Dr.-Ing. Gerrit Ermel Geschäftsführer Unternehmensleitung. Dipl.-Ing. Lutz Schröder. Projektingenieur. Dr. Born - Dr. Ermel GmbH - Ingenieure -

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1 Klärschlammverbrennung für kleinere und mittlere Kläranlagen Dr.-Ing. Gerrit Ermel Geschäftsführer Unternehmensleitung Dr. Born - Dr. Ermel GmbH - Ingenieure - Dipl.-Ing. Lutz Schröder Projektingenieur Dr. Born - Dr. Ermel GmbH - Ingenieure -

2 Gliederung 1. Einleitung 2. Ausgangslage 3. Variantendiskussion 4. Kostenrahmen 5. Zusammenfassung

3 Kommunale Anlage Faulung, 2 x m³

4 Landwirtschaftliche Anlage Biogasanlage, 3 x m³

5 Vergleich Faulung (kommunal) Volumen 2 x m³ = m³ Biogas-Anlagen (landw. Standort) 3 x m³ = m³ Kosten (netto) Mio. /m³ Mio. /m³ % Behälter Bau + M.-Bau Gesamt ohne BHKW/ Gaseinpressung ohne Fahrsilo 10, , , , Gesamt 30, ,

6 Höchster Standard? Klärschlammverbrennung Hong Kong, 4 x ttr/a

7 1. Einleitung Ausstieg aus der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung als ein Punkt des Koalitionsvertrag 2014 (CDU/CSU/SPD) Einzig bleibende Möglichkeit, Thermische Entsorgung: - Kohlekraft- und Zementwerke, Müll- oder Mono-Verbrennungsanlagen Problematik der Mitverbrennung: - Kontingentbeschränkungen aufgrund rechtlicher und betrieblicher Vorgaben Monoverbrennungsanlagen: - Wirtschaftlich unabhängig, entsorgungssicher - Alleiniger Weg der Phosphorrückgewinnung aus Asche - Schadstoffentzug aus Klärschlamm

8 2. Ausgangslage Schlammanfall und -behandlung [nach UBA 2012] Klärschlamm, ein Gemisch aus Feststoffen (Primärschlamm) und Bakterienmasse (Sekundärschlamm) Spez. Schlammanfall pro Tag: 1,50 2,00 l/(e*d) oder ca. 80 g TR /(E*d) Jährlich zu entsorgende Schlammmenge: ~ 2 Mio. t TR /a

9 2. Ausgangslage Schlammanfall und -behandlung Klärschlammentsorgung in den Jahren 1991 bis XX 83,2 % Anteil in TR% an Gesamtschlammaufkommen [nach UBA 2012]

10 2. Ausgangslage Anlagengrößen Klärschlammverwertung Anlagengrößen thermischer Klärschlammverwertungsanlagen Anzahl PB Pyrobuster RF Rostfeuerung WS Wirbelschicht ZB Zykloidbrennk. VG - Vergasung WS 1 RF 1 VG 1 ZB 9 WS 1 PB < ttr/a ttr/a ttr/a Kleinste Anlage t TR /a Kommunale Anlagen 4 WS 1 RF 2 WS ttr/a ttr/a ttr/a ttr/a Betriebseigene Anlagen 5 WS > ttr/a

11 2. Ausgangslage Schlammbeschaffenheit und Energiepotential Wesentliche Roh- und Faulschlammparameter [Thomé-Kozmiensky 1998] Glühverlust Aschegehalt Wassergehalt Heizwert % GV % TR % Wasser MJ/kg TR Rohschlamm Faulschlamm Ø Energiepotential Klärschlamm: 17 MJ/kg TR (Rohschlamm, rd. 70 % GV) Abwasserbehandlungsanlage: ,2 Mio. EW, also t TR /a Jährliches Energiepotential: GJ/a, oder GWh/a

12 3. Variantendiskussion Vergleich von thermischen Klärschlammverwertung Einwohnerwerte Durchsatzleistung Ausführung Variante t TR /a kommunal Variante t TR /a kommunal Variante t TR /a kostenoptimiert Die Varianten werden als Faulschlammverbrennung betrachtet.

13 3. Variantendiskussion - Variante 1 Fließschema

14 3. Variantendiskussion - Variante 1 Stoffströme Parameter Einheit Wert Durchsatz gesamt t TR /a Stündlicher Durchsatz t TR /h 4,40 TR-Gehalt, Mischung Ofeneintritt % 45 Feuerungswärmeleistung MW th 11 Luftvorwärmung C 120 Klemmenleistung Turbine MW el 1,4 Stromabgabe Turbine, brutto MW el 0,4 Energiebedarf Trocknung MW th 7,0 Wasserverdampfung (Trocknung) t H2O /h 7,8 Branntkalkbedarf Rauchgasreinigung kg/h 115 HOK Bedarf kg/h 5 Reststoffe zur Entsorgung t/a Asche zur Verwertung t/a

15 3. Variantendiskussion - Variante 1

16 3. Variantendiskussion - Variante 1 Auslegungsrandbedingung Maximale Stromerzeugung bei optimaler Wärmenutzung durch Dampfturbine mit Entnahme für die Trocknung Brüdenkondensation zur Wärmeversorgung 70 C 90 C 90 C Klärschlamm

17 3. Variantendiskussion - Variante 1 Auslegungsrandbedingung Reduzierung der Anlagenverluste durch Fördertechnik mit geringem elektr. Energiebedarf (z.b. Krananlage). einen 2-stufigen Ofen zur Reduzierung der Abgasverluste. 1 stufige Verbrennung 2 stufige Verbrennung Geringe CO- und NOx- Emissionen Gutes Teillastverhalten

