Vortrag 9. Vergleich verschiedener Verfahrenstechniken zur Abfallentsorgung

Transkript

1 Vortrag 9 Vergleich verschiedener Verfahrenstechniken zur Abfallentsorgung Verfasser: IBE Dr. Born - GmbH Ingenieurbüro für Verfahrenstechnik Finienweg Achim Telefon: / Telefax: / ibe@born-ermel.de Internet: E:\CETH-PPT\ - \Praesentation\9\9.deu.doc Seite I

2 Inhaltsverzeichnis Seite 1. Ausgangssituation Anlagenbeschreibungen Thermische Behandlung (Rostfeuerung) Mechanisch-Biologische-Behandlung Mechanisch-Thermische-Behandlung Massen- und Energiebilanzen Investitionen und Jahreskosten Zusammenfassung E:\CETH-PPT\ - \Praesentation\9\9.deu.doc Seite II

3 1 Ausgangssituation Zur Abfallentsorgung stehen die folgenden wesentlichen Behandlungsverfahren zur Verfügung Thermische Behandlung Mechanisch-Biologische-Behandlung Mechanisch-Thermische Behandlung Die thermische Behandlung der Restabfälle erfolgt vorrangig in Müllverbrennungsanlagen (MVA). Zielsetzung ist eine weitestgehende Inertisierung der Abfälle, Abscheidung der Schadstoffe sowie die Energieerzeugung. Als Verbrennungsaggregate werden Rostfeuerungen, Wirbelschichtfeuerungen, Pendelrohröfen und für Sonderabfälle Drehrohröfen eingesetzt. Die Mechanisch-Biologische-Behandlung (MBA) ist eine Technologie zur Vorbehandlung der Restabfälle. Heizwertreiche Fraktionen werden für eine thermische Behandlung/Verwertung und Metalle für eine stoffliche Verwertung abgetrennt. Die Restfraktion wird entsprechend den Anforderungen deponiert. Die Mechanisch-Thermische-Behandlung (MTA) ist eine Technologie zur Vorbehandlung der Restabfälle. Nach einer Trocknung (biologisch/thermisch) werden ein Stabilat für eine thermische Behandlung/Verwertung und Metalle sowie Inertstoffe für eine stoffliche Verwertung hergestellt. 2 Anlagenbeschreibungen 2.1 Thermische Behandlung (Rostfeuerung) Der Verfahrensaufbau der Rostfeuerung ist in dem Anlagenschema (Abb. 1) dargestellt. Der durch die Müllfahrzeuge gesammelte Restabfall wird im Müllbunker zwischengelagert und mittels Müll-Krananlagen dem Aufgabeschacht zugeführt. Über den Dosierstößel erfolgt die Beschickung des Verbrennungsrostes. Die Feuerungsanlage besteht aus einem wassergekühltem Verbrennungsrost, dem Feuerraum mit Nachbrennkammer, der Luftzuführung und dem Rostdurchfall- und Schlackeaustrag. Der Müll wird auf das Verbrennungsrost aufgegeben und durch die Stützfeuerung gezündet. Die E:\CETH-PPT\ - \Praesentation\9\9.deu.doc Seite 3

