In der Schlamm-Entwässerungs- und Verbrennungsanlage der Stadtentwässerung Frankfurt werden in der Rauchgasreinigung 6,8 m hohe Lamellen-Wände, sogenannte Register zur Abtrennung der Aktivkohle eingesetzt. Pro Absorber sind zwei mal zwei Register mit je 178 Lamellen eingebaut.

Jeder Absorber ist mit zwei Aktivkohleschüttungen bestückt. Pro Schüttung ergibt sich ein Füllvolumen von etwa 9 m³ Aktivkohle und damit je Schüttung ein Gewicht für die nasse Aktivkohle von ungefähr 10 t.

Mit dem Ziel Kosten zu senken, beauftragte die Stadt Frankfurt das Industrie-Consulting-Team des SKZ, Würzburg, das Material der Lamellenwände zu überprüfen und Alternativen zu recherchieren. Dazu musste zunächst die bestehenden Wände mit IR-Spektroskopie im akkreditierten Prüflabor untersucht werden. So konnte die Harzkomponente des GFK-Kunststoffes ebenso ermittelt werden wie ein Flammschutzmittel. Für den Textilglas- und Mineralfüllstoffanteil nach DIN EN ISO 1172 wurden der Gehalt an Glasfasern und mineralischen Füllstoffen bestimmt. Der Schichtaufbau der GFK-Lamellen wurde durch Computertomographie untersucht. Die Aufnahmen zeigten einen Rovingkern aus unidirektional ausgerichteten Langglasfasern, ummantelt mit einem Glasfaservlies aus Wirrfasern. Es stellte sich  ebenso heraus, dass die Versiegelung der Oberfläche Glasfasern enthielt.

Nach der detaillierten Materialbestimmung wurde ein Lastenheft für den Lamellenwerkstoff mit dem aktuellen Wissen um die genauen Anforderungen an das Bauteil erstellt. Eine Vor-Ort-Begehung ergab dabei eine anspruchsvolle Kombination an notwendigen Eigenschaften: eine chemische Belastung durch 30%-ige Schwefelsäure, erhöhte Temperaturen  bis 85 °C und dynamischen Belastungen in Form von gleitenden und oszillierenden Bewegungen – letztere bedingt durch den hohen Volumenstrom des Rauchgases von ungefähr 16.000 bis 20.000 Nm3/h.

Für die Neu-Beschaffung der Lamellenwände wurden im aktualisierten Lastenheft die genauen Angaben zu thermischen, chemischen und mechanischen Belastungen als auch zu den Ergebnissen aus der Materialanalyse zugrunde gelegt. Diese Anforderungen führten mittelbar zu einer Standzeiterhöhung der Lamellenwände um den Faktor 3. Das Lastenheft diente außerdem als Basis für eine umfangreiche Materialrecherche um alternative Kunststoffe für die Herstellung der Lamellen zu finden. Ein wichtiges Entscheidungskriterium für die Auswahl des Alternativ-Werkstoffes war neben den Anforderungen aus dem Lastenheft ein wirtschaftliches Herstellungsverfahren. Eine Entscheidungsmatrix half den Forschern, die ausgewählten Materialtypen hinsichtlich ihrer speziellen Eignung zu bewerten. Die Materialtype – Polypropylen Homopolymer (PP-H) – zeigte dabei das beste Eigenschaftsprofil. Als wirtschaftliche Verfahrenstechnik zur Herstellung der Lamellen wurde die Extrusion empfohlen.

 

Autor

Burkhard Nöth
ist Bereichsleiter Service am SKZ – Das Kunststoffzentrum, Würzburg.
b.noeth@skz.de