Datenbasis und Prämissen für den Vergleich der Methoden

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1 Datenbasis und Prämissen für den Vergleich der Methoden Autoren und Co-Autoren: Dr.-Ing. Hans-Joachim Gehrmann, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Karlsruhe; Prof. Dr.-Ing. Thomas Kolb, Karlsruher Institut für Technologie (KIT); Karlsruhe M.Sc. Sasa Malek, Martin GmbH, München; Dipl.-Ing. Martin Pohl, TU Dresden, Prof. Dr.-Ing. Michael Beckmann, TU Dresden Name: H.-J. Gehrmann et.al. VDI-Expertenforum Werkzeuge zur Bewertung von Abfallbehandlungsmethoden

2 Hierarchie der Bewertungsmethoden

3 Definition der Systemgrenzen Zeitlich: Kurze-Zeit (Minuten): z.b. zur Prozessoptimierung Halbstundenmittelwerte: z.b. für Emissionen Jahresmittelwerte: z.b. für Umwelterklärungen 20 Jahre: z.b. als Abschreibungsfrist Räumlich: Rolltor: Netzklemme: Wärmezähler: Kamin: Erweiterungen: für Anlieferung von Abfall und Abtransport von Reststoffen Stromabgabe ins Netz Fernwärmeabgabe gasseitige Emission je nach angewandter Methodik, z.b. Berücksichtigung des Ressourcenverbrauchs bei der Herstellung von Gütern (LCA)

4 Vorgehensweise / Randbedingungen (I) Kriterien: Auswahl der Anlagen für den Methodenvergleich Komplexe Anlage mit Nasswäsche, überwiegend Wärmebereitstellung (Variante 1) Einfache Anlage mit trockener Rauchgasreinigung, stromgeführt (Variante 2)

5 Vorgehensweise / Randbedingungen (II) Verfügbare Daten zu den Anlagen recherchiert (Internet, ), Daten aus 2012 Elementarzusammensetzung (E A ) nach VDI-RL 3460, Bl. 2 gewählt Berechnung der spezifischen CO 2 - Emissionen Anpassung des Aschegehalts der E A an Aschemengen der Anlagen Anpassung des Wassergehalts der E A an Heizwert des Abfalls Bei Var.1: Anpassung Cl- und S-Gehalt anhand der Stoffbilanz Ermittlung der Jahresbetriebsstunden über Gesamtdurchsatz Müll p.a. und maximaler Durchsatz (Annahme: Anlage läuft immer bei Volllast) Zusatzbrennstoffe zum Anfahren etc. werden in der Verbrennungsrechnung nicht berücksichtigt

6 Vorgehensweise / Randbedingungen (III) Aufstellen Massen-, Stoff- Energiebilanz Auflösen der Energiebilanz nach dem Heizwert Primärluft-/ Sekundärluftanteil: 2/3 zu 1/3 Primärluftvorwärmung: 105 C Abgastemperatur Kamin: 150 C Wärmetechnische Verluste: 3 % TC in der Rostasche: 3 Ma.-% Var.2: Speisewasserenthalpie bei Kondensationsdruck (200 mbar) Var.1: Speisewasserenthalpie bei Gegendruck der Turbine (5 bar) Elektrischer Eigenbedarf wird durch selbst produzierten Strom gedeckt Anlage Var.1: Angaben zur Dampfmenge mit 110,8 Mg/h zu hoch; Anpassung der Dampfmenge durch Vorgabe des Kesselwirkungsgrades mit 90 %

7 Vorgehensweise / Randbedingungen (IV) Instandhaltungssatz (Ersatzinvestitionen, Revisionen) 0,03% Energiekostensatz 0,5 /Mg Abfall Betriebsmittelkostensatz 10 /Mg Abfall Entsorgungspreis 100 /Mg Abfall Stromabgabepreis /GWh Fernwärmeabgabepreis /GWh Preis für Alteisen 175 /Mg Preis für recyceltes Aluminium 161,5 /Mg Preis von recyceltem Kupfer 1750 /Mg Strombezugspreis 0,2175 /kwh Wärmebezugspreis 0,5172 /kwh

8 Variante 2 - stromgeführt Jahresdurchsatz Abfall: Mg Maximaler Durchsatz insgesamt: 33 Mg/h Jahresbetriebsstunden: Turbine - Generator Wasser, Kalkmilch NH 3 Dampferzeuger Sprühabsorber Gewebefilter SCR Rückstände Abfall HOK Reingas Rost Asche Aktivkoksfilter Kamin

