Optimierung der Düsenanordnung in SO2-Rauchgaswäschern

Projektnummer 230

In der Kraftwerkstechnik werden moderne Gaswäscher für die Rauchgasentschwefelung kohle- oder schwerölgefeuerter Anlagen eingesetzt, um Schadstoffe in wässriger Lösung zu absorbieren. Hierzu wird die Waschflüssigkeit mit Hilfe von zahlreichen Düsen zerstäubt. Dabei werden unterschiedliche Ausführungen wie Spiral-, Hohl- und Vollkegeldüsen eingesetzt. Optimierungspotenzial bietet hierbei die Fluiddynamik. Durch eine gezielte Anordnung der Düsen in mehreren unterschiedlichen Sprühebenen, ist es möglich, dass sich die Sprays mehrerer Düsen gegenseitig durchdringen. Der Effekt der Sekundärdispersion, der beim Überschneiden und Durchdringen der Sprays während der Zerstäubung im Rauchgaswäscher auftritt, lässt sich wirksam zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Zerstäubung und des Stoffübergangs bei der Absorption der Schadgase nutzen.

Bisher wurde die Sekundärdispersion bei der Modellierung von Rauchgaswäschern vernachlässigt und konnte daher in der Praxis nicht gezielt umgesetzt werden. Der beschriebene Effekt der Sekundärdispersion konnte bislang aus technischen Gründen in Versuchswäschern im Technikumsmaßstab nicht beobachtet werden. Es ist daher nötig, mit Hilfe geeigneter robuster CFD-Simulationen den Anlagenbauern und -betreibern eine Hilfestellung zur Nutzung dieses Effekts zu geben.

Dies soll mit der Weiterentwicklung und Optimierung des im Forschungsvorhaben "REA-Fluiddynamik" (202) entwickelten Simulationsprogramms und begleitenden experimentellen Messungen in einem speziell dafür konzipierten Versuchsstand erreicht werden.

Bei Erreichen der Projektziele ist es möglich, bei einem gleichbleibenden Entschwefelungsgrad den Umlauf der Waschsuspension und Pumpenenergie (Eigenenergiebedarf) zu reduzieren. Alternativ kann der Entschwefelungsgrad bei gleichem Pumpen-Energieaufwand erhöht werden. Dies kann sowohl durch den Einsatz heizwertarmer bzw. schwefelreicher Brennstoffe als auch durch verschärfte gesetzliche Vorgaben notwendig werden, u. a. durch Novelle der Grossfeuerungsanlagen-Richtlinie. Sie schreibt für Neuanlagen einen Grenzwert von 200 mg/Nm3 SO2 im Abgas vor. Dieser Wert gilt auch bei Altanlagen, die schwefelhaltige Ersatzbrennstoffe aus der Abfallwirtschaft mitverbrennen, ebenso für den Abgasanteil der Kohle. Für den Abgasanteil des Abfalls sind 50 mg/Nm3 SO2 einzuhalten. Der Mischgrenzwert liegt damit zwischen 150 und 185 mg/Nm3 SO2.

Das Projekt wird von Juli 2002 bis Dezember 2004 unter der Leitung von Dr. Joachim Neumann am Lehrstuhl für Umwelttechnik der Universität Dortmund durchgeführt. Der Arbeitskreis "Abgasreinigungstechnik" begleitet die Untersuchungen fachlich.