Schwachgasfackeln als Weiterentwicklung bisheriger Hochtemperaturfackeln

Transkript

1 1 Neue Anforderungen an Deponiegasverbrennungsanlagen Schwachgasfackeln als Weiterentwicklung bisheriger Hochtemperaturfackeln Axel Ramthun

2 2 Göbel Energie- und Umwelttechnik GmbH & Co. KG Sitz in Büdelsdorf, Schleswig-Holstein Büdelsdorf seit 2003 Servicestützpunkte deutschlandweit Stützpunkt Ost 30 Mitarbeiter Stützpunkt West Technische Dienstleistungen an verfahrenstechnischen Anlagen Stützpunkt Süd

3 3 Göbel Energie- und Umwelttechnik GmbH & Co. KG Technische Dienstleistungen an verfahrenstechnischen Anlagen für Deponiegas, Biogas, Klärgas und weitere Sondergase für Blockheizkraftwerke für elektrotechnische Einrichtungen für Deponiegasfassungsanlagen Neubau, Umbau und Anpassung von Deponiegasförder- und Gasbehandlungsanlagen Reparatur und Bau von Deponiegasfassungssystemen

4 4 Vortragsgliederung Vorbemerkungen Ausgangspunkt: die klassische Hochtemperaturfackel Aktuelle Entgasungskonzepte Anforderungen an Deponiegasverbrennungsanlagen Verbrennungsprozesse Weiterentwicklung: Schwachgasverbrennungsanlagen

5 5 Vorbemerkungen Aktuelle Deponiegassituation auf deutschen Deponien Rückläufige Deponiegasproduktion Zeitlich bedingte Beschädigungen an der Gasfassung führen zu Instandhaltung und Erweiterung der Gasfassung, hoher Gasfassungsgrad hohe Methankonzentration Weiternutzung konventioneller Gasbehandlungstechnik Instandhaltung der Gasfassung, hoher Gaserfassungsgrad, Verfahren zur beschleunigten Deponiestabilisierung Veränderung der Gaszusammensetzung Bedarf an Schwachgas geeigneter Gasbehandlungstechnik

6 6 Die klassische Hochtemperaturfackel Isolierte Brennkammer (bis C) Deponiegasbrenner für optimale Vermischung von Brenngas/ Luft Verbrennungsluft-Jalousie Temperatur geregelt Abgas C C für 25% CH4 Verbrennungstemperatur > C Verweilzeit 0.3s Brenngas Brennkammer Verbrennungsluft

7 Die klassische Hochtemperaturfackel Arbeitsbereich limitierende Faktoren mangelnde Regelgenauigkeit bei der Luftzufuhr Verbrennungsprozessüberwachung Brennkammergeometrie

8 Aktuelle Gassituation 100 % 100 % 90 % Stickstoff 90 % 80 % 80 % 70 % 70 % 60 % 50 % Methan 60 % 50 % 40 % Kohlendioxid 40 % 30 % 30 % 20 % 20 % 10 % 10 % 0 % 0 % Kohlendioxid Methan 8

9 Entgasungskonzepte Aktuelle Entgasungskonzepte Reduzierung der Absaugmenge, stabile Gaszusammensetzung, geringer Gaserfassungsgrad, Betrieb der konventionellen Anlagentechnik Beibehaltung der Absaugmenge, sinkende Methankonzentration, hoher Erfassungsgrad, Anpassung der Gasverwertungs-/Gasbehandlungstechnik Signifikante Erhöhung der Absaugmenge, stark sinkende Methankonzentration, Anpassung der Gasbehandlungstechnik Belüftung und Absaugung der Gasbrunnen mit hohen Förderströmen, sehr stark sinkende Methankonzentration im abgesaugten Gas, Anpassung der Gasbehandlungstechnik 9

10 Anforderungen an Gasverbrennungsanlagen TA-Luft-konforme Verbrennung Gasmotoren: CO, NOx, CH2O entsprechend gültiger Grenzwerte Gasverbrennungsanlagen: C über mind. 0.3s autothermer Anlagenbetrieb großer hydraulischer und thermischer Arbeitsbereich/ hohe Flexibilität CH4 min so klein wie langfristig erforderlich Geringer Investitionsbedarf/ Weiternutzung vorhandener Komponenten Geringe Betriebskosten (kleines p) optional: Nutzung des Energiepotentials 10

11 Verbrennungstemperatur in C Verbrennungsprozesse Stöchiometrische Verbrennungstemperatur Methankonzentration in Vol.-% 11

12 Verbrennungsprozesse Stöchiometrische Verbrennungstemperatur > C ab 8% CH4 Aber: Strahlungsverluste überstöchiometrische Verbrennung für Regelung überstöchiometrische Verbrennung für vollständige Verbrennung Praktische Grenze für autotherme Deponiegasverbrennung 12% CH4 ohne Vorwärmprozesse Technische Möglichkeiten für Deponiegas mit < 12% CH4 A B C Temperaturerhöhung Verbrennungsluft Temperaturerhöhung Brenngas A + B 12

