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Lange Lebensdauer durch automatisierte Reinigung

Robuste pH-Messstellen in der Rauchgasreinigung
Lange Lebensdauer durch automatisierte Reinigung

Bei der Verbrennung von organischem Material in Kraftwerken, aber auch bei verschiedenen verfahrenstechnischen Prozessen in der Chemie entstehen verunreinigte Abgase, die ohne Nachbehandlung nicht in die Umwelt entlassen werden dürfen. Die pH-Messstellen in der Rauchgasaufbereitung sind aufgrund von starken Verkrustungen problematisch. Eine Lösung bietet hier die Sensorschleuse Ceramat WA150 in Verbindung mit dem automatischen Reinigungs- und Kalibriersystem Unical 9000.

Der Autor: Dr. Dirk Steinmüller Leiter Marketing/Vertrieb, Knick Elektronische Messgeräte

Die Emissionsgrenzen der Schadgase SO2, SO3, NOX, (HCl, HF) sind EU-gesetzlich einheitlich geregelt. In Deutschland durch nationales Gesetz, Technische Anleitung (TA) Luft, 13. und 17. BImSchV (Bundesimmissionsschutzverordnungsgesetz). In den USA gilt der vergleichbare, inzwischen verabschiedete, Clean Air Act. Bauliche Neuanlagen, vor allem in China und Südostasien, folgen typischerweise diesem neuesten Stand der Technik, sodass weltweit praktisch keine Neuanlagen ohne moderne Rauchgasreinigung entstehen.
Durch Verunreinigungen in den zu verbrennenden Ausgangsmaterialien entsteht vor allem Schwefeldioxid. Es gibt verschiedene Verfahren, dieses zu entziehen. Am häufigsten wird dabei das sehr effizient arbeitende Nassverfahren eingesetzt. Das in Lösung saure Schwefeldioxid wird in einem Waschturm (Absorberturm) durch eine alkalische Waschsuspension gebunden. Man verwendet meist Kalksteinmehl oder gelöschten, gebrannten Kalk bzw. Kalkhydrat.
Im unteren Teil des Turms, im sogenannten Absorbersumpf, sammelt sich Calciumsulfit, das durch Einblasen von Luft (Aufoxidation) in Gips umgewandelt wird.
Dem entstandenen Gips wird die Restfeuchte entzogen. Danach steht er als Produkt für die Baustoffindustrie zur Verfügung. Gips aus Müllverbrennungsanlagen kann stärker verunreinigt sein und muss unter Umständen deponiert werden. Die SO2-Emissionen sind so in 20 Jahren von 1,6 Mio t auf 120 000 t zurückgegangen.
Messtechnische Probleme
An drei Messstellen der Rauchgasreinigung muss der pH-Wert gemessen werden. Die Rauchgaswäsche besteht typischerweise aus zwei voneinander getrennten Waschstufen.
Messstelle 1: Im Vorwäscher (1. Stufe) wird das heiße Rauchgas durch Eindüsen von Kalkmilch abgekühlt und der pH-Wert nur leicht angehoben (typischerweise zwischen pH 1-2 bei +80 °C). Hier darf der pH nicht über 2 ansteigen, da nur HCl/HF sowie Schwermetalle abgeschieden werden sollen, die SO2-Bindung aber noch nicht erfolgen soll.
Messstelle 2: In der zweiten Stufe, dem Hauptwäscher, wird der pH durch weitere Zugabe von Kalk erhöht, es erfolgt die Bindung von SO2. Die Kalkmilchdosage muss hier über eine kontinuierliche pH-Messung kontrolliert bzw. geregelt werden. Zu hohe pH-Werte bedeuten zuviel Kalk (Kosten) und durch Überschuss an Calciumhydroxid verunreinigten Gips. Zu niedrige pH-Werte bedeuten weniger effiziente Bindung von SO2. Das Optimum liegt zwischen pH 5,5 und 6,0; höhere Werte führen bei etwas geringerer Effizienz zu weichen, schmierigen aber einigermaßen leicht zu reinigenden Ca-Sulfit-Belägen, niedrigere pH-Werte führen zu starken, schwer abzureinigenden Verkrustungen. Die pH-Messstelle liegt in der Regel in der Rückflusszirkulationsleitung des Ca-Sulfit/Gips-Schlammes.
Messstelle 3: Das beim Abscheiden/Eindicken des Gipses verbleibende Überschusswasser muss einer Neutralisation unterzogen werden. Hierzu wird Schwefelsäure zur Bindung des Kalküberschusses zugegeben. Auch an dieser Messstelle kommt es zu starken Verkrustungen und Ablagerungen.
Die besonderen Herausforderungen an die pH-Messstellen in einem Gaswäscher sind ein hoher Feststoffanteil (2-15 %), korrosiver (besonders Vorwäscher) und abrasiver Schlamm und belagbildende, verstopfende und verkrustende Ablagerungen. Diese Bedingungen führen zu extrem wartungsintensiven pH-Messstellen. Wegen der starken Belagbildung müssen die pH-Sensoren oft gereinigt werden.
Die Standzeiten der Elektroden werden durch Abrasion und Vergiftungen des Ableitsystemes verkürzt. Eine Automatisierung von Reinigung (und ggf. Kalibrierung) scheiterte bisher jedoch an den verwendeten Armaturen. Metallische Kugelhahn- oder Verschiebearmaturen korrodieren, die extremen Verkrustungen führen zu einem Festbacken der bewegten Teile und damit zu einem Ausfall der pH-Messstelle. Kunststoffarmaturen überstehen die mechanischen und thermischen Belastungen nicht.
Schleusenlösung
Die Sensorschleuse Ceramat WA150 in Verbindung mit dem automatischen Reinigungs- und Kalibriersystem Unical 9000 erlaubt eine volle Automation dieser schwierigen Messstellen bei höchster Verfügbarkeit. Die Sensorschleuse Ceramat besteht aus einer praktisch unzerstörbaren, ultraharten, hochpolierten, drehenden Keramik und einem korrosionsbeständigen, carbonverstärkten, aber nicht bewegten Kunststoffgehäuse (Peek). Die Keramik bleibt von den Verkrustungen völlig unbeeindruckt und das statische Sondengehäuse zeigt kaum Ablagerungen. Auch die Drehbewegung lässt sich problemlos ausführen.
In Verbindung mit der automatischen Steuerung Unical wird der Sensor regelmäßig automatisch gereinigt und kalibriert. In Abhängigkeit von der Trägheit des Wäscherprozesses kann der Sensor zur Schonung und Verlängerung der Standzeit in der Spülkammer verweilen und nur kurzzeitig zur Messung (z. B. minütlich für jeweils 10 s) in das Prozessmedium eingefahren werden.
Online-Info: www.cav.de/c0811424
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