„Rauchgasreinigung an Biomassekraftwerken – ein ... - Rheinkalk

„Rauchgasreinigung an Biomassekraftwerken – ein trockenes Thema“
Trockensorption – Leistungen, Betriebsmittel und Bedarf – Beispiele aus der Praxis
Von Dr.-Ing. Diethelm Walter (Vortragender), Dipl.-Ing. Martin Sindram, Rheinkalk GmbH, Wülfrath
1. Einleitung
In der Energieerzeugung werden durch den Wandel der eingesetzten Energieträger in vielen
Fällen weitergehende Maßnahmen zur Rauchgasreinigung notwendig. Hier kann als ein
Beispiel die technische Nutzung des Energieträgers Holz in Biomassekraftwerken genannt
werden. Diese nachhaltige Brennstoffressource wird in vielfältiger Art eingesetzt, wobei die
aktuelle Einteilung in verschiedene Klassen (z.B.: Deutschland: 4 Klassen, A1 – A4) eine starke
Vereinfachung hinsichtlich der Brennstoffeigenschaften, aber auch der damit in den
Feuerungsprozess eingebrachten Schadstoff-Frachten darstellt. Die sich aus dem Input über
den Brennstoff einstellenden Konzentrationsniveaus der emmissionsrelevanten sauren
Komponenten (v.a. SO2/SO3, HCl) im Rohgas macht meist gezielte Rauchgasreinigungsmaßnahmen
notwendig, um die vorgeschriebenen Grenzwerte einhalten zu können.
Bei Einsatz unbelasteter Hölzer (A1 – A2) fallen die Anlagen i.d.R. in den Geltungsbereich der
TA-Luft. Im Rahmen der neuen TA-Luft wurden die Grenzwerte teilweise verschärft bzw. für
einzelne Schadstoffe (Z.B. Dioxine/Furane) verbindlich festgesetzt. Bei Einsatz von
kontaminierten biogenen Brennstoffen (z.B. A3 – A4 Hölzer) sowie der Planung neuer Anlagen
wird die Einhaltung der Grenzwerte der 17. BImSchV gefordert. Bei Einsatz von Altholz
verschiedener Klassen ist dabei die höchstbelastete Klasse bestimmend.
Ist die Abscheidung weiterer emmissionsrelevanter Schadstoffe wie Dioxine/Furane oder
Schwermetalle notwendig, müssen weitergehende Maßnahmen zur Rauchgasreinigung
ergriffen werden.
Im Bereich der auf biogenen Brennstoffen wie Stroh oder Holz basierenden Kraftwerksprozesse
haben sich trockene, einstufige Rauchgasreinigungen auf Basis von Kalkhydraten bewährt
Neue Projekte werden in aller Regel hiermit geplant. Neben den technischen Vorteilen im
Betrieb wird mit der Installation einer solchen effektiven Rauchgasreinigung auch Flexibilität für
den Kraftwerksbetrieb hinsichtlich des Einsatzes auch höherbelasteter, kontaminierter
Sortimente gewonnen.
Für den Betreiber solcher Trockensorptionsverfahren bieten sich dabei besondere Vorteile
durch die Verwendung von optimal an seinen Prozess angepassten Sorbentien. So ermöglicht
z.B. die Verwendung hochreaktiver Kalkhydrate (Sorbacal ® SP) anstelle von herkömmlichem
Kalkhydrat eine deutlich höhere Abscheideleistung hinsichtlich der sauren
Schadgaskomponenten. Besteht die Notwendigkeit, weitere Gaskomponenten (z.B.
Dioxine/Furane, Schwermetalle) adsorptiv zu binden, ist dies durch den Einsatz
multifunktionaler Mischprodukte auf Basis von Ca(OH)2 (herkömmliches Kalkhydrat oder
Sorbacal ® SP) und geeigneter Adsorptionsmaterialien (Aktivkohle, Herdofenkoks oder spezielle
mineralische Komponeten) ohne zusätzlichen apparativen und personellen Aufwand möglich.
2. Trockene Rauchgasreinigungsverfahren
Mit dem Rauchgas werden, abhängig von den eingesetzten Rohstoffen und Energieträgern,
unter anderem saure Gaskomponenten wie Schwefeloxide (SO2/SO3), Chlorwasserstoff (HCl)
und in einigen Fällen auch Flurwasserstoff (HF) freigesetzt. Aber auch ökotoxische Schadstoffe
wie Dioxine/Furane (PCDD/DF) oder Schwermetalle (z.B. Quecksilber Hg) können Aufgabe der
Abgasreinigung sein. Überwiegend treten in einem Prozeß mehrere Komponenten gleichzeitig
auf. Das bedeutet für die Rauchgasreinigung i.d.R., dass mit dem Sorbens simultan
abgeschieden werden muß.
Trockene Verfahren haben sich in der modernen Rauchgasreinigung durchgesetzt, da sie dem
Anwender entscheidende Vorteile bieten. Neben der sicheren Einhaltung vorgeschriebener
Grenzwerte und der hohen Flexibilität überzeugen sie durch geringe Investitions- und
1

Betriebskosten, geringen Personalaufwand sowie durch einfache Konzeption und Platz
sparende Bauweise. Die Reaktionsprodukte fallen trocken an und können ohne weitere
Aufbereitung verwertet werden.
