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Anlagenbeschreibung


Katalytische Nachverbrennung nach Grundwassersanierung

 

2. Verfahrensbeschreibung


Die kontaminierte Abluft, welche zu reinigen ist, entsteht bei der Grundwassersanierung am Standort Cottbus.

Das Grundwasser wird über die jeweiligen Pegel angesaugt und bauseits über eine Strippkolonne geleitet. Hier erfolgt die Reinigung des Grundwassers. Die bei der Reinigung entstehende kontaminierte Abluft wird über die nachgeschaltete katalytische Nachverbrennung zur Reinigung geführt:

Bevor die Produktionsanlage in Betrieb genommen werden kann, muss die Nachverbrennungsanlage auf Betriebstemperatur gebracht werden.

Die hierfür notwendige Luftmenge wird über die Frischluftklappe Pos. 2.2 angesaugt, über den Wärmetauscher WT1 geleitet, erwärmt und anschließend der Brennkammer BK zugeführt.

Nach dem Erreichen der Freigabetemperatur der katalytischen Nachverbrennung (KNV) kann die Grundwassersanierung in Betrieb genommen werden. Um dies für die Produktion kenntlich zu machen, wird ein Signal „KNV Freigabe“ an den bauseitigen Schaltschrank gesendet.

Der Prozessluftventilator PLV übernimmt sämtliche Druckverluste des Katalysators, Wärmetauschers, Wäschers sowie der Verbindungsleitungen und des Kamins.

Nach Erreichen der Freigabetemperatur wird die Frischluft-/Prozessluftklappe Pos. 2.2 auf Stellung Prozessluft umgeschaltet. Die mit Schadstoffen beladene Prozessluft wird der KNV zugeführt. Vor Eintritt in die KNV wird die Prozessluft noch über einen Wasserabscheider geleitet.

In der Brennkammer BK durchströmt die Regenerationsluft einen Konusbrenner. Die Brennerkonstruktion ist so gewählt, dass der Sauerstoffanteil in der Prozessluft ausreicht, um eine einwandfreie Verbrennung ohne zusätzliche Verbrennungsluft zu gewährleisten. Der Brenner zeichnet sich durch seinen großen Leistungsregelbereich aus und ist mit allen Sicherheitseinrichtungen versehen. Durch ein Brennersteuergerät, eingebaut in die Schalt- und Regelanlage, wird der Startvorgang bis zum Brennerbetrieb gesteuert und überwacht. Hat der Brenner gezündet, wird die Flamme durch eine UV-Sonde überwacht. Bei Erlöschen der Flamme wird die Gaszufuhr unterbrochen und der Brenner geht auf Störbetrieb. Ein neuerliches Zünden kann erst nach Quittierung der Störmeldung vorgenommen werden.



Die Umsetzung der Schadstoffe erfolgt an der aktiven Oberfläche in den Poren des Katalysatorkorns. Da die Reaktion zwischen Stoffen unterschiedlicher Phasen stattfindet, spricht man von heterogener Katalyse. Die Oxidation gelingt hier durch Absenkung der Aktivierungsenergie bei Temperaturen von 550 bis 600 °C. Der Katalysator beeinflusst jedoch nur die Reaktionsgeschwindigkeit. Das Verbrennungsgleichgewicht wird durch die Temperatur, die Konzentration der Reaktionspartner und den Druck bestimmt.

Bei der heterogenen katalytischen Reaktion werden folgende Teilschritte durchlaufen:

Die sich im Gasraum aufhaltenden Reaktionspartner müssen zunächst durch die Grenzschicht diffundieren (Grenzschichtdiffusion), um an die Katalysatoroberfläche zu gelangen. Der Transport durch die Poren erfolgt durch Porendiffusion. Nach Adsorption an der Porenoberfläche findet die Umsetzung der Reaktionspartner statt. Entsprechend kann man mit Hilfe der Temperaturabhängigkeit drei mögliche Bereiche unterscheiden:

  • Einen kinetischen Bereich
  • Einen Übergangsbereich
  • Einen Diffusionsbereich

Der langsamste dieser Reaktionsschritte bestimmt die Geschwindigkeit des Gesamtablaufes der Verbrennung.

