Gliederung
1 Problemstellung
1.1 Entstehung der Stickoxide
1.2 Gesundheitsund Umweltgefährdung durch Stickoxide
2 Die Entstickung von Rauchgasen
2.1 Primärmaßnahmen
2.2 Sekundärmaßnahmen
2.2.1 SNCR-Verfahren
2.2.2 SCR-Verfahren
3 Literatur
1 Problemstellung
1.1 Entstehung der Stickoxide
Die Stickstoffoxide (NOx), die sich bei der Verbrennung fossiler Energieträger in der Kraftwerksfeuerung bilden, bestehen überwiegend aus Stickstoffmonoxid (NO). Stickstoffmonoxid entsteht in der Hauptsache bei hinreichend langen Verweilzeiten der Verbrennungsgase im Brennraum oberhalb von 1000°C und genügend hoher Sauerstoffkonzentration allein aus den Komponenten der Luft, ohne chemische Reaktionen mit dem Brennstoff [1]:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
An der Luft erfolgt in relativ kurzer Zeit die weitere Oxidation zu Stickstoffdioxid (NO2):
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Die Bildungsgeschwindigkeit ist proportional der Menge atomaren Sauerstoffs und molekularen Stickstoffs. Bei 1075°C ist, aufgrund der Gleichgewichtslage, der NO-Anteil am größten, etwa 2,5 s sind für die Gleichgewichtseinstellung erforderlich. Je nach Brennstoff und Feuerungsart entstehen zwischen 500 und 2000 mg NOx pro m3 Rauchgas [2].
Das stärker toxische, aber leichter absorbierbare (braune) Stickstoffdioxid entsteht bei niedrigen Temperaturen unterhalb 500°C sehr langsam. Das erklärt die Tatsache, daß hinter dem Kessel der NOx-Volumenanteil des Rauchgases noch zu mehr als 90 Prozent von NO gebildet wird und die NO-Oxidation zu NO2 größtenteils erst in der Atmosphäre stattfindet [2].
1.2 Gesundheitsund Umweltgefährdung durch Stickoxide
Beide Gase bzw. deren Gemische (nitrose Gase) sind in hoher Konzentration starke Lungengifte. In geringeren Konzentrationen können sie Reizerscheinungen der Augen-, Nasenund Ra-chenschleimhäute, Schwindel sowie Kopfschmerzen bewirken. Stickstoffdioxid setzt sich mit Wasser zu salpetriger Säure (HNO2) und letztlich zu Salpetersäure (HNO3) um (vgl. [3]):
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Sowohl HNO2 als auch HNO3 können Bestandteile des sauren Regens sein. Im trockenen, gasförmigen Zustand kann das Stickstoffdioxid mit weiteren Luftverunreinigungen unter Einwirkung von UV-Strahlung zur Bildung von Ozon (O3) führen. Bei diesem Vorgang handelt es sich um eine photochemische Reaktion, die besonders im Sommer an Tagen intensiver Sonneneinstrahlung eintritt [4]:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
2 Die Entstickung von Rauchgasen
Grundsätzlich unterscheiden sich Stickstoffoxide und Schwefeldioxid in ihrer Absorbierbarkeit in Wasser. Während Schwefeldioxid sich in Wasser gut löst, ist Stickstoffmonoxid fast wasserunlöslich; es läßt sich also nicht mit Wasser auswaschen. Der Volumenanteil j des Stickstoffmonoxids an den Stickstoffoxiden in den Rauchgasen von Kraftwerken ist größer als 90%. Generell unterscheidet man Primärmaßnahmen, die (schon) die Bildung von Stickstoffoxiden verringern sollen, und Sekundärmaßnahmen zur Abscheidung von Stickstoffoxiden aus Rauchgasen [2].
2.1 Primärmaßnahmen
Zur Verringerung der NO-Bildung im Brennraum müssen vor allem drei Größen verbrennungstechnisch minimiert werden [2]:
- Gehalt von N2 beziehungsweise O2 im Brennraum,
- Verweilzeit,
- Temperatur.
Dabei müssen folgende Parameter berücksichtigt werden:
- Brennstoff (Steinkohle, Braunkohle, Heizöl, Gas),
- Feuerungsanordnung (Linearfeuerung – horizontal oder vertikal – Tangentialfeuerung, U-Feuerung bei Kohlefeuerungen),
- Art des Ascheabzuges (Trockenfeuerung, Schmelzfeuerung),
- Brennstoffzufuhr (direkt, indirekt). Hohe Anforderungen bestehen hinsichtlich:
- Betriebssicherheit (stabile Zündung über den Arbeitsbereich),
- Betriebstüchtigkeit (Vermeidung von Korrosion und Verschlackung),
- Verarbeitungsmöglichkeit mehrerer Brennstoffe,
– Regelbarkeit (Mittel- und Spitzenlasttechnik),
– vollständiger Ausbrand,
– Wirkungsgrad (optimale Nutzung eingesetzter Brennstoffwärme),
– Vermeidung von Schadstoffemissionen,
– preiswerte Strombereitstellung.
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