Berechnung der Schornsteinhöhe am Beispiel eines Braunkohlenkraftwerkes mit Festlegung des Beurteilungsgebietes

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1 Anhang III Seite 1 von 8 Schornsteinhöhenbestimmung nach der TA Luft Berechnung der Schornsteinhöhe am Beispiel eines Braunkohlenkraftwerkes mit Festlegung des Beurteilungsgebietes Beispiel: Wesentliche Änderung eines 500 MW Braunkohlenkraftwerks durch Einbau einer neuen Rauchgasentschwefelungsanlage Daten: - thermische Feuerungswärmeleistung (FWL): 500 MW - unterer Heizwert Hu : 18 MJ / kg Braunkohle - spezifische Abgasmenge für Braunkohle: 5 m³ / kg Braunkohle - Sauerstoffbezugswert: 6 % - Innendurchmesser Kamin an Mündung (d) 3 m - Abgastemperatur ( t ) 70 C - Schornsteinhöhe des bestehenden Kraftwerkes: 100 m Einzuhaltende Grenzwerte nach GD 541/2003 (Anhänge III, VI, VII B + Art. 19 Abs. 2): Stundenmittelwerte Tagesmittelwerte 95% aller Staub: 30 mg/m³ (Anhang VII B.) 60 mg/m³ SO2 : 200 mg /m³ (Anhang III B.) 400 mg/m³ NOx, als NO2: 200 mg/m³ (Anhang VI B.) 400 mg/m³ Berechnung der Schornsteinhöhe nach dem Nomogramm der Technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft): 1. Schritt: Berechnung der Abgasmenge (R in m³/h, nach Abzug des Feuchtegehaltes an Wasserdampf im Normzustand)

2 Anhang III Seite 2 von 8 - max. Brennstoffeinsatz: 500 MW / 18 MWs/kg = 27,8 kg/s = 100 t/h - Abgasmenge (bei 0 % Sauerstoffgehalt): 5 m³ /kg x kg/h = m³/h - Abgasmenge (bei 6 % Sauerstoffgehalt): m³/h x 21/(21-6) = m³/h 2. Schritt: Berechnung des Emissionsmassenstroms (Q in kg/h) - Staub: R= m³/h x 60 mg/m³ = 42 kg/h - SO2: R= m³/h x 400 mg/m³ = 280 kg/h - NO2 : R= m³/h x 400 mg/m³ (NOx) x 0,64* = 180 kg/h * Der Umrechnungsfaktor von NOx in NO2 = 0,64 berechnet sich wie folgt: - Grundlage: Bei Feuerungen beträgt der Anteil von NO 2 an den NO x Emissionen im Abgas ca. 10%, der Rest (90%) entsteht als NO; ca. 60% des entstandenen NO wird im Abgasweg zu NO 2 oxidiert. - NO 2 -Anteil im Abgas direkt nach der Feuerung aus dem Grenzwert von C NOx = 400 mg/m³, berechnet als NO 2, errechnet sich der NO 2 -Anteil im Abgas direkt nach der Feuerung zu: C NO2, Feuerung = 400 mg/m 3 x 0,1 = 40 mg/m³ - NO 2 Anteil durch Oxidation von NO zu NO 2 im Abgasweg C NO2, durch NO-Oxidation = (400 mg/m³ - 40 mg/m³) * 0,6 = 216 mg/m³ - Ermittlung des Umrechnungsfaktors f von NOx in NO2

3 Anhang III Seite 3 von 8 C NO2, gesamt = 40 mg/m³ mg/m³ = 256 mg/m³ f = 256 mg/m 3 / 400 mg/m³ = 0,64 3. Schritt: Berechnung des Q/S-Verhältnisses S ist ein schadstoffspezifischer Faktor für die Schornsteinhöhenbestimmung. S-Faktoren, nach Anhang 7 der TA Luft: - Staub: 0,08 - SOX : 0,14 - NO2 : 0,1 - HCl : 0,1 - HF : 0, CO : 7,5 Q/S Staub : 42 kg/h / 0,08 = 525 kg/h Q/S SO2 : 280 kg/h / 0,14 = 2000 kg/h Q/S NO2 : 180 kg/h / 0,1 = 1800 kg/h Maßgeblich ist der höchste Quotient Q/S, hier also für SO2 = 2000 kg/h 4. Schritt: Ablesen der Schornsteinhöhe aus dem Nomogramm benötigte Daten: - Schornsteindurchmesser: d = 3 m - Abgastemperatur: t = 70 C - Abgasvolumen, trocken, norm: R = mn 3 / h - Q/S-Verhältnis SO2 : = 2000 kg/h Aus dem nachfolgend Abgebildeten Nomogramm zur TA Luft ergibt sich daraus eine Schornsteinhöhe H ' von ca. 55 m.