Beispiele für den Einsatz finden sich in nahezu allen Anwendungsbereichen wie z.B. in
? Holz- und Biomassekraftwerken 1
? Hausmüll- und Sondermüllverbrennungsanlagen 2,3
? Konventionellen Kraftwerken 4
? NE-Metallverarbeitung
? Glashütten 5
? Keramischen Industrien 6
? Krematorien
? Zementindustrien
Neben der Reduzierung Säure bildender Schadstoffe ist die Abscheidung ökotoxischer Stoffe
wie Schwermetallen (Z.B. Hg, Pb, Zn) und Dioxinen/Furanen in einigen industriellen
Anwendungen von besonderem Inderesse. Diese Adsorptionsprozesse werden häufig im
Niedertemperaturbereich durch Einsatz geeigneter Mischprodukte mit durchgeführt. Für diesen
Einsatzfall werden speziell auf die Kundenanforderung angepasste Produkte auf Basis von
hochoberflächigem Kalkhydrat (Sorbacal ® SP), herkömmlichem Kalkhydrat und Kalksteinmehl
geliefert. Häufig verwendete Adsorptionsmaterialien sind z.B. Braunkohlenkoksstaub /
Herdofenkoks (HOK) und Aktivkohle (AK). Die für diesen Verwendungszweck von der
Kalkindustrie angebotenen Mischprodukte bieten gegenüber reinem Kohlenstoff eine höhere
inhärente Sicherheit (keine Explosionsgefahr). Sie lassen sich ohne zusätzlichen apparativen
und personellen Aufwand bei Bedarf einsetzen. Hiermit wird die Forderung nach einfacher und
zuverlässiger Anlagentechnik erfüllt. Neuste Entwicklungen stellen nicht brennbare,
oberflächenreiche mineralische Sorbentien (z.B. Minsorb ® ) dar 7 .
Trockene Rauchgasreinigungsverfahren können modular und genau an das Anforderungsprofil
des Betreibers angepasst, ausgeführt werden. Der einfachste Aufbau besteht aus einem als
Sorptionsfilter ausgelegten Gewebefilter und einer Dosier-, Förder- und Injektionseinrichtung.
Der Rauchgaskanal wird hier als Reaktionsraum im Gasstrom genutzt. Eine Vorabstaubung,
z.B. über einen Zyklon, bietet eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, Flugstaub aus der
Feuerung separat zu verwerten und die Staubbeladung in der Sorptionsstufe zu senken. Falls
aus der Feuerung glimmende Partikel bis in das Filter getragen werden können, ist eine
Vorabscheidung z.B. über einen Zyklon ein notwendiger Bestandteil. Mit diesem Aufbau ist
schon eine effektive trockene Rauchgasreinigung möglich. Alle weiteren Module (in Abb. 1
gestrichelt dargestellt) dienen hauptsächlich der Steigerung der weitergehenden Ausnutzung
des eingesetzten Kalkhydrates.
Brennstoffe:
z.B.
Altholz A1-A4
oder A1-A2
Abfälle, ….
Rostfeuerung
Wirbelschicht
Feuerung
Kessel
Additiv
Zyklon
Wasser
Additiv
Quench
Reaktor
Abbildung 1: Module der Trockenen Rauchgasreinigung
2
Rezirkulation
Gewebefilter
140-180°C
Reingas
zum Kamin
Reaktionsprodukte
Reingas
- HCl < 10 mg/m³N.tr.
- SO2 < 50 mg/m³N.tr.
- PCDD/DF < 0,1 ng/m³N.tr.
- Hg < 30 µg/m³N.tr.
- H2O ca. 15-20 Vol.%

Über die Konditionierung mit Wasser in einer Quench kann die Gastemperatur abgesenkt und
der Feuchtegehalt im Abgas angehoben werden. Beides dient der Verbesserung der
Reaktionsbedingungen. In diesem Falle spricht man von einer konditionierten Trockensorption.
Ein Reaktor bietet die Möglichkeit einer gezielten Verlängerung der für die Reaktion mit den
Gaskomponenten verfügbaren Zeit. Weiterhin kann dort durch entsprechende Einbauten
Turbulenz erzeugt werden, was zu einer Erhöhung der Reaktionswahrscheinlichkeit in der
notwendigen Gas-Feststoff-Reaktion führt.
Über eine Rezirkulation kann, wenn sie zweckentsprechend ausgelegt ist, die Beladung des
Additivs erhöht werden. In der Praxis haben sich z.B. Rezirkulationsraten von von 3 – 5
(bezogen auf die Frischadditiv-Menge) bewährt. In einigen Verfahren werden auch weitaus
höhere Rezirkulationsraten realisiert. Diese auch als Dichtstromverfahren bezeichneten
Verfahren (z.B. NID-Verfahren) zeichnen sich durch weitaus komplexere Zusammenhänge aus
und werden hier nicht näher betrachtet.
Bei den trockenen Verfahren wird das Sorbens in der Regel pulverförmig dem Rauchgas
zugeführt. Hierbei werden prinzipiell der Hoch- (850 – 1000°C), Mittel- (300 – 450°C) und der
Niedertemperaturbereich (80 – 220°C) genutzt.
Zugabe von CaCO3
oder
Sorbacal ® A
Feuerung
~ 1000 - 850 °C
SO2
Injektion von Ca(OH)2
Sorbacal ® A oder
Herkömmliches Kalkhydrat
Kessel
~ 850 - 450 °C ~ 300 - 180 °C
~ 450 - 300 °C ~ 180 - 140 °C
Abbildung 2: Trockene Rauchgasreinigungsverfahren nach Temperaturbereichen
Im Niedertemperaturbereich werden seit einigen Jahren hochreaktive, speziell für die
Rauchgasreinigung optimierte Kalkhydrate (Sorbacal ® SP) mit großem Erfolg eingesetzt.
Der Mitteltemperaturbereich bietet sehr gute Einsatzbedingungen für die Verwendung derartiger
Spezialhydrate insbesondere zur SO2-Abscheidung. In der Glasindustrie wird beispielsweise die
Abgasreinigung mit Sorbacal ® A bei 350 – 450°C sehr erfolgreich vorgenommen 5 . Im
Kraftwerksbereich ist diese Temperaturzone jedoch nicht nutzbar.
