- Abgasreinigung - Anwendung BREF LCP

Präsentation zum Thema: "- Abgasreinigung - Anwendung BREF LCP"—  Präsentation transkript:

1 - Abgasreinigung - Anwendung BREF LCP
Klaus Warnatz Short Term Expert ehm. Landesumweltamt Brandenburg Tel: / Anwendung BREF LCP - Abgasreinigung - Die konkrete und zügige Durchführung des Genehmigungsverfahren für Anlagen nach Anhang 1 der IPPC-Richtlinie ist ein unverzichtbarer Beitrag zur ökologischen und ökonomischen Entwicklung des Landes. Die Verfahrenswege müssen dabei für alle Beteiligte wie Betreiber von Anlagen, Antragsteller für neue Anlagen, Ingenieurbüros und Behörden kalkulierbar sein. Dieser Anspruch an die Verwaltung wird durch Umsetzung der IPPC-Richtlinie in den Mitgliedsländer der EG nicht geringer. Das Ziel der IPPC-Richtlinie ist die Verminderung der Umweltverschmutzung durch Industrieanlagen, Abfallanlagen und Tierhaltungsanlagen. Durch ein integriertes Konzept sollen die Emissionen in die Luft, Einleitungen in das Wasser und Verunreinigungen des Bodens unter Einbeziehung der Anfallwirtschaft soweit wie möglich vermeiden werden und, wo dies nicht möglich ist, zu vermindern. Es soll ein hohes Schutzniveau für die Umwelt insgesamt zu erreichen werden und die Verlagerung der Umweltverschmutzung von einem Medium auf das Andere vermeiden werden. Dabei sollten diese Belange des integrierten Umweltschutzes von der zuständigen Behörde in einem Genehmigungsverfahren geregelt werden. Im Handbuch wird die schrittweise Vorgehensweise im Genehmigungsverfahren erläutert. Er soll den Mitarbeitern der Genehmigungsbehörde helfen das Genehmigungsverfahren für Anlagen nach Anhang 1 der EGO 152/2005 zu koordinieren, durchzuführen und mit einem integrierten Genehmigungsbescheid abzuschließen. Dazu soll es im Anhang des Handbuchs Formulare, Musterschreiben, Checklisten, Berechnungsverfahren zur Bestimmung der erforderlichen Schornsteinhöhe, sowie einen Muster-Bescheid für die Genehmigung von Anlagen geben.

2 Umweltschutztechnik bei Kohlekraftwerken

3 BAT: Staub Staub entsteht bei der Verbrennung fester oder flüssiger Brennstoffe fast ausschließlich aus der mineralischen Fraktion Bei flüssigen Brennstoffen können schlechte Verbrennungsbedingungen zur Rußentstehung führen Bei der Verbrennung von Erdgas entsteht praktisch kein Staub (Emissionswerte deutlich unter 5 mg/m³) Als Stand der Technik gilt bei flüssigen und festen Brennstoffen der Einsatz von Elektroabscheidern oder Gewebefiltern.

4 BAT: Staub Entstaubungsverfahren Feststofffeuerungen
Elektrofilter Reingaskonzentrationen – 30 mg/m3 , Abscheidegrade > 95,5 % Anwendungsbereich weit verbreitet, insbesondere bei Großkraftwerken Besonderheiten bei der Auslegung sind die eingesetzte Kohlesorten zu beachten; insbesondere geeignet für Braunkohlekraftwerke wegen günstigem Staubwiderstand der Aschen (bedingt durch Schwefelgehalt); bei bestehenden Anlagen lassen sich die Abscheidegrade durch Nach rüstung der Pulstechnologie (gepulste Hochspannung) verbessern; für Wirbelschichtfeuerungen eher problematisch wegen hoher Staubbeladung im Rohgas Gewebefilter Reingaskonzentrationen < 10 mg/m3 , Abscheidegrade > 99 % Anwendungsbereich bevorzugt hinter Sprühabsorptionsverfahren Besonderheiten sehr gute Abscheidung von Feinpartikeln

5 BAT: Schwermetalle Herkunft: Brennstoffe
Emission i.d.R. als Partikel oder an Partikel adsorbiert BAT ist die Anwendung von Entstaubungsanlagen (ESP, FF) Hg und Se können durch Entstaubung und Rauchgasentschwefelung bis zu 75 % abgeschieden werden Mit zusätzlicher SCR - Anlage können bis zu 90 % Minderung erreicht werden

6 Kosten: Staub - Minderungsmaßnahmen
Gewebefilter wichtigste Einflussgrößen für die Investitionskosten: Filterfläche, Qualität des Filtermediums geringer Einfluss: angestrebte Reingaskonzentration; Betriebskosten: Energie, Additive (nicht immer nötig), Entsorgung der Filterasche Energieverbrauch: 0,4 - 0,7 kWh/1.000 m³ Typische Betriebskosten: 0,1 - 0,3 €/1.000 m³ Elektrostatische Abscheider Wichtigste Einflussgrößen: Volumenstrom, Rohgaskonzentration

