Drei wesentliche Mechanismen der NO x. - bzw. NO-Bildung: hohe Temperaturen (ab ca C); stark temperaturabhängig; Zeldovich-Mechanismus

Transkript

1 Drei wesentliche Mechanismen der NO x - bzw. NO-Bildung: Zeldovich-Mechanismus hohe Temperaturen (ab ca C); stark temperaturabhängig; Bildung in der Flammenfront; schnelle Bildungsreaktion, kaum temperaturabhängig schnell ablaufende Reaktion, ab ca. 800 C; temperaturabhängig

2 Anteilige NO x - Bildung in Abhängigkeit vom Brennstoff [%] Brennstoff therm. NO x BS-NO x aus flüchtigen Bestandteilen BS-NO x aus Koks Prompt-NO x Diesel/Benzin Innermotorisch Gas Schweröl Steinkohle Trockenfeuerung Steinkohle Schmelzfeuerung Braunkohle <10 >80 <10 -

3 Mechanismen der NO x - bzw. NO-Bildung als f (T)

4 Einfluss der NOx-Emissionen auf Mensch und Umwelt (vereinfachte Darstellung), (1 - Versauerung) Quelle: BMU

5 Einfluss der NOx-Emissionen auf Mensch und Umwelt (vereinfachte Darstellung), (2 - Ozon) Quelle: BMU

6 Einfluss der NOx-Emissionen auf Mensch und Umwelt (vereinfachte Darstellung), (3 - Eutrophierung) Quelle: BMU

7 Maßnahmen zur NOx-Minderung Primärmaßnahmen bestehen in der Regel immer in einer Herabsetzung der für die NO x - Bildung maßgeblichen Einflussfaktoren der Feuerung: - Verbrennungstemperatur - Sauerstoffangebot (bzw. Brennstoff-/Luftverhältnis) -Verweilzeit Sekundärmaßnahmen bestehen (i.d.r.) in der Reduktion von bereits gebildetem NOx zu elementarem Stickstoff: - SNCR ( selective non catalytic reduction ) - SCR ( selective catalytic reduction ) Weitere: Oxidationsverfahren, NO-Wäsche

8 Einflussgrößen bei der NOx-Bildung Die NOx-Bildung wird von vielen Parametern beeinflusst, wobei es auch zu Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Einflussgrößen kommen kann: Brennstoffart: Heizwert, Stickstoffgehalt Flammentemperatur: Radikalbildung, Dissoziationsenergie Luftvorwärmung: Temperaturniveau Sauerstoffangebot: Luftzahl λ, Oxidation Brennerkonstruktion: Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft Verbrennungsablauf: gestufte Brennstoff- und Verbrennungsluftzufuhr Verweilzeit: Reaktionsgeschwindigkeit, Abgasführung Feuerraumgeometrie: Anordnung der Brenner Feuerraumbelastung: ab ca. 2,5 MW/m³ erhöhter Anstieg der NOx- Emissionen Feuerraumkühlung: Kesselwandtemperatur Feuerungswärmeleistung: Wärmestromdichte, Lastbereich

9 Maßnahmen zur NOx-Minderung Quelle: Prof. Beckmann, TU Dresden

10 Sekundärmaßnahmen Übersicht Sekundärmaßnahmen Nassverfahren Trockenverfahren Oxidationsverfahren mit Ozon (O 3 ) mit Natriumchlorit (NaClO 2 ) nicht katalytische Verfahren Elektronenstrahlverfahren (S) SNCR-Verfahren mit Wasserstoffperoxid (H 2 O 2 ) Walther-/AMASOX-Verfahren Reduktionsverfahren Fe2+-EDTA-Verfahren (S) katalytische Verfahren Aktivkoks-Verfahren (S) DESONOX-Verfahren (S) SCR-Verfahren (S): Simultane Abscheidung von SOx und NOx

11 Sekundärmaßnahmen SNCR-Technik mit Harnstofflösung Quelle: M&S Umwelttechnik GmbH

12 Sekundärmaßnahmen SNCR-Technik mit Ammoniakwasser Quelle: M&S Umwelttechnik GmbH

13 Sekundärmaßnahmen SNCR-Technik Quelle: M&S Umwelttechnik GmbH

14 Sekundärmaßnahmen SNCR-Temperaturfenster (NH 3 )

15 Sekundärmaßnahmen SCR-Technik Bruttoreaktionsgleichungen: 4 NO + 4 NH 3 + O 2 4 N H 2 O 6 NO NH 3 7 N H 2 O Aktive Substanzen: TiO2, V2O5

16 Sekundärmaßnahmen SCR-Technik Anforderungen an Katalysatoren: hohe Aktivität und Selektivität zur NOx-Reduktion (kleineres Katalysatorvolumen, geringere NH 3 -Oxidationsrate) geringe SO 2 /SO 3 -Umwandlungsrate (geringere NH 4 HSO 4 -Bildung) hohe Alterungsbeständigkeit (Katalysatorstandzeit: > 2 bis 4 Jahre) hohe Korrosionsbeständigkeit und Abriebfestigkeit geringer Druckverlust große aktive Katalysatoroberfläche

17 SCR-Katalysatoren Platten-/Wabenkatalysator Quelle: Dr. Schüttenhelm/JM, HdT Essen 2009

18 Aufbau eines SCR-Reaktors

19 High-Dust SCR im Großkraftwerk SO 2 SO 3 NH 4 HSO 4 (Ammoniumbisulfat), kann zu Verstopfungen am Luvo führen

20 Tail-End SCR im Großkraftwerk Hoher energetischer Aufwand zur Wiederaufheizung der Rauchgase nach Wäscher! Umfang einer Nachrüstungsmaßnahme

21 NH 3 -Schlupf / Ammoniumsalzbildung (2) Bildung von Ammoniumsulfat / Ammoniumhydrogensulfat: Die Kondensationstemperaturen werden durch Kapillarkondensation in den Poren beeinflusst, d.h., Kondensation kann bereits bei höheren Temperaturen stattfinden! Dieser Umstand ist bei der Katalysatorauslegung zu berücksichtigen (Sicherheitszuschläge)