Die Brennkammertemperatur wird konstant auf 550 °C geregelt. Dies geschieht mittels eines Temperaturfühlers, eines Temperaturreglers und eines Gas-Regelventils. Bei Ansteigen der Brennkammertemperatur über einen eingestellten Sollwert erfolgt zunächst eine Brenner-Regelabschaltung. Ein Doppel-Sicherheitstemperaturwächter schaltet die Brenneranlage bei unzulässig hohen Brennkammertemperaturen ab. Ein neuerlicher Brennerstart kann erst nach Quittierung der Störung vorgenommen werden.

Die Brennkammer ist mit einer Schauöffnung zur Beobachtung der Flamme ausgestattet.

In der Brennkammer wird die Prozessluft auf die „Anspringtemperatur“ erwärmt. Danach gelangt die Prozessluft in den Katalysator KAT.

Die Lebensdauer eines Katalysators und das Einsatzgebiet des Verfahrens wird durch den Vorgang der Deaktivierung beschränkt. Die Deaktivierung bedeutet innerhalb kürzester Zeit eine irreversible Schädigung der aktiven Oberfläche des Katalysators und damit zwangsläufig ein Verlust der Aktivität.

Deaktivierung von Katalysatoren kann drei Ursachen haben:

  • Alterung (durch thermische Beanspruchung)
  • Verkokung (durch an der Oberfläche gebundenen Kohlenstoff)
  • Vergiftung (durch Arsen, Silikone, metallorganische und phosphororganische Verbindungen)

Die Belastbarkeit eines Katalysators wird durch die Raumgeschwindigkeit wiedergegeben. Mit zunehmender Raumgeschwindigkeit, d. h. mit steigendem Gasdurchsatz bei gleichem Katalysatorvolumen und gleicher Temperatur, wird der Umsatz immer kleiner. Außerdem nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit ab.

Charakteristisch für jedes System Katalysator-Schadstoff ist die Anspringtemperatur des Katalysators. Sie ist mit der Zündtemperatur der brennbaren Bestandteile bei der thermischen Nachverbrennung vergleichbar. Man definiert sie als jene Temperatur, bei der schon ein messbarer Umsatz vorhanden ist (siehe Tabelle 1). Die Anspringtemperaturen liegen bei den meisten Systemen zwischen 200 und 300°C.

Die gereinigte Prozessluft gelangt danach in die Sekundärseite des Wärmetauschers WT1 und anschließend in den bauseitigen Wäscher.


Der Wärmetauscher WT1 ist als Glattrohr-Wärmetauscher ausgeführt. Sämtliche heißgasführenden Anlagenteile sind mit einer Außenisolierung versehen.


Die Steuerung erfolgt über eine zentrale Schalt- und Regelanlage. Darin befinden sich sämtliche für den Betrieb erforderlichen Steuer- und Sicherheitseinrichtungen, Temperaturregler, Motorschützer, Betriebs- und Störanzeigelampen sowie Hauptschalter und Wahlschalter.

Der Betriebszustand sowie sämtliche an der Anlage auftretenden Störungen werden an der Schalt- und Regelanlage angezeigt. Über ein Bedienfeld werden sämtliche Betriebs- und Störmeldungen in Klartext angezeigt. Außerdem können hier die aktuellen Temperaturen abgelesen und verändert werden. Die Schalt- und Regelanlage ist in einem Schaltschrank untergebracht, komplett auf Klemmen verdrahtet und entspricht den derzeit geltenden VDE-Bestimmungen.

Bei Auftreten einer Störung an der Abluftreinigungsanlage (z. B. Brenner, Übertemperatur etc.) wird dies über eine Summenstörmeldung an die Produktionsanlage gemeldet. Außerdem werden die Temperaturen als Analogsignale an die bauseitige Steuerung weitergegeben.