9 Angaben in kg/h Massenbilanz Variante 2 Massenbilanz um die Gesamtanlage Lauta Bilanzgrenze des Gesamtverfahrens (GV) Angaben in kg/h 1 Ammoniak 36 M 2 Wasser Harnstoff 107 M 3 Kalkstein 695 M Abgasreinigung 4 Prozesswasser B 5 Erdgas (AGR) 6 Herdofenkoks (HOK) 17 B Abgas B 7 leer Reststoffe AGR B 8 Speisewasser M 9 Primärluft, feucht B Sekundärluft, feucht B 10 Abfall M 11 Heizöl 89 B Thermisches Hauptverfahren (THV) Vol.-% tr. Emission O 2 : 8,81 CO 2 : 10,30 leer 14 Dampf M Reststoffe THV M Summe B Summe B nach VDI 3460, Blatt 2 Eintritt M: Messwerte B: berechnete VDI-Richtlinienausschuss Werte 3925 Austritt

10 Betriebsstunden Angaben in kw M 1 Ammoniak 1 B 2 Wasser Ammoniak 3 B 3 Kalkstein 5 B 4 Prozesswasser 144 B Energiebilanz Variante 2 Energiebilanz (EB) um die Gesamtanlage Lauta Bilanzgrenze des Gesamtverfahrens (GV) Hauptverfahren Abgasreinigung Energieströme zur Verfügung stehende Dampfenthalpie Angaben in kw Stromerzeugung (brutto) Erdgas 0 Abgas B 6 Herdofenkoks HOK 0 B Rauchgastemperatur [ C] elektrische Energie (Eigenbedarf) B Reststoffe AGR B kw Stromabgabe netto Heißwasserwärmeabgabe Eigenbedarf an Strom Kondensationsverluste (aus Differenz) Speisewasserenthalpie B wärmetechnische Verluste B Dampfenthalpie [kj/kg] bei 250 Thermisches Verluste % von Gesamtenthalpie 3,0 bei Druck [mbar] 200 B Bilanzwert und Temperatur [ C]: 60 B Dampf B 9 Primärluft bei 105 C B Dampfenthalpie [kj/kg] bei Sekundärluft bei 25 C 481 B (THV) Druck [bar]: 40 M 10 Abfall B Temperatur [ C]: 400 M 11 Heizöl EL 1040 B Reststoffe THV B 3 Summe B Summe B nach VDI 3460, Blatt 2 M: Messwerte / Daten B: berechnete / geschätzte Werte Eintritt Austritt Abfallheizwert Angabe Betreiber kj/kg Abfallheizwert aus EB berechnet kj/kg

11 Variante 1 - wärmegeführt Jahresdurchsatz Abfall: Mg Maximaler Durchsatz insgesamt: 28 Mg/h Jahresbetriebsstunden: Fernwärme-Turbine - Generator NH 3 Prozesswasser Dampferzeuger E-Filter SCR Wäscher Reingas Abfall Rost Asche Rückstände Fluss Abwasserreinigung Gewebefilter Kamin

12 Datenvergleich (1) - Energie Lauta trocken, stromgeführt Basel nass, wärmegeführt

13 Datenvergleich (2) - Kosten Lauta trocken, stromgeführt Basel nass, wärmegeführt Investition [Mio ] Fixkosten (Versicherungen, Personal, Gebäude, Anlage ) [Mio ] p.a.

14 Massen [Mg p.a.] VDI-Gesellschaft Datenvergleich (3) Massen p.a Lauta trocken, stromgeführt Basel nass, wärmegeführt Kalk HOK/TMT15 Heizöl Ammoniak (25%)

15 Massen [Mg p.a.] VDI-Gesellschaft Datenvergleich (4) - Massen p.a Lauta trocken, stromgeführt Basel nass, wärmegeführt Abfall Reststoffe Prozesswasser

16 Datenvergleich (5)- Emissionen Lauta trocken, stromgeführt Basel nass, wärmegeführt NOx [g/mg] Dioxine [ng/mg] 5 0 Grenzwerte werden alle eingehalten!

17 g/mg Abfall VDI-Gesellschaft Datenvergleich (6) - Rostasche Lauta trocken, stromgeführt Basel nass, wärmegeführt As VDI-Richtlinienausschuss EOX 3925 Cd Hg

18 g/mg Abfall VDI-Gesellschaft Datenvergleich (7) - Rostasche Lauta trocken, stromgeführt Basel nass, wärmegeführt Cu Pb VDI-Richtlinienausschuss Zn Cr 3925 ges Ni Chlorid

19 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!