Titelaufnahme

Titel
Development of a flue gas scrubber system for sewage sludge incineration with biological scrubbing liquid regeneration / von Andreas Schabauer
VerfasserSchabauer, Andreas
Begutachter / BegutachterinHofbauer, Hermann
Erschienen2014
UmfangIII, 171 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)sewage sludge / incineration / flue gas / scrubber / biological regeneration
Schlagwörter (EN)sewage sludge / incineration / flue gas / scrubber / biological regeneration
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-102388 Persistent Identifier (URN)
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Development of a flue gas scrubber system for sewage sludge incineration with biological scrubbing liquid regeneration [23.1 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Monoverbrennung von Klärschlamm wird zur Zeit nur in einigen wenigen Verbrennungsanlagen mit Kapazitäten von jeweils zumindest 50.000 t/a durchgeführt. Die für die Verbrennung und nachfolgende Rauchgasreinigung verwendete Technologie ist relativ aufwendig und eine wirtschaftlich sinnvolle Übertragung auf kleinere Anlagen ist schwierig. Der Schlamm wird deshalb von kleinen und mittleren Kläranlagen nicht am Ort der Entstehung verbrannt, sondern zu einer der großen Anlagen oder zu einer Müllverbrennungsanlage bzw. einem Kohlekraftwerk zur Mitverbrennung gebracht. Der Transport von Nassschlamm mit einem Wassergehalt von ca. 75 wt% erscheint aber als wenig sinnvoll. Auch die Mitverbrennung ist in Hinsicht auf die Nachhaltigkeit kritisch zu betrachten, da der im Schlamm enthaltene Phosphor als Düngemittel verloren geht. Daher werden einfachere, aber genauso saubere Technologien entwickelt, die den Anteil des direkt auf der Kläranlage verbrannten Schlamms erhöhen sollen. Eine Schlüsselrolle in technischer und ökonomischer Hinsicht nimmt dabei die Rauchgasreinigung ein, die mehr als die Hälfte des apparativen Aufwandes und der Betriebskosten einer konventionellen Anlage beansprucht. In diesem Forschungsprojekt wurde ein Rauchgasreinigungssystem für die gleichzeitige Abscheidung von HCl, SO2 und NO entwickelt. Dafür wird Ablaufwasser einer Kläranlage als Waschflüssigkeit in einem kombinierten Quench/Sprühwäscher-System verwendet. Die verbrauchte Waschflüssigkeit wird zurück in die Kläranlage geleitet, wo sie in den Belebungsbecken wieder aufbereitet wird. Eine Pilotanlage des Rauchgasreinigungssystems wurde bei der Klärschlammverbrennungsanlage Bad Vöslau errichtet. An dieser Anlage wurden Versuche mit verschiedenen Waschflüssigkeit/Gas-Verhältnissen, mehreren Gas- und Flüssigkeitstemperaturen und unterschiedlichen Rezirkulationsraten durchgeführt, um die Eigenschaften des neuen Systems zu untersuchen. Die Rauchgaszusammensetzung wurde gleichzeitig am Ein- und Austritt des Wäschers gemessen. Somit konnte zu jedem Zeitpunkt die Abscheideleistung in jedem Betriebspunkt bestimmt werden. Während dieser Experimente wurden Abscheideleistungen von bis zu 100% bei HCl, 95% bei SO2 und 55% bei NO gemessen. Es stellte sich heraus, dass sich sowohl steigende Waschflüssigkeit/Gas-Verhältnisse als auch die Waschflüssigkeitsrezirkulation positiv auf die Abscheideleistung auswirken. Ein wichtiger Einflussfaktor auf die NO Abscheidung ist der Nitritgehalt der Waschflüssigkeit. NO kann während des Absorptionsvorganges mit salpeteriger Säure bzw. Nitrit zu N2O3 reagieren, das eine viel höhere Löslichkeit in Wasser im Vergleich zu NO hat. Dieser Vorgang macht hohe NO-Abscheideraten ohne vorhergehende Oxidation des NO zu NO2 in der Gasphase möglich. Aufgrund der Erfahrungen aus dem Versuchsbetrieb und mit Hilfe des untersuchten Absorptionsmechanismus kann festgestellt werden, dass das System für die geplante Anwendung und als alleiniges Rauchgasreinigungssystem, nach einer vorhergehenden Staubabscheidung, geeignet ist. Unter Beachtung der Zusammensetzung des jeweiligen Ablaufwassers kann dieses System auch an anderen Standorten auf oder nahe an Kläranlagen verwendet werden.

Zusammenfassung (Englisch)

Mono-combustion of sewage sludge is conducted currently only in few big incineration plants with a capacities of more than 50,000 t/a each. The technology used for the combustion and cleaning of the flue gas is quite complex and an economic downscale is quite difficult. Therefore, small wastewater treatment plants do not burn the sludge on-site but send it to one of the big plants or to a waste incineration plant respectively a coal power plant for co-firing. But the transport of wet sludge, which contains approx. 75 wt% water, is not economic. Especially co-firing is critical from a sustainable point of view, as the fertilizer phosphorous, which is contained in the sludge, is lost in the ash. Therefore, simpler but just as clean technologies should be developed to increase the amount of on-site combusted sludge. A key factor, in technical and economical respect, is the flue gas cleaning system, which represents more than half of the apparatus of a conventional plant and it is also responsible for the biggest amount of operational costs. In the current research project a flue gas scrubbing system for simultaneous removal of HCl, SO2 and NO was developed. Effluent water from a wastewater treatment plant is used as scrubbing liquid in a combined quench/spray scrubber system. Afterwards the scrubbing liquid is sent back to the wastewater treatment plant for regeneration in bioreactors. The scrubber system was installed and tested at the site of the sludge incineration plant Bad Vöslau. Experiments with varying liquid-to-gas ratios, several gas and liquid temperatures and different scrubbing liquid recirculation rates have been carried out to investigate the capabilities of the new scrubber system. As the flue gas composition was measured simultaneously before and after the scrubber system, the removal rates could be determined for each operational state. In these experiments removal efficiencies of up to 100% for HCl, 95% for SO2 and 55% for NO were achieved. It was found that an increased liquid-to-gas ratio and the scrubbing liquid recirculation has a positive effect. A major finding was that the NO removal efficiency depends on the nitrite content of the fresh scrubbing fluid. During the absorption process NO can react with nitrous acid or nitrite and form N2O3, which has a much higher solubility compared to NO. This behavior makes high NO removal rates possible without preliminary oxidation of NO to NO2 in the gas phase. Based on the experiences from the experimental series and the investigated absorption mechanism, it was found that the system is suitable for the intended purpose and can be used as a single flue gas treatment system after a dust removal system. With an eye on the effluent composition of the wastewater treatment plant, this system is appropriate also for other sludge incineration plants located on or near a wastewater treatment plant.