4.1.2. Schwandorfer Online-Reinigungsverfahren

(1)

Sascha Krüger, Jörg Krüger

42

Es wurde unter anderem erkannt, dass die Abklopfung während eines Lastabfalls (Bild 19, OL 1) deutlich bessere Reinigungseffekte hatte, als bei stetiger Last. Da die Erklärung hierfür über die mit dem Lastabfall erhöhten Spannungen in den Belägen sehr plausibel war, wurde bei zu hohen Abgastemperaturen vor dem Überhitzer und nach Economiser eine Dauerklopfung mit parallelem deutlichen Lastabfall zur Ab- reinigung der Beläge eingeführt. Das einfache Verfahren hat sich bewährt und kann allen Betreibern unter dem Motto Störung in der Verbrennung, Dauerklopfung ein- schalten dringend empfohlen werden.

4.1.2. Schwandorfer Online-Reinigungsverfahren

Nachdem erkannt wurde, dass mit dem beim Dampferzeugerschaden austretenden Wasser die Membranwände gut gereinigt wurden, erfolgte das Reinigen der Mem- branwände mit einem künstlich erzeugten Wasserschaden unter der Verwendung von alkalisiertem und nicht alkalisiertem Wasser. Es wurde erkannt, dass eine Alkalisierung nicht notwendig ist, da das siedende Wasser keine sauren gasförmigen Schadstoffe aufnimmt.

Es wurde eine Vorrichtung [11] entwickelt (Bild 20) bei der an einem flexiblen Schlauch eine geeignete Düse (Bild 22) in die Strahlungszüge abgelassen wird (Bild 21). Über den Spalt der Düse (Bild 22) kann beispielsweise eine Tropfengröße von mehreren Millimetern (bis etwa 10 mm) eingestellt werden. Es hat sich gezeigt, dass sehr hohe Wasseraustrittsgeschwindigkeiten (z.B. 30 bis 50 m/s) die Beläge über den Austritt- simpuls sehr gut von den Membranwänden entfernt, jedoch auch die Stahloberfläche über Thermoschock von den Oxiden befreien wird und damit gute Bedingungen für schnelle Korrosionen entstehen.

Treffen jedoch große Tropfen mit geringer Geschwindigkeit und geeigneter Konzentra- tion auf Belägen der Membranwand oder der Feuerfestzustellung auf, so werden diese benetzt und über die resultierenden Spannungen – ohne Impulseinwirkung – abgelöst.

Treffen die gleichen Tropfen auf der Stahlwand auf, wird diese über den Leidenfrost‘sche Effekt vor dem Thermoschock geschützt.

Waschhaspel mit Schlauch

und Zuführrohr Trommel

Abfall- aufgabe

zum

Staubfördersystem Feuerraum

Verdampfer

1. Zug

2. Zug

3. Zug mit Schotten

Überhitzer ECO

Bild 20: Online-Reinigung mit Wasser nach dem Schwandorfer Verfahren im 2. Zug der Ofen- linie 4

(2)

Inserat

Hitachi Zosen

Inova

(3)

Inserat

Doosan Lentjes

(4)

Seit etwa 14 Jahren werden im MKW Schwandorf die Membranwände und Feuerfestzustellungen in den Strahlungs- zügen mit dieser beschriebenen Methode abgereinigt. In den Bildern 23 bis 26 sind die unterschiedlichen Ergebnisse mit und ohne Abreinigung dargestellt.

Der Vorteil der einfachen Online-Reini- gung der ungecladdeten, gecladdeten und mit Feuerfestzustellung zugestellten Membranwände der Strahlungszüge bis in den Eintrittsbereich der konvektiven Züge besteht neben dem in der Einleitung Bild 21: Wassererteilung bei der Online-

Reinigung

beschriebenen positiven Effekt für die Revisionsarbeiten in der Verlängerung der Reise- zeiten und Verfügbarkeiten der Anlagen und dient darüber hinaus dem Schutz der Überhitzer vor zu hohen Abgastemperaturen.

