Abgasreinigung für Mono-Klärschlammverbrennungsanlagen

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1 Abgasreinigung für Mono-Klärschlammverbrenungsanlagen Abgasreinigung für Mono-Klärschlammverbrennungsanlagen Martin Gutjahr und Klaus Niemann 1. Überblick über Techniken zur Abgasreinigung Stickoxide Staub Schwefeldioxid und Salzsäure Quecksilber Erneuerung der Abgasreinigung der Klärschlammverbrennung Berlin-Ruhleben Nachrüstung der Aktivkohleeindüsung Nachrüstung eines Sättigers mit Hydrozyklonen Erneuerung der Wäscherdüsen Erneuerung der Tropfenabscheider Erneuerung der Kalkmilchaufbereitung Erneuerung der Gipsaufbereitung Sonstige Maßnahmen Resümee Abgasreinigung für neue Klärschlammverbrennungsanlagen Zusammenfassung Literatur Nachdem lange Zeit in Deutschland keine neuen Anlagen zur thermischen Klärschlammverwertung mehr realisiert wurden, wird die Mono-Klärschlammverbrennung zurzeit wieder populärer. Ein wesentlicher Grund hierfür ist, dass sowohl die landwirtschaftliche Verwertung als auch die Mitverbrennung in Kohlekraft- oder Zementwerken nicht die langfristige Entsorgungssicherheit und das Potential der Phosphor- Rückgewinnung bieten, die bei der Monoverbrennung gegeben sind. Daher werden zurzeit an verschiedenen Standorten bestehende Anlagen ertüchtigt und neue geplant. Während die eigentliche Verbrennung von Klärschlamm in stationären Wirbelschichtfeuerungen als Stand der Technik etabliert ist, existieren sehr unterschiedliche Konzepte zur Reinigung der Abgase. Im Rahmen dieses Vortrags wird ein kurzer Überblick über die bestehenden Technologien gegeben. Anhand eines konkreten Beispiels der Erneuerung 693

2 Martin Gutjahr, Klaus Niemann der Abgasreinigung in der Klärschlammverbrennungsanlage Berlin-Ruhleben wird dann dargelegt, dass auch mit einer vergleichsweise einfachen Technologie die sichere und wirtschaftliche Einhaltung der aktuellen Emissionsgrenzwerte möglich ist. 1. Überblick über Techniken zur Abgasreinigung Grundsätzlich ist im Vergleich zu Abfallverbrennungsanlagen bei Klärschlamm zu beachten, dass wesentlich weniger Chlor, aber deutlich mehr Schwefel enthalten ist. Der Schwefelgehalt liegt in der Größenordnung von etwa 1 Gew.-%, der Chlorgehalt bei weniger als 0,1 Gew.-% (beides bezogen auf TR). Dadurch entfallen die Probleme mit Hochtemperatur-Chlorkorrosion und Dioxinbildung, aber die Aufgabenstellung zur Abscheidung der sauren Abgasbestandteile wird anspruchsvoller. Von der Schadstoff- Charakteristik her ist Klärschlamm eher mit Kohle als mit Abfall zu vergleichen. Die Verfahren zur Abgasreinigung bei der Klärschlammverbrennung sind sehr unterschiedlich; praktisch jede Anlage hat ein individuelles Konzept. Für eine Auswahl von Klärschlammverbrennungsanlagen in Deutschland und den Niederlanden ist in Bild 1 schematisch dargestellt, welche Komponenten für die Abgasreinigung eingesetzt werden. Berlin Bitterfeld Wolfen Dordrecht Hamburg Kopenhagen Mainz (geplant) Moerdijk Stuttgart, Linie 3 Wuppertal Feuerung und Kessel Feuerung und Kessel Feuerung und Kessel Feuerung und Kessel Feuerung und Kessel Feuerung und Kessel Feuerung und Kessel Feuerung und Kessel Feuerung und Kessel Sprühtrockner Aktivkohlezugabe E-Filter E-Filter E-Filter E-Filter E-Filter E-Filter E-Filter E-Filter E-Filter Gewebefilter Gewebefilter HCl- Wäscher HCl- Wäscher HCl- Wäscher Gewebefilter Zugabe von Ca(OH) 2+HOK SO 2 -Wäscher, NaOH Gewebefilter SO 2 -Wäscher, Adsorbenszugabe NaOH Adsorbenszugabe Sprühtrockner HCl- Wäscher SO 2 -Wäscher, Kalk SO 2 -Wäscher, Kalk Zugabe von Ca(OH) 2+HOK Adsorbenszugabe HOK- Zugabe SO 2 -Wäscher, NaOH Adsorbenszugabe Gewebefilter E-Filter HCl- Wäscher Gewebefilter SO 2 -Wäscher, NaOH SO 2 -Wäscher, NaOH Gewebefilter HOK-Festbettfilter SO 2 -Wäscher, NaOH Bild 1: Schematischer Überblick über die Abgasreinigung verschiedener Klärschlammverbrennungsanlagen in Deutschland und den Niederlanden Trotz der Unterschiedlichkeit der eingesetzten Verfahren wird im Folgenden der Versuch unternommen, die Schritte zur Abscheidung der wesentlichen Schadstoffe kurz und ohne Anspruch auf Vollständigkeit darzustellen. Eingegangen wird auf die für Klärschlamm relevanten Schadstoffe NO x, Staub, SO 2 und Quecksilber. 694