4 Anhang III Seite 4 von 8 Hinweis: Im Nomogramm ist die Ausbreitung von Abgasen graphisch umgesetzt. Nomogramm zur Ermittlung der Schornsteinhöhe ca. 55 m 1 5. Schritt: Berücksichtigung der Bebauung / des Bewuchses

5 Anhang III Seite 5 von 8 In den Fällen, in denen die geschlossene, vorhandene oder nach einem Bebauungsplan zulässige Bebauung oder der geschlossene Bewuchs mehr als 5 vom Hundert der Fläche des Beurteilungsgebietes beträgt, muss die Schornsteinhöhe H' um den Zusatzbetrag J erhöht werden. Der Wert J in m ist aus dem nachfolgenden Diagramm zu ermitteln. Im Diagramm bedeuten: H in m: Schornsteinbauhöhe (H = H' + J); Mittlere Höhe der geschlossenen vorhandenen oder nach einem Bebauungsplan zulässigen Bebauung oder des geschlossenen Bewuchses über der Flur. Diagramm zur Ermittlung des Wertes J Bei einem angenommenen Bewuchs mit Wald kann vereinfachend eine Bewuchshöhe von ca m angesetzt werden. Daraus ergibt sich für eine

6 Anhang III Seite 6 von 8 mittlere Bewuchshöhe von 30 m die erforderliche Kaminhöhe zu: H = J + H ' = 55 m + 30 m = 85 m d.h. der Kamin wäre ausreichend hoch, falls nicht wie im Schritt 6 noch zusätzlich die Geländeform zu berücksichtigen wäre. 6. Schritt: Berücksichtigung der Geländeform Bei der Bestimmung der Schornsteinhöhe ist außerdem eine unebene Geländeform zu berücksichtigen, wenn die Anlage in einem Tal liegt oder die Ausbreitung der Emissionen durch Geländeerhebungen gestört wird. In Deutschland wird dazu die Richtlinie des Vereines der Deutschen Ingenieure (VDI) 3781 Blatt 2 herangezogen. Ggf. ist dann die Schornsteinhöhe durch einen Korrekturfaktor zu erhöhen. Prinzipielle Vorgehensweise nach VDI 3781 Blatt 2: Für alle in Tälern oder tiefer gelegenen Standorten muss geprüft werden, ob die freie Abströmung der Luft und damit auch der Abgase aus dem Tal gewährleistet ist. Dabei wird berücksichtigt, dass sich bei einer Anströmung quer zum Talverlauf innerhalb des Tales ein Leewirbel ausbildet, der die Schornsteinabgase herabdrückt. Dies kann zu einer Schadstoffanreicherung innerhalb des Tales führen. Der Bereich im Lee des Strömungshindernisses bzw. der Taloberkante, dort wo sich der Leewirbel ausbildet, wird mit Kavitätszone bezeichnet. Dies Zone lässt sich durch eine von der Taloberkante ausgehenden Linie mit 15 Neigung gegen die Horizontale abgrenzen. Da nachfolgende Bild zeigt die Konstruktion dieser 15 -Linie, die für beide Talseiten festgelegt wird. Es ist zu prüfen, ob die Schornsteinbauhöhe diese Linie durchbricht, d.h. ob die Bedingung der freien Abströmung erfüllt ist. Sollte die Bedingung der freien Abströmung für Emittenten, deren Schornsteinhöhe nicht erfüllt sein, ist eine Anreicherung der Immissionen zu befürchten. Dazu ist der Schornstein derart zu erhöhen, dass die Schornsteinmündung oberhalb der Kavitätszone liegt.

7 Anhang III Seite 7 von 8 In der VDI 3781 Blatt 2 sind die detaillierte Rechenvorschriften zur Ermittlung des Korrekturfaktors angegeben, auf dessen Wiedergabe hier verzichtet wird. Beurteilungsgebiet für die Immissionsbetrachtung im Einwirkbereich des Kraftwerks Nach der TA Luft ist das Beurteilungsgebiet für die Beurteilung der vom Kraftwerk verursachten Immissionen die Fläche, die sich vollständig innerhalb eines Kreises um den Kamin befindet, - der dem 50-fachen der tatsächlichen Schornsteinhöhe entspricht und - in der die Zusatzbelastung mehr als 3,0 % des Langzeitimmissionskonzentrationswertes entspricht. Hier ist die tatsächliche Schornsteinhöhe des bestehenden Kraftwerkes von 100 m zu berücksichtigen: Beurteilungsgebiet: 50 x 100 m = 5 km Beurteilungsgebiet

8 Anhang III Seite 8 von 8 Prüfung der Immissionssituation: Mittels Ausbreitungsrechnung ist zu überprüfen, ob außerhalb des Beurteilungsgebietes z.b. die Immissionszusatzbelastung für Staub bzw. NO 2 je< 1,2 µg/m³ und für SO2 < 1,5 µg/m³ liegt. EU-Immissionsjahreswerte: - Staub (PM-10): 40 µg/m³ - SO2 : 50 µg/m³- NO2 : 40 µg/m³