Bild 22: Skizze der Düse aus Patent EP01256761

Bild 23: Beläge an den Membranwänden nach einer Abstellung ohne vorhe- rige Online-Reinigung

Bild 24: Beläge an den Membranwänden nach einer Abstellung ohne vorheri- ge Online-Reinigung

(5)

46

4.2. Offline-Reinigung

Der Aufwand der Offline-Reinigung hängt stark von dem anstehenden Zielvorhaben ab:

• Reinigung zum weiteren Betrieb,

• Reinigung zur Begutachtung des Dampferzeugerzustandes und

• Reinigung zur Durchführung von Aufschweißarbeiten.

Im konvektiven Bereich, in dem nur die Online-Reinigung mit Abklopfung installiert ist, erfolgt die Abreinigung mit Wasser bei etwa 200 bar. Durch die Tiefe der einzelnen konvektiven Zonen ist eine Abreinigung mit Sandstrahlen für die Nahbereiche zu abrasiv und für entfernteren Bereiche zu wenig erfolgreich.

Bei der Reinigung der Strahlungszüge kommen im Wesentlichen zwei Reinigungs- verfahren (Sand-Strahlverfahren und Nassreinigung) in Betracht, wobei es hier im Wesentlichen darauf ankommt, welches o.g. Zielvorhaben verfolgt wird. Grundsätz- lich gilt weiter, dass eine gut funktionierende Online-Reinigung (Bild 25 und Bild 26) hilfreich ist, um Aufwand bei der Offline-Reinigung zu minimieren.

Im MKW Schwandorf sind umfangreiche Untersuchungen zum Thema Sand- Strahlreinigung durchgeführt worden [3, 4]. Bei einer gut durchgeführten Online- Reinigung insbesondere in den Strahlungszügen sind nur geringe Abreinigungen mit gebräuchlichen Hochdruckreinigern notwendig, um die Wände optisch zu unter- suchen. Für Wandstärkenmessungen, Schweißarbeiten und Zustellarbeiten werden Sandstrahlarbeiten empfohlen. Claddingflächen sollten grundsätzlich mit Glasperlen gestrahlt werden. Schwarze Wände werden nach wie vor mit Aluminumsilikatschlacke durch Strahlen gereinigt. Beim Strahlreinigen gilt grundsätzlich, dass aufgrund des Stahlmittelimpulses ein Teil des Stahlgutes in der gestrahlten Oberfläche verbleibt.

Dies kann weitere Arbeiten beeinflussen. Je nach Art des Strahlgutes können diese Verschmutzungen zwischen etwa drei Prozent (bei Glasperlen, Bild 27, oben) bis nahe 40 Prozent (z.B. bei Aluminiumsilikatschlacke, Bild 27, unten) betragen. Auch die Korngröße und der Strahldruck haben einen Einfluss auf die Verschmutzung. Mit wachsender Korngröße und steigendem Stahldruck nimmt die Verschmutzung der Oberfläche mit Strahlmittel zu.

Bild 25: Beläge an den Membranwänden nach einer Abstellung mit vorheri- ger Online-Reinigung

Bild 26: Beläge an den Membranwänden nach einer Abstellung mit vorheri- ger Online-Reinigung

(6)

Im MKW Schwandorf wurden keine guten Erfahrungen mit der Höchstdruck-Nass- reinigung gemacht, darum blieb es bei einem einmaligen Versuch. Hierbei wurden die Wände mit Wasserdrücken von bis zu 2.500 bar gereinigt. Die Reinigung führt nicht zu den (bei Trocken-Strahlverfahren) bekannten gut aufschweißbaren glänzenden Ober- flächen, da die dünne Oxidschicht nicht zerstört wird. Jedoch werden die Oberflächen bei Strahlen mit Glasperlen nicht aufgeraut und es finden sich zudem auch weniger Verschmutzungen durch das Strahlmittel.

Die Höchsdruck-Nassreinigung kann bei einer Abreinigung von Zustellmassen von gecladdeten Membranwänden anstelle von Entfernen mit dem Presslufthammer empfohlen werden, da die Membranwände nicht beschädigt werden.

Auf die Entsorgung der Reinigungsschlämme wird in einem gesonderten Abschnitt eingegangen.

