In Anbetracht der ansteigenden Luftverschmutzung durch industrielle Prozesse ist die Rauchgasreinigung von konventionellen Kraftwerken immer noch ein aktuelles Thema. Die fluktuierende Stromerzeugung durch erneuerbare Energien erfordert eine flexible Betriebsweise der fossilen Kraftwerke, was die Rauchgasreinigung und die Effizienz der emissionsmindernden Komponenten beeinflusst. Da Quecksilber (Hg) als Spurenelement ein Bestandteil von Kohle ist und die Emissionsgrenzwerte immer strenger werden, ist es wichtig, das Verhalten von Quecksilber im Rauchgasweg und den Einfluss von Betriebsänderungen auf die relevanten Reaktionen besser zu verstehen. Die Rauchgasentschwefelungsanlage (REA) ist die wichtigste Senke für Quecksilber im Kraftwerk, da oxidiertes Quecksilber in der Suspension absorbiert werden kann. Unter ungünstigen Bedingungen kann das absorbierte oxidierte Quecksilber jedoch wieder reduziert und in die Gasphase re-emittiert werden. Die komplexe Chemie von Quecksilber erschwert es, sein Verhalten und die Auswirkungen unterschiedlicher Betriebsparameter und Komponenten auf die Reaktionen vorherzusagen, was wesentlich ist um geeignete Maßnahmen zur Quecksilberabscheidung zu finden.
Diese Arbeit wurde an einer Labor-REA mit synthetischer Suspension und Rauchgas durchgeführt, was eine Vielzahl an detaillierten Untersuchungen ermöglicht. Als erstes wurden der Einfluss der Betriebsparameter und verschiedene Zusammensetzungen der Suspension auf die Hg-Partitionierung in der REA getestet. Bei hohen Temperaturen der Suspension stiegen die Hg Re-Emissionen exponentiell an. Obwohl Adsorption eine exotherme Reaktion ist, nahm die Quecksilberkonzentration in Gips bei einer Temperaturerhöhung von 60 °C auf 80 °C zu. Ein höherer pH-Wert führte zu einem Anstieg der Hg-Re-Emission und einer Verbesserung der Schwefeldioxidabscheidung. Wenn jedoch das Hg-Inventar in der Suspension erhöht wurde, konnten auch höhere Re-Emissionswerte beobachtet werden. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Adsorption von Hg auf Gips ein isothermes Adsorptionsverhalten aufweist. Der ambivalente Einfluss der S(IV)-Konzentration auf Hg konnte beobachtet werden, welches entweder eine Reduzierung des oxidierten Hg oder die Bildung von Komplexen hervorrufen kann. Auch Ammoniak (NH3) kann, abhängig von seiner Konzentration, unterschiedliche Effekte auf SO2 und Hg haben. Die Anwesenheit von Halogenen hingegen hat eindeutige Auswirkungen und abhängig davon, welches Halogen vorliegt, kann die Hg Re-Emission signifikant gesenkt werden. Die begrenzte Adsorptionskapazität des Gips’ konnte in verschiedenen Suspensionen beobachtet werden.
Da die Hg Re-Emission und die S(IV)-Konzentration eng miteinander verknüpft sind, kann eine kontinuierliche S(IV)-Messung dabei helfen, Hg Re-Emissionen vorherzusagen. Abhängig vom pH der Suspension kann S(IV) in den Formen Sulfit (SO32-), Schwefelwasserstoff (HSO3-) oder als gelöstes SO2 vorliegen. Durch das Verschieben des pHs in den gewünschten Bereich existiert S(IV) nur als eine der genannten Formen und ermöglicht somit die Messung der gesamten S(IV)-Konzentration. Zwei unterschiedliche Messprinzipien wurden getestet, wovon sich eines selbst in der Anwesenheit von Halogenen als selektiv erwiesen hat. Änderungen der SO2-Konzentration im Rauchgas sollten plötzliche Anstiege von S(IV) simulieren und den Zusammenhang von der S(IV)- Konzentration und dem Verhalten von Hg in verschiedenen Suspensionen zeigen. Dabei war die Rolle von SO32- und HSO3- einerseits als Ligand, andererseits als Reduktionsmittel für Hg-Komplexe bei Abwesenheit von Halogenen eindeutig zu beobachten. Die Ergebnisse ermöglichten tiefere Einblicke in die involvierten Reaktionen in der Suspension.
Als zusätzliche Maßnahme um Hg Re-Emissionen aus der Suspension zu verhindern, wurden Additive, wie zum Beispiel Fällungsmittel und Sorbentien, untersucht. Alle Additive verhinderten Hg-Verluste während der Übergangsphase und die meisten zeigten geringere Re-Emissionen im stationären Zustand, da der Großteil des Hg-Inventars im festen Anteil der Suspension vorlag. Halogene verändern die Partitionierung des Hg’s in der mit Additiven versetzten Suspension noch weiter und beeinflussen auch die ablaufenden Reaktionen. Für Sorbentien, die auf Aktivkohle basieren, konnte gezeigt werden, dass die Porenverteilung eine wichtige Rolle spielt, da sie das Adsorptionsvermögen der Sorbentien bei verschiedenen Medien beeinflusst.