Erhöhung der Energieeffizienz bei Abfallverbrennungsanlagen durch externe Überhitzung

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1 Erhöhung der Energieeffizienz bei Abfallverbrennungsanlagen durch externe Überhitzung BAT-, energie-, preisorientierte Verfahrens-/ Rauchgasreinigungstechniken 2007 für Verbrennungs- und Feuerungsanlagen Dipl.-Ing. Reinhard Schu, EcoEnergy Gesellschaft für Energie- und Umwelttechnik mbh Walkenried 1 VDI Seminar September 2007 München

2 Inhalt des Vortrags 1. Reduzierung der Abgasverluste durch Minimierung des Luftüberschusses Senkung der Luftzahl λ < 1,25 durch: unterstöchiometrische Prozessführung auf dem Rost mehrstufige Luftzuführung in der Nachverbrennung Rauchgashomogenisierung Optimierung der Feuerleistungsregelung 2. Reduzierung der Wärmeverluste durch Restwärmenutzung der Rauchgase Frischluftvorwärmung Kondensatvorwärmung Fernwärmevorwärmung Nahwärmeauskopplung 3. Wirkungsgradsteigerung der Energieumwandlung durch Erhöhung der Dampfparameter durch externe Dampfüberhitzung 2 VDI Seminar September 2007 München

3 unterstöchiometrische Verbennung auf dem Rost Adiabate Verbrennungstemperaturen in Abhängigkeit von der Luftzahl 3 VDI Seminar September 2007 München

4 unterstöchiometrische Verbrennung auf dem Rost Trennung der Verfahrensschritte: λ 1,25 ges Rauchgas 1 2 Trocknung/Pyrolyse Ausbrandzone 3 Kessel 3 Nachbrennkammer Stufenluft λ 0,25-0,50 Brenngas Ziele: verbesserte Verbrennungsführung Reduzierung Gesamtluftzahl reduzierte Temperaturen Rostbereich Verzicht auf Wasserkühlung Rost? Luft 1 2 Luft 4 VDI Seminar September 2007 München

5 Fernheizwerk Igelsta, Södertälje, Schweden Tagessilo Umbau 1997 von Kohle auf EBS Noell KRC Energie- und Umwelttechnik GmbH - heute Fisia Babcock Brenner Daten: Lambda Rost = 0,25 0,5 100 MW FWL Heizwerte EBS: MJ/kg Tertiärluft Economiser Bündelheizflächen Schottenheizflächen Sekundärluft 5 VDI Seminar September 2007 München

6 Feuerungsleistungsdiagramm, Fernheizwerk Igelsta, Södertälje, Schweden Freigesetzte Wärme MW Nettoleistung 100 % = 108,5 MW 8 31 MJ/kg 97 MW 95 MW ,60 MJ/kg 18,64 MJ/kg 91,5 MW MW ,9 t/h 7,0 t/h 6 12,6 t/h 13,05 MJ/kg ,8 t/h = 100% Massendurchsatz t/h 6 VDI Seminar September 2007 München

7 Rauchgashomogenisierung und Stufenlufteinmischung Eindüsungssysteme Dampf Dampf Schwandorf Babcock von Roll Alstom Einbauten mit Eindüsung Temelli-Balken KS-Prisma Tetratubes ECOTUBE 7 VDI Seminar September 2007 München

8 Einsatz von Tetratubes, Fa. NEM Energy Services 8 VDI Seminar September 2007 München

9 System EcoTubes, ECOMB AB, Södertälje 9 VDI Seminar September 2007 München

10 Feuerungsleistungsregelung Messverfahren zur Regelung nach Temperatur bzw. nach Lage Thermoelemente akustische Gastemperaturmeßtechnik Temperaturmessung mittels Infrarot Online-Wärmeflussmessung System agam 10 VDI Seminar September 2007 München

11 Optimiertes Feuerungskonzept Rauchgas idealisierte mehrstufige Nachverbrennung 1. Lambda < 1,25 2. niedrige Feuerraumtemperatur 3. Reduzierung von Korrosion und Verschlackung 4. Flexibles Heizwertband Stufenluft 4 5%-25% Stufenluft 3 5%-25% Stufenluft 2 5%-35% Stufenluft 1 15%-35% Input λ 1,1-1,25 λ 0,75-0,95 λ 0,6-0,9 λ 0,45-0,75 λ 0,25-0,50 Brenngas Kessel KS-Prisma Tetratubes/ EcoTubes Tetratubes 5. Reduzierung der Flugstaubmenge λ 1,4-1,6 Luft 20%-50% 11 VDI Seminar September 2007 München Luft 5%-15% Schlacke