18 3. Variantendiskussion - Variante 2 & 3 Fließschema

19 3. Variantendiskussion - Varianten 2 & 3 Stoffströme Parameter Einheit Wert Durchsatz gesamt t TR /a Stündlicher Durchsatz kg TR /h 250 TR-Gehalt, Mischung Ofeneintritt % 60 Feuerungswärmeleistung kw th 950 Luftvorwärmung C 200 Klemmenleistung Turbine kw el - Elektroenergiebedarf Anlage kw el 155 Energiebedarf Trocknung kw th 430 Wasserverdampfung (Trocknung) kg H2O /h 475 Branntkalkbedarf Rauchgasreinigung kg/h 12 HOK Bedarf kg/h 0,2 Reststoffe zur Entsorgung t/a 480 Asche zur Verwertung t/a 930

20 3. Variantendiskussion - Varianten 2 & 3 Unterschiede Ofenhalle Variante 2 Variante 3 Geschlossene Bauweise offene Bauweise / Containerbauweise Quelle: Energy Systems & Solutions GmbH Vorteil: geringere Baukosten

21 3. Variantendiskussion - Varianten 2 & 3 Unterschiede Variante 2 Variante 3: 1 stufige Verbrennung 2 stufige Verbrennung Geringe CO- und NOx- Emissionen Gutes Teillastverhalten

22 3. Variantendiskussion - Varianten 2 & 3 Unterschiede Brüden Variante 2: Kondensation und Einleitung in das Klärwerk Vorteil: mögliche Wärmenutzung Nachteil: Klärwerke haben durch die Faulung und BHKW meist einen Wärmeüberschuss Stickstoffrückbelastung durch die Brüden Variante 3: Mitverbrennung im Ofen Vorteil: Brüden werden thermisch Nachverbrannt Kein Abwasser durch die Brüden Nachteil: keine Wärmenutzung vorgeschaltete thermische Trocknungsleistung muss erhöht werden

23 3. Variantendiskussion - Varianten 2 & 3 Unterschiede Fremdschlammannahme Variante 2: Variante 3: mit Fremdschlammannahme Vorteil: Entsorgung im Verbund möglich ohne Fremdschlammannahme Vorteil: geringere Betriebs- und Investkosten

24 3. Variantendiskussion - Varianten 2 & 3 Unterschiede Variante 2: Rauchgasreinigung Separate Anlieferung von CaO und HOK Vorteil: genaue Abstimmung der Einsatzstoffe auf die Schadstoffkonzentration im Rauchgas Variante 3: Vorgemischtes Betriebsmittel Vorteil: geringere Investitionskosten da nur ein Silo und eine Förderstrecke erforderlich ist geringerer elektrischer Energiebedarf da weniger Fördertechnik

25 3. Variantendiskussion - Varianten 2 & 3 Unterschiede Ausschreibung und Abwicklung Variante 2: Vergabe an einen Generalunternehmer Vorteil: geringer Aufwand in der Abwicklung des Projektes, da sich z.b.: die Schnittstellenkoordination auf die Schnittstellen zum Bestand beschränken. Variante 3: Losweise Vergabe der Hauptanlagenteile Vorteil: geringere Investitionskosten da der übliche GU Zuschlag entfällt direkter Kontakt mit den Lieferanten Nachteil: erhöhter Koordinationsaufwand auf Seiten des Planers/AG

26 4. Kostenrahmen - Investitionskosten Variante 1 [ ; netto] Variante 2 [ ; netto] Variante 3 [ ; netto] Verfahrenstechnik , , ,- Bautechnik , , ,- E-, MSR-Technik , , ,- Nettoherstellkosten , , ,- Nebenkosten , , ,- Nettoinvestitionen , , ,-

27 4. Kostenrahmen - Wirtschaftlichkeit Anlagenteil Variante 1 [ /a; netto] Variante 2 [ /a; netto] Variante 3 [ /a; netto] Kapitalkosten (3,5 %; 30a & 15a) , , ,- Betriebskosten , , ,- Summe , , ,-

28 5. Zusammenfassung - Übersicht Parameter Variante 1 Variante 2 Variante 3 Jahresmenge t TR /a t TR /a t TR /a Investitionskosten Jahreskosten /a /a /a Spezifische Kosten 157 /t TR 640 /t TR 510 /t TR Kosten in (netto) Aktuelle spezifische Kosten Monoverbrennung nach UBA: /t TR

29 5. Zusammenfassung - Übersicht Parameter Variante 1 Variante 2 Variante 3 Entsorgungskosten in der Mitverbrennung [Ø 290 /t TR ] /a /a /a Entsorgungskosten eigene Verbrennung /a /a /a Mehrkosten /a /a /a Abwassermenge (79 m³/e d) m³/a m³/a m³/a Gesamtkosten je m³ Abwasser 5,8 ct/m³ 23,1 ct/m³ 18,4 ct/m³ Zusätzliche Kosten je m³ Abwasser - 4,9 ct/m³ 12,7 ct/m³ 7,9 ct/m³ Kosten in (netto) Entsorgungskosten in der Monoverbrennung z.zt. zwischen 180 /t TR und 400 /t TR

30 5. Zusammenfassung Kleinere und mittlere Klärschlammverbrennungen realisierbar Technik entspricht dem Stand der Technik von Großanlagen Spezifische Entsorgungskosten z.zt. noch höher als in Großanlagen Asche von kleinen und mittleren Anlagen weisen meist geringe Schadstofffrachten auf und können daher direkt in die Düngerproduktion gegeben werden