13 Sauerstoffkonzentration im Abgas in Vol.-% Verbrennungsprozesse 10 9 O2-Konzentration im Abgas bei Verbrennungslufterwärmung (verlustfrei) Vol.-% CH4 6 Vol.-% CH Verbrennungslufttemperatur in C 13

14 Verbrennungsanlagen für < 25 % CH4 12% Optimierte klassische Verbrennungsanlage HTC 6% Verbrennungsanlage mit Luftvorwärmung HTX 4% Verbrennungsanlage mit Gas- und Luftvorwärmung HTX-X 1% Anlage zur regenerativen thermischen Oxidation RTO 14

15 Deponiegasverbrennungsanlage HTC (12 % CH4) Isolierte Brennkammer (bis C) Temperatur geregelt Edelstahl-Brenner optimiertes Brennkammerdesign Verbrennungsluftzufuhr über separates Verbrennungsluftgebläse Abgas C Veränderte Betriebsüberwachung für 12% CH4 Brennkammer Verbrennungstemperatur > C Verweilzeit 0.3s Brenngas Verbrennungsluft 15

16 Deponiegasverbrennungsanlage HTC (12 % CH4) Vorteile Erweiterter Arbeitsbereich/ hohe Entgasungssicherheit Weiternutzung der vorhandenen Gasverdichterstation möglich Kontinuierliche Gasbehandlung Vollständige Wärmenutzung möglich 16

17 Deponiegasverbrennungsanlage HTC (12 % CH4) 17

18 Wärmetau Schwachgasverbrennungsanlage HTX (6 % CH4) Isolierte Brennkammer (bis C) 500 C Temperatur geregelt Edelstahl-Brenner optimiertes Brennkammerdesign Verbrennungsluftzufuhr über separates Verbrennungsluftgebläse C Abgas/Luftwärmetauscher für 6% CH4 Verbrennungstemperatur > C Verweilzeit 0.3s Brenngas Verbrennungsluft 18

19 Schwachgasverbrennungsanlage HTX (6 % CH4) Vorteile Bis zu 10-fache Deponiegasverdünnung möglich Weiternutzung der vorhandenen Gasverdichterstation möglich Geringer Strombedarf für Anlagenbetrieb Kontinuierliches Behandlungsverfahren Vollständige Wärmenutzung möglich 19

20 Schwachgasverbrennungsanlage HTX (6 % CH4) 20

21 HTX-X (4 % CH4) 200 C Deponiegas 500 C Luft C Brenngas Verbrennungsluft 21

22 Abgaswärmenutzung für HTC und HTX CCC closed combustion chamber 550 C G 550 C C 0.3 s C 0.3 s > 6 %CH4 22

23 Wärmetau RTO (1 % CH4) Konzeptionelle Änderung an der Anlagentechnik Effiziente, gemeinsame Erwärmung von Brenngas und Verbrennungsluft. Wärmerückgewinnung mittels empfindlicher Keramikschüttung. Große Verdünnung des Deponiegases erforderlich. für 1% CH4. Verbrennungstemperatur > C. Diskontinuierliche Gasbehandlung. Einhaltung der TA Luft erfordert zusätzliche technische Maßnahmen. Temperaturniveau für Wärmenutzung sehr niedrig. 23

24 Vergleich der Gasbehandlungstechniken Zusammenhang zwischen Gasbehandlungstechnik und Betriebskosten Beispiel: Behandlung von 50 m³/h CH4 (500 kwth) (dies entspricht ca. 100 m³/h originärer Deponiegasproduktion) p identisch Pth [kwth] CH4 [%] Volumenstrom [m³/h] HTV HTC HTX RTO Energiebedarf [kwel] x x x x x x x x x x 30 24

25 Vergleich der Gasbehandlungstechniken CH4 [%] El. Jahresbedarf [kwh] Kosten [Euro] HTV HTC HTX RTO Strombedarf für die Gasförderung zur Verbrennungsanlage für 50 m³/h CH4, in kwh/a 25

26 Fazit Fa. Göbel baut Gasbehandlungstechniken für (fast) alle Gaszusammensetzungen. Unsere Anlagenkonzepte bauen konzeptionell und konstruktiv modular aufeinander auf. Vorhandene funktionsfähige Komponenten können weiter genutzt werden. Investitions- und Betriebskosten steigen bei sinkender Gasqualität, dies ist bei der Verfahrenswahl zu berücksichtigen. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Axel Ramthun Göbel Energie- und Umwelttechnik GmbH & Co. KG, Fehmarnstraße 22, Büdelsdorf Tel