Nachrüstung von SCR-Technik bei Bestandsanlagen

Bisher wurden neue Grenzwerte in der TA-Luft nach einer Übergangszeit auch auf Bestandsanlagen übertragen; das sehen auch die europäische MCPD sowie die neue BImSchV vor. Bedenken wurden geäußert, dass allein schon aus Platzgründen ein Nachrüsten von SCR-Katalysatoren nicht möglich sei. Bei den in Deutschland installierten BHKW in der Leistungsgröße über 1 MW Feuerungswärmeleistung handelt es sich um individuell nach den jeweiligen Kundenwünschen aufgebaute Kraftwerken, so dass es für die Nachrüstung keine Standardlösungen gibt. Hier ist nun die Ingenieurskunst der Planer gefordert. Die jeweiligen örtlichen Gegebenheiten und Randbedingungen sind zu analysieren und entsprechend passende Systeme auszulegen. In den aller meisten Fällen sollte dies machbar sein.

Caterpillar Energy Solutions hat in einer Kläranlage ein SCR-System an einer Bestandsanlage mit einer elektrischen Leistung von 1 MW(el) nachgerüstet. Hierbei lautete die Aufgabenstellung, dass die Reduzierung der Abgasemissionen keine negative Beeinflussung der sonstigen Eigenschaften der BHKW-Anlage, vor allem in Bezug auf die Schallemission, mit sich bringen darf. Das BHKW ist in einem Container mit beengten Platzverhältnissen aufgebaut. Um Platz zu schaffen, wurde die Schalldämpferkombination bestehend aus einem Reflexions- und einem Absorptionsteil vom Containerdach entfernt. Zwar hat der SCR-Katalysator auch eine schalldämmende Wirkung bei höheren Frequenzen, kann aber die Wirkung der entfernten Schalldämpferkombination alleine nicht ausgleichen. Daher wurde ein neuer Reflexionsdämpfer unter Ausnutzung des freien Bauraums auf dem Containerdach derart ausgelegt, dass die ursprüngliche Schallreduzierung auch weiterhin erreicht wird. zeigt den Vergleich der Schallwerte vor und nach dem Umbau. Die Schallspektren sind im Rahmen der Messgenauigkeit identisch.

Der SCR-Katalysator erreicht ebenfalls die geplanten Abgas-Emissionswerte. Die Harnstoffmenge wurde so eingeregelt, dass 100 mg/Nm³ an Stickoxiden unterschritten werden. Dann stellten sich die CO-Werte zu 100 mg/Nm³ und Formaldehyd zu 20 mg/Nm³ ein, was eine Reduzierung der NO_x-Emissionen um 80 % bedeutet. Das komplette System ist bereits mehrere tausend Stunden im Einsatz bei nahezu unveränderten Emissionen. Beobachtet werden muss, wie sich die Siloxanbelastung des Klärgases auf die Alterung des SCR-Katalysators auswirkt. Zwar wird durch den Einsatz einer Aktivkohle die Siloxanbelastung reduziert, sehr geringe Mengen sind jedoch noch im Brenngas vorhanden.

Reduktion von Formaldehyd und Kohlenmonoxid mit Oxidationskatalysator

Formaldehyd ist eine weitere Emission, bei deren Verringerung der Einsatz der Entwicklungsingenieure sehr erfolgreich war. Gemäß EU-Richtlinie CLP (EU-Verordnung Nr. 1272/2008) wird Formaldehyd als krebserzeugend eingestuft, woraufhin auf Empfehlung der LAI (Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft für Immissionsschutz) die Grenzwerte für Formaldehyd ab dem Jahr 2016 gesenkt wurden. Diese wurden entsprechend in der neuen BImSchV übernommen.

Formaldehyd entsteht bei der Verbrennung von Methan als Zwischenprodukt. In den Schadräumen des Motorverbrennungsraums kann die weitere Verbrennung von Formaldehyd vor allem aufgrund niedrigerer Wandtemperaturen angehalten werden. Durch konstruktive Maßnahmen bei der Brennraumgestaltung konnten die Schadräume deutlich verringert werden, wodurch wiederum weniger Formaldehyd anfällt. Gleichzeitig wurden Oxidationskatalysatoren im Hinblick auf ihre Formaldehyd-Konvertierungsrate und der Standzeit weiterentwickelt. Das Gesamtsystem, Motor und Katalysator, ist so optimiert, dass die geplanten 20 mg/Nm³ an Formaldehyd im Betrieb sicher einzuhalten sind. In Kombination mit der SCR-Technik stabilisieren sich diese niedrigen Emissionen noch weiter. Somit sind auch hier die zukünftigen Emissionslimits problemlos einzuhalten.

Basis der Auslegung von Oxidationskatalysatoren ist die notwendige Reduktion von Formaldehyd; sie bestimmt die Größe und Beschichtung des Katalysators. Daraus ergibt sich dann auch die Höhe der Reduktion von Kohlenmonoxid, die während der üblichen Katalysatorlaufzeit von zwei Jahren Dauerbetrieb nahezu konstant bleibt und CO-Werte bis 100 mg/Nm³ ermöglicht.

Wenn Oxidationskatalysatoren den SCR-Katalysatoren nachgeschaltet werden, besteht ihre weitere Aufgabe darin, durchgebrochenes Ammoniak zu NO_x und Wasser zu oxidieren. Hierbei muss darauf geachtet werden, dass die Mengen an Ammoniak so gering wie möglich gehalten werden, damit sich die NO_x-Emission nicht wieder vergrößert. Die Praxis hat gezeigt, dass durch richtige Dimensionierung des SCR-Katalysators und der eingedüsten Harnstoffmenge die durchgebrochene Ammoniakmenge gering ist. Der angekündigte Grenzwert von 30 mg/Nm³ ist sicher einzuhalten.