REM-Aufnahme von einem mit Korund gestrahltem

Blech EDX-Elementverteilung zur REM-Aufnahme links;

rot: Aluminium, blau: Nickel

Bild 27: Rückstände der Sandstrahlreinigung auf den Strahloberflächen

Quellen:

Grasser, C.: Reinigung von Claddingflächen in Kesseln zur Müllverbrennung, Diplomarbeit der Hochschule Amberg-Weiden für angewandte Wissenschaften, Fakultät Maschinenbau/Umwelttechnik Studiengang Umwelttechnik, 15.03.2010

Grasser. C.: Reinigung von Claddingflächen in Kesseln zur Müllverbrennung. VGB Powertech. 1–2/2011 REM-Aufnahme von einem mit Glasperlen

gestrahltem Blech

EDX-Elementverteilung zur REM-Aufnahme links;

rot: Silizium, grün: Natrium. Auf eine Färbung von Nickel wurde verzichtet.

(7)

48

4.3. Sprühtrocknung von Reststoffen aus der nassen Offline-Reinigung

ALTERNATIVE:

1. oder 2. Strahlungszug

Schlamm der Offline-

Reinigung mit Wasser Membran- pumpe

Membran- pumpe mobiler Pool

mit Rührer

mobiler Pool mit Fluidisierungsboden Gebläse ALTERNATIVE:

Bild 28: Pralltellerdüse

Bild 29: Prinzipskizze der Eindüsung in den 1. und 2. Zug der Ofenlinie 4

Bei der Offline-Reinigung wurde im MKW Schwandorf seit 1987 das nasse Verfahren gewählt. Dabei werden nach dem Abstoßen der stärkeren Beläge die Heizflächen der Strahlungszüge und der konvektiven Züge mit Druckwasser (etwa 200 bis 300 bar) abgereinigt. Bei der OL 4 wird das schlammhaltige Wasser über Filterpressen vom Schlamm getrennt. Das von Feststoffanteilen gereinigte Wasser wird in der Abgasreinigung zur Kühlung der Abgase auf etwa 135 °C eingesetzt.

Die abgepressten Schlämme werden nach dem Abklingen der Wasserstoffabspaltung auf Grund des Aluminiumgehaltes unter Tage entsorgt.

(8)

Es wurde erkannt und von den Genehmigungsbehörden zugestimmt, dass die Schlämme der OL 1 bis 3 in die Strahlungszüge der OL 4 eingedüst und damit ge- trocknet werden können. Hierfür wurden die Schlämme gleichmäßig mit Wasser homogenisiert und über eine druckluftbetriebene Membranpumpe im Bereich der Kesseldecke des 1. und 2. Zuges einer laufenden Dampferzeugeranlage eingedüst (Bild 28 und Bild 29). Die Entsorgung der getrockneten Stäube erfolgt gemeinsam mit den Dampferzeugerstäuben. Der klare Vorteil dieses Verfahrens ist der geringe Aufwand und die Kosteneinsparungen gegenüber der Entsorgung der abgepressten Schlämme.

Der energetische Aufwand für die Verdampfung des Wassers kann über eine höhere Verbrennungsleistung kompensiert werden.

5. SCR-Betrieb mit HD-Dampf anstelle von Erdgas

Im Nachgang zu einem massiven Katalysatorschaden im Jahre 1996 in der Anlage Leudelange in Luxemburg [12] wurden in Schwandorf im Rahmen einer Diplomarbeit weitergehende Untersuchungen zur Kinetik der NO_x-Konversion auf Katalysatoren durchgeführt. Dabei wurde unter anderem erkannt, dass die vom Lieferanten ange- gebene Betriebstemperaturen von etwa 280 °C bei den üblichen Reaktionszeiten nicht notwendig sind [2, 6]. Hierzu wurden Grundlagenuntersuchungen zu entsprechenden Transportmechanismen durchgeführt.

Turbulenzgrad

3,6 mm

turbulent

Anlauf- strömung Strömungs- ausbildung

ausge- bildete Strömung

Strömungswege durch Kat-Lage

Abgas

Teil n Teil n+a

laminar

Strömungs- ausbildung Strömungs-

ausbildung

Beispielsweise wurde erkannt, dass der wesentliche Umsatz in einer Katalysatorwabe gerade in der turbulenten Anlaufströmung stattfindet (Bild 30). Die theoretischen Überlegungen wurden experimentell nachgewiesen (Bild 31).