4 Verbrennungsluft wird aus dem Müllbunker zur Vermeidung von Geruchsbelästigungen abgesogen und dem Rost durch ein Primärluftgebläse zugeführt. Ein zusätzlicher Sekundärluftstrom stellt den weitgehenden Ausbrand im Feuerraum und in der Nachbrennkammer sicher. Durch die Geometrie des Feuerraumesraumes und der Nachbrennkammer wird eine Verweilzeit von mindestens 2 Sekunden bei mindestens 850 C sichergestellt. Die Regelung aller feuer- und kesselseitigen Parameter erfolgt über eine Feuerleistungsregelung. Vom Verbrennungsrost gelangt die ausgebrannte Schlacke und der Rostdurchfall über den Entschlacker zum Schlackebunker. Die in der Verbrennung frei werdende Energie wird im Dampfkessel zur Erzeugung von Dampf verwendet. Als Dampfkessel kommt ein Naturumlaufkessel mit Economizer, Verdampfer, Kesseltrommel und Überhitzer zum Einsatz. Die Dampfparameter am Frischdampfaustritt des Kessels betragen ca. 400 C bei 40 bar Druck. Im Dampfkessel abgeschiedene Kesselasche wird zum Rückstandssilo gefördert. Zur Entstickung der Rauchgase wird das SNCR-Verfahren (selective noncatalytic reduction) eingesetzt. Die msetzung der Stickoxide erfolgt mittels Eindüsung von Ammoniakwasser im Feuerraum bei Temperaturen von 850 bis C. Für die Abscheidung der Schadstoffe HCl, SO 2, SO 3, HF und zur Adsorption von Dioxinen und Furanen sowie von Quecksilber wird ein Adsorbensgemisch eingesetzt. Im Wirbelschichtreaktor erfolgt eine Fluidisierung sowohl des in den Reaktor eingebrachten Additivs und der Flugasche wie auch der rezirkulierten Reaktionsprodukte derart, dass sich ein Wirbelbett ausbildet. Als Folge des mit der hohen Relativgeschwindigkeit zwischen Gas- und Feststoffphase optimierten Wärme- und Stoffaustausches kommt es zu der Abscheidung der sauren Schadgase HCl, SO 2, SO 3 und HF mit dem eingebrachten Absorbens Ca(OH) 2. Zur Adsorption von Dioxinen und Furanen sowie Schwermetallen enthält das Adsorbensgemisch einen ca. 3-5 Gew. %-igen Anteil Herdofenkoks. Zur Optimierung des Reaktionsprozesses wird Betriebswasser in den Wirbelschichtreaktor eingedüst. Die Abscheidung der Reaktionsprodukte erfolgt im nachgeschalteten Gewebefilter. Die Rückstände werden dem Rückstandssilo zugeführt. Zur Aufrechterhaltung des nterdruckes im System und Ableitung der Rauchgase über den Kamin ist ein Saugzuggebläse nach dem Gewebefilter angeordnet E:\CETH-PPT\ - \Praesentation\9\9.deu.doc Seite 4

5 Von der Kesselanlage wird der Dampf zur Stromerzeugung der Turbinen-/Generatoranlage (Kondensationsturbine) zugeführt. Optional kann beim Einsatz einer Gegendruckturbine eine zusätzliche Wärmeabgabe erfolgen. Das Kondensat wird im Speisewasserbehälter gesammelt und mittels Speisewasserpumpen in den Dampfkessel gefördert. Das Rückstandssilo dient der Lagerung von Kesselasche und Reaktionsprodukten aus der Rauchgasreinigung. Die Rückstände werden mittels einer Beladeeinrichtung in Silo-LkW staubfrei verladen und der Verwertung im ntertageverbau zugeführt. Für die Bedienung und Beobachtung sowie der Überwachung der MVA wird in der zentralen Schaltwarte ein Prozessleitsystem installiert, mit dem das Bedienpersonal über Bildschirmbedienplätze auf den Prozess der Anlage einwirken kann sowie alle für den sicheren Anlagenprozess erforderliche Informationen erhält. Zur visuellen nterstützung der Bedienung und Beobachtung werden zusätzlich zu den Bildschirmbedienplätzen Großbildprojektionswände in der zentralen Schaltwarte installiert. Die zentrale Schaltwarte ist ständig mit dem erforderlichen Bedienpersonal besetzt. Für die Überwachung der mit den Rauchgasen abgegebenen Emissionen werden Messeinrichtungen gemäß den Anforderung der 17. BImSchV vorgesehen. 2.2 Mechanisch-Biologische-Behandlung Der Verfahrensaufbau der Mechanisch-Biologischen-Behandlung ist exemplarisch im Verfahrensschema MBA-Verfahren (Abb. 2) dargestellt. Der durch Müllfahrzeuge gesammelte Restabfall wird in einem Flachbunker zwischengelagert und mittels Radlader und Bagger mit Polygreifer der Zerkleinerung zugeführt. Für die Zerkleinerung von Restabfällen haben sich Schneckenmühlen bewährt. Der zerkleinerte Müll wird anschließend der Siebung zugeführt. Der Siebüberlauf wird als heizwertreiche Fraktion ausgeschleust, der Siebdurchgang gelangt in die Biologische Behandlung. Beide Stoffströme durchlaufen nach der Siebung eine Metallabscheidung. Nach der Rotte wird das Material einer mechanischen Feinaufbereitung unterzogen. In dieser Feinaufbereitung werden mittels Siebung, Windsichtung und Dichtesortierung eine Schwerfraktion und eine Leitfraktion hergestellt. Die Leichtfraktion wird der heizwertreichen Fraktion zur thermischen Behandlung/Verwertung zugeführt, die Schwerfraktion gelangt zur Deponie E:\CETH-PPT\ - \Praesentation\9\9.deu.doc Seite 5

