Klärschlamm-Monoverbrennung wirtschaftliche und technische Grenzen

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1 1. DWA- Netzwerktag Klärschlammnetzwerk Nord-Ost , Berlin-Steglitz Klärschlamm-Monoverbrennung wirtschaftliche und technische Grenzen Dr. Andreas Glatzer (Outotec GmbH&CoKG, Oberursel) Dipl.Ing. Michael Friedrich (Ingenieurbüro Friedrich, Schwerin)

2 Inhalt Mono-Klärschlammverbrennung - Stand der Technik Mono-Klärschlammverbrennung - 3 Beispiele Energiebilanz Klärschlammtrocknung Rauchgasreinigung Kostenvergleich - Gesamtwirtschaftlichkeit Resümee

3 Outotec Vereinte Erfahrung im Bereich Klärschlamm

4 Stand der Technik Verfahrensschema der Klärschlammverbrennung

5 Stand der Technik Design der Verbrennungsanlage abhängig von: Klärschlammqualität Ausgefaulte vs. nicht-ausgefaulte Schlämme, Stabilisierungsgrad, organischer Anteil, Entwässerungsleistung, Heizwert, etc. Konsistenz, Fördertechnik, Leimphase Schlammtrocknungsstrategie Solartrocknung vs. Kontakttrocknung Wärmekonzept Strom- oder Wärmeproduktion Wärme auf Thermalöl oder Dampf übertragen

6 Stand der Technik Klärschlamm als Brennstoff: Wassergehalt Heizwert, Organik Geruch Konsistenz, Fördertechnik, Leimphase Ascheschmelzverhalten Ascheentsorgung, Phosphor-Recycling? Wirbelschichtverfahren optimal geeignet!

7 Stand der Technik Fluidbettsysteme im Vergleich Für die thermische Verwertung von Klärschlamm haben sich heute weitgehend stationäre Wirbelschichtverfahren zur (Mono-)Verbrennung durchgesetzt

8 Stand der Technik Vorteile stationärer Wirbelschicht Homogene Temperaturverteilung durch intensive Durchmischung und intensiven Wärmeübergang Mehrstufige Verbrennung (Vergasung, Oxidation, Nachbrennkammer) Niedrige Verbrennungstemperaturen (< 900 C) Niedrigste Schadstoffwerte (NOx, CO, TOC, SO2, Cl, F) Heizwert des teilgetrockneten Klärschlamms ermöglicht autarke Verwertung (kein Primärenergie-Einsatz nötig!) Geringe Feuerungsverluste, sehr guter Ausbrand Verbrennung niederkalorischer Stoffe möglich Großes Heizwertband möglich (Flexibilität für die Zukunft)

9 Beispiele Bad Vöslau (Österreich) Kapazität t/a Klärschlamm (25%TS) Seit 2005 in Betrieb Entsorgungskosten rd. 40 /t OS Verwendung von Drittschlamm möglich Wärmeüberschuss in Fernwärmenetz Mehrfach ausgezeichnet, u.a. Innovationspreis

10 Beispiele Bad Vöslau Fernwärme Wärme Klärschlamm Abluft über Biofilter Solartrocknungsanlage (mit externer Wärmeunterstützung im Winter) Wirbelschicht Kessel (Thermalöl) Kessel- und Zyklonasche (>90%) Asche Rauchgasreinigung Filterasche (<10%)

11 Beispiele Großwilfersdorf (Österreich) Kapazität t/a Klärschlamm (25%TS) Inbetriebnahme 2012 Entsorgungskosten rd. 60 /t OS Dezentrales Konzept Ausschließlich Verwendung von Fremdschlämmen Lieferung von Wärmeüberschuss an benachbartes Fertigteilbetonwerk

12 Beispiele Großwilfersdorf Kondensat zu Kläranlage NT-Wärme von Kondensation HT-Wärme von Thermalölkessel Kondensation Klärschlamm Trockner Wirbelschicht Misch-TS 50% Kessel (Thermalöl) Kessel- und Zyklonasche (>90%) Asche Rauchgasreinigung Filterasche (<10%)

13 Beispiele Zürich (Schweiz) Auftraggeber: ERZ Entsorgung & Recycling Zürich Kapazität t/a (25%TS) Inbetriebnahme 2015 Entsorgung Klärschlämme Kanton Zürich Rd. 1/3 der Schlämme vom Standort Werdhölzli direkt Energieeffizienz war wesentliches Kriterium deswegen Verstromung und Abwärmenutzung als Fernwärme Künftig geplant Phosphor-Aufbereitung am Standort

14 Beispiele Zürich

15 Beispiele Zürich Kondensat zurück zur Kläranlage Fernwärme 2/3 per LKW 1/3 per Band Kondensation Dampfturbine Strom Rauchgasreinigung Klärschlamm Kessel (Dampf) E-Filter RG- Reinigung 1 (trocken) RG- Reinigung 2 (2-stuf. Wäsche) Wirbelschicht Kesselasche Filterasche (>90%) Filterasche (<10%) Trockner Asche für P- Recycling

