Die Ausführung dieser Anlagen erfolgt stehend oder liegend, je nach den räumlichen Gegebenheiten vor Ort. Aufgrund des Schadsto

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Die Ausführung dieser Anlagen erfolgt stehend oder liegend, je nach den räumlichen Gegebenheiten vor Ort. Aufgrund des Schadstoffspektrums erfolgt hier oft auch eine Kombination mit anderen Verfahren, wie z.B. nachgeschalteten Wäschern zur Abschei- dung von anorganischen Verbindungen.

Bild 10:

Anlage zur thermischen Oxi- dation

Bei Schadstoffkonzentrationen unterhalb von 25 Prozent der unteren Explosionsgrenze kann auf die in Bild 9 dargestellte aufwändige Sicherheitstechnik verzichtet werden und das Abgas kann direkt in eine thermische Oxidation geleitet werden. Typische Einsatz- fälle sind hier Lacktrockner in der Automobilindustrie. Um hier den Energiebedarf zu reduzieren wird ein Wärmetauscher um die Brennkammer herum gebaut. Man spricht von einer (rekuperativen) thermischen Nachverbrennungsanlage.

Reingassammelraum

Umlenkkammer

Brennkammer

Reingasaustritt

Modulierbares Niedrig-Emissionspaket Rohgaseintritt

Isolierung

TARCOM- Brenner

Bild 11: Schnittbild einer rekuperativen thermischen Oxidation (RTO)

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Hierdurch ergibt sich eine kompakte preiswerte Anlage. Je nach Anwendung kann dann noch ein Wärmetauscher nachgeschaltet werden.

Der Einsatz erstreckt sich bis zu 30.000 m³/h und Kohlenwasserstoffkonzentrationen bis zu 12 g/m³. Bei niedrigen Konzentrationen benötigt diese Technik jedoch aufgrund des konstruktionsbedingten Wirkungsgrades der Wärmetauscher von maximal 65 Pro- zent Zusatzbrennstoff, weshalb für derartige Einsatzfälle die nachfolgend beschriebene thermische Oxidation mit regenerativem Wärmetauscher besser geeignet ist.

3.4. Katalytische Abgasreinigung

Katalysatoren werden schon sehr lange zur Beschleunigung von chemischen Reaktio- nen eingesetzt. Durch den Einsatz von Katalysatoren in Abgasreinigungsanlagen kann die für den Start der Oxidationsreaktion benötigte Temperatur um etwa 300 Kelvin auf nunmehr 350 bis 450 °C gesenkt werden. Die dabei anfallende Wärme wieder zur Vorwärmung des Abgases verwendet und damit der Energiebedarf verringert wird.

Damit ist es ideal für kleine Volumenströme und geringe Schadstoffkonzentrationen.

Saubere Luft zum Abgaskamin

Verschmutzt beladener Prozessstrom

WärmetauscherGas gefeuerter Brenner (Start-up)

Oxidations- katalysatorbett (optional)

3.5. Regenerative Nachverbrennung

In den letzten Jahren hat sich die Oxidation mit regenerativer Abgasvorwärmung, oder regenerative thermische Oxidation, RTO, zur meistverwendeten Anlagenart entwickelt.

War diese anfänglich noch sehr teuer im Vergleich zu katalytischen Systemen hat sich hier durch die Standardisierung eine positive Kostenentwicklung ergeben. Auch wurden die eingesetzten Wärmespeichermaterialien weiterentwickelt, so dass ein autothermer Betrieb, also der Betrieb der Anlage ohne Zusatzbrennstoff, bereits bei Konzentrationen von nur knapp über 1 g/m³ möglich ist.

Bild 12:

Prinzip der katalytischen Abgas- reinigung

Mittlerweile ist die katalytische Abgasreinigung haupt- sächlich in folgenden Berei- chen eingesetzt:

t #PEFOSFJOJHVOH t %FTPSQUJPOTBCMVę t -FCFOTNJUUFMJOEVTUSJF

Kaffee und t $IFNJF

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Die universelle Eignung dieser Anlagenart verdankt sie mehreren Details:

Volumenstromregelung

Bedingt durch die eingesetzten Wärmespeichertypen ist ein großer Regelbereich von 1:5 möglich. Hierdurch kann sich die Anlage an den Kundenprozess und einen Teil- lastbetrieb der Produktion anpassen

Konzentrationsregelung

Die Anlagen werden üblicherweise auf die Konzentration ausgelegt, welche im Pro- zess den Mittelwert darstellt. Hierdurch ist ein autothermer Betrieb sichergestellt. Bei Überschreiten dieser Konzentration würde während der Oxidation zu viel Energie freiwerden und zu einer Überhitzung der Anlage führen. Um dies zu vermeiden wird der Wärmespeicher geregelt umgangen, wodurch die überschüssige Energie ins Reingas geleitet wird. Dies wird als heißer Bypass bezeichnet. In vielen Prozessen mit höheren Konzentrationen wird dies bewusst eingesetzt um dann in diesem heißen Bypass eine Wärmerückgewinnung zu integrieren.