6 Die Abluft aus der Biologischen Behandlung ist entsprechend den Anforderungen in einer Abluftbehandlungsanlage zu reinigen. 2.3 Mechanisch-Thermische-Behandlung Der Verfahrensaufbau der Mechanisch-Thermischen-Behandlung ist exemplarisch im Verfahrensschema MTA-Verfahren (Abb. 3) dargestellt. Der durch Müllfahrzeuge gesammelte Restabfall wird in einem Flachbunker zwischengelagert und mittels Radlader und Bagger mit Polygreifer der Zerkleinerung zugeführt. Der zerkleinerte Müll gelangt in die biologische/thermische Trocknung. Nach der Trocknung wird das Material einer Dichtetrennung unterzogen. In dieser Trennstufe wird mittels Siebung und Windsichtung eine Schwerfraktion und eine Leitfraktion hergestellt. Beide Stoffströme durchlaufen anschließend eine Metallabscheidung. Die Schwerfraktion gelangt zur Inertstoffabtrennung, in der eine Inertstofffraktion und eine Feinkornfraktion mittels Siebung, Sortierung und Zerkleinerung hergestellt wird. Die Feinkornfraktion wird der Leichtfraktion aus der Dichtetrennung zugeführt, die Inertstofffraktion kann stofflich verwertet werden. Die Leichtfraktion und die Feinkornfraktion (Stabilat) werden zur thermischen Behandlung/Verwertung eingesetzt. Die Abluft aus der Biologischen Behandlung ist entsprechend den Anforderungen in einer Abluftbehandlungsanlage zu reinigen. Überschusswasser aus dem Trocknungsprozess wird in der Wasseraufbereitungsanlage gereinigt. 3 Massen- und Energiebilanzen Die Massen und Energiebilanzen sind exemplarisch für eine Müllverbrennungsanlage (MVA), für eine Mechanisch-Biologische-Behandlung (MBA) und für eine Mechanisch-Thermische- Behandlung (MTA) in den Abbildungen 4 und 5 dargestellt. Alle Angaben beziehen sich auf einem Input von einer Tonne Restabfall mit einem Heizwert (Hu) von 9,6 MJ/kg E:\CETH-PPT\ - \Praesentation\9\9.deu.doc Seite 6

7 Die Energiebilanzen beziehen sich auf die mittleren Massenströme für die heizwertreiche Fraktion (MBA) und für das Stabilat (MTA). Die Stromerzeugung erfolgt beispielhaft in einer thermischen Behandlungsanlage (MVA). Bezogen auf eine Tonne Restabfall werden in der MBA 340 bis 430 kg heizwertreiche Fraktion, 340 bis 380 kg Deponiefraktion und ca. 30 kg Metalle hergestellt. Die Rotteverluste der Intensivrotte betragen 200 bis 250 kg (ohne Rotteluft). Bezogen auf eine Tonne Restabfall werden in der MTA 430 bis 570 kg Stabilat, 150 bis 250 kg Inertstoffe und ca. 30 kg Metalle hergestellt. Die Trocknungsverluste betragen 250 bis 290 kg (ohne Trocknungsluft). Bezogen auf eine Tonne Restabfall entstehen in der MVA 250 bis 300 kg Schlacke, 30 bis 50 kg Rückstände aus der Rauchgasreinigung und Abgasverluste von 670 bis 700 kg (ohne Verbrennungsluft). Bezogen auf einen mittleren Massenstrom für die heizwertreiche Fraktion (MBA) und für das Stabilat (MTA) und Zuführung dieser Teilfraktionen in eine thermische Behandlungsanlage (MVA) werden die folgenden Stromabgabemengen beispielhaft erzeugt: Stromabgabe MBA: ca. 235 kw/t Restabfall Stromabgabe MTA: ca. 435 kw/t Restabfall Stromabgabe MVA: ca. 530 kw/t Restabfall E:\CETH-PPT\ - \Praesentation\9\9.deu.doc Seite 7

