Immissionsschutz - Üb.-Klausur

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1 Die Klausur besteht aus den Teilen I bis III. Für ein Bestehen der Prüfung muß in jedem der drei Teile eine Leistung von über 25 % der erreichbaren Punktzahl erbracht werden. Im Teil I sind 4, im Teil II 3 und im Teil III 7 Fragen gestellt.soweit es sich nicht um reine Rechenschritte handelt, ist jeweils eine Begründung für Ihr Vorgehen bzw. Ihre Entscheidung erforderlich!die Teile I und II sind ausschließlich auf diesen Prüfungsbögen zu beantworten. Teil I 1 Warum sind viele Regelungen der TA Luft an das Erreichen oder die Überschreitung eines Massenstromes gekoppelt? 2 Erläutern Sie am Beispiel von zwei mit Heizöl befeuerten Feuerungsanlagen mit einer FWL von je 30 MW, wovon die eine ein Dampfkessel und die andere eine Gasturbine sei, die Festsetzung der Bezugssauerstoffgehalte in der TA Luft

2 3 Warum ist bei der Aufstellung eines Meßplanes zur Ermittlung der Immissionskonzentrationen das Zufallsprinzip wichtig und welche Folgerungen ergeben sich daraus? 4 Welches Hauptkriterium gilt für die Beurteilung der Einwirkung von Gerüchen und warum ist das Ausbreitungsmodell der TA Luft auf Gerüche nicht unverändert anzuwenden?

3 Teil II Als Alternative wird für eine Spezialfeuerung darüber nachgedacht, statt Luft selbst produzierten angereicherten Sauerstoff - Zusammensetzung Sauerstoff 90 Vol%, Stickstoff 5 Vol%, Argon 5 Vol% - einzusetzen. 5 Welches wären die wesentlichen betriebswirtschaftlich interessanten Folgen? 6 Um wieviel Prozent wird sich der Abgasvolumenstrom verändern; Abschätzung? 7 Welche sinnvolle Art der Emissionsbegrenzung können Sie sich für diese Art der Feuerung vorstellen? Begründen Sie die vorgeschlagenen Änderungen gegenüber der Festsetzung von Emissionsbegrenzungen bei der Nutzung von Luft.