Auch im Hochtemperaturbereich bei ca. 850 – 1000°C wird das speziell für die Abgasreinigung
weiterentwickelte, hochoberflächige Material Sorbacal® A erfolgreich verwenden. In der
Feuerung lässt sich SO2 auch durch Zuführung von Calciumcarbonat (Kalkstein, Kalksteinmehl)
direkt in den Flugstaub einbinden. Dieses Verfahren findet z.B. in Wirbelschicht-Feuerungen
durch Einsatz entsprechend im Kornband angepasster Kalksteinkörnungen oder Granalien
3
SO2 + HCl
Injektion von Ca(OH)2
Sorbacal ® SP oder
Herkömmliches Kalkhydrat
RG-Reinigung
~ 180 - 140 °C
SO2 + HCl
Max. 180°C
PCDD/DF + Hg

Verwendung. Hiermit werden Abscheidegrade von 30 – 50 % (Kalkstein) bzw. 75 % (Granalien)
erreicht. Sind höhere Leistungen gefordert, werden herkömmliches Kalkhydrat oder Sorbacal ® A
eingesetzt, mit denen Abscheidegrade von 60 – 80 % sicher erreicht werden. An
Rostfeuerungen wird der Einsatz von Kalksteinmehl oder Kalkhydraten praktiziert.
Der Temperaturbereich zwischen etwa 140 – 180°C bietet hinsichtlich der Abscheidung von
Schadstoffe die breitesten Möglichkeiten. Wenn SO2 die Hauptzielgröße ist, wird in der
Trockensorption häufig mit gezielter Konditionierung des Abgases zur Absenkung der
Rauchgastemperatur und Anhebung der Abgasfeuchte gearbeitet. Dies hat ebenfalls einen
positiven Effekt auf die Abscheideleistung. An holzgefeuerten Kraftwerken ist die SO2-
Abscheidung in der Regel nachrangig hinter HCl. Die hohe Feuchte im Brennstoff bietet im
Abgas bereits gute Bedingungen für die Trockensorption.
Aus Sicherheits- (Hg-Abscheidung) und verfahrenstechnischen Gründen (Brennbarkeit) werden
kohlenstoffhaltige Sorbentien bis zu einer Gastemperatur von maximal 180°C eingesetzt.
Die Wahl des Verfahrens ist immer von individuellen Randbedingungen gekennzeichnet, so
dass „die Lösung“ nicht pauschal benannt werden kann. Im Rahmen dieser Arbeit werden
einige Beispiele aus dem Bereich der Holz- und Biomassefeuerung und die dabei verwendeten
Additive vorgestellt.
3. Additive für Trocken- und konditionierte Trockenverfahren
Allen Verfahren ist gemein, dass zur Neutralisation säurebildender Schadstoffe (SO2, HCl, HF)
im wesentlichen kalkstämmige Produkte (CaCO3 – Kalksteinmehl, CaO – Weißfeinkalk,
Ca(OH)2 – Kalkhydrat) eingesetzt werden. Bei Trocken- und konditionierten Trockenverfahren
werden chemisch gesehen in der Regel Kalkhydrate eingesetzt.
Die Abscheidung saurer Schadgaskomponenten ist dabei von einer Vielzahl von
Einflussfaktoren abhängig; dazu zählen Rauchgastemperatur und – feuchte, Verweilzeit des
Additivs im Rauchgas, Durchmischung Additiv/Rauchgas sowie Kalkhydrat-Menge
(Stöchiometrie) und Eigenschaften des eingesetzten Kalkhydrates.
Faktoren wie Rauchgastemperatur und –feuchte oder die Verweilzeit des Additivs lassen sich
meist nur innerhalb eines eng begrenzten Bereiches verändern bzw. bedingen technische
Veränderungen / Investitionen vor Ort.
Durch die Weiterentwicklung von normalen Kalkhydraten hinsichtlich der physikalischen
Parameter
- Partikelgrößenverteilung
- Spezifische Oberfläche
- Porengrößen und -volumen
lassen sich jedoch entscheidende Verbesserungen im Abscheidevermögen erzielen.
Für Betreiber von trockenen Rauchgasreinigungsverfahren bieten sich durch Verwendung von
solchen, optimal an den Prozess angepassten Kalkhydraten besondere Vorteile. Rheinkalk, ein
Unternehmen der Lhoist-Gruppe, hat seit Mitte der 80er Jahre die Weiterentwicklung von
Materialien für den Einsatz insbesondere in trockenen Verfahren vorangetrieben
(WÜLFRAsorp ® A, - D SP, Spongiacal ® , Sorbacal ® , jetzt alle: Sorbacal ® ).
Ergebnis dieser intensiven Forschung war das erste hochoberflächige Kalkhydrat Sorbacal ® A.
Während herkömmliches Weißkalkhydrat üblicherweise eine spezifische Oberfläche von ca. 18
m 2 /g (nach BET) besitzt, weist Sorbacal ® A ca. 38 m 2 /g auf. Hierdurch steht für die Gas-
Feststoff-Reaktionen im Trockensorptionsprozess prinzipiell eine mehr als verdoppelte
Oberfläche zur Verfügung. Weiterhin ist die Partikelanzahl und Dispergierbarkeit durch die
Feinteiligkeit des Produktes (d50 ca. 3 µm gegenüber 6 µm bei handelsüblichen Kalkhydraten)
deutlich erhöht.
4

• 1. Entwicklungsstufe:
Weißkalkhydrat mit höherer Oberfläche (~ 35 m²/g) durch feinere Partikel ohne wesentliche
Änderungen der kristallinen Matrix
Abb. 3a: Entwicklung von Hochreaktiven Kalkhydraten – Feinere Partikel.
Für die Praxis bedeutet dies, daß überall dort wo schnell ablaufende Reaktionen auftreten, z. B.
bei der Bindung von HF oder HCl oder im Mittel- und Hochtemperaturbereich, mit diesen
Sorbentien i. d. R. deutlich effektiver als mit herkömmlichem Kalkhydrat gearbeitet werden
kann.