7 Investitionskosten für Gewebefilter [Rentz 2002]

8 BAT: SO2 - Emissionen Herkunft: Schwefelgehalt im Brennstoff
Minderungstechniken entsprechend BAT: nasse Rauchgaswäsche (Minderungsgrad: %, allerdings hohe Kosten, daher nicht BAT für Anlagen < 100 MWth) Sprühabsorptionsverfahren (Minderungsgrad: 85-92%) Trocken-Additivverfahren (vor allem Anlagen < 300 MWth) Gleichzeitige Minderung von Schwermetallen

9 BAT: SO2 - Emissionen Entschwefelungsverfahren (auch Abscheidung von HCl und HF) Kalk-/Kalksteinwaschverfahren Funktion eine alkalische CaO bzw. CaCO3 –Lösung reagiert mit SO2 zu Gips Reingaskonzentrationen << 200 mg/m3 , Abscheidegrade > 95 % Anwendungsbereich weit verbreitet bei Großkraftwerken Besonderheiten als Rauchgasreinigungsprodukt entsteht industriell verwertbarer Gips wirkt auch staubabscheidend (mit vorgeschalteter Entstaubung ist ein Reingasstaubgehalt von 10 mg/m³ erreichbar) Sprühabsorptionsverfahren Funktion Zugabe von Ca (OH)2 in das Rauchgas (trockenes Verfahren) Reingaskonzentrationen erreichbar 200 mg/m3 , Abscheidegrade bis 95 % Anwendungsbereich weitverbreitet; hat Grenzen bei sehr schwefelreichen Kohlen Besonderheiten meist Vorabscheidung der Flugaschen; die Verwertung des Rauchgasreinigungsproduktes ist schwierig Konditionierte Trockensorption (gut geeignet für Biomassefeuerungen) Funktion Ca(OH)2/Koksgemisch wird in das Rauchgas vor einem Gewebefilter eingedüst Wellmann-Lord-Verfahren Aktivkohle- und DESONOx-Verfahren (untergeordnete Bedeutung)

10 Kosten: Schwefeldioxid - nasse Rauchgaswäsche
Wichtigster Einflussfaktor für die Investitionskosten: Volumenstrom, Prozessparameter; Nachrüstung: etwa 16 % höhere Investitionskosten Betriebskosten hängen ab von Betriebszeit, SO2 - Konzentration Volumenstrom (ca. 0,5 - 1 €ct/KWh bei h/a, 1,2 - 2,5 €ct/kWh bei h/a) Investitionkosten für nasse Rauchgswäsche [Rentz 2002]

11 Kosten: Sprüh-Absorptionsverfahren, Trockenadditiv-Verfahren
Investitionskosten: Gleiche Größenordnung wie nasse Rauchgaswäsche Zusätzliche Kosten für die Abfallentsorgung Trocken-Additiv-Verfahren ca. 20 % der Investitionskosten für nasse Rauchgasreinigungsanlagen deutlich höhere Betriebskosten (Sorbens, Reststoffentsorgung)

12 BAT: NOx - Emissionen NOx -Emissionen entstehen aus
Brennstoff-Stickstoff und aus Luft-Stickstoff bei hohen Temperaturen und hohen O2 - Konzentrationen Primäre NOx – Minderung Geringer Luftüberschuss Luftstufung Abgasrezirkulation Sekundäre NOx - Minderung SCR (Minderungsgrad %) SNCR (kleinere Anlagen mit festen Brennstoffen; Minderungsgrad bis zu 80 %) Maßnahmen Erreichbare NOx- Minderung Reduzierung des Luftüberschusses bis ca. 10 % Luftstufung, vertikale Brennstoffstuf. ca. 10 – 40% Rauchgasrückführung bis ca. 20 % Low-NOx-Brenner ca. 20 – 30%

13 Primäre NOx – Minderung
(BREF LCP, Figure 4.21: Large lignite-fired boiler that has applied primary measures to reduce the generation of NOX emissions [92, VEAG, 2000]

14 Vergleich herkömmlicher / LowNOx-Brenner
BAT: NOx - Emissionen Vergleich herkömmlicher / LowNOx-Brenner

15 BAT: NOx - Emissionen Entstickungsverfahren (Sekundärmaßnahmen) Selektive katalytische Reduktion (SCR) Funktion : katalytische Umsetzung der NOx mit einem Reduktionsmittel (meist NH3) Temperaturbereich T= 380°C - 450°C) Reingaskonzentrationen : < 200 mg/m3 , Abscheidegrad > 95 % Anwendungsbereich : bei Großkraftwerken am weitesten verbreitet (> 85%) Besonderheiten : verschiedene Schaltungsvarianten (high-dust, low-dust) Selektive nicht-katalytische Reduktion (SNCR) Funktion : nicht-katalytische Umsetzung der NOx mit einem Reduktionsmittel (NH3, NH3-Wasser oder Harnstoff) im Bereich 2. Überhitzers (T= 900°-1100°C) Reingaskonzentrationen : 200 mg/m3 , Abscheidegrad ca. 80% Anwendungsbereich : neben SCR- Verfahren am häufigsten verbreitet, gut geeignet für Anlagen kleinere und mittlerer Größe (auch Biomassefeuerungsanlagen) Besonderheiten : gut und relativ kostengünstig nachrüstbar

