GORE Quecksilberfilter

Bei den GORE Quecksilberfiltern (Mercury Control System, GMCS) handelt es sich um ein einzigartiges, fest eingebautes Sorbens-System für die Abscheidung von SO2 sowie von elementarem und oxidiertem Quecksilber aus der Gasphase von industriellen Rauchgasen. Das System beruht auf diskreten, stapelbaren Modulen, die in der Rauchgasreinigungsanlage installiert werden. Die Module sind mit einer offenen Kanalstruktur konzipiert, die nur einen extrem niedrigen Druckverlust bietet und ein zusätzliches Gebläse überflüssig macht.

Das Herz der Technologie ist ein innovatives Material auf der Basis von Fluorpolymeren, das von den Wissenschaftlern bei Gore entwickelt wurde: ein Sorbent-Polymerkatalysator (SPC) Verbundmaterial. Das Sorbens in diesem Material scheidet sowohl elementares als auch oxidiertes Quecksilber aus dem Rauchgasstrom ab. Daher ist es unempfindlich gegenüber Brennstoff- oder Prozessänderungen, die die Quecksilberspeziation beeinflussen. Das Quecksilber wird innerhalb des SPC durch Chemisorption sicher gebunden. Im Gegensatz zu vielen Aktivkohle-Sorptionsmitteln behindert das Vorhandensein von SO₃ die Quecksilber-Erfassung durch das SPC nicht und stellt somit eine sehr effektive Lösung für Kohlen mit hohem Schwefelgehalt oder für Anlagen mit hohem SO₃-Gehalt dar. Da Sorptionsmittel nicht zugegeben werden, gibt es keine Bedenken hinsichtlich der Kontamination der Flugasche. Auch wird die Staubabscheidung nicht durch zusätzlichen Staubeintrag belastet. Chemikalien für die Oxidation sind nicht erforderlich. Daher kann keine Korrosion durch Halogene stattfinden. Zudem wird die Abwasserbehandlung nicht erschwert.

Für Kohlekraftwerke gelten weltweit immer strengere Emissionsvorschriften. So schreibt beispielsweise der Mercury and Air Toxics Standard (MATS) der US-Umweltschutzbehörde EPA amerikanischen Anlagen sehr niedrige Werte vor. In einem Energiemarkt mit immer stärkerem Wettbewerb sind GORE Quecksilberfilter eine einfache und kostengünstige Lösung.

Der Betrieb des GMCS ist denkbar einfach. Da die Module keine beweglichen Teile enthalten, ist es bei Änderungen der Betriebsparameter nicht erforderlich, Einstellungen vorzunehmen, um die Leistung beizubehalten. Die Module sind resistent gegen Belagbildung oder Verblockung. Dies liegt zum einen daran, dass das SPC eine glatte Oberfläche und sehr gute Antihafteigenschaften besitzt, und zum anderen daran, dass die Umwandlung von SO₂ zu flüssiger Schwefelsäure eine ständige Säurewäsche erzeugt. Ein einfaches Wasserspülsystem, das ein- oder zweimal pro Tag verwendet wird (ähnlich wie bei den Tropfenabscheidern), ist in der Regel oberhalb und unterhalb der Module installiert, um Säure und Staub von den Moduloberflächen zu spülen. Abgesehen von dieser kleinen Menge an Spülwasser gibt es keinen weiteren Betriebsmittelverbrauch, Energiebedarf oder Wartungsanforderungen für den Betrieb des Systems. Die Betriebskosten sind niedrig, da die Module nur sehr selten ersetzt werden müssen. Das SPC kann 5 % seines Gewichts an Quecksilber aufnehmen, ohne dass der Wirkungsgrad abnimmt; das entspricht ein bis zwei Tonnen Quecksilber für eine 1.000 MW-Anlage. Als Ergebnis ist die projizierte Lebensdauer der Module für die meisten Kraftwerke auf Basis der Quecksilberkapazität der Module oft länger als zehn Jahre.