Die intensive Weiterentwicklung zur Verbesserung des herkömmlichen Weißkalkhydrates durch
die Lhoist-Forschung führte zu dem Produkt Sorbacal ® SP (ursprünglich: Spongiacal ® ). Hier
gelang es neben der weiteren Erhöhung der spezifischen Oberfläche auf > 40 m² (aktuell ca. 45
m 2 /g) insbesondere, das für die SO2-Abscheidung wesentliche Porenvolumen entscheidend zu
vergrößern. Während herkömmliches Weißkalkhydrat ein Porenvolumen von ca. 0,08 cm 3 /g
besitzt, weist Sorbacal ® SP zwischen 0,21-0,25 cm 3 /g auf (BJH, N2-Desorption).
• 2. Entwicklungsstufe:
Kalkhydrat mit hoher Oberfläche (> 40 m²/g) und hoher Beladekapazität durch
gezielte Beeinflussung der Porosität und der Schaffung von Poren im nutzbaren
Bereich
Abb. 3b: Entwicklung von Hochreaktiven Kalkhydraten – Höhere Porosität.
Für den Betreiber bieten diese Sorbentien den Vorteil eine sehr hohe Beladung mit
Schadstoffen realisieren zu können, bevor die verfügbare Feststoffoberfläche durch
Reaktionsprodukte verschlossen ist. Auch diese Materialien werden aktuell weiterentwickelt,
wobei hier das Ziel eine Aktivierung der im offenen Porensystem verfügbaren Oberfläche ist.
5

• Derzeitige Entwicklung:
Beeinflussung der Oberflächenaktivität von Kalkhydraten mit hoher Oberfläche
und Porosität
Abb. 3c: Derzeitige Entwicklung von Hochreaktiven Kalkhydraten – Höhere Aktivität.
Diese Aktivierung bewirkt eine von den bislang notwendigen Reaktionsbedingungen wie z. B.
Abgastemperatur oder –Feuchte weitgehend entkoppelte Einbindung von SO2 , HCl, oder HF.
In der nachstehenden Abbildung sind einige physikalische Parameter der verschiedenen in 3a
u. 3b beschriebenen Kalkhydrate dargestellt.
Partikeldurchmesser d 50
[10 -6 m ]
8
6
4
2
0
Herkömmliches Kalkhydrat Sorbacal® A Sorbacal® SP
spez. Oberfläche [m²/g] BET
Abb. 4: Kalkhydrate für Trockensorptionsprozesse
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
6
Porenvolum en [cm ³/g]
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0

Gegenüber herkömmlichen Kalkhydraten besitzen diese Produkte also eine deutlich höhere
Reaktivität. Dies bedeutet, daß
• der Betriebsmittelverbrauch zur Abscheidung der sauren Schadgaskomponenten minimiert
wird,
• die Grenzwerte sicher eingehalten werden,
• der Filterstaubanfall deutlich reduziert werden kann (Reststoffminimierungsgebot)
Hierdurch werden die Gesamtbetriebskosten der Rauchgasreinigung gegenüber dem Einsatz
herkömmlichen Kalkhydrates optimiert.
Das optimale Produkt für den einzelnen Anwendungsfall wird in Abhängigkeit der vorhandenen
Verfahrenstechnik und den Betriebsparametern nach einer anwendungstechnischen Beratung
empfohlen. Darüber hinaus bietet Rheinkalk die Möglichkeit, durch begleitende
Rauchgasmessungen eine detaillierte Analyse der Gaszusammensetzung vorzunehmen, um zu
noch genaueren Aussagen v.a. zum Emissionsprofil zu gelangen.
Neben modernen Rauchgasanalysensystemen verfügt Rheinkalk auch über eine Vielzahl an
Dosiersystemen zur Durchführung von Betriebsversuchen, zur Praxiserprobung von
verfahrenstechnischen Verbesserungsvorschlägen sowie der Optimierung der vorhandenen
Rauchgasreinigung.
4. Emission von SO2 und HCl an holzgefeuerten Biomasse-Kraftwerken
Für einige Prozesse der Energieerzeugung besteht ein breites Wissen hinsichtlich der für
verschiedene Feuerungsarten und Brennstoffe geltenden Transferfaktoren für im Brennstoff
enthaltene Schwefel- und Chlorverbindungen in die Abgasphase. Tabelle 1 gibt einen Überblick
über einige dieser Werte.
Für Holzfeuerungen werden von einzelnen Anlagenbauern und Betreibern Transferfaktoren für
Schwefel im Bereich von 0,4 bis 0,8 angegeben, für Chlor in der VDI 3927 8 ein Wert von 0,9.
Diese Transferfaktoren entsprechen in etwa denen von Hausmüll, wobei natürlich für Holz von
wesentlich geringeren Massenanteilen ausgegangen werden kann.
Tabelle 1: Transferfaktoren für verschiedene Brennstoffe (Quelle: VDI 3927; kursiv: Angaben von
Anlagenbauern/Betreibern)
Masseanteil
in mg/kg
Siedlungsabfall Holz (unbehandelt) Steinkohle
Transferfaktor Masseanteil
in mg/kg
7
Transferfaktor Masseanteil
in mg/kg
Transferfaktor
S 1000 – 6000 0,5 – 0,8 50 - 2000 0,4 – 0,8 4000 - 15000 0,95
F 100 – 250 0,5 – 0,8 200 20 - 400
Cl 3000 – 9000 0,85 – 0,95 100 - 800 0,9 100 - 3000 0,95
Cu 200 – 1000 0,05 5 - 20 0,02 < 1 - 60 0,71 – 0,77
Zn 400 – 2000 0,3 – 0,5 20 - 200 0,4 5 - 400 0,8 – 0,99
Hg 0,5 – 10 0,9 – 0,95 < 0,1 – 0,5 < 0,1 - 1 0,91 – 0,98
Pb 400 – 1500 0,3 – 0,4 10 - 100 0,2 10 - 300 0,82 – 0,96
Die tatsächlichen Rohgaskonzentrationen an holzbefeuerten Biomassekraftwerken werden seit
langem kontrovers diskutiert.