16 Kosten: NOx - Minderung
Die Erfassung der Kosten von Primärmaßnahmen ist schwierig LowNOx - Brenner, Abgasgasrezirkulation: zusätzlicher Energiebedarf SCR Investitionskosten: abhängig vom Rauchgasvolumenstrom und dem erforderlichen Minderungsgrad Spezifische Investitionskosten: €/kWel Gesamtkosten: abhängig von der Standzeit des Katalysators und den jährlichen Volllastbetriebsstunden Zusätzlicher Energieverbrauch: 0,2 - 5 % des Energieoutputs

17 Abgasreinigungsverfahren für Heizölfeuerungen
- Einsatz von leichtem Heizöl zur NOx-Reduzierung sind wegen des geringen Stickstoffgehaltes (< 500 ppm) im Brennstoff Primärmaßnahmen ausreichend: Verbrennung mit niedrigem Luftverhältnis - Rauchgasrezirkulation - NOx-arme Brenner - Luftstufung in der Brennkammer - Einsatz von schwerem Heizöl Entstaubung, : Elektrofilter, Gewebefilter; erforderlich wegen hohem Brennstoffaschegehalt (ca. 0,15 %) Schwermetall- (bei Elektrofiltern werden wegen des ungünstigen Staubwiderstandes der Aschen nur abscheidung Abscheidgrade von % erreicht; Reingaskonzentration: 10 – 20 mg/m3) Entstickung : SCR oder SNCR; erforderlich wegen Stickstoffgehalt von schweren Heizölen (bis 0,5 %) Reingaskonzentration: < 200 mg/m Entschwefelung : Kalk-/Kalksteinwaschverfahren, Sprühabsorptionsverfahren; wegen S-Gehalt im Brennstoff; Reingaskonzentration: < 200 mg/m3

18 Kraftwerksinvestitionen - Anteile der Anlagenkomponenten
Spezifische Investition €/kW % Gesamtanlage, 550 MWel Steinkohle 1100 100 Kessel/Turbine/Generator 791 72 Entschwefelung (Kalksteinwäscher) 137 12,4 Stickoxidminderung (SCR-Verfahren) 69 6,3 Staubabscheidung (Elektroabscheider) 51 4,6 Sonstige (Abwasserreinigung, etc.) 52 4,7 Allgemeine Merkposten zu den Randbedingungen der Kostenberechnung

19 Bestehende Anlage Anlage Kohlekraftwerk
1 Block mit MW Feuerungs wärmeleistung Steinkohle, Petrolkoks, (Heizöl S) 147,4 t/h Kohledurchsatz Staubfeuerung (20 Brenner, Kohlemühlen Abgasmenge 1,45 * 106 m³/h (Normbedingungen und trockenes Abgas) Inbetriebnahme 1986 RL 2001/80/EC ist einschlägig Emissionsminderung Kohlekraftwerk

20 Abgasreinigungstechnik
Dreistufige Abgasreinigung Stickstoffoxidminderung durch selektive katalytische Reduktion (SCR) Reduktionsmittel: Ammoniak, druckverflüssigt gelagert Katalysator: Platten, katalytisch beschichtet Staubabscheidung mittels elektrostatischem Filter (EGR) Entschwefelung der Abgase im Wäscher >> 5 – stufiger Wäscher mit Oxidationsstufe Waschmedium:Kalksteinmehlsuspension (CaCO3) Verwertung der Reststoffe Gips aus der REA: Zementwerk EGR – Staub (Flugasche) Zementwerk Feuerraumasche: Rückführung in die Feuerung Schlamm aus der Abwasseraufbereitung: Zementwerk (vermischt mit REA-Gips) Emissionsminderung Kohlekraftwerk

21 Abgasreinigungstechnik
Emisions- überwachung Abgas- entschwefelung Kessel SCR Elektrofilter

22 Kraftwerk für Schweres Heizöl
2 x MW Feuerungswärmeleistung

23 Kraftwerk für Schweres Heizöl >> Daten der Anlage
Feuerungswärmeleistung: 2 x MWth Brennstoff: Schweres Heizöl Brennstoffdurchsatz: 2 x 97 m³/h Abgasreinigungssystem: Entstickung (SCR) Elektrofilter Entschwefelungswäscher Anforderungen: Schwefelabscheidegrad > 85 % SO < mg/m³ Staub < mg/m³ NOx < 150 mg/m³ Sorprtinsmittel: Kalkmilch Inbetriebnahme: /94

24 Emissions- überwachung Abgasent-schwefelung
Kraftwerk für Schweres Heizöl >> Fließbild Abgasreinigungssystem Heizöllager Emissions- überwachung Abgasent-schwefelung SCR Kessl Elektrofilter

25 Kraftwerk für Schweres Heizöl >> Emissionswerte