Erzeugung und thermische Verwertung von Ersatzbrennstoffen aus Altdeponat

Transkript

1 Erzeugung und thermische Verwertung von Ersatzbrennstoffen aus Altdeponat Prof. Dr.-Ing. Peter Quicker, Dipl.-Ing. Martin Rotheut Lehr- und Forschungsgebiet Technologie der Energierohstoffe RWTH Aachen University 26. VDI-Konferenz Thermische Abfallbehandlung 13. und 14. November 2014 in Würzburg

2 Das Projekt in der Presse Welt am Sonntag Dezember 2013 Handelsblatt Januar 2014 GEO Oktober 2013 Natur März von 58

3 Inhalt I. Einführung i. Projektstruktur ii. Ziele & Vorgehen II. EBS-Gewinnung i. Deponataushub ii. Mechanische Aufbereitung des Deponats III. Versuche zur thermischen EBS-Verwertung i. Müllheizkraftwerk Minden ii. iii. iv. Müllheizkraftwerk EEW Hannover EBS-Kraftwerk Bernburg Zementwerk CEMEX Beckum IV. (Zwischen-)Fazit 3 von 58

4 Einführung

5 Einführung Projektstruktur Förderung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung Fördermaßnahme r³ innovative Technologien für Ressourceneffizienz Strategische Metalle und Mineralien Laufzeit: August 2012 Juli 2015 Projektpartner Unternehmen Universitäten Institute 5 von 58

6 Einführung Ziele & Vorgehen Entwicklung von Verfahren zur Rückgewinnung ausgewählter Ressourcen aus Siedlungsabfall- und Schlackedeponien Aushub und Aufbereitung von Mg Altdeponat (80er bis 2010er Jahre) Ganzheitliche Untersuchung zum Deponierückbau und zur Ressourcennutzung: Technik Ökologie Ökonomie Erstellung eines Leitfadens für die Durchführung solcher Projekte Aufgabe TEER: Thermische Verwertung der aus Deponat erzeugten EBS-Fraktionen Pyrolytische Aufbereitung der mechanisch erzeugten Metallkonzentrate (Verbundaufschluss) 6 von 58

7 EBS-Gewinnung Deponataushub

8 Deponie Pohlsche Heide Kreis Minden-Lübecke von 58

9 Deponataushub 9 von 58

12 EBS-Gewinnung Mechanische Deponataufbereitung

13 Mechanische Aufbereitung Deponat Überblick Rohdeponat K1, 2 und t Zwischenlager ca. 25 t Vorkonditionierung Leichtfraktion Schwerfraktion ca. 200 t Leichtfraktion MBA Pohlsche Heide LVP Sortieranlage Gewerbeabfallsortieranlage ca. 180 t Frisch-EBS (Minden) Deponat-EBS Kunststoffe Folien Zumischung ca. 80 t ca. 100 t ca. 75 t Zumischung Frischmüll (Hannover) EAB Bernburg HKW Minden EEW Hannover Fluff Produktion ca. 75 t Zementwerk 13 von 58

14 Mechanische Aufbereitung Deponat Output Kunststoffe 3-D 14 von 58

15 Mechanische Aufbereitung Deponat Output Folien 15 von 58

16 Mechanische Aufbereitung Deponat Output EBS Materialanalyse (aus MBA Pohlsche Heide) Aktueller Stand EBS-Sortieranalyse (Probenvolumen ca. 640 l) Folien Kunststoffe 3D Mineralik Holz Textilien PPK Fe NE Feingut Sortierrest 1% 10% 2% 3% 1% 21% 17% Bestandteile 22% 3% 20% 2,3% 12,5% 6,5% Korngrößenverteilung > 80 mm mm mm mm < 20 mm 17,8% 61,0% 16 von 58

17 Brennwert [kj/kg] Mechanische Aufbereitung Deponat Output EBS Materialanalyse (aus Probebohrungen) Brennwert (Mischprobe K1-3) von 58