Eigene Messungen von Rheinkalk und bekannte Ergebnisse von Messungen an verschiedenen
holzbefeuerten Anlagen ergaben für den Betrieb mit A1 – A4 Holz im Langzeitmittel für SO2 ca.
50 – 150 mg/Nm³tr. und für HCl ca. 100 – 150 mg/Nm³tr. (als Halbstundenmittelwerte) 9 . Bei
einzelnen Anlagen liegt dabei SO2 im Langzeitmittel bei bis zu 400 mg/Nm³tr.. Vereinzelt wurden

kurzzeitig auftretende Konzentrationen von bis zu 800 mg/Nm³tr. SO2 und bis zu 1.500 mg/Nm³tr.
HCl gemessen. Diese Werte, die im Bereich der Rohgaskonzentrationen von Hausmüllverbrennungsanlagen
liegen, werden durch trockene Rauchgasreinigungsverfahren sicher
beherrscht.
Bemerkenswert sind auch bei Einsatz von A1 – A2 Hölzern die zunehmend insbesondere für
HCl festgestellten höheren Rohgaskonzentrationen. Rohgaswerte von 100 – 150 mg/Nm³tr. im
Halbstundenmittel korrelieren häufig mit einem hohen Anteil von Grünschnitt oder Rinden im
Brennstoff. Wirbelschichtfeuerungen weisen gegenüber Rostfeuerungen bei vergleichbaren
HCl-Konzentrationen deutlich geringere SO2-Werte auf. Dieser Effekt liegt in den besseren
Bedingungen zur Einbindung von Schwefelverbindungen in der Wirbelschicht begründet.
Berücksichtigt man einen Masseanteil im Holz von 100 - 800 mgCl/kg und 50 - 2000 mgSO2/kg,
ergibt sich unter Berücksichtigung der in Tab. 1 angegebenen Transferfaktoren eine
theoretische Spannweite von bis zu 320 mg SO2 / Nm³tr. und 146 mg HCl / Nm³tr. 8 . Dies trifft für
HCl das angegeben mittlere Niveau. Für SO2 zeigt sich in der Praxis ein deutlich niedrigeres
Niveau. Betrachtet man die große Streuung der festgestellten Werte von bis zu 800 mg/Nm³tr.
SO2 und bis zu 1.500 mg/Nm³tr. HCl, liegt nahe, dass die Bandbreite der in der Praxis
auftretenden Konzentrationen im Rohgas nicht durch die im Holz selbst vorliegenden Gehalte
an Schwefel- und Chlorverbindungen, sondern durch mit dem Holz eingetragene Störstoffe, wie
z.B. Beschichtungen, Kunststoffteile, Kabelreste, etc. bestimmt wird.
In Abbildung 5 sind beispielhaft die Ergebnisse einer einwöchigen kontinuierlichen Messung im
Roh- und Reingas eines holzbefeuerten Biomassekraftwerkes (A1 – A4 Holz; Rostfeuerung;
Trockensorption mit hochoberflächigem Kalkhydrat Sorbacal ® SP mit 5 % HOK) dargestellt; der
Verlauf der HCl- und SO2-Rohgaskonzentrationen vermittelt einen guten Eindruck von den
möglichen Veränderungen im Emissionsprofil. Für die Ausschnitte 1 und 2 sind in Abbildungen
5b und 5c die für das auftretende Rohgasprofil gemessenen Reingaswerte mit aufgeführt.
Im Messzeitraum lagen die HCl-Rohgaskonzentrationen bei etwa 100 – 120 mg/Nm³tr.;
auftretende HCl-Spitzen im Bereich von 250 – 270 mg/Nm³tr.. Für SO2 wurden überwiegend
Werte < 50 mg/Nmtr. gemessen; abweichend hiervon traten jedoch auch Spitzenbelastungen
von bis zu 370 mg/Nm³tr. auf. Die Reingaswerte wurden in jedem Falle sicher eingehalten. Die
Additiv-Dosierung wurde dem jeweiligen Belastungsprofil für HCl entsprechend geregelt.
Konzentration HMW [mg/m³Ntr.]
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Holzheizkraftwerk in der Spanplattenindustrie mit Altholzeinsatz
Ausschnitt 2
HCl [mg/m³Ntr.]
SO2 [mg/m³Ntr.]
12:30 12:30
16:30 16:30
20:30 20:30
00:30 00:30
04:30 04:30
08:30 08:30
12:30 12:30
16:30 16:30
20:30 20:30
00:30 00:30
04:30 04:30
08:30 08:30
12:30 12:30
16:30 16:30
20:30 20:30
00:30 00:30
04:30 04:30
08:30 08:30
12:30 12:30
16:30 16:30
20:30 20:30
00:30 00:30
04:30 04:30
08:30 08:30
12:30 12:30
16:30 16:30
20:30 20:30
00:30 00:30
04:30 04:30
08:30 08:30
12:30 12:30
16:30 16:30
20:30 20:30
00:30 00:30
04:30 04:30
08:30 08:30
Verlauf über eine Woche
Abbildung 5: Zeitlicher Verlauf der Rohgaskonzentrationen
8
Ausschnitt 1

In Abbildung 5b ist der Verlauf einer HCl-Spitze im Rohgas dargestellt; der Verlauf ist
gekennzeichnet durch einen raschen Anstieg bis zum jeweiligen Maximum und sinkt dann nur
langsam über Stunden wieder ab. Unserer Hypothese nach spiegelt sich hier der Eintrag einer
mit HCl kontaminierten Holzcharge von ca. 25 t wieder (Durchsatz der Anlage bei Nominallast
ca. 14 t/h Holz).
