Luftreinhaltung und Energie- & Wasserintegration Flashcards
Luftreinhaltung
Primär und Sekundärmaßnahmen
▪ Primärmaßnahmen
Maßnahmen, mit denen durch eine
Optimierung der Verbrennung – an der
eigentlichen Feuerungsanlage und/oder am
Brennstoff – Emissionen reduziert oder
minimiert werden können
→ Entstehung von Emissionen wird entgegengewirkt
▪ Sekundärmaßnahmen
Maßnahmen, die nach der eigentlichen
Feuerung im Abgasvolumen realisiert
werden (sogenannte „End-of-pipeTechnologien“) um Emissionen zu reduzieren
Primärmaßnahmen im Kraftwerk
Betrachtung der Rohstoffe
▪ Möglichst emissionsarm
▪ Mengenoptimierung
▪ Ggf. Vorbehandlung anpassen
Betrachtung des Prozesses
▪ Emissionsminderung
▪ Optimierung
Beispiel: Emissionsärmere Produktionsverfahren
Kupferherstellung: SO2 Reduktion
- Zugabe von Falschluft (Sauerstoff) beim Verbrennungsprozess um genügend SO2 für die Schwefelsäurebildung zu produzieren
Beispiel: Emissionsärmere Brennstoffe
Meyers-Prozess zur Entschwefelung von Heizöl und Dieselkraftstoffe
- Schwefelgehalt im Rohöl: 0,2-2,9%
- Entschwefelung mit wasserstoffreichem Gas aus Benzinveredelung (H2 + S → H2S)
Beispiel: Reduzierung des Primärenergiebedarfs
Weniger Emissionen durch weniger Brennstoffeinsatz
➢ Energieverluste des Prozesses müssen reduziert werden!
Maßnahmen:
▪ Reduzierung durch Wärmeverluste durch Isolierung (Dämmung)
▪ Wärmebereitstellung durch alternative Energiewandlungsverfahren
▪ Wärmerückgewinnung
Beispiel:
Vorwärmung von Verbrennungsluft oder Kraft-Wärme-Kopplung
Beispiel: Optimierung des Prozesses
NOx-Optimierug:
Rauchgaszirkulation, NOx arme Brenner, Reduzierung der Überschussluft etc.
Wertigkeit von Energie
chemisch gespeicherte Energie -> Mechanische, elektrische Abnehmer -> Thermische Abnehmer (hohes Temperaturniveau) -> Thermische Abnehmer (niedr. Temperaturniveau) -> Abwärme
Pinch-Analyse
▪ Methode zur Optimierung des Energiebedarfs
* Auch im Wassermanagement einsetzbar
▪ Unterteilung der Stoffströme in heiße und kalte Ströme
* Heiße Ströme müssen gekühlt werden (geben Wärme ab)
* Kalte Ströme müssen erwärmt werden (nehmen Wärme auf)
* Zusammenfassung der Ströme zu Summenkurven
* Geringster Abstand zwischen heißer und kalter Summenkurve zeigt den „Pinch“, der die Wärmenutzung limitiert
* Ermittlung der optimalen Anzahl an Wärmetauschern und Temperaturniveaus für den Wärmeübergang
Definition: Pinch
Pinch: Punkt, an dem die Summenkurven die geringste Entfernung zueinander haben (ΔTmin)
**System unter dem Pinch: **
Gibt Wärme ab, Wärmequelle
System über dem Pinch:
Benötigt Wärme, Wärmesenke
Goldene-Regeln der Pinch-Analyse
- Hitze darf nicht über dem Pinch übertragen werden
- Es darf keine externe Kühlung über dem Pinch geben
- Es darf keine externe Wärmezufuhr unter dem Pinch geben
Es gilt:
Wenn die Wärmemenge über Pinch weitergegeben wird, muss diese zusätzliche Wärme über dem Pinch eingebracht und unter dem Pinch abgeführt werden
Pinch-Analyse: Reale Grenzen
▪ Betriebskostenoptimierung durch Pinch-Analyse bedeutet sehr hohe Anzahl an Wärmetauschern
▪ Selbst umfassende Potenziale zur (Ab-)Wärmerückgewinnung oft schwierig:
* Apparativ nicht greifbare Wärmeströme
* Prozesstechnische Nutzung des Wärmestroms sehr aufwendig
(z.B. hohe Staubfracht in Abluft)
▪ Unbestimmbare Betriebsunterbrechungen
▪ Eingeschränkte räumliche Möglichkeiten
Wasserbedarfsanalyse nach
Linnhoff & Smith
▪ Kataster aller (Ab-)Wasserverbraucher und -quellen eines Produktionsbereichs
▪ Prozessmodell mit Mengen- und Qualitätsanforderungen der Verbraucher, Frachtzuwachs je Prozessschritt
▪ Freie Verschaltung von Quellen und Senken
→ ggf. mit einschränkenden Bedingungen
▪ Optimierungsrechnung Mindestwasserbedarf
▪ Optimale Verschaltung
Reale Grenzen der Abwasserintegration
▪ Begrenztes Einsparpotential durch standortabhängige Kosten für Frischwasserentnahme und Wasserentsorgung
▪ Hohes Maß an Integration führt zu sehr komplexen Prozessketten
* Verschiedene Schadstoffe haben unterschiedliche Auswirkungen auf nachfolgende Prozesse (z.B. Salze: Scaling)
* Wasserqualität besteht aus mehreren Parametern
* Wechselwirkungen von Schadstoffen möglich
▪ Monetäre Begrenzung:
* Kosten für Pumpen und (Zwischen-)Sammelbecken
* Kosten für Prozesssteuerung
Zero liquid discharge (ZLD
▪ Ziel: Vermeidung von jeglichen Abwässern und Wiedernutzung des Wassers
* Verschmutzung der Umwelt (vor allem aquatische Ökosysteme)
* Gefährdung der menschlichen Gesundheit
* Strengere Abwasserverordnungen
* Zunehmende Wasserknappheit
▪ Nachteile: hohe Kosten und hoher Energieverbrauch
▪ ZLD Systeme:
* Konventionell thermisch:
▪ Eindampfung
▪ Kristallisator/ Verdunstungsbecken
* Membranbasierte Systeme: (zusätzlich)
▪ Umkehrosmose
▪ Elektrodialyse
▪ Membrandestillation