Die experimentellen Untersuchungen führten zur Bestimmung der temperaturabhängi- gen Kinetik (Bild 32), woraus sich ein direktes Einsparpotenzial durch die Möglichkeit der tieferen Betriebstemperatur ergab.

Bild 30: Prinzip der Anlaufströmung in den Katalysatorwaben

(9)

50

Nachdem über die Reduzierung der Heizleistung und damit einer Absenkung der Betriebstemperaturen erkannt wurde, dass eine Entstickungsreaktion auch bei 210 bis 220 °C bei einer Verweilzeit im Katalysator von etwa 0,3 Sekunden möglich ist, wurden dampfbeheizte Wärmtauscher nachgerüstet, die mit Hochdruckdampf (68 bar) betrieben werden. Zurzeit wird die Anlage abgasseitig aus Sicherheitsgründen nicht mehr mit 210 °C, sondern mit einer Temperatur von 235 °C im Bereich des Kata- lysators betrieben. Nach über zehn Jahren Betrieb wurden keine nachlassenden katalytische Wirksamkeiten festgestellt. In einer anderen Verbrennungsanlage wird der Kata- lysator ohne nachlassende katalytische Wirkung seit mehr als zehn Jahren mit 225 °C betrieben. Die Beheizung erfolgt in diesem Fall mit Trommeldampf von 39 bar(a).

Bild 33 zeigt die ursprüngliche Schaltung der SCR-Anlage mit Erdgasbeheizung (Flä- chenbrenner). Die Temperaturerhöhung, die durch den Erdgasbrenner erzeugt werden musste, betrug 40 K. Nach Absenkung der Betriebstemperatur bestand die Möglich- keit, die Abgastemperaturerhöhung durch einen HD-Dampfbeheizung zu realisieren.

Versuchskatalysatorelement, lang Versuchskatalysatorelement, kurz

Testlanze zur Bestückung mit Versuchskatalysatorelementen, Probenahme und Temperaturmessung

Bild 31: Testkatalysator-Elemente mit unterschiedlichen Längen zur Bestimmung des Umsatzes und Probelanze, die mit den Elementen bestückt wurde

Quellen:

Fräde, H.: Untersuchungen zum Umsatz von Stickoxiden im SCR-Katalysator eines Müllkraftwerks, Diplomarbeit der Fachhoch- schule Regensburg, Fachbereich Maschinenbau, Labore Wärmetechnik und Energietechnik, April 2001

Krüger, J.: Die Kinetik beim SCR-Verfahren in Müllverbrennungsanlagen, VGB PowerTech 82. JG, Heft 12/2002, Seite 92 bis 97

(10)

Bild 32: NO-Konversion in einem Versuchskatalysator

Quellen:

Fräde, H.: Untersuchungen zum Umsatz von Stickoxiden im SCR-Katalysator eines Müllkraftwerks, Diplomarbeit der Fachhoch- schule Regensburg, Fachbereich Maschinenbau, Labore Wärmetechnik und Energietechnik, April 2001

Krüger, J.: Die Kinetik beim SCR-Verfahren in Müllverbrennungsanlagen, VGB PowerTech 82. JG, Heft 12/2002, Seite 92 bis 97 1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0 0,10 0,20

Verweilzeit s Versuchswerte 180 °C

Versuchswerte 240 °C

Versuchswerte 190 °C Versuchswerte 280 °C

Versuchswerte 200 °C

0,30 0,40 0,50

0 NO Umsatz

280 °C zweilagiger

Katalysator zweilagiger

Katalysator HD-Dampf-WÜ

Dampf 400 °C, 70 bar

Kondensat

Platten- wärme- tauscher Platten-

wärme- tauscher 240 °C

180 °C 140 °C Erdgas- brenner

280 °C 220 °C

200 °C 220 °C

140 °C 160 °C NH₄OH

(verdampft)

240 °C - 140 °C = 100 K Gaserwärmung im WÜ mit 40 K treibender Temperaturdifferenz 280 °C - 240 °C = 40 K

Gaserwärmung über Brenner

200 °C - 140 °C = 60 K Gaserwärmung im WÜ mit 20 K treibender Temperaturdifferenz 220 °C - 200 °C = 20 K

Gaserwärmung über HD-Dampf WÜ NH₄OH

(verdampft)

Dampf zum ND-System 150 °C, 5,5 bar

Bild 33: SCR-Anlage mit Erdgasbeheizung (links), SCR-Anlage mit HD-Dampfbeheizung (rechts)

(11)

52

Durch den Wegfall des Gasbrenners und den infolge der tieferen Betriebstemperatur verringerten Energiezufuhr durch Dampf ergab sich eine deutliche Kosteneinsparung beim Betrieb der SCR-Anlage.

