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NOx Abgasreinigung durch den Einsatz eines Katalysators

Im Einsatz von Industriegasturbinen kommen auch zunehmend Katalysatoren zur Emissionsminderung zur Anwendung. Weltweit sind einige Projekte mit wirtschaftlich guten Ergebnissen bereits seit längerer Zeit in der Praxis erprobt und funktionieren gut.

Bei der Minderung von Schadstoffen im Abgas von Gasturbinen kommen verschiedene Maßnahmen wie insbesondere an modernen Gasturbinen die sog. kinetische Verbrennung (SoLowNOx oder DryLowNOx-Verfahren) sowie Dampf und Wassereindüsung mit Ihren Vor- und Nachteilen zum Einsatz, um insbesondere im Gasturbinenbetrieb den Gehalt an Stickoxiden zu reduzieren.

Durch weitere Verschärfungen in den gesetzgebenden Vorschriften (TA-Luft, BImSch und internationale Vorgaben) werden zukünftig die sog. Hilfsmaßnahmen wie Dampf- oder Wassereindüsung und ältere SoLowNox-Verfahren/bzw. Brennersysteme nicht mehr ausreichen, den Betrieb in allen Phasen aufrechtzuerhalten ohne die Grenzwerte zu überschreiten. Auch in moderneren Verbrennungssystemen der Gasturbinen-Hersteller sind die Überschreitungen der Werte für CO und NOx im Teillastbetrieb die Regel. Auch dort wird zukünftig die Einhaltung gesetzgeberischer Vorgaben weiter eingeengt werden und die Genehmigungsauflagen den Betrieb erschweren. Als Alternative zu den Herstellermodifikationen zur NOx-Reduzierung ist mittlerweile auch die katalytische Reduzierung der Stickoxide im Abgas eine wirtschaftliche Lösung. Die Vorteile liegen darin, dass man die bestehende Technik der Gasturbine NICHT verändern muss und unabhängig von bisherigen Gasturbinenprozeß den gewohnten Betrieb und die bisherigen Wartungsvorgaben weiter bestehen lassen kann, also mit den bisherigen Kosten für Reparaturen, Ersatzteile, Steuerung, Wartungsaufwand, Stillstandszeiten, den Service der Gasturbinenkosten als bekannte Kenngröße und die Verfügbarkeitserfahrungen wie bisher kalkulieren kann. Bei dem Umbau auf Katalysatortechnik wird der Rauchgasabzug ergänzt und je nach Bauart kann das Katalysatorelement mit Eindüsungskonstruktion in den bestehenden Rauchgaskanal eingebracht werden oder es muss eine Erweiterung durch ein neues Kanalstück/Reaktorgehäuse vorgenommen werden. Zum Katalysator-Anlagenteil gehören noch Rohrzuleitungen, ein Vorratstank für Harnstofflösung oder Ammoniak und eine kleine Steuerungseinheit mit Analysator, die selbsttätig den Reduzierungsprozeß lenkt und überwacht.

Wir möchten Ihnen den katalytischen Prozeß hier kurz darstellen und den schematischen Aufwand an einem Beispiel aufzeigen:

SCR (Selektive katalytische Reduktion)

SCR

Die chemische Reaktion am SCR-Katalysator ist selektiv, das heißt, dass bevorzugt die Stickoxide (NO, NO²), allgemein NOx reduziert werden.

Für die Reaktion wird Ammoniak (NH³) in Form einer 40% Harnstofflösung in das Abgas eingedüst um die Stickoxide in die Produkte Wasser (H²O) und Stickstoff (N²) umzuwandeln.

 

SCR
Reduzierung der Abgase auf unter 58mg/m³ NOx

Als Reaktionsoberfläche dient ein spezieller hochtemperaturbeständiger Katalysator (wahlweise <480°C bis 530C°) auf der Basis von Metalloxide.

Die Reaktion erfolgt bei Temperaturen von 260°C bis 530°C°.

Die Regelung von Reduktionsmittel in den Abgaskanal vor dem Katalysator erfolgt in Abhängigkeit der Motorlast und wird über ein Signal Motor "An" - "Aus" freigegeben, sowie über eine zusätzliche Temperatursteuerung, so dass sichergestellt ist, dass kein Reduktionsmittel unterhalb einer Temperatur von 260°C in den Katalysator eingedüst wird.

Durch ein das Strömungsoptimierte Katalysator-Gehäuse und der speziellen Eindüsungsvorrichtung wird eine optimale Ammoniakkonzentrationsverteilung (Harnstofflösung) garantiert.

Auf der Abbildung rechts ist die Ammoniakkonzentration vor dem Katalysator ersichtlich. Zu beachten gilt, dass sich der Kat. nicht bis außen an die Wand erstreckt, sondern einen Rahmen aufweist. Außerdem wurden bei der Simulation an der Wandregion keine feineren Zellen gesetzt, was zur Folge hat, das die Zone mit wenig Ammoniak breiter ausfällt, als es in der Realität der Fall sein wird. Dies hebt sich später wieder bei der KAT-Reaktion auf und es kommt zu einer homogenen Verteilung.

Das graue Volumen enthält eine Konzentrationsverteilung von +/- 10%.

 

Gesteuert wir die Katalysator-Anlage durch einen separaten Steuerschrank der einfach an die bestehende Steuerung via Bus-System eingebunden wird.
Durch ein intuitiv designet Touch-Display lässt sie die Anlage benutzerfreundlich steuern und überwachen.