16 Beispiele Übersicht Bad Vöslau Großwilfersdorf Zürich Durchsatz t/a Durchsatz t TS/a Hu (Mix Eintritt WS) > 6 MJ/kg > 4 MJ/kg > 3 MJ/kg Luftvorwärmung n.a. < 200 C < 400 C Trocknung solar+thermisch Kontakttrockner Scheibentrockner Verbrennung Wirbelschicht Wirbelschicht Wirbelschicht TS-Gehalt Eintritt WS >60% >48% 40% Brennstoffwärmeleistung 1,0 MW 2,2 MW 7,0 MW Wärmerückgewinnung Thermalölkessel Thermalölkessel Dampf Energienutzung <0,7 MW (sol.tr.+fw) <1,3 MW FW <1,0 MW el+ + 3 MW FW Rauchgasreinigung Trockensorption Trockensorption trocken + naß Annahme Drittschlämme ja 100% ca % Inbetriebnahme ab Frühjahr 2015

17 Energiebilanz Vergleich E-Bilanz t TS/a vs t TS/a Zentral Dezentral Einheit Z/D Brennstoffdurchsatz t TS/a 7,5 Glühverlust 62 % TS-Gehalt Anlieferung 25 % TS-Gehalt nach Trocknung 41 % Heizwert Hu MJ/kg OS Brennstoffwärmeleistung kw 7,6 Trocknung kw 7,4 Überschuss Wärmeleistung kw 6,7 Elektrischer Wirkungsgrad % Elektr. Leistung kw 12,0 Stromproduktion MWh/a 12,0 Gestehungskosten gesamt EUR/a 6,0 Strombedarf gesamt MWh/a 7,5 Stromeinspeisung MWh/a 92

18 Klärschlammtrocknung Vortrocknung erforderlich Anmerkung: Heizwert z.b. bei 25% TS ca. 1 MJ/kg (abh. von Schlamm) Mindest-Heizwert für selbstgängige Verbrennung abh. von Verbrennungslufttemperatur ca. >3-4 MJ/kg Größe Trockner technisch: grundsätzlich keine Einschränkung bezüglich Größe wirtschaftlich: kleine Trockner spezifisch sehr teuer bei sehr großen Anlagen ohnehin oft 2 Linien Temperaturniveau je höher Temperaturniveau der verwendeten Wärme desto wertvoller

19 Klärschlammtrocknung Solartrocknung Bandtrocknung Kontakttrocknung (direkt) (indirekt) Wärmebedarf groß (ineffizient) mittel gering (am effizientesten) erf. Temp.-niveau niedrig niedrig + hoch mögl. hoch Geruchsbehandlung erforderlich erforderlich nicht erforderlich Kondensatmenge - gering hoch Wärmerückgewinnung nicht möglich nicht möglich möglich Platzbedarf groß mittel (wegen Biof.) klein Bsp.: t/a (7.500 t TS/a) >6.000 m 2 rd (Biof.) m 2 rd m 2 (inkl. Kond.) Kosten abh. von Bewertung der Wärme!

20 Rauchgasreinigung Verfahren zur Rauchgasreinigung: trockene halbtrockene nasse Rauchgaseinigung Ziel: Einhaltung der Emissionsgrenzwerte die wichtigsten: - Schwefeldioxid SO 2 (bei Klärschlamm Rohgaswerte um Vielfaches höher als bei Müllverbrennungen!) - Ammoniak NH 3 in Komb. mit NO x insbes. in D ein Thema (vgl. auch Biogasanlagen) - Quecksilber Hg - Staub Auswahl des Rauchgasreinigungsverfahrens abh. von: - Schadstoffen in Klärschlamm - Verbrennungssystem (z.b.: CO, Nox) - wirtschaftlichen Kriterien Effektivität der Schadstoffeliminierung steigt von trocken zu nass. Aber ebenso: Investitionskosten und teilweise Betriebskosten.

21 Rauchgasreinigung In die wirtschaftliche Gesamtbetrachtung fließen daher ein: Investitionskosten Betriebskosten (Strom, Materialien, Wasser, Abwasser) Ascheentsorgungskosten z.b. wenn statt E-Filter nach Kessel nur ein Zyklon verwendet wird. Einfluß der Entsorgungspreise oft entscheidend. Mit E-Filter nach Kessel reduziert sich die Menge der teuer zu entsorgenden Asche bzw. erhöht sich auch die Menge der Asche für das P-Recycling. Resümee nach unserer Erfahrung: Durchaus etwas mehr in die Investition stecken denn oft ist dies in der Gesamtbetrachtung vorteilhaft. und man hat sich Flexibilität für die Zukunft gesichert

22 Kostenvergleich Verteilung der Jahreskosten t TS/a t TS/a 33,5 Mio. EUR 10,5 Mio. EUR Investition

23 Kostenvergleich Jahreskosten Ausbaugrad t TS/a t TS/a Einheit EUR/a EUR/t OS EUR/a EUR/t OS Betriebsmittel , ,9 Strom , ,3 Ascheentsorgung , ,2 Personal , ,1 Versicherung/sonst , ,1 Wartung/Reparatur , ,8 Kapitalkosten , ,5 Wagnis/Gewinn , ,8 Summe , ,8

24 Resümee Es ist möglich, kleine KSV-Anlagen zu errichten und zu betreiben. Ab einer bestimmten kleinen Größe ist es schwer, die Verhältnismäßigkeit von technischem bzw. personellem Aufwand und Wirtschaftlichkeit darzustellen. Ab einer bestimmten kleinen Größe ist die Verstromung der überschüssigen Wärme wirtschaftlich schwer darstellbar. Die minimale Größe einer KSV-Anlage könnte zwischen und t TS/a liegt. Dies entspricht ca. 0,8 1,0 Mio. EW.

25 1. DWA- Netzwerktag Klärschlammnetzwerk Nord-Ost , Berlin-Steglitz Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

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