Abbildung 5b: Ausschnitt 1 aus Abbildung 5
Rohgaskonzentrationen [mg/m²N]
250
225
200
175
150
125
100
75
50
25
0
21:00
21:30
22:00
22:30
23:00
23:30
00:00
00:30
01:00
01:30
02:00
02:30
03:00
03:30
04:00
04:30
Rohgas HCl
Rohgas SO2
Reingas HCl
Reingas SO2
05:00
05:30
9
Zeit
06:00
06:30
07:00
07:30
08:00
08:30
09:00
09:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
13:30
Abbildung 5c zeigt eine mögliche Veränderung im SO2-Emissionsprofil. Das Auftreten derartiger
vereinzelter SO2-Rohgasspitzen wurde auch von anderen Betreibern berichtet und stellt eine
der zu lösenden Aufgaben für eine betriebssichere Trockensorption dar.
Abbildung 5c: Ausschnitt 2 aus Abbildung 5
Rohgaskonzentrationen [mg/m²N]
400
360
320
280
240
200
160
120
80
40
0
Rohgas HCl
Rohgas SO2
Reingas HCl
Reingas SO2
12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00
Zeit
16:30 17:00 17:30 18:00 18:30 19:00 19:30
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
50,0
45,0
40,0
35,0
30,0
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
Reingaskonzentrationen [mg/m³N]
Reingaskonzentrationen [mg/m³N]

An mit A1 – A4 Holz befeuerten Anlagen können also ausgehend von einem relativ konstantem
Belastungsprofil plötzliche Spitzenbelastungen an HCl und SO2 auftreten. Die notwendigen
Abscheideleistungen der trockenen Rauchgasreinigung wachsen dann überproportional an und
können dem Niveau einer MVA entsprechen. Hier hat sich in der Praxis der Einsatz von
hochoberflächigen Kalkhydraten gegenüber herkömmlichen Additiven bewährt. Mit diesen
Sorbentien ist es möglich, aus dem Stand heraus auftretende Rohgasspitzen in der
Rauchgasreinigung sicher durch entsprechende Nachregelung der Dosiermenge abzufangen.
5. Beispiele aus der Praxis:
5.1 Altholzbefeuertes Biomassekraftwerk
Biomassekraftwerke gelten als CO2-neutral, da beim Verbrennen der Biomasse lediglich die
Menge an CO2 freigesetzt wird, die zuvor während der Wachstumsphase aus der atmosphäre
aufgenommen wurde. Durch das deutsche Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) wurden die
durch das Einspeisen von Strom erzielten Erlöse von Biomassekraftwerken langfristig planbar
und boten eine solide Basis für Investitionsentscheidungen. Der regional anfallende Brennstoff
Biomasse macht zudem solche Anlagen weitgehend unabhängig von den Preisentwicklungen
der internationalen Energiepreismärkte. Dies führte in den letzten Jahren zum Bau und
Inbetriebnahme einer ganzen Reihe von Kraftwerken zur Verstromung von Biomasse.
Brennstoffe:
~ 130.000 t/a; 15 t/h
Altholz A1 – A4
Spreader-Stoker
Feuerung
20 MW el.
Rohgas
n. B.
Feuerung
Kessel
Zyklon
Sorbacal ® Sorbacal SP ® SP
Abbildung 6: Holzbefeuertes Biomassekraftwerk
Reaktor
10
HOK
Gewebefilter
140-150°C
Reststoff
Reingas
Sonstige Angaben
- Additivbedarf:
400 t/a Sorbacal ® Sonstige Angaben
- Additivbedarf:
400 t/a Sorbacal SP
(ca. 3,1 kg/t Holz)
HOK über BigBags
® SP
(ca. 3,1 kg/t Holz)
HOK über BigBags
Reingas
HCl: < 10 mg/Nm³ tr *
SO 2 : < 50 mg/Nm³ tr *
PCDD/F: < 0,1 ng/Nm³ tr. TE
H 2 O: ca. 13 - 15 Vol.%
V Gas : Ø 80.000 Nm³/h tr
*: Kontin. überwacht
An der in Abbildung 6 abgebildeten Anlage werden jährlich aus 130.000 t Holz (A1 – A4) etwa
160.000 MWh Strom, - der Bedarf von 50.000 Haushalten -, erzeugt; dadurch werden
rechnerisch 150.000 t/a an CO2 eingespart. Das Kraftwerk verfügt über eine Spreader-Stoker-
Feuerung (Wanderrost mit Wurfbeschickung) mit einem Durchsatz von ca. 15 t/h Altholz. Die
einstufige trockene Rauchgasreinigungsanlage besteht aus einem Zyklon zur Vorabscheidung
mit nachgeschaltet-em Reaktor zur besseren Durchmischung von Rauchgasen und Additiven
sowie Gewebefilter. Die eingesetzten Additive (hochoberflächiges Kalkhydrat Sorbacal ® SP und
Herdofenkoks HOK) werden separat in den Reaktor eingedüst. Der jährliche Verbrauch an
Sorbacal ® SP beträgt ca. 400 t und entspricht einem spezifischen Verbrauch von etwa 3,1 kg/t
Holz.

5.2 Holzheizkraftwerk im industriellen Verbund
Die in den letzten Jahren stürmische Entwicklung beim Bau von Holzbefeuerten
Biomassekraftwerken hat ihre technischen Wurzeln in der energetischen Nutzung anfallender
Reste aus der Holz- und Holzwerkstoffherstellung. Insbesondere in der Spanplattenherstellung,
wo ein hoher Bedarf an Prozessdampf besteht, arbeiten seit langem Heizkraftwerke im Verbund
mit der Produktion. Dieser Verbund ist gekennzeichnet durch hohe Anforderungen an die
Verfügbarkeit des Kraftwerkes. Dadurch besteht die Forderung nach einer zuverlässigen,
robusten und leistungsfähigen Rauchgasreinigung.
