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TOC-Entfernung gewinnt in der Energiebranche an Bedeutung

Dampfturbinen in modernen Wärmekraftwerken arbeiten mit zunehmend höheren Druckniveaus, um die Ausbeute weitergehend zu optimieren. Organische Verbindungen, die in den Wasser-/Dampfkreislauf gelangen, brechen aufgrund der Prozessbedingungen (Temperatur, Druck) zu Kohlensäure und Kohlendioxid auf. Dies führt zu einer steigenden Leitfähigkeit des Dampfes und einem Absinken des pH-Werts im Kondensat. Um einen Betrieb ohne erhöhte Dampfleitfähigkeit und Korrosionsprobleme sicherzustellen, ist es notwendig Kesselspeisewasser bereitzustellen, das frei von sowohl anorganischen Salzen als auch organischen Substanzen ist.

Aus den oben genannten Gründen wurden die Grenzwerte für den gesamten organischen Kohlenstoff (Total Organic Carbon, TOC) im Laufe der Jahre kontinuierlich strenger. In der Vergangenheit gab es keine Spezifizierung, es galt lediglich die 10 – 10 – 10 Regel*. Seit 1999 wurden die TOC-Werte auf < 200 ppb in der VGB / EU und < 100 ppb in den USA/Electric Power Research Institute beschränkt. In aktuellen Projekte wird man oftmals mit Grenzwerten von nur noch < 10 ppb TOC konfrontiert.

Ein weiterer wichtiger Aspekt, der berücksichtigt werden muss, ist die Rohwasserquelle. Aus ökologischen Gründen ist es zunehmend notwendig, Oberflächenwasservorkommen wie Stauseen, Seen und Flüsse zu nutzen. Oberflächenwasser enthält immer eine Reihe verschiedenere, natürlicher organischer und niedermolekularer Verbindungen. Während die TOC-Werte im Grundwasser in einem Bereich von 1-5 ppm liegen, erreicht Oberflächenwasser normalerweise Werte von 5 bis 30 ppm TOC.

Eine Umfrage, die im Jahre 1999 vom DOC-Labor (Dr. S. Huber) durchgeführt wurde, bewertete mehr als 100 Kraftwerke (IX basiert) in Europa. Es stellte sich heraus, dass das Kesselspeisewasser bei einer Verwendung von Grundwasser als Rohwasser immer innerhalb der Spezifikationen lag (keine Verschmutzung des Ionenaustauscherharzes). Bei der Verwendung von Oberflächenwasser als Speisewasser arbeiteten nur 60% der Anlagen innerhalb der VGB-Spezifikationen, 10% innerhalb der EPRI-Spezifikationen und 30% wiesen TOC-Niveaus > 200 ppb TOC auf, verbunden mit dem Problem der Verschmutzung des Ionenaustauscherharzes.

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Typische Aufbereitungstechnologien für Oberflächenwasser wie Flockung, kombiniert mit Kies- und Aktivkohle-Filtration, gefolgt von Ionenaustauschern, können den TOC normalerweise auf einen Bereich von 200 – 300 ppb reduzieren. Leider entfernt der Ionenaustausch Polysaccharide, sowie hydrophobe und neutrale Verbindungen in Kombination mit dieser Vorbehandlung nur unzureichend, und eine Verschmutzung des Ionenaustauscherharzes tritt auf, wenn das Harz häufig großen organischen Lasten ausgesetzt wird.

Eine Kombination aus einer Ultrafiltration mit Umkehrosmose ermöglicht eine weitere Verringerung des TOC im Kesselspeisewasser bis auf ca. 100 ppb. Während der POC (partikulärer organischer Kohlenstoff) eher einfach zu entfernen ist, können Teile des DOC (gelöster organischer Kohlenstoff), insbesondere Verbindungen mit geringem Molekulargewicht und geringer oder fehlender Polarität, die RO-Membranen durchdringen.

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Wenn TOC-Werte unterhalb von 100 ppb erforderlich sind, muss eine fortgeschrittene Technologie eingesetzt werden. Eine dieser Technologien ist TOC-UV, eine Behandlung, die ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von ca. 185 nm verwendet. Diese UV-Strahlung bricht nicht nur die C-C-Bindungen auf, sondern erzeugt auch OH-Radikale und andere oxidierende Verbindungen, die beim Aufbrechen organischer Verbindungen in Kohlensäure oder Kohlendioxid helfen. Diese werden anschließend durch einen Mischbett – Ionentauscher entfernt. Spezielle UV-Lampen mit niedrigem oder mittlerem Druck können diese Art von UV-Licht erzeugen.

Ovivo verfügt über ein breites Fachwissen sowohl bei Kraftwerksprojekten als auch bei der Produktion von Reinstwasser für Halbleiteranwendungen und hat daher das benötigte Knowhow, um die wachsenden Herausforderungen bei der Bereitstellung von Reinstwasser für Hochdruckkesselsysteme zu meistern. Gegenwärtig läuft ein Projekt für einen wichtigen europäischen EPC-Auftragnehmer. Eine Kesselspeisewasser-Aufbereitungsanlage mit einer Nettoleistung von 5 x 140 m³/h, die Oberflächenwasser als Quelle nutzt, wird entmineralisiertes Wasser mit <10 ppb TOC produzieren. Hierfür wird eine Kombination aus getauchter Ultrafiltration, Umkehrosmose, TOC-UV und Ionenaustauschern eingesetzt.

*(> 10 MΩ·cm = < 0,1 µS/cm, < 10 ppb SiO2, < 10 ppb Na)

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