3 Abgasreinigung für Mono-Klärschlammverbrenungsanlagen 1.1. Stickoxide Die meisten Klärschlamm-Verbrennungsanlagen unterschreiten auch ohne Entstickungsmaßnahmen den aktuellen Tagesmittelwert von 200 mg/m³, der für Anlagen mit einer Feuerungswärmeleistung von weniger als 50 MW gilt (sehr wenige Klärschlammverbrennungsanlagen haben eine Feuerungswärmeleistung von mehr als 50 MW). Neuanlagen sind jedoch so auszulegen, dass ein Jahresmittelwert von 100 mg/m³ unterschritten wird [17. BImSchV, Mai 2013, 10]. Dieser Grenzwert wird ohne Entstickung nur von wenigen Anlagen unterschritten [1]. Generell liegen die NO X -Emissionen bei der Verbrennung von getrocknetem Klärschlamm höher als bei der Verbrennung von mechanisch entwässertem Klärschlamm. Die Eindüsung von Harnstoff oder Ammoniak in den Feuerraum stellt eine kostengünstige und auch für höhere Abscheidegrade ausreichende Technologie dar, mit der der Grenzwert von 100 mg/m³ sicher unterschritten werden kann. Beispiele hierfür sind Klärschlammverbrennungsanlagen in den Niederlanden (Dordrecht) und der Schweiz (Winterthur), wo seit längerem geringere NO x -Grenzwerte gelten. Auch bei Abfallverbrennungsanlagen, die deutlich schwierigere Voraussetzungen für die nichtkatalytische Entstickung bieten, haben niederländische Anlagen wie z.b. in Amsterdam gezeigt, dass 100 mg/m³ technisch gut machbar sind. Zu berücksichtigen ist dabei aber, dass Ammoniakschlupf nicht vermieden werden kann. Sofern ein SNCR-Verfahren eingesetzt wird, gilt für NH 3 aktuell ein Tagesmittelwert in Höhe von 10 mg/m³. Der Ammoniakschlupf ist bei der Konzeption der weiteren Abgasreinigung zu berücksichtigen Staub Aufgrund der hohen Staubbeladung der Abgase nach der Wirbelschichtfeuerung sind Elektrofilter praktisch konkurrenzlos. Sie werden ausnahmslos eingesetzt. Ein zweifeldriges Elektrofilter ist im Normalbetrieb völlig ausreichend. Teilweise werden auch dreifeldrige eingesetzt, um bei Ausfall eines Feldes noch eine ausreichende Staubabscheidung sicherstellen zu können Schwefeldioxid und Salzsäure Für die Abscheidung der sauren Abgasbestandteile kommen primär ein- oder zweistufige Wäscher mit Natronlauge oder Kalk als Absorptionsmittel in Frage. Abgaswäscher werden bei fast allen Klärschlammverbrennungsanlagen eingesetzt, überwiegend mit Natronlauge als Absorptionsmittel. Beispiele zeigt Bild 1. Das Prinzipschema eines NaOH-Wäschers wird in dem folgenden Bild 2 dargestellt: NaOH-Wäscher haben Füllkörpereinbauten. Im Gegensatz dazu sind Wäscher, die mit gelöschtem Kalk als Absorbens arbeiten, als einbautenlose Sprühdüsenwäscher ausgeführt. Beispiele hierfür sind die VERA in Hamburg und die Klärschlammverbrennungsanlage Berlin-Ruhleben: 695