18 Wassergehalt [%] Aschegehalt [%] Mechanische Aufbereitung Deponat Output EBS Materialanalyse (aus Probebohrungen) Wassergehalt und Aschegehalt (Mischprobe K1-3) von 58

19 Chlorgehalt [%] Schwefelgehalt [%] Mechanische Aufbereitung Deponat Output EBS Materialanalyse (aus Probebohrungen) Chlor- und Schwefelgehalt (Mischprobe K1-3) 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,7 0,6 0,5 0,4 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0,3 0,2 0,1 0,0 20 von 58

20 Mechanische Aufbereitung Deponat Output Hochkalorik Heizwert [kj/kg] (Mittelwert) Aschegehalt [%] ca Wassergehalt [%] ca von 58

21 Mechanische Aufbereitung Deponat Output Feingut 22 von 58

22 Mechanische Aufbereitung Deponat Output Sortierrest 23 von 58

23 Versuche zur thermischen EBS-Verwertung Heizkraftwerk Minden (Energos)

24 Verbrennungsversuch HKW Minden (Energos) Input Verbrennung von Deponat-EBS aus MBA in Mischung mit Frischmüll 25 von 58

25 Verbrennungsversuch HKW Minden (Energos) Anlagentechnik 1 Rohabfall-Bunker 2 Schredder 3 Metallabscheider 4 Polypgreifer-Kran 5 Brennstoffbunker 6 Einfülltrichter 7 Primärkammer zur Vergasung 8 Nachbrennkammer 9 Dampfkessel 10 Kalk- und Kohlesilo 11 Gewebefilter 12 Silo Abgasreinigungsrückstand 13 Saugzug 14 Kamin 15 Bettaschelogistik 16 Dampfturbine 17 Luftkondensator Rostanimation 1 Rohabfall-Bunker 2 Schredder 3 Metallabscheider 4 Polypgreifer-Kran 5 Brennstoffbunker 6 Einfülltrichter 7 Primärkammer zur Vergasung 8 Nachbrennkammer 9 Dampfkessel 10 Kalk- und Kohlesilo 11 Gewebefilter 12 Silo Abgasreinigungsrückstand 13 Saugzug 14 Kamin 15 Bettaschelogistik 16 Dampfturbine 17 Luftkondensator Quelle: von 58

26 Verbrennungsversuch HKW Minden (Energos) Ergebnisse Massive Probleme mit Brennstoffzuführung Blockierende Materialzuführschnecke Duplex-Rost für Material nicht geeignet Keine Schürmöglichkeit Schlechte Verteilmöglichkeit Brennstoffbett Zum Teil (nicht jeder Versuch) auffällige Emissionswerte (nur Reingasmessung) SO 2 bis 270 mg/m³ i.n. bei gelichzeitig niedrigen HCl-Werten Problematische Eigenschaften EBS Ersatzbrennstoff aus rückgebautem Deponiematerial vergleichsweise feucht Heizwert geringer als bei gewöhnlichem EBS Hoher Anteil wickelnder Bestandteile 27 von 58

27 Versuche zur thermischen EBS-Verwertung Müllheizkraftwerk EEW Hannover

28 Verbrennungsversuch EEW Hannover Anlagentechnik Quelle: von 58

29 Verbrennungsversuch EEW Hannover Input Monoverbrennung von Deponat-EBS aus MBA Verbrennung von Rohdeponat in Mischung mit Frischmüll Verhältnisse Deponat : Frischmüll 1 : 10, 1 : 5, 1 : 3 Frischmüll Deponat-EBS Mischung 1:3 30 von 58

30 Verbrennungsversuch EEW Hannover Input Frischmüll Deponat-EBS 31 von 58

31 Verbrennungsversuch EEW Hannover Feuerbild Frischmüll Deponat-EBS Deponat-Frischmüll 1 : 3 32 von 58

32 Verbrennungsversuch EEW Hannover Rostasche Schlacke Frischmüll Schlacke Deponat-EBS 33 von 58

33 Verbrennungsversuch EEW Hannover Ergebnisse Massenbilanz ca. 20 kg/mg EBS Metalle EBS kg EBS Rostasche ca kg/mg EBS 34 von 58