8 4 Investitionen und Jahreskosten Die Investitionen beinhalten die Maschinentechnik, die EMSR-/Leittechnik und die Bautechnik. Grundstück, Nebenkosten etc. sind in diesen Preisen nicht enthalten. Die Preise sind Netto-Preise für das Jahr Die Jahreskosten setzen sich aus den Kapitalkosten, den Kosten für Reparatur und Instandhaltung, Versicherungskosten, Personalkosten, Betriebsmittel, Entsorgungskosten und den Erlösen zusammen. Investitionen in / (t x a) Jahreskosten in / t Mechanisch-Biologische-Behandlung (MBA) Mechanisch-Thermische-Behandlung (MTA) Thermische Behandlung (MVA) Die Investitionen für die Mechanisch-Biologische-Behandlung und für die Mechanisch- Thermische-Behandlung liegen im Bereich von 200 bis 350 pro Jahrestonne. Für die thermische Behandlung in einer Müllverbrennungsanlage sind 300 bis 500 pro Jahrestonne zu veranschlagen. Die Investitionen sind abhängig vom technischen Anlagenstandard und der Durchsatzleistung. Die Jahreskosten setzen sich aus den Kapitalkosten, den Kosten für Reparatur und Instandhaltung, Versicherungskosten, Personalkosten, Betriebsmittel, Entsorgungskosten und den Erlösen zusammen. Die Jahreskosten für die Mechanisch-Biologische-Behandlung und für die Mechanisch- Thermische-Behandlung liegen im Bereich von 50 bis 100 pro Tonne Restabfall. Für die thermische Behandlung in einer Müllverbrennungsanlage sind 80 bis 120 pro Tonne zu veranschlagen E:\CETH-PPT\ - \Praesentation\9\9.deu.doc Seite 8

9 5 Zusammenfassung Für die Behandlung von Restabfällen stehen thermische Verfahren (MVA) und kombinierte Mechanisch-Biologische-Verfahren (MBA) sowie Mechanisch-Thermische-Verfahren (MTA) zur Verfügung. Die MBA und die MTA sind Technologien zur Vorbehandlung der Restabfälle. Die abgetrennte heizwertreiche Fraktion bzw. das Stabilat aus diesen Anlagen wird in einer thermischen Behandlung/Verwertung energetisch genutzt. Bei der MBA fällt wird eine Deponiefraktion an, die entsprechend den Anforderungen zu deponieren ist. Die Inertstoffe aus der MTA und die Schlacke aus der MVA können direkt bzw. nach einer Aufbereitung der stofflichen Verwertung zugeführt werden. Die thermische Behandlung der heizwertreichen Fraktion und des Stabilates in einer Müllverbrennungsanlage führt gegenüber der direkten Verbrennung des Restabfalls zu einer geringeren Stromabgabe. Bei einer thermischen Verwertung des Stabilates, z. B. in einem Kohlekraftwerk, können vergleichbare Strommengen wie bei der direkten Verbrennung der Restabfälle in einer MVA abgegeben werden. Die Investitionen und die Jahreskosten liegen für die MBA und für die MTA in der gleichen Größenordnung. Die Verbrennung in einer MVA führt zu höheren Investitionen und Jahreskosten E:\CETH-PPT\ - \Praesentation\9\9.deu.doc Seite 9