GORE Quecksilberfilter sind momentan in fünf Rauchgasentschwefelungsanlagen in Kohlekraftwerken in Betrieb. Mehrere weitere sind derzeit im Bau. Schon jetzt beträgt die Betriebskapazität mehr als 2.100 MW.

GMCS-Module werden erfolgreich in Kraftwerken sowie großtechnischen und Pilotanlagen mit allen Arten von Kohleverbrennung; mit hohen und niedrigen Schwefelgehalten, bituminös (Steinkohle), PRB und Braunkohle, eingesetzt.

• Erprobt bei in Betrieb befindlichen Zementwerken
• Hocheffizient auch über längere Betriebszeiträume
• Großtechnische Umsetzung bereits konkret in Planung

In den letzten Jahren wurden zahlreiche Feldversuche durchgeführt, und unsere Komponenten für Pilottests werden kontinuierlich in einer Reihe von großtechnischen Zementwerken eingesetzt. Der GORE Quecksilberfilter ist ein erfolgversprechender Kandidat, der es der Zementindustrie ermöglicht, ihre Auflagen zu Quecksilber-Emissionen unkompliziert und effektiv einzuhalten.

VERMEIDET DIE NACHTEILE DER AKTIVKOHLE-ZUDOSIERUNG

Das Endprodukt bleibt unbeeinträchtigt - Der fertige Zement ist im Wesentlichen frei von Quecksilber und Kohle. Da das Quecksilber kontinuierlich aus dem Prozess abgeschieden wird, baut es sich nicht immer weiter im Zementofenstaub auf. So sind kein Ausschleusen und Entsorgen des anfallenden Filterstaubs und die damit verbundenen Prozessveränderungen notwendig. Der Ofenstaub kann komplett in den Prozess zurückgeführt werden, um die Klinker-Ausbeute, wie in der Industrie üblich, zu maximieren. Auch über die Logistik und Sicherheit beim Transport und der Lagerung großer Mengen pulverförmiger Sorbenzien muss nicht mehr nachgedacht werden.

Die Verbrennungsanlagen für Klärschlamm, kommunale Abfälle und Sondermüll stehen weltweit unter dem kontinuierlichen Druck, die Emissionen der unterschiedlichsten Schadstoffe zu reduzieren. Viele Länder haben bereits neue Vorschriften zur Beschränkung von Quecksilberemissionen vorgesehen oder arbeiten gerade daran. Aktivkohle-Dosierung und Festbetten sind zwei allgemein anerkannte Technologien zur Quecksilber-Kontrolle. Das GORE Mercury und SO₂ Control System bietet im Vergleich zu Festbetten eine deutlich günstigere Alternative hinsichtlich der Kapitalkosten und macht die Dosierung von Aktivkohle überflüssig. So bleiben die Ascheeigenschaften erhalten und die Betriebskosten werden minimiert.

Die Module sind einfach und kostengünstig im Betrieb: keine bewegten Teile, keine Chemikalien, die bereitzustellen oder zu entsorgen sind, und eine lange Lebensdauer. Sie können gestapelt werden, um die gewünschte Quecksilber-Abscheidung zu erreichen. Das GMCS basiert auf einem neuartigen von Gore entwickelten Sorptionsmaterial aus Polymerkomposit (SPC). Es bindet hocheffizient elementares und oxidiertes Quecksilber aus Rauchgasströmen und reduziert zudem die SO2-Konzentrationen. Aufgrund der einzigartigen chemischen Eigenschaften ist das SPC-Material unempfindlich gegen Prozess- und Materialveränderungen, die die Quecksilberspeziation beeinträchtigen, und die üblichen Sorbens-„Gifte“ wie SO3 und VOC. So kann es Quecksilber und SO2-Konzentrationen in einem Gasstrom über lange Zeiträume kontinuierlich reduzieren, bevor es ersetzt werden muss.