12 Optimiertes Feuerungskonzept Höhe Temperaturprofil Entstickung und Quintärluft 1,15 Quartärluft Tertiärluft 0,85 0,75 0,65 Sekundärluft Primärluft 0, C 950 C mittlere Temperatur 900 C Temperatur Prinzipieller, idealisierter Temperaturverlauf bei unterstöchiometrischer Verbrennung auf dem Rost und mehrfacher Luftstufung 12 VDI Seminar September 2007 München Stufenluftzugabe Lambda λ

13 Genehmigungsfähigkeit optimiertes Feuerungskonzept 17. BImSchV, 4 Feuerung, Absatz 2: Einhaltung einer Verweilzeit nach der letzten Luftzugabe von mindestens 2 Sekunden bei 850 C Alternativ nach Abs. 3: Einholung eines Gutachtens über die Gleichwertigkeit der Emissionen oder messtechnische Überprüfung bei der Inbetriebnahme 13 VDI Seminar September 2007 München

14 Restwärmenutzung Kamin Rauchgase 180 C Kalkmilch HOK, Ca(OH) 2 Gewebefilter LUVO Kessel Nahwärme Nutzung Sprühabsorber Verbrennungs- Luft RRA-Reststoffe 14 VDI Seminar September 2007 München

15 Restwärmenutzung Nutzung der Kondensationsenthalpie Wärmepumpen und Absorptionskälte- und wärmemaschinen zur Speisewasservorwärmung / Fernwärme- bzw. Nahwärmeauskopplung Rauchgas 45 C -LUVO -ECO II - Fernwärme Entschwadungsluft 50 C - ECO III - Nahwärme - Adsorptions wärmepumpe 40 C LUVO Frischluft 15 C Rauchgase 80 C 55 C Kondensat Kondensat 15 VDI Seminar September 2007 München

16 Externe Überhitzung: Stand der Technik Müllverbrennungsanlagen mit höheren Dampfparametern MHKW Mannheim, MK4, mit 120 bar, 360 C, externe Überhitzung auf 520 C MHKW Mainz 40 bar, 400 C externe Überhitzung über GuD Abhitzekessel auf 40 bar / 540 C AVI Moerdijk, 100 bar, 400 C, externe Überhitzung über GuD Abhitzekessel AVI Amsterdam, 130 bar, 440 C, mit interner Zwischenüberhitzung mit Frischdampf von 14 bar/ 195 C auf 14bar/320 C 16 VDI Seminar September 2007 München

17 BiFuelCycle Aufteilung Verdampfung, Überhitzung und ZÜ Verteilung der Brennstoffe EVA Ersatzbrennstoffe 75% ZWS Braunkohle 25% Dampf 100% Frischdampf: 150 bar, 540 C Zwischenüberhitzung: 40 bar, 540 C 17 VDI Seminar September 2007 München

18 BiFuelCycle TS-Diagramm 75 MW FWL Ersatzbrennstoff 25 MW FWL Wirbelschicht- Braunkohle 18 VDI Seminar September 2007 München

19 BiFuelCycle - Externer Überhitzer für feste Brennstoffe 19 VDI Seminar September 2007 München

20 BiFuelCycle ZWS Abhitzeüberhitzer Dampf Fernwärme Dampf Strom Fließbettkühler Kondensat EVA Gewebefilter LUVO Sprühabsorber Nahwärme Nutzung 20 VDI Seminar September 2007 München

21 Standardanlage mit Dampfparameter 40 bar/400 C Frischdampf Wirkungsgrad brutto 26.1 % ohne Eigenbedarf [kw] EVA 58,33 MW 129.8[kW] Speisewasserpumpe Bezugsleitung Dampfnässe 88,3 % [kW] Elektrisch netto 23% - 24% Speisewasserbehälter [bar] [kg/s] [kj/kg] [ C] 21 VDI Seminar September 2007 München

22 BiFuelCycle-Anlage mit Dampfparameter 150 bar/540 C HD-Teil Wirkungsgrad brutto 39.2 % ohne Eigenbedarf ND-Teil ZÜ 30196[kW] EVA/BKS 77,1 MW FWL Dampfnässe 93.3 % Bezugsleitung [kw] [kW] Speisewasserpumpe Elektrisch netto 37% - 39% Speisewasserbehälter [bar] [kg/s] [kj/kg] [ C] 22 VDI Seminar September 2007 München

23 BiFuelCycle 100 MW FWL 75 MW EBS, 25 MW ZWS 23 VDI Seminar September 2007 München

24 BiFuelCycle - Energieverteilung ZWS 25% ca. 25% über AVI-Amsterdam ca. 35% bis 60% über in Betrieb befindlichen modernen Abfallbehandlungsanlagen EVA 75% Wirkungsgrad el. netto der Teilanlagen ZWS η = 43% EVA η = 35% 37% Gesamt-Wirkungsgrad el. netto FWL η el. netto 24 VDI Seminar September 2007 München

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 25 VDI Seminar September 2007 München