4 Teil III Eine Altölraffinerie plant die vorhandenen Anlagen zur Entwässerung und zur Entfernung niedrigsiedender Bestandteile aus dem angelieferten Altöl durch einen Dünnschichtverdampfer zu ersetzen. Das Kondensat soll in Dekantern getrennt werden. Das anfallende Wasser soll vor der Einleitung in die betriebseigene Kläranlage in einer Entspannungsflotation weitgehend von organischen Bestandteilen befreit werden. Die entspannte Gasphase soll zusammen mit der für die Unterdruckhaltung im Luftraum über der Entspannung erforderlichen abgesaugten Luft der Verbrennungsanlage als Verbrennungsluft zugeführt werden. Es handelt sich um einen Volumenstrom von m 3 /h mit 20 o C und 80 % relativer Feuchte; der Gehalt an brennbaren Stoffen ist im Rahmen der Aufgabe nicht zu berücksichtigen. Die in der Entspannung ebenfalls anfallenden pumpfähigen Schlämme sollen zusammen mit der wasserhaltigen organischen Phase in einer neu zu errichtenden Feuerungsanlage, die die vorhandene Anlage ersetzen soll, verbrannt werden. Die erzeugte Wärme soll sowohl zur Stromerzeugung als auch zur Wärmeversorgung der technischen Anlagen genutzt werden. Es fallen pro Stunde insgesamt 650 kg flüssiger Brennstoff (unterer Heizwert 30,6 MJ/kg, 76 Gew% C, 10,6 Gew% H, 1,9 Gew% O, 0,1 Gew% N, 0,4 Gew% S, 2 Gew% Cl, 9 Gew% Wasser) an. Über das Altöl können Metall- und Fluorverbindungen eingetragen werden. Die Gehalte der Brennstoffe an polychlorierten Aromaten liegen sicher unter 10 mg/kg. In Abstimmung mit der zuständigen Behörde soll die Anlage so ausgestattet werden, daß eine einwandfreie Verbrennung bei einem Sauerstoffgehalt von 6 Vol% sichergestellt ist. Die Betriebsanlagen sind zum Teil Freianlagen mit bis zu 20 m Höhe. Die Hallen sind maximal 12 m hoch. Im Süden und Westen des Betriebes befindet sich in ca. 250 m Entfernung vom Standort des Schornsteins, den rechtsgültigen Bebauungsplänen entsprechend, zweigeschossige Wohnbebauung. Im Osten und Norden befindet sich ab der Betriebsgrenze in ca. 50 m Weideland. Das umliegende Weideland befindet sich im Besitz des Betreibers der Altölraffinerie und ist zur landwirtschaftlichen Nutzung verpachtet. Im Norden beginnt ab 600 m ein geschlossener, großflächiger Kiefernwald mit eingestreuten Birken. 8 Ist die Änderung genehmigungspflichtig? Wenn ja, nach welcher Verfahrensart. 9 Berechnen Sie den Abgasvolumenstrom der Feuerungsanlage bei Vollast, die Emissionen als Stoffkonzentrationen und die Massenströme - ohne Abgasreinigung. Für Schadstoffe, die sich nicht aus der Brennstoffzusammensetzung ergeben, ist anzunehmen, daß die Emissionswerte der TA Luft ausgeschöpft werden. 10 Muß eine Abgasreinigung eingesetzt werden und, wenn ja, welche Emissionswerte sind einzuhalten? 11 Wonach bemißt sich die Schornsteinhöhe der Feuerungsanlage und welche Schornsteinhöhe ergibt sich bei Einhaltung der Anforderungen nach TA Luft? 12 Beschreiben Sie Art und Umfang der meßtechnischen Überwachung für den Betrieb der Anlagen (z.b. laufend aufzeichnende Messungen, Einzelmessungen, Komponenten, Zeitrahmen). 13 Ergeben sich für die Feuerungsanlage aus der Verwendung von Abgasen als Verbrennungsluft bestimmte Anforderungen? 14 Welche Bauteile der Verbrennungsanlage beeinflussen die Qualität des Ausbrandes wesentlich und worauf ist bei ihrer Konstruktion im besonderen zu achten?

5 Verbrennungsrechnung: O min = 1,867*c + 5,6*h + 0,7*s - 0,7*o m 3 /kg Brst f = 1 + ξ(p s /(p-p s )) O min = 1,867*c + 5,6*h - 0,7*(o - s) m 3 /kg Brst L min = O min *100/21 m 3 /kg Brst L min = 4,76*O min m 3 /kg Brst L min = 8,89*c + 26,65*h - 3,33*(o - s) m 3 /kg Brst Lfmin = f*l min m 3 /kg Brst L e = λ*l min m 3 /kg Brst O ü = (λ - 1)*O min m 3 /kg Brst P s bei 10 o C 12,20 hpa, bei 20 o C 23,39 hpa P s bei 30 o C 42,45 hpa, bei 40 o C 73,81 hpa p äußerer Luftdruck in hpa v r = (1,867*c + 0,7*s + (λ - 1)*O min + 0,8*n + 0,79*L e ) m 3 /kg Brst p s Druck des Wasserdampfes bei Sättigung in hpa ξ Sättigungsgrad der Luft mit Wasserdampf vfr = (1,867*c + 0,7*s + (λ - 1)*O min + 0,8*n + 0,79*L e + 11,2*h + 1,244*w + (f-1)*l e ) m 3 /kg Brst R = v r *B R Rauchgasvolumenstrom in m 3 /h Berechnung des Volumenstromes aus Messungen: v i = 2/dbi * pdyni Dichte im Normzustand, trocken d = Σ r i *d i = Σ r i *M i /V i Dichte im Normzustand, feucht df = (d + F)/(1 + F/d w ) oder df = (d w *p w )/p + d*(1 - p w /p) Dichte im Betriebszustand db = df * (T*(pbar + pst))/(p*(t+t)) oder db = df * (T*(pbar + pst))/(p*tb) Abschätzungen für λ: λ = CO2max/CO2