Das SPC funktioniert bei vielen Betriebsbedingungen, auch in feuchtigkeitsgesättigtem Rauchgas, wodurch es sich perfekt für den Einbau in einen Rauchgasentschwefelungs-Nasswäscher oberhalb der Tropfenabscheider eignet. Beim Einbau in den Kopf eines Nasswäschers dient das GMCS auch als Barriere gegen Re-Emissionen von Quecksilber aus der Wäschersuspension. So kann auf den Einsatz von Zusatzstoffen für den Wäscher verzichtet und der Fokus des Wäscherbetriebs auf die Vermeidung anderer Probleme wie z. B. die Selenatbildung konzentriert werden. SO₂ im Rauchgas wird durch das SPC in Schwefelsäure umgewandelt, die aus dem hydrophoben SPC-Material austritt. Dies sorgt für eine erhöhte SO₂-Abscheidung und kann die Notwendigkeit für eine Wäscheraufrüstung vermeiden. Zuweilen können sich die Anwender _dies zunutze machen und sich entscheiden, in ihrem Wäscher eine Sprühebene abzuschalten und so Stromkosten einzusparen.

Wenn die Module das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben, kann das SPC-Material zur Entsorgung aus den Metallrahmen entnommen werden. Die Rahmen, die aus einer korrosionsbeständigen Legierung bestehen, können wiederverwendet werden. Optionen für die SPC-Entsorgung umfassen die Deponierung auf einer ausgewiesenen Sondermülldeponie oder die Aufarbeitung in einer Recycling-Anlage zur Entfernung des Quecksilbers. Die Menge an SPC-Material, die sich in dem Modul befindet und am Ende der Lebensdauer entsorgt werden muss, ist typischerweise um mehrere Größenordnungen kleiner als die Menge an Sorptionsmittel, das für den gleichen Zeitraum mit einem Sorbens-Dosiersystem zur Quecksilberabscheidung verwendet werden würde. Daher sind die Entsorgungskosten in der Regel viel niedriger als die mit einem Aktivkohlesystem.

Die Installation eines GMCS in einen Nasswäscher führt zu keinem zusätzlichen Platzbedarf, was besonders an Standorten mit begrenzter Stellfläche von großer Bedeutung ist. Eine typische Installation in einem Nasswäscher kann während eines drei- bis vierwöchigen Stillstands durchgeführt werden. Die Modulstapel ruhen auf Trägern und füllen die gesamte Querschnittsfläche des Wäschers über dem Tropfenabscheider aus. Bei unzureichendem Platz in einem vorhandenen Wäscher können die Tropfenabscheider teilweise durch eine kompakte Konstruktion ersetzt und weiter unten am Wäscher installiert werden, sodass für die Module ausreichend Platz zur Verfügung steht. Gore arbeitet hier eng mit den Betreibern und Ingenieur-Partnern zusammen, um eine geeignete Konstruktion und einfache Installation zu gewährleisten.

Für Anlagen, die über keinen Nasswäscher verfügen, kann diese Technologie nach einer trockenen Reinigungsstufe oder als freistehende Lösung für Quecksilber oder SO₂ installiert werden. In Abhängigkeit von der Temperatur des Rauchgases kann ein Verdampfungskühler vor den Gore Modulen installiert werden, um den Gasstrom für maximale Wirksamkeit auf unter 82 °C abzukühlen. Auch für Kraftwerke, die über keine nasse Rauchgasentschwefelung verfügen und SO₂-Emissionen reduzieren müssen, kann das GMCS als attraktive Alternative zu einem neuen nassen oder trockenen Reinigungsverfahren konfiguriert werden. GORE Quecksilberfilter wurden in zahlreichen anderen industriellen Anwendungen installiert und getestet, einschließlich Verbrennungsanlagen, Zementwerken und metallurgischen Anlagen. Durch ihre robuste Natur eignen sich die Module für ein breites Spektrum von Anwendungen.