Der Grenzwert für Quecksilberemissionen (Hg) aus kohlebefeuerten Verbrennungsanlagen beträgt in Deutschland seit 2019 im Jahresmittel 10 µg/m³ i.N.. Unter Berücksichtigung der besten verfügbaren Techniken, wurde auf EU-Ebene für steinkohlebefeuerte Verbrennungsanlagen mit installierter Leistung von > 300 MWth (Bestandsanlagen) im Jahr 2017 eine Bandbreite von < 1 - 4 µg/m³ i.N. im Jahresmittel festgelegt, innerhalb der die EU-Länder mit einer Umsetzungsfrist von vier Jahren einen neuen Grenzwert festlegen sollen. In Deutschland wurde 2021 ein vorläufiger Grenzwert im Jahresmittel von 4 µg/m³ für steinkohlebefeuerte Verbrennungsanlagen mit installierter Leistung von > 300 MWth festgelegt, der 2025 weiter auf 3 µg/m³ im Jahresmittel reduziert wurde. Diese Maßgabe stellt eine große Herausforderung für bestehende Rauchgasreinigungsstrecken dar. Unter der Voraussetzung, dass genügend oxidiertes Quecksilber (Hg2+) im Rauchgas vorhanden ist, bergen nasse Rauchgasentschwefelungsanlagen (REA) als zusätzlichen Nutzen ein hohes Hg-Abscheidepotential. Ziel dieser Arbeit ist es zu untersuchen, ob die Hg-Abscheidung der REA durch Additivzugabe weiter verbessert werden kann.
Im ersten Schritt wird am Block 9 des Grosskraftwerks Mannheim (GKM) eine weitreichende Quecksilberanalyse durchgeführt. Dazu werden die Quecksilberspezies an vier Stellen im Rauchgasweg messtechnisch erfasst. Begleitend dazu werden umfangreiche Proben verschiedener Prozessströme auf ihre Quecksilberfracht analysiert. Daraus kann ein Gesamtbild der Quecksilberverteilung, -form und -frachten am Block 9 gewonnen werden, um die erfolgsversprechende Minderungsmaßnahme zu finden. Auf Grund des hohen Quecksilberanteils an wasserlöslichem, oxidiertem Quecksilber im Rauchgas vor der Rauchgasentschwefelung wird dieser Apparat Gegenstand der Untersuchungen zu Minderungspotentialen.
Danach wird reale REA-Suspension des Steinkohlekraftwerkes Block 9 in Vorversuchen mit sieben unterschiedlichen Additiven versetzt. Eine Auswahl an drei Additiven wird anschließend in einer kontinuierlich betriebenen Labor-REA untersucht.
Diese Hg-wirksamen Additive werden in den REA-Sumpf dosiert und fällen oder adsorbieren gelöstes Quecksilber. Somit kann die Hg-Abscheiderate von 24 bis 49 % (ohne Additiv) auf 70 bis 79 % (mit Additiv) erhöht werden.
Im zweiten Schritt folgt die Bestätigung der Laborergebnisse in großtechnischen Versuchen am Steinkohlekraftwerk Block 9 des GKM. Dazu wird Herdofenkoks (HOK) und in einem weiteren Versuch Herdofenkoks mit einem sulfidischen Fällungsmittel in den REA-Sumpf gegeben. Als zusätzliches Adsorbens wird Aktivkohle (AK) zusammen mit Herdofenkoks in einem dritten Versuch erprobt.
Als bestimmender Faktor der Hg-Emission kann aus den großtechnischen Versuchen am Block 9 das Hg-Inventar in der REA-Suspension identifiziert werden. Wird die Hg-Konzentration im Filtrat auf < 100 µg/l und im Feststoff < 0,6 mg/kg gesenkt, verbessert sich die Hg-Absorption der REA-Suspension. Wird gleichzeitig ein Überschuss an Chloriden, oder Halogeniden im Allgemeinen, im REA-Absorber angeboten, so führt die Hg-Komplexierung zur Stabilisierung und Re-Emissionen können vermieden werden. Durch Anwendung beider Maßnahmen und Additiv-/ Adsorbenskombinationen können die Hg-Emissionen dauerhaft auf unter 2 µg/m³ i.N. gesenkt werden; die Hg-Emission liegt dabei in einer Spanne von 1,43 ± 0,34 µg/m³ i.N.tr. korrO2 mit einem Additiv bzw. Adsorbens bis hin zu minimal 0,77 ± 0,22 µg/m³ i.N.tr. korrO2 mit einer Kombination aus zwei Adsorbenzien im nicht-validierten Zustand gesenkt werden. Es ist zu beachten, dass gemäß der 13. BImSchV ein Abzug der Standardabweichung des Messverfahrens als Validierung erfolgt. Während des Versuchszeitraums beträgt die Validierung 0,5 µg/m³ i.N., was die ermittelte Hg-Emission zusätzlich reduziert.
Bislang fehlen noch Langzeiterfahrungen bei der Fahrweise der REA mit dem untersuchten Additiv-/ Adsorbenskombinationen. Dennoch wird am GKM eine Umsetzung des vorgeschlagenen Verfahrens einer Adsorbenzdosierung erfolgen. Dieses Verfahren wird mit einer Investition von 350.000 € und jährlichen Betriebskosten von 250.000 € in der Lage sein, wirtschaftlich Hg-Emissionen zu senken.