6. Zusammenfassung

In diesem Vortrag wurde gezeigt, dass von Seiten des Betriebes viele Optimierungsmög- lichkeiten erkannt und durchgeführt wurden. Es versteht sich von selbst, dass hierfür eine entsprechende Motivation und Fachwissen der Mitarbeiter sowie Möglichkeit zur Finanzierung der notwendigen vorausgehenden Versuche und der späteren Um- rüstungsmaßnahmen unumgänglich sind. Weitere Optimierungen zur Steigerung der Verfügbarkeit und Wärmenutzung stehen noch an.

7. Quellen

[1] Drexler, J, Krüger, J.: Wassergekühlte Rostsysteme im MKW Schwandorf, VGB KraftwerksTech- nik 8/2000, Seite 61 bis 65

[2] Fräde, H.: Untersuchungen zum Umsatz von Stickoxiden im SCR-Katalysator eines Müllkraftwerks, Diplomarbeit der Fachhochschule Regensburg, Fachbereich Maschinenbau, Labore Wärme- technik und Energietechnik, April 2001

[3] Grasser, C.: Reinigung von Claddingflächen in Kesseln zur Müllverbrennung, Diplomarbeit der Hochschule Amberg-Weiden für angewandte Wissenschaften, Fakultät Maschinenbau/Umwelt- technik Studiengang Umwelttechnik, 15.03.2010

[4] Grasser. C.: Reinigung von Claddingflächen in Kesseln zur Müllverbrennung. VGB Powertech.

1–2/2011

[5] Kargl, St.: Untersuchungen zum Säuretaupunkt der Abgase des Müllkraftwerks Schwandorf, Diplomarbeit der Fachhochschule Regensburg, Fachbereich Maschinenbau, Labore Wärme- technik und Energietechnik, Sept. 2000

[6] Krüger, J.: Die Kinetik beim SCR-Verfahren in Müllverbrennungsanlagen, VGB PowerTech 82.

JG, Heft 12/2002, Seite 92 bis 97

[7] Krüger, J.: Primärmaßnahmen zur Minderung von Emissionen bei der Abfallverbrennung, VGB Kraftwerstechnik 76. JG, Heft 8, August 1996, Seite 635 bis 642

[8] Krüger, J.: Tagungsbericht zur VGB-Konferenz Feuerungen 1994, VGB TB 217, Reduktion der Schadstoffemissionen durch Einsatz von Dampf im Überschallbereich

[9] Krüger, J.: Verfahren und Vorrichtung zur Dampferzeugung in einem Heizkraftwerk, Patent EP0618404B1, Priorität 27.03.1993 DE 4310009 (EcoTrick)

[10] Krüger, J.: Verfahren zur Verbrennung von Feststoffen, Patent EP000000607210, Priorität 08.10.1991 DE 4133239 (Dampfeindüsung)

[11] Merl, P., Krüger, J.: Verfahren und Vorrichtung zur Online-Kesselreinigung von Abfall- verbrennungsanlagen, Patent EP000001256761B1, Priorität 26.04.2001 DE 10120338.

[12] Schirmer, U. Krüger, H.: VBG Abschlussbericht Betriebsstörungen an der Linie 3 der Abfall- verbrennungsanlage Leudelange, Luxemburg am 23.08.1996

(12)

Inserat

Standardkessel

Baumgarte

(13)

Inserat

Energie

aus Abfall

(14)

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, Michael Beckmann (Hrsg.):

Energie aus Abfall, Band 12

ISBN 978-3-944310-18-3 TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky

Verlag: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky • Neuruppin 2015

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

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

Druck: Mediengruppe Universal Grafische Betriebe München GmbH, München

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