4 Martin Gutjahr, Klaus Niemann NaOH Wasser Abgas vom Elektrofilter Wäscher 1 Wäscher 2 TMT Sprühtrockner oder Vorfluter Abwasserbehandlung Bild 2: Prinzipschema zweistufiger NaOH-Wäscher Grundsätzlich liegt der Unterschied zwischen beiden Konzepten darin, dass beim Einsatz von Natronlauge wasserlösliches Natriumsulfat entsteht, während der Einsatz von Branntkalk eine praktisch wasserunlösliche Gipssuspension erzeugt. Natriumsulfat wird nach der Abwasseraufbereitung (Abscheidung von Schwermetallen) als gelöstes Salz in die Vorflut eingeleitet oder bei abwasserlosen Verfahren in einem Sprühtrockner eingedampft und als fester Reststoff in einem nachgeschalteten Gewebefilter abgeschieden. Gipssuspension muss dagegen über Zentrifugen oder Bandfilter aufbereitet werden. Es verbleibt nach der Abwasseraufbereitung eine relativ kleine Abwassermenge, die die Chlorfracht aus dem Klärschlamm enthält. Diese kann in den Vorlauf des Klärwerks zurückgeführt oder analog zum abwasserlosen NaOH-Wäscher in einem vorgeschalteten Sprühtrockner mit Gewebefilter entsorgt werden. Die wesentlichen Unterschiede zwischen Natronlauge- und Kalkwäschern sind wie folgt zusammenzufassen: 1. Investitionskosten: Der Einsatz von Branntkalk macht zum einen eine Kalklöschanlage, zum anderen die Gipsaufbereitung erforderlich. Daher ist der apparative Aufwand höher als bei einem NaOH-Wäscher. 696

5 Abgasreinigung für Mono-Klärschlammverbrenungsanlagen 2. Betrieb: Das Handling von Gipssuspension ist anspruchsvoller als das einer Na 2 SO 4 - Lösung. Zur Vermeidung von Sedimentation sind Mindest-Fließgeschwindigkeiten zu beachten, und nichtbenutzte Leitungen müssen sofort gespült werden. Die Ansprüche an Werkstoffe, Armaturen und Pumpen sind höher. 3. Betriebskosten: Hier hat der Einsatz von Branntkalk deutliche Vorteile. Branntkalk ist wesentlich preiswerter als Natronlauge und hat eine günstigere Stöchiometrie. Die Abscheidung eines SO 2 -Moleküls erfordert zwei NaOH-Moleküle, aber nur ein CaO-Molekül. Der Vorteil bei den Betriebskosten bleibt auch unter Berücksichtigung der Entsorgungskosten von Gips deutlich. Kalkmilchaufbereitung CaO Wäscher 1 Wäscher 2 Gipsaufbereitung Abwasseraufbereitung Klärwerk Gips Bild 3: Prinzipschema zweistufiger Wäscher auf Kalkbasis, mit Peripherie Hinsichtlich der erreichbaren Reingaswerte bestehen bei richtiger Auslegung der Wäscher keine wesentlichen Unterschiede zwischen den Verfahren. In beiden Fällen lassen sich für SO 2 und HCl Werte erreichen, die deutlich unter den Grenzwerten der 17. BImSchV liegen. Neben den Wäschervarianten sind quasitrockene oder rein trockene Verfahren zur Abscheidung der sauren Abgasbestandteile zu erwähnen. Quasitrockene Verfahren können auch in Verbindung mit einem nachgeschalteten Wäscher eingesetzt werden. 697

6 Martin Gutjahr, Klaus Niemann Als Beispiel für ein rein quasitrockenes Verfahren ist die zurzeit in Planung befindliche Anlage in Mainz zu nennen. TC Gewebefilter Rezirkulation Elektrofilter Wasser Befeuchtungsmischer Bild 4: Abgasreinigung der geplanten Klärschlammverbrennungsanlage Mainz Quelle: Genehmigungsantrag TVM Betriebserfahrungen mit dem quasitrockenen Verfahren bei Klärschlammverbrennungsanlagen sind nicht bekannt. Es wird erwartet, dass die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte der 17. BImSchV für Schwefeldioxid eine etwas größere Herausforderung darstellt als beim Einsatz von Wäschern Quecksilber Zur Abscheidung von Quecksilber kommt Kohle zum Einsatz, entweder in Form von Herdofenkoks oder als Aktivkohle. Im Wesentlichen sind folgende Verfahren zu nennen (s. auch Bild 1): Einsatz eines Festbettfilters, wie bei der Klärschlammverbrennungsanlage Dordrecht. Einsatz eines Sorbens aus Kalkhydrat und Herdofenkoks, wie bei der geplanten Anlage in Mainz (s. Bild 4). Einsatz eines Gewebefilters mit HOK-Zugabe nach Wäschern, wie bei der VERA in Hamburg oder der Klärschlammverbrennungsanlage in Moerdijk. Einsatz eines Gewebefilters mit HOK-Zugabe vor Wäscher, wie bei der Anlage in Kopenhagen. Das entsprechende Verfahrensschema ist in Bild 5 dargestellt. Eindüsung von Aktivkohle vor Elektrofilter; hier ist die Klärschlammverbrennungsanlage von BWB in Berlin-Ruhleben als Referenz zu nennen. Auf dieses Verfahren wird im folgenden Kapitel näher eingegangen. Zusammengefasst lässt sich feststellen, dass es im Gegensatz zur Abfallverbrennung bei der thermischen Verwertung von Klärschlamm noch kein einfaches und generell etabliertes Verfahren zur Abgasreinigung gibt. Als Ergänzung bzw. Alternative zu den dargestellten Verfahren wird im kommenden Kapitel eine vergleichsweise einfache und 698

