ZUKUNFTSFÄHIGKEIT KLEINERER ANLAGEN DER THERMISCHEN KLÄRSCHLAMMVERWERTUNG

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1 ZUKUNFTSFÄHIGKEIT KLEINERER ANLAGEN DER THERMISCHEN KLÄRSCHLAMMVERWERTUNG Dipl. Ing. Jörn Franck Geschäftsführer Dipl.-Ing. Lutz Schröder Projektingenieur

2 GLIEDERUNG 1. Einleitung und Ausgangslage 2. Verfahrensübersicht 3. Anlagenbeispiele 4. Zusammenfassung

3 KS-ENTSORGUNGSWEGE IN DEUTSCHLAND Quelle: UBA Texte 49/ Monitoring von Klärschlammaschen, 2014 Gesamtaufkommen Klärschlamm: ca. 2 Mio Mg/a TR KS Deponierung 2005 beendet (TASi) Derzeitige Entsorgungswege: o Verbrennung 50% o Landschaftsbau u. Dünger 50% Prämisse zukünftiger Entsorgungswege: Phosphor Recycling

4 KS-ENTSORGUNGSWEGE IN DEN BUNDESLÄNDERN Quelle: UBA - Klärschlammentsorgung, 9/2013

5 THERMISCHE VERFAHREN DER KS-BEHANDLUNG Monoverbrennung - Wirbelschichtfeuerung - Rostfeuerung - Pyrolyse/Vergasungsverfahren Mitverbrennung - Kohlekraftwerk Staubfeuerung - Zementwerke Drehrohrofen - Abfallverbrennungsanlage Rostfeuerung

6 ANLAGENGRÖSSEN DER THERMISCHEN (MONO) KS-VERWERTUNG IN DEUTSCHLAND Anzahl WS 1 RF 1 VG 1 ZB < ttr/a ttr/a ttr/a 1 PB Pyrobuster 2 RF Rostfeuerung 21 WS Wirbelschicht 1 ZB Zykloidbrennk. 1 VG - Vergasung 9 WS 1 PB 4 WS ttr/a ttr/a Kommunale Anlagen 1 RF 2 WS ttr/a ttr/a 5 WS > ttr/a Wirbelschichtanlagen: ca. 75 % Größte Anlage: ca MgTR/a Kleinste Anlage: ca MgTR/a Ø Anlagengröße: MgTR/a

7 KS-BESCHAFFENHEIT UND POTENTIAL Einheit Rohschlamm Faulschlamm gut / schlecht ausgefault Braunkohle (roh) Methan (Erdgas) Energie 6,3 10,5 / MJ/kg TR Wasser % Asche %

8 VERGLEICH VON THERMISCHEN KLÄRSCHLAMM- VERWERTUNGSANLAGEN EW Leistung *) Ausführung Variante t TR /a Komm./Kostenopt. Variante t TR /a Kommunal Variante t TR /a Kostenoptimiert *) Faulschlammverbrennung Zum Vergleich: Hong Kong ttr/a aufwendige Architektur Lünen ttr/a größte Anlage in Deutschland

9 VARIANTE 1 FLIEßSCHEMA

10 VARIANTE 1 AUSLEGUNGSRANDBEDINGUNGEN Maximale Stromerzeugung bei optimaler Wärmenutzung durch Dampfturbine mit Entnahme für die Trocknung Brüdenkondensation zur Wärmeversorgung Klärschlamm 70 C 85 C - 90 C (40 bar / 400 C) 90 C

11 VARIANTE 1 AUSLEGUNGSRANDBEDINGUNGEN Reduzierung der Anlagenverluste durch einen 2-stufigen Ofen zur Reduzierung der Abgasverluste. Brennstoff Sekundärluft 1 stufige Verbrennung 2 stufige Verbrennung Primärluft Geringe CO- und NOx- Emissionen Gutes Teillastverhalten -25 % Abgasverluste -15 % Stromeigenbedarf Sekundärluft Brennstoff Primärluft