Brennstoffe:
~ 90.000 t/a
~ 30% Altholz A1-A2
~ 70% Altholz A3-A4,
Klärschlamm, PE-Folien,
Leichtfraktion Tetrapak,..
TWS:
V Gas : ~ 85.000 Nm³/h tr
33 MW therm
Brennstoff: ~ 7 t/h
SWS:
V VGas: Gas: ~ 45.000 Nm³/h tr tr
28 MW therm
Brennstoff: ~ 5 t/h
WS-Feuerung
Kessel
Rohgas
HCl: TWS: ~ 150 mg/Nm³
SWS: ~ 350 mg/Nm³
SO 2 : < 50 mg/Nm³
(Betreiberangaben)
Economiser
Sorbacal ® Sorbacal ®
L SP 3
11
Zyklon
Abbildung 7: Holzheizkraftwerk der Spanplattenindustrie
Gewebefilter
~ 150°C
Reststoff
Reststoff
Reingas
Sonstige Angaben
-Additivbedarf:
400 t/a Sorbacal ® L SP 3
(Sorbacal ® Sonstige Angaben
-Additivbedarf:
400 t/a Sorbacal
SP + 3% HOK)
(ca. 4,4 kg/t Brennstoff)
® L SP 3
(Sorbacal ® SP + 3% HOK)
(ca. 4,4 kg/t Brennstoff)
Reingas
HCl: < 10 mg/Nm³ *
SO SO2: 2: < 50 mg/Nm³
PCDD/F: < 0,1 ng TE/Nm³
H H2O: 2O: 15 - 19 Vol.%
O 2 : ~ 11 %
V Gas : ~ 130.000 Nm³/h tr.
*: kontin. überwacht
In der in Abbildung 7 skizzierten Anlage werden in zwei Wirbelschichtfeuerungen jährlich ca.
90.000 t/a Brennstoffe (70 % interne Holzabfälle aus der Produktion und Altholz A2 – A3; 30 %
A4-Holz (Bahnschwellen), Klärschlamm, etc) eingesetzt.
Das mittlere Konzentrationsniveau im Rohgas liegt bei etwa 150 mg/Nm³tr. (TWS) bzw. bei ca.
350 mg/Nm³tr. (SWS); durch die Einbindung in die Wirbelschicht liegt der SO2-Rohgaswert
unterhalb 50 mg/Nm³tr.. Der jährliche Verbrauch an Sorbacal ® L SP 3 beträgt ca. 400 t; dies
entspricht einem spezifischen Verbrauch von ca. 4,4 kg/t Brennstoff.
Die Einhaltung hoher Abscheidegrade für HCl und SO2 ist Voraussetzung für die hohe
Verfügbarkeit des Kraftwerkes. Der Einsatz von Sorbacal ® L SP 3 (hochoberflächiges
Kalkhydrat Sorbacal ® SP mit 3 % HOK) führt zu der hohen Flexibilität im Brennstoffeinsatz 10 .
Die Energieerzeugung ist bei diesem Verfahren mit Einsatz von Sorbacal ® L SP vollständig von
der Schadstoff-Fracht im Brennstoff entkoppelt. Dies wird durch die hohe Leistungsfähigkeit des
skizzierten Systems ermöglicht.
5.3 Spezifische Sorbensverbräuche an holzbefeuerten Kraftwerken
Im Vorfeld vieler Projekte wird der stöchiometrische Faktor zur Darstellung der
Abscheideleistung für HCl und SO2 intensiv diskutiert. Zur Abdeckung des Spitzenlastbereiches
für die Abscheidung in der Rauchgasreinigung ist diese Art der Leistungsdefinition sinnvoll. Zur
Definition des Sorbensbedarfes über einen längeren Zeitraum ist der stöchiometrische Faktor
aufgrund meist fehlender Daten über die Schadstoff-Fracht im Rohgas nur schwer zu

definieren. Für den Betreiber einer Anlage ist von geringerer Bedeutung, welche
Abscheideleistung mit welchem stöchiometrischen Faktor erreichbar ist, sondern vielmehr der
jährliche Sorbensbedarf, über den sich die Kosten der Ver- und Entsorgung definieren lassen.
An dieser Stelle führt eine Betrachtung der Massenströme (Sorbensbedarf im Verhältnis zur
Brennstoffmenge) zum Ziel. Aus einer Anzahl von 25 in Betrieb befindlichen Anlagen mit einer
jährlichen Durchsatzleistung von ca. 2 Mio t Holz wurde über den Brennstoffeinsatz und den
Jahresverbrauch an Calciumhydroxid in Form von herkömmlichem Kalkhydrat und Sorbacal ®
SP der Bedarf in kg/t Holz ermittelt. Die Daten in Abbildung 8 wurden nach Art des Brennstoffes
und der Feuerung sowie den geltenden Grenzwerte klassiert.
