Feststofftrenn- und Entwässerungssysteme, um Gips und andere Feststoffe vom Spülwasser zu trennen (Abbildung 2).
2. REA-Gipsentwässerungssystem. In einem typischen Gipsentwässerungssystem werden die Partikel im Abfluss in grobe und feine Fraktionen klassifiziert bzw. getrennt. Feine Partikel werden im Überlauf des Hydroklons abgetrennt, wodurch ein Unterlauf entsteht, der hauptsächlich aus großen Gipskristallen (für den potenziellen Verkauf) besteht und mit einem Vakuumbandentwässerungssystem auf einen niedrigen Feuchtigkeitsgehalt entwässert werden kann. Quelle: CH2M HILL
Einige REA-Systeme nutzen Schwerkrafteindicker oder Absetzbecken zur Feststoffklassifizierung und Entwässerung, andere Zentrifugen oder rotierende Vakuumtrommel-Entwässerungssysteme. Die meisten neueren Systeme verwenden jedoch Hydroklone und Vakuumbänder. Manche Systeme verwenden zwei Hydroklone in Reihe, um die Feststoffabscheidung im Entwässerungssystem zu erhöhen. Ein Teil des Hydroklonüberlaufs kann in die REA-Anlage zurückgeführt werden, um den Abwasserfluss zu reduzieren.
Eine Spülung kann auch eingeleitet werden, wenn sich in der REA-Aufschlämmung Chloride ansammeln. Dies ist aufgrund der Korrosionsbeständigkeit der Baumaterialien des REA-Systems erforderlich.
Eigenschaften von REA-Abwasser
Die Zusammensetzung des REA-Abwassers wird von vielen Variablen beeinflusst, wie beispielsweise der Zusammensetzung von Kohle und Kalkstein, der Art des Wäschers und dem verwendeten Gipsentwässerungssystem. Kohle trägt saure Gase – wie Chloride, Fluoride und Sulfate – sowie flüchtige Metalle wie Arsen, Quecksilber, Selen, Bor, Cadmium und Zink bei. Kalkstein trägt Eisen und Aluminium (aus Tonmineralien) zum REA-Abwasser bei. Kalkstein wird üblicherweise in einer Nasskugelmühle pulverisiert, und Erosion und Korrosion der Kugeln tragen Eisen zum Kalksteinschlamm bei. Tone tragen tendenziell zu inerten Feinanteilen bei, was einer der Gründe dafür ist, dass Abwasser aus dem Wäscher gespült wird.
Von: Thomas E. Higgins, PhD, PE; A. Thomas Sandy, PE; und Silas W. Givens, PE.
Email: caroline@rbsic-sisic.com
Beitragszeit: 04.08.2018