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]):
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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,
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in diesem Dokument?
Dieses Dokument behandelt die Problematik von Stickoxiden (NOx), deren Entstehung bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe und die daraus resultierenden Gesundheits- und Umweltgefährdungen. Es werden sowohl Primär- als auch Sekundärmaßnahmen zur Entstickung von Rauchgasen, insbesondere SNCR- und SCR-Verfahren, erläutert.
Wie entstehen Stickoxide?
Stickoxide, hauptsächlich Stickstoffmonoxid (NO), entstehen bei der Verbrennung fossiler Energieträger bei hohen Temperaturen (über 1000°C) und ausreichender Sauerstoffkonzentration. NO bildet sich aus den Komponenten der Luft, ohne chemische Reaktionen mit dem Brennstoff.
Welche Gefahren gehen von Stickoxiden aus?
In hohen Konzentrationen sind Stickoxide (insbesondere nitrose Gase) starke Lungengifte. Geringere Konzentrationen können Reizerscheinungen der Augen, Nase und Rachen verursachen. Stickstoffdioxid (NO2) kann sich mit Wasser zu salpetriger Säure (HNO2) und Salpetersäure (HNO3) umwandeln, die Bestandteile des sauren Regens sind. Unter UV-Strahlung kann NO2 zur Bildung von Ozon (O3) beitragen.
Was sind Primärmaßnahmen zur Reduzierung von Stickoxiden?
Primärmaßnahmen zielen darauf ab, die Bildung von Stickoxiden im Brennraum zu minimieren. Dies geschieht hauptsächlich durch Reduzierung des Stickstoff- und Sauerstoffgehalts im Brennraum, Verringerung der Verweilzeit der Verbrennungsgase und Senkung der Temperatur.
Was sind Sekundärmaßnahmen zur Reduzierung von Stickoxiden?
Sekundärmaßnahmen dienen der Abscheidung von Stickoxiden aus Rauchgasen. Beispiele hierfür sind das SNCR-Verfahren (Selective Non-Catalytic Reduction) und das SCR-Verfahren (Selective Catalytic Reduction).
Was ist das SNCR-Verfahren?
Das SNCR-Verfahren ist eine Sekundärmaßnahme zur Rauchgasentstickung, bei der Reduktionsmittel (z.B. Ammoniak oder Harnstoff) in den heißen Rauchgasstrom eingespritzt werden, um die Stickoxide zu Stickstoff und Wasser zu reduzieren.
Was ist das SCR-Verfahren?
Das SCR-Verfahren ist eine Sekundärmaßnahme zur Rauchgasentstickung, bei der ein Katalysator eingesetzt wird, um die Reduktion der Stickoxide mit einem Reduktionsmittel (z.B. Ammoniak) zu Stickstoff und Wasser zu beschleunigen.
Was sind die wesentlichen Parameter, die bei der Minimierung der NO-Bildung berücksichtigt werden müssen?
Die wesentlichen Parameter sind: Brennstoffart, Feuerungsanordnung, Art des Ascheabzugs und Brennstoffzufuhr. Außerdem müssen hohe Anforderungen an Betriebssicherheit, Betriebstüchtigkeit, Verarbeitungsmöglichkeit mehrerer Brennstoffe, Regelbarkeit, vollständiger Ausbrand, Wirkungsgrad, Vermeidung von Schadstoffemissionen und preiswerte Strombereitstellung berücksichtigt werden.
- Citar trabajo
- Christian Caspari (Autor), 2000, Chemische Aspekte bei der Entsickung von Rauchgasen aus Kraftwerken und Großfeuerungsanlagen, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/107217