Spezifischer Bedarf [kg/t Holz]
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
TA-Luft, A1 - A2 Holz 17. BImSchV,
A1 - A4 Holz
0
Rostfeuerung herk. Rostfeuerung Rostfeuerung herk. Rostfeuerung Wirbelschicht herk. Wirbelschicht
Kalkhydrat Sorbacal® SP Kalkhydrat Sorbacal® SP Kalkhydrat Sorbacal® SP
Max 5,3 2,6 13,3 8,4 6,9 4,4
Min 2,7 1,6 5,0 3,5 6,0 3,1
O 3,8 2,3 9,2 4,8 6,5 3,8
Betriebsdaten aus 26 Anlagen
12
17. BImSchV,
A1 - A4 Holz
Abbildung 8: Spezifischer Sorbensbedarf an Trockensorptionsanlagen für Holzkraftwerke
Die Erhebung beruht auf Daten bis zum Jahr 2004; sie deckt nicht alle Anlagen in Deutschland
ab und stellt eine stark vereinfachte Sicht dar. Es wird z.B. nicht auf Details der einzelnen
einstufigen trockenen Rauchgasreinigungsanlagen eingegangen. Das Ergebnis zeigt jedoch
deutliche Trends auf:
Bei Einsatz von A1 – A2 Holz ist generell ein niedrigerer Sorbensbedarf notwendig als bei
Einsatz von A1 – A4 Holz. Der Verbrauch dieser Anlagen weist eine weitaus geringere
Bandbreite auf, was den gleichmäßigeren und geringeren Schadstoffeintrag über das Holz
wiederspiegelt. Der Unterschied im Verbrauch zwischen herkömmlichem Kalkhydrat und dem
für die Trockensorption optimierten Sorbens ist deutlich geringer als bei den nach 17. BISchV
arbeitenden Anlagen. Bei diesen wird der Mittelwert von ca. 9,2 kg/t Holz (herkömmliches
Kalkhydrat) durch eine große Streuung charakterisiert. Der Einsatz von Sorbacal® SP
ermöglicht hier, - wie im direkten Vergleich immer wieder festgestellt -, durchgehend niedrigere
Verbräuche, die im Mittel bei 4,8 kg/t Holz liegen. Im direkten Vergleich wurde durch den
Einsatz von Sorbacal ® SP in jedem Falle der Verbrauch erheblich reduziert. Die realisierten
Einsparungen liegen im Bereich von 40 bis 60 %.
Bei den Wirbelschichtfeuerungen liegt der Kalkhydratverbrauch im Mittel bei 6,5 kg/t Holz.
Dieser niedrigere Bedarf spiegelt die niedrigeren Emissionsfrachten für die Rauchgasreinigung
aufgrund der Direkteinbindung von SO2 im Wirbelbett wieder. Auch bei Wirbelschichtfeuerungen
wurde durch den Einsatz von Sorbacal ® SP der Additivbedarf um ca. 42 % gesenkt, was sich in
einem mittleren Bedarf von ca. 3,8 kg/t Holz widerspiegelt.

In vielen Anlagen werden Kalk-Kohlenstoff-Mischungen (z.B. Sorbacal ® L SP) zur Einhaltung
der Grenzwerte der 17. BISchv eingesetzt. Der Kohlenstoffbedarf liegt in diesen Fällen
üblicherweise im Bereich von ca. 10 – 30 mg/Nm³tr. Dies schlägt sich in sehr geringen
Kohlenstoffkonzentrationen zwischen 2 bis 5 % im Kalk-Kohlenstoff-Gemisch nieder. Hieraus
ergeben sich sehr geringe Zugabemengen von 0,07 bis 0,11 kg/t Holz (entsprechend ca. 10 bis
17 t/a bei 150.000 t/a Holzdurchsatz).
In letzter Zeit wurde für einige A1 – A4 befeuerte Kraftwerke ein tendenzieller Anstieg der
spezifischen Sorbensverbräuche registriert. Dies spiegelt den Anstieg der Schadstoff-Frachten
im Rohgas durch den vermehrten Einsatz von A3 – A4 Hölzern bzw. eine Zunahme an
Störstoffen in den eingesetzten Brennstoffen wieder.
Das im Einzelfall vorhandene Optimierungspotential muß für den individuellen Fall
herausgearbeitet werden. Insbesondere zur Leistungssteigerung vorhandener
Rauchgasreinigungsanlagen und zur Nachrüstung von Kraftwerken ist die Durchführung von
Versuchen im Full-Scale Maßstab notwendig. Rheinkalk bietet hier über den
Anwendungstechnischen Service ein fundiertes Know-How sowie die technischen
Möglichkeiten zur gezielten Durchführung von Optimierungen, Benchmarking oder
Nachrüstungsmaßnahmen.
____________________
1 M. Sindram, Dr. B. Naffin: Trocken-Ad-/Absorption an Biomassekraftwerken; Vortrag VDI
Wissensforum, Salzburg 01/2002
2 Dr. B. Naffin, M. Sindram: Einsatzbedingungen für hochreaktive Kalkhydrate bei der
Trockensorption; Vortrag VDI Wissensforum, München 09/2001
3 Dr. B. Naffin, M. Sindram: Quecksilberemissionen Verhindern mit Trockensorptionsverfahren
VDI Wissensforum; Düsseldorf, 09/2002
4 Dr. B. Naffin, M. Sindram: Praktische Auswirkungen des Einsatzes von Ersatzbrennstoffen auf
die Rauchgasreinigung; Vortrag VDI Wissensforum, Göppingen 03/2002
5 Dr. D. Walter, M. Sindram: Einsatz hochreaktiver Kalkhydrate zur Schadgasabscheidung in
der Glasindustrie; Vortrag DGG-Fachausschuss VI, 11.10.2005, Würzburg
6 M. Sindram, Dr. B. Naffin: Rauchgasreinigung in der Ziegelindustrie – Additive, Verfahren,
Anlagentechnik; Vortrag Ziegellehrgang, Würzburg 10/2002
7 M. Sindram, Dr. D. Walter: Neue Innovative Kalkprodukte für die Abgasreinigung; Seminar
„Trockene Abgasreinigung für Festbrennstofffeuerung und thermische Prozesse“, Haus der
Technik, Essen, 17. – 18.11. 2005
8 VDI 3927, Blatt 2
9 Schmoch, Romey: Rauchgasreinigungsanalgen für Biomassefeuerungen; BWK 10/2001,
Special Biomasse, S. 10 ff.
10 M. Sindram, Dr. B. Naffin, Dr. D. Walter: „Rauchgasreinigung in Holzbefeuerten Kraftwerken“;
in EuroHeat&Power, 33. Jg. (2004), Heft 7-8, S. 22 ff.
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