12 VARIANTE 2 & 3 FLIEßSCHEMA

13 VARIANTE 2 & 3 AUSLEGUNGSRANDBEDINGUNGEN Schlammannahme Entwässerter KS - Keine Bunkerkapazitäten Stromerzeugung Keine Stromproduktion aus KS-Verbrennung (Faulgas-BHKW) Wärmeerzeugung Nutzung ausschließlich für die KS-Trocknung Brüden Kondensation (Wärmerückgewinnung) und Einleitung in das Klärwerk (N-Belastung!) ggf. Brüdenaufbereitung erforderlich. Mitverbrennung /Nachverbrennung Kein Abwasser aber auch keine Wärmenutzung. Erhöhte Trocknungsleistung erforderlich.

14 STOFFSTRÖME Parameter Einheit Wert Durchsatz gesamt t TR /a Stündlicher Durchsatz t TR /h 4,40 0,250 TR-Gehalt, Mischung Ofeneintritt % Feuerungswärmeleistung MW th 11 0,950 Luftvorwärmung C Klemmenleistung Turbine MW el 1,4 - Stromabgabe Turbine, brutto MW el 0,4 - Energiebedarf Trocknung MW th 7,0 0,430 Wasserverdampfung (Trocknung) t H2O /h 7,8 0,475 Branntkalkbedarf Rauchgasreinigung kg/h HOK Bedarf kg/h 5 0,2 Reststoffe zur Entsorgung t/a Asche zur Verwertung t/a

15 VARIANTE 1 & 2/3 BEISPIELHAFTE BAUWEISEN

16 SKALIERUNGSASPEKTE VON WIRBELSCHICHTEN Quelle: Fa. Eisenmann Strömungsmechanik und Verbrennungsverhalten konkurrieren!

17 SKALIERUNG VON WIRBELSCHICHTEN Quelle: AE&E, STF Hong Kong, 30 MWth Quelle: Raschka Engineering, 1 MWth

18 SKALIERUNGSASPEKTE VON WIRBELSCHICHT Parameter/Faktor Großanlage Kleinanlage Feuerraumvolumen Groß Klein Leerrohrgeschw. 1 2 m/s 1 2 m/s Luftzugabe (PL, SL) Mehr Düsen Weniger Düsen Gasdurchmischung Hoher Impuls Geringerer Impuls Brennstoffzugabe Mehre Aufgaben Weniger Aufgaben Wärmefreisetzung FR Membranwände Adiabate Kammer CFD Simulation für Brennstoffzugabe, Strömungsprofile (v, T) und Konzentrationsverteilung

19 RAUCHGASREINIGUNG

20 INVESTITIONSKOSTEN Variante 1 Variante 2 Variante 3 Jahresmenge t TR /a t TR /a t TR /a Verfahrenstechnik , , ,- Bautechnik , , ,- E-, MSR-Technik , , ,- Nettoherstellkosten , , ,- Nebenkosten , , ,- Nettoinvestitionen , , ,- Kosten in (netto)

21 KOSTEN 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

22 FAZIT Kleinere und mittlere Klärschlammverbrennungen sind technisch realisierbar. Die Technik der Anlagen entspricht dem Stand der Technik von Großanlagen. Der Ausbaustandard der KVA ist individuell festzulegen - eine Faulung vor der Verbrennung ist im Rahmen des Gesamtkonzeptes energetisch sinnvoll. Die Wirbelschichtfeuerung dominiert die Anlagentechnik - die mehrstufige Verbrennung zeigt Vorteile beim Eimissions- und Ausbrandverhalten. Die spezifische Entsorgungskosten sind (noch) höher als in Großanlagen. Die Entsorgungskosten liegen bei mittleren Anlagen im Bereich der Mitverbrennung.

23 DAVID GEGEN GOLIATH? Weltgrößte Anlage Hong Kong Entwässerter Klärschlamm 4x MgTR/a Klein(st)e kommunale Anlage Entwässerter u. getrockneter Klärschlamm 1x MgTR/a

24 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT SMALL CAN BE BEAUTIFULL Finienweg ACHIM Tel: 04202/ be@born-ermel.de