34 Frischdampfmassenstrom [Mg/h] Verbrennungsversuch EEW Hannover Ergebnisse Frischdampfmassenstrom 70 Deponat-EBS Rohdeponat/Frischmüll-Mischung Referenzzeitraum 1 Versuchszeitraum Referenzzeitraum 2 35 von 58

35 HCl Rohgaswerte [mg/m³ i.n. ] Verbrennungsversuch EEW Hannover Ergebnisse HCl Rohgaswerte 3500 Deponat-EBS Rohdeponat/Frischmüll-Mischung Referenzzeitraum 1 Versuchszeitraum Referenzzeitraum 2 36 von 58

36 Verbrennungsversuch EEW Hannover Ergebnisse SO 2 Rohgaswerte SO 2 Rohgaswerte [mg/m³ i.n.] Deponat-EBS Rohdeponat/Frischmüll-Mischung Referenzzeitraum 1 Versuchszeitraum Referenzzeitraum 2 37 von 58

37 Verbrennungsversuch EEW Hannover Ergebnisse NO x Emissionswerte 250 Deponat-EBS Rohdeponat/Frischmüll-Mischung NO x Rohgaswerte [mg/m³ i.n.] Referenzzeitraum 1 Versuchszeitraum Referenzzeitraum 2 38 von 58

38 Verbrennungsversuch EEW Hannover Ergebnisse Übersicht Emissionen und Rohgaswerte Parameter Normalbetrieb Deponatverbrennung [mg/m³ i.n.] HCl Rohgas SO 2 Rohgas HCl Reingas 2,8 11,2 10,8 17,5 SO 2 Reingas 1,2 56,8 0,2 42 [μg/m³ i.n.] Hg Reingas 0,36 1,14 0,36 0,57 39 von 58

39 Versuche zur thermischen EBS-Verwertung Ersatzbrennstoff Heizkraftwerk Bernburg

40 Verbrennungsversuch EAB Bernburg Anlagentechnik SNCR HOK BICAR Quelle: von 58

41 Verbrennungsversuch EAB Bernburg Input Monoverbrennung von Deponat-EBS aus Vorkonditionierung 1 Jahr Lagerung Trocknung! 42 von 58

42 Verbrennungsversuch EAB Bernburg Input Frischer EBS Deponat-EBS 43 von 58

43 Verbrennungsversuch EAB Bernburg Feuerbild Frischer EBS Deponat-EBS 44 von 58

44 Verbrennungsversuch EAB Bernburg Ergebnisse Verbrennung Deponat-EBS Dampfproduktion 45 von 58

45 Verbrennungsversuch EAB Bernburg Ergebnisse Verbrennung Deponat-EBS Emissionen Bicarbonatverbauch SO 2 HCl HCl 46 von 58

46 Verbrennungsversuch EAB Bernburg Ergebnisse Material vergleichsweise trocken (Lagerung) Geringe Schüttdichte von ca. 350 kg/m³ Rohgaswerte EBS Monoverbrennung: Parameter Normalbetrieb Deponat-Verbrennung [mg/m³ i.n. ] HCl SO Anstieg Verbrauch Natriumbicarbonat (ca. Faktor 2-3) Betriebspersonal: Deponat-EBS weniger problematisch als manch frischer EBS 47 von 58

47 Versuche zur thermischen EBS-Verwertung Zementwerk CEMEX Beckum

48 Verbrennungsversuch Zementwerk Beckum Anlagentechnik Quelle: CEMEX Deutschland von 58

49 Verbrennungsversuch Zementwerk CEMEX Beckum Input Mitverbrennung (2 Mg/h Ofeneinlauf) von Deponat-EBS mit MJ/kg Mischung aus Hochkalorik LVP- und Gewerbeabfallsortierung 50 von 58