Bild 13:

Prinzip der RTO

Bild 14:

Heißer Bypass

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Lebensdauer Im Gegensatz zu metallischen rekuperativen Wärmetauschern werden bei den Anla- gen keine Metallwerkstoffe in der Brennkammer eingesetzt. Dies führt dort zu einem Verspröden des Metalls und zu Rissen, welche meist in Form von erhöhten CO-Werten zutage treten. Eine Reparatur ist fast nicht möglich.

Fast alle gebauten RTO-Anlagen sind im Gegensatz dazu noch immer im Einsatz.

Kondensat Oft enthalten Abgasströme kondensierbare Inhaltsstoffe. Wenn zur Vermeidung der Kondensation eine Erhöhung der Temperatur im Rohgas zu Energieaufwändig ist, kommt eine RTO zum Einsatz, bei der diese Kondensate durch eine temporäre Tem- peraturanhebung beseitigt werden. Man spricht von einem Bake-Out.

Wenn dies dann aufgrund der Kondensat-Menge auch noch kontinuierlich erfolgen muss und gleichzeitig die Reinigungsleistung einer 3-Kammer RTO erforderlich ist, kommt eine vierte Kammer zusätzlich zum Einsatz. Das abgedampfte Kondensat wird als Brennstoff in einem speziellen Brenner genutzt.

Bild 15: Wärmetauscherwaben vor

Back-out Bild 16: Wärmetauscherwaben nach

Back-out

Korrosive Abgase Oft enthalten Abgase korrosive Stoffe, welche insbesondere bei niedrigen Temperaturen erhebliche Materialprobleme verursachen. Eine Lösung ist die Ausführung der gasbe- rührten Teile in korrosionsfesten Metallwerkstoffen. Dies ist zwar eine sichere, aber

auch eine sehr kosteninten- sive Lösung. Mittlerweile gibt es auch RTO Anlagen, bei denen die gasberührten Teile in Kunststoff/GFK ausgeführt werden.

Bild 17:

RTO-Anlage mit GFK-Ausfüh- rung der gasberührten Teile

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So werden heute neben Standardanlagen auch spezielle RTO Lösungen angeboten, welche eine energiesparende Lösung zur Abluftreinigung darstellen.

8000

Schnittstelle Erdgas

Sperrluft

Anfahrluft <- Rohgas

Reingas

Begehungsflächen

Bild 18:

RTO-Anlage

Ein abschließendes Beispiel zeigt eine Anlage, welche zur Abluftreinigung und vor allem zur Geruchsminderung in einer industriellen Kläranlage eingesetzt wird.

Bild 19: Konzept RTO zur Geruchsminderung

4. Ausblick

Die thermische Abgasreinigung hat noch lange nicht ausgedient. Neben der Optimie- rung bestehender Systeme, u.a. durch die Neuentwicklung von Wärmespeichermate- rialen, werden auch neue Wege beschritten.

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Bild 20: Neue Wärmespeichermedien

So gibt es zurzeit mehrere Vorhaben um die Erfahrungen der thermischen Abgasrei- nigung mit denen der Stromerzeugung zu kombinieren. ORC und Mikrogasturbinen bilden hier die neuen Technologien.

Brennstoffzufuhr Luft

Strom- erzeugung

Nutzwärme

Bild 21:

Compact Power System (CPS) Mikrogasturbine

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4ELs&AX E-Mail: tkverlag@vivis.de

Waste Management

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Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar

Karl J. Thomé-Kozmiensky, Margit Löschau (Hrsg.):

Immissionsschutz, Band 4

– Recht – Anlagenbetrieb und -optimierung – Emission – ISBN 978-3-944310-16-9 TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky

Verlag: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky • Neuruppin 2014

Redaktion und Lektorat: Professor Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. Karl J. Thomé-Kozmiensky, Dr.-Ing. Stephanie Thiel, M.Sc. Elisabeth Thomé-Kozmiensky

Erfassung und Layout: Ginette Teske, Sandra Peters, Berenice Gellhorn, Carolin Bienert, Cordula Müller

Druck: Mediengruppe Universal Grafische Betriebe München GmbH, München

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