7 Abgasreinigung für Mono-Klärschlammverbrenungsanlagen betriebssichere Abgasreinigungstechnologie vorgestellt, deren Konzept im Rahmen der Erneuerung der Abgasreinigung der Klärschlammverbrennungsanlage Berlin- Ruhleben ausgearbeitet wurde. Vorlagebehälter Wäscherabwasser Schlauchfilter Saugzug Kühlstufe Sprühkühler Fernwärme Reaktor Wasser Kalksilo HOK-Silo Rücklauf Wasser Alkalischer Wäscher Reststoffsilo NaOH-(50 %) Puffer-Tank Luft Bild 5: Quelle: Bamag Ausschnitt aus Verfahrensschema Klärschlammverbrennung Kopenhagen 2. Erneuerung der Abgasreinigung der Klärschlammverbrennung Berlin-Ruhleben Bei der Klärschlammverbrennung Berlin-Ruhleben handelt es sich um eine vergleichsweise große Anlage, die aus dem Jahre 1983 stammt. Verbrannt wird nicht ausgefaulter, mechanisch entwässerter Klärschlamm. Wesentliche technische Daten sind: Anzahl Linien: 3 Nenndurchsatz pro Linie: 3,2 t TR/h Abgasvolumenstrom pro Linie: ca Nm³/h (tr.); Nm³/h (fe.) Etwa drei Viertel des verbrannten Klärschlamms kommen aus dem Klärwerk Ruhleben, der Rest wird als entwässerter Schlamm von anderen Berlinern Klärwerken angeliefert. Ursprünglich war die Anlage lediglich mit einem dreifeldrigen Elektrofilter zur Staubabscheidung ausgerüstet. Im Jahr 1989 gingen nachgerüstete, einstufige Abgaswäscher mit der dafür erforderlichen Peripherie (Kalkmilchaufbereitung, Zentrifugen, Abwasseraufbereitung) in Betrieb. Das Prinzipschema der Anlage ist im folgenden Bild dargestellt: 699

8 Martin Gutjahr, Klaus Niemann Elektrofilter Kessel Saugzug Tropfenabscheider Klärschlamm Kalkmilch Heizöl Wirbelluft Wäscher Gipsaufbereitung Bild 6: Ausgangssituation Klärschlammverbrennungsanlage Berlin-Ruhleben Die Erneuerung der Abgasreinigung ist aus den folgenden Gründen erforderlich: Nach 25 Jahren Betrieb ist die grundlegende Erneuerung einer Vielzahl von Komponenten sinnvoll. Die Abscheideleistung der Wäscher ist im Hinblick auf Schwefeldioxid begrenzt, so dass bei hohem Schwefelgehalt des Klärschlamms der Durchsatz reduziert werden muss. Der Wäscher stellt somit den Flaschenhals der Anlagenkapazität dar. Die Kalkmilch- und Gipsaufbereitungsanlagen wurden nicht für den gleichzeitigen Betrieb aller drei Linien mit maximalen Schadstofffrachten ausgelegt. Im Laufe von 25 Jahren haben sich beim Stand der Technik Fortschritte ergeben, die den Betrieb und Unterhalt der Abgasreinigung vereinfachen. Die Erneuerung der Abgasreinigung ermöglicht es, eine Anpassung an den Stand der Technik vorzunehmen. Auf diese Weise wird die Verfügbarkeit erhöht und der Unterhaltsaufwand verringert. Beispiele hierfür sind GFK-Verarbeitung und verbesserte Messtechnik. Aus diesen Gründen wurde seitens BWB beschlossen, die Erneuerung der Abgasreinigung auf der Basis folgender Prämissen durchzuführen: Die Erneuerung muss gewährleisten, dass die Abgasreinigung für die nächsten 15 Jahre ohne wesentliche Ersatzinvestitionen und mit hoher Verfügbarkeit betrieben werden kann. Die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte muss in jedem Fall auch bei hohen Schadstoffbelastungen der verbrannten Schlämme und Nennlastbetrieb gesichert sein. 700

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11 Abgasreinigung für Mono-Klärschlammverbrenungsanlagen Die Umsetzung der Erneuerung muss während des laufenden Betriebs erfolgen, so dass die Kapazität der Anlage nicht beeinträchtigt wird. Kapazitätsbegrenzende Aggregate wie Zentrifugen und Behälter sind zu erneuern und zu vergrößern. Die Erneuerung muss sicherstellen, dass der Aufwand für Reparatur, Wartung und Unterhalt deutlich reduziert werden kann. Auf der Basis dieser Prämissen wurde das Erneuerungskonzept ausgearbeitet und mit BWB im Detail abgestimmt. Die wesentlichen Maßnahmen sind im folgenden Bild schematisch dargestellt und werden anschließend erläutert. Aktivkohle Elektrofilter Saugzug Tropfenabscheider Klärschlamm 1 2 Sättiger Zyklon Wirbelluft 5 Kalkmilch Heizöl 6 Gipsaufbereitung Bild 7: Wesentliche Maßnahmen zur Erneuerung der Abgasreinigung Berlin-Ruhleben Die Nachrüstung der Aktivkohleeindüsung (Pos. 1) ist bereits seit mehreren Jahren in Betrieb. Die weiteren Maßnahmen (Pos. 2 bis 6) werden zurzeit ausgeschrieben und von 2014 bis 2016 umgesetzt Nachrüstung der Aktivkohleeindüsung Bild 6 zeigt, dass die ursprüngliche Abgasreinigung lediglich aus dem Elektrofilter und einem einstufigen Wäscher bestand. Zur Abscheidung von Quecksilber wurde im Wäscher TMT 15 zugegeben. Es zeigte sich, dass mit diesem Verfahren zwar in der Regel die Einhaltung des Hg-Grenzwertes möglich war, aber keine ausreichenden Reserven für Konzentrationsspitzen bestanden. Aus diesem Grund wurden seitens BWB Versuche mit der Eindüsung von Aktivkohle in den ECO-Bereich des Dampferzeugers vor Elektrofilter durchgeführt, die sehr erfolgreich waren. Bei allen drei Linien sind jetzt Anlagen zur Dosierung von Aktivkohle 703

12 Martin Gutjahr, Klaus Niemann fest installiert. Aktuell liegt die Quecksilberemission bei weniger als zehn Prozent des Grenzwertes für bestehende Anlagen (0,03 mg/m³); sogar der für Neuanlagen geltende Grenzwert in Höhe von 0,01 mg/m³ wird sicher eingehalten Nachrüstung eines Sättigers mit Hydrozyklonen Ein wesentliches Handicap des vorhandenen einstufigen Wäschers stellt die Tatsache dar, dass das Abgas mit etwa 200 C eintritt. Die Abkühlung des Abgases im Wäscher bis auf Sättigungstemperatur (etwa 70 C) und die Schadstoffabscheidung verlaufen im unteren Bereich parallel und ohne klare Abgrenzung. Es kommt zu Ablagerungen, da der in der Waschsuspension enthaltene Gips durch das eintretende heiße Abgas aufgetrocknet wird. Anbackungen an den Düsen führten zu Strähnenbildung und ungleichmäßiger Schadstoffabscheidung über den Querschnitt des Wäschers. Um Ablagerungen zu vermeiden und die Schadstoffabscheidung zu verbessern, wäre es naheliegend, eine Wäscherstufe vorzuschalten und auf diese Weise die in Bild 3 dargestellte Konfiguration zu erhalten. Dies ist am Standort Berlin-Ruhleben nicht möglich, da nicht genug Platz zur Verfügung steht und der Aufstellungsort der Wäscher hohe zusätzliche Lasten nicht zulässt. Aus diesem Grund wird lediglich ein Sättiger nachgerüstet, der in den vertikalen Abgaskanal kurz vor Wäschereintritt integriert wird. Das folgende Bild zeigt die Einbauposition, der neue Sättiger ist mit der Nummer 6 bezeichnet: Umwälzpumpen 2 Gipssuspensions- Entnahmepumpen 5 3 Booster-Pumpen Hydrozyklon Düsenlanze 2 6 Sättiger Rührwerk 1 1 Bild 8: Erneuerungsmaßnahmen im Bereich der Wäscher Bei dem Sättiger handelt es sich um ein Bauteil aus einer Nickel-Basis-Legierung, das in ähnlicher Form bereits bei zahlreichen Abfallverbrennungsanlagen eingesetzt wurde. Er ermöglicht eine sehr gleichmäßige und praktisch druckverlustfreie Sättigung des Abgases. Das folgende Bild zeigt einen Schnitt: 704

13 Abgasreinigung für Mono-Klärschlammverbrenungsanlagen Bild 9: Neuer Sättiger Die Nachrüstung des Sättigers macht eine weitere Maßnahme erforderlich: Es ist nicht möglich, den Sättiger mit nachgespeistem Betriebswasser zu betreiben, ohne die Wasserbilanz der Abgasreinigung zu gefährden. Aus diesem Grund wird für den Sättiger Wäschersuspension aus dem Kreislauf verwendet, deren Gipsanteil durch vorgeschaltete Hydrozyklone entfernt und in den Wäscher zurückgeführt wird. Die Eignung der Hydrozyklone für Wäschersuspension wurde durch Versuche vor Ort bestätigt. Es werden eigene Boosterpumpen eingesetzt, um den Wasserbedarf des neuen Sättigers über die Hydrozyklonstation zu decken Erneuerung der Wäscherdüsen Zurzeit sind vier Düsenebenen in Einsatz, in denen nach unten sprühende Spiraldüsen (Schweineschwanzdüsen) installiert sind. Sie werden ersetzt durch Tangentialdüsen, die auf den unteren drei Ebenen bidirektional sprühen und direkt unterhalb des Tropfenabscheiders equilateral. Tangentialdüsen haben den Vorteil, dass sie ein feineres Tropfenspektrum erzeugen und durch den großen freien Querschnitt ein geringeres Risiko der Düsenverstopfung besteht. Durch die Erneuerung der Wäscherdüsen wird der Stoffaustausch zwischen Flüssigkeit und Abgas verbessert, so dass die Abscheidung von SO 2 erhöht wird. Die Auslegung der neuen Düsen stellt weiterhin sicher, dass eine direkte Beaufschlagung der Wäscherwand mit Suspension vermieden und somit der Verschleiß reduziert wird. Bild 10: Prinzipschema: Derzeitige (links) und zukünftige (rechts) Anordnung der Wäscherdüsen 2.4. Erneuerung der Tropfenabscheider Die Erneuerung der Tropfenabscheider ist zum einen erforderlich, da die V-Form der bestehenden Tropfenabscheider (Bild 6) im Hinblick auf das Ablaufen der Flüssigkeit und eine gleichmäßige Strömungsverteilung nicht optimal ist. Zum anderen ist eine Verbesserung der Tropfenabscheidung erforderlich, da die neuen Düsen ein feineres Tröpfchenspektrum erzeugen. 705

14 Martin Gutjahr, Klaus Niemann Die V-förmigen Abscheider werden ersetzt durch waagerecht eingebaute Prallflächenabscheider, die eine weitergehende Tropfenabscheidung und eine verbesserte Strömung ermöglichen. Die Erneuerung der Tropfenabscheider reduziert gleichzeitig den gasseitigen Druckverlust und die Gefahr von Verstopfungen. Bild 11: Neue Tropfenabscheider Im Bereich der Wäscher werden außerdem die Umwälzpumpen für Suspension, Rohrleitungen, Messtechnik, Rührwerke und Oxidationsluftzugabe erneuert und verbessert Erneuerung der Kalkmilchaufbereitung Die Erneuerung der Kalkmilchaufbereitung ist zum einen erforderlich, da die vorhandenen Kalkmilchbehälter aus GFK aufgrund von Osmose einen hohen Reparaturbedarf zeigen. Zum anderen soll die Kapazität der Anlage erhöht werden, um mit Bild 12: Neue Kalkmilchbehälter mit Dosierstationen 706

15 Abgasreinigung für Mono-Klärschlammverbrenungsanlagen einer Kalkmilchaufbereitungslinie drei Verbrennungslinien auch bei hohen Schadstoffgehalten sicher versorgen zu können. Ersetzt wird die komplette Station nach den Löschbehältern, einschließlich Pumpen, Ringleitungen und Armaturen. Für die neuen Kalkmilchbehälter wird Edelstahl eingesetzt. Durch die Erneuerung der Kalkmilchaufbereitung wird die Kapazität dieser Teilanlage in etwa verdoppelt. Trotz dieser Vergrößerung kann durch eine Optimierung der Aufstellungsplanung eine Verbesserung der Zugänglichkeit der Komponenten erreicht werden. Die Erneuerung erfolgt sukzessive während des laufenden Betriebs. Temporäre Installationen sorgen dafür, dass auch während der Umschlussphasen eine ausreichende Redundanz gewährleistet ist Erneuerung der Gipsaufbereitung Die Erneuerung der Gipsaufbereitung umfasst die gesamte Teilanlage einschließlich Vorlagebehälter, Zentrifugen und Rohrleitungen. Außerdem werden Hydrozyklone nachgerüstet, um die Möglichkeit der Voreindickung der Suspension vor Zentrifugen zu schaffen. Die Notwendigkeit der Erneuerung der Zentrifugen ergibt sich zum einen aus der Kapazitätserhöhung, zum anderen aus dem Alter der vorhandenen Maschinen. Durch den Einsatz neuer Zentrifugen können Gips- und Zentratqualität verbessert werden. Bild 13: Neue Zentrifugen, im Hintergrund vergrößert: Hydrozyklonstation zur Voreindickung 707

16 Martin Gutjahr, Klaus Niemann Weiterhin wird durch die Möglichkeit der Voreindickung der Suspension über Hydrozyklone die Voraussetzung für einen energieeffizienteren Betrieb der Gipsaufbereitung sowie eine weitere Kapazitätserhöhung geschaffen Sonstige Maßnahmen Neben den beschriebenen Hauptmaßnahmen werden weitere Erneuerungen und Optimierungen umgesetzt. Zu erwähnen sind die Nachrüstung eines Aktivkohlesilos, das die personalintensive Big-Bag-Dosierung ersetzen wird, sowie die partielle Sanierung der Abgaskanäle. Das folgende Bild gibt einen Überblick über die Maßnahmen: grün: Wäschersanierung orange: Gipsaufbereitung schwarz: Kalkmilchaufbereitung rot: Aktivkohlesilo blau: Abgaskanäle Bild 14: Räumlicher Überblick über Erneuerungsmaßnahmen 2.8. Resümee Die Planung der Erneuerung der Abgasreinigung der Klärschlammverbrennungsanlage Berlin-Ruhleben hat gezeigt, dass die gezielte Ertüchtigung einer vergleichsweise einfachen Anlage mit einem Alter von 25 Jahren eine wirtschaftlich und technisch sehr attraktive Vorgehensweise darstellt. 708

17 Abgasreinigung für Mono-Klärschlammverbrenungsanlagen 3. Abgasreinigung für neue Klärschlammverbrennungsanlagen Die Erfahrungen mit der Klärschlammverbrennungsanlage Berlin-Ruhleben zeigen, dass eine zweistufige Abgaswäsche auf Kalkbasis in Verbindung mit einer Aktivkohleeindüsung eine einfache, betriebssichere und kostengünstige Art der Abgasreinigung darstellt. Im Vergleich zu Anlagen mit NaOH-Wäschern werden die folgenden Vorteile gesehen: Mit Gips wird ein verwertbares Produkt erzeugt, in dem der überwiegende Teil der Schadstofffracht gebunden ist. Der Einsatzstoff Branntkalk ist deutlich kostengünstiger als Natronlauge. Diese Vorteile gelten analog im Vergleich zu Anlagen, die mit Kalkhydrat-Aktivkohle- Gemischen und nachgeschaltetem Gewebefilter arbeiten. Einsatz- und Reststoffe sind bei Gipswäschern deutlich wirtschaftlicher als bei anderen Verfahren. Von Nachteil sind die höheren Investitionskosten für die Peripherie (Kalkmilch, Zentrifugen) sowie die Tatsache, dass der Umgang mit Gipssuspension eine sehr sorgfältige Ausführung der Anlage im Detail sowie eine entsprechende Schulung des Bedienpersonals voraussetzt. Daraus folgt, dass die Abgasreinigung mit Kalkwäschern für mittlere bis große Anlagen als besonders zweckmäßig erscheint. Wesentlich erscheint auch der Vorteil, dass der Einsatz einer bewährten Abgasreinigungstechnologie mit gesicherter Unterschreitung der Emissionsgrenzwerte und minimalen Einsatz- und Reststoffen eine gute Akzeptanz der Anlage bei Genehmigungsverfahren erwarten lässt. Das Schema einer Klärschlammverbrennungsanlage, die auf dem Ruhlebener Konzept basiert, ist im folgenden Bild dargestellt: Aktivkohle Elektrofilter Kessel Harnstoff Klärschlamm Wirbelluft Wäscher 1 Wäscher 2 Kalkmilch Gipsaufbereitung Bild 15: Klärschlammverbrennungsanlage, basierend auf Ruhlebener Abgasreinigungskonzept 709

18 Martin Gutjahr, Klaus Niemann Das in Bild 15 dargestellte Konzept bietet neben der Einfachheit der Abgasreinigung und den niedrigen Betriebskosten den Vorteil, dass eine energetische Optimierung durch Auskopplung der Abgaswärme vor Wäscher möglich ist. Direkt oberhalb des Wäschers kann ein Teflon-Wärmetauscher vorgesehen werden (nicht im Bild dargestellt), der zur Aufheizung von Kondensat oder Speisewasser dient. 4. Zusammenfassung Aufgrund der zunehmenden Bedeutung der Klärschlamm-Monoverbrennung wird in dieser Ausarbeitung dargestellt, welche Technologien für die Abgasreinigung in Frage kommen. Es wird deutlich, dass die bisherige Entwicklung im Gegensatz zur Abfallverbrennung kein einfaches und etabliertes Verfahren hervorgebracht hat. Vielmehr existieren auch bei aktuellen Anlagen sehr unterschiedliche und teilweise auch ausgesprochen komplexe Konzepte. Gemeinsamkeiten bestehen hinsichtlich folgender Aspekte: Für die Staubabscheidung sind Elektrofilter konkurrenzlos. Es wird eine nichtkatalytische Entstickung (SNCR) eingesetzt. Zur Abscheidung von Schwefeldioxid dienen bei den meisten Anlagen Abgaswäscher. Für die Adsorption von Quecksilber wird Herdofenkoks oder Aktivkohle eingesetzt. Vor diesem Hintergrund wird dargestellt, mit welchen Maßnahmen die Erneuerung der Rauchgasreinigung der Klärschlammverbrennungsanlage Berlin-Ruhleben derzeit realisiert wird. Hierbei handelt es sich um eine vergleichsweise einfache Abgasreinigung aus dem Jahr Sie besteht aus einem Elektrofilter und einem einstufigen Wäscher. Zum Einsatz kommt Branntkalk als Absorbens, und als Produkt wird Gips erzeugt. Die Erneuerung dieser Abgasreinigung ermöglicht es, dass folgende Ziele erreicht werden: Sicherer Weiterbetrieb der Anlage über die nächsten 15 Jahre Sichere Unterschreitung der Emissionsgrenzwerte auch bei stark schadstoffhaltigem Klärschlamm Erhöhung der Verfügbarkeit und der Kapazität. Als eine wesentliche Maßnahme ist die Nachrüstung eines Sättigers vor dem Abgaswäscher zu erwähnen. Hierdurch können mit sehr begrenztem Aufwand die Vorteile eines zweistufigen Wäschers auf das bestehende, einstufige System übertragen werden. Basierend auf den Erfahrungen mit der Anlage in Berlin-Ruhleben wird als Empfehlung für mittlere bis große Klärschlammverbrennungsanlagen das Konzept einer Abgasreinigung vorgestellt, die aus folgenden Komponenten besteht: 710

19 Abgasreinigung für Mono-Klärschlammverbrenungsanlagen SNCR Aktivkohleeindüsung Elektrofilter 2-stufiger Wäscher auf Kalkbasis mit Gipsaufbereitung Als wesentliche Vorteile dieses Konzepts sind zu erwähnen: Einfacher Aufbau Einsatz von bewährter Technologie Gesicherte und deutliche Unterschreitung aller aktuellen Emissionsgrenzwerte Minimale Mengen an Einsatz- und Reststoffen Möglichkeit der energetischen Optimierung durch Nutzung der Abgaswärme vor Wäscher. Diese Empfehlung kann eine Untersuchung von Varianten im Einzelfall nicht ersetzen. Sie zeigt aber, dass es mit einer relativ einfachen und umfassend erprobten Technologie möglich ist, eine wirtschaftliche Abgasreinigung für die Klärschlammverbrennung zu realisieren. Die Erneuerung der Abgasreinigung wird durch das Ingenieurbüro Wandschneider + Gutjahr aus Hamburg im Auftrag der Berliner Wasserbetriebe (BWB) geplant und umgesetzt. 5. Literatur [1] Arbeitsbericht des ATV-Fachausschusses, 1996: NO x - und N 2 O-Emissionen bei der Verbrennung von Klärschlämmen [2] Thome-Kozmiensky, K. J.: Anlagen zur Monoverbrennung von Klärschlamm. In: Verantwortungsbewusste Klärschlammverwertung. Neuruppin: TK-Verlag Karl Thomé-Kozmiensky,

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