50 Verbrennungsversuch Zementwerk CEMEX Beckum Ergebnisse Förderschwierigkeiten Deutliche Agglomerationsneigung Brückenbildung in Vorlage über Austragsschnecken (vereinzelt) Regelmäßige Stopfer an Reduzierung unter Zellenradschleuse Zu hohe Chlorwerte Analysenwerte CEMEX Beprobung: Mittelwert (wasserfrei) 2,45 %! Zu hoher Chlorgehalt im Heißmehl Zu viel Chlor im Bypassstaub Cl-Werte Klinker (noch) okay Wächtenbildung im Wärmetauscherturm Mitarbeiter müssen häufiger als gewöhnlich Wächten entfernen 51 von 58

51 Verbrennungsversuch Zementwerk CEMEX Beckum Ergebnisse Aufgrund schwierigen Materialhandlings zunächst Durchsatzreduzierung von 2 auf 1,5 Mg/h Förderprobleme und Chlorproblematik führten zum Versuchsabbruch Fazit Förderschwierigkeiten Chlor ist größtes Problem Schwermetallgehalte häufig oberhalb Annahmekriterien Trocknung erforderlich Aufwändige Aufbereitung Für den Betreiber nicht einsetzbar 52 von 58

52 Fazit

53 (Zwischen-)Fazit Deponat Sehr heterogen mit stark unterschiedlichen Zusammensetzungen Viel Inertmaterial wg. mineralischer Abdeckung (Aschegehalt, Feingut) Hohe Feuchtegehalte Hohe Gehalte an Chlor (von 0 bis 2,5 %) und Schwefel möglich Stumpfe und spröde Kunststoffkonsistenz (fehlende Weichmacher?) Unaufbereitetes Deponat ist in MVA nur in hoher Vermischung einsetzbar Aufbereitung zu EBS erfordert Zerkleinerung Fraktionierung (Fein- und Schwergutabtrennung) Metallabscheidung (Lagerung zur) Trocknung? Geringe EBS Ausbeuten (3 % [Fluff] bis 15 % [Mittelkalorik]!) 54 von 58

54 (Zwischen-)Fazit Thermische Verwertung Betrachtete Anlagen Versuche Minden Schneckentransport ungeeignet Roste ohne Verteil- und Schüroption ungeeignet Versuche Hannover und Bernburg Rostfeuerung Technik der Wahl (optimal Mischung mit Frischmüll 1:1) Erhöhte Cl- und SO x -Werte im Rohgas möglich aber durch RGR beherrschbar erhöhter Adsorbensverbrauch Vortrocknung durch Lagerung verbessert Dosier- und Brennverhalten Verbrennung von unaufbereitetem Rohdeponat nicht zielführen (Mischung 1:10 nötig) Versuche Beckum Material führt zu Blockaden in Zuführung Chlorwerte beeinflussen Betrieb und Produkt Schwermetallbelastungen im EBS grenzwertig 55 von 58

55 (Zwischen-)Fazit Thermische Verwertung - Gesamtfazit Material ist grundsätzlich thermisch verwertbar Empfohlene Rahmenbedingungen Aufbereitung unter Abscheidung von Feingut und Metallen Trocknung (evtl. durch Lagerung) erscheint vorteilhaft Anlagentechnik der Wahl: Klassische MVA-Technologie mit gut regelbaren Rostsystemen! Verbrennung von unaufbereitetem Material erscheint nicht sinnvoll Problem: Was passiert mit abgetrenntem Feinanteil? Einsatz in Zementwerken nicht zielführend Landfill Mining zur Wert- und Brennstoffgewinnung ist unrealistisch Wirtschaftlichkeit aktuell nicht erreichbar 56 von 58

56 Herzlichen Dank an die EEW Energy from Waste GmbH die CEMEX Deutschland AG die Pader Entsorgung GmbH & Co. KG und Energie Anlage Bernburg GmbH für die Unterstützung bei den Versuchen sowie den Förderträger PTJ und das BMBF für die Förderung

57 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Prof. Dr.-Ing. Peter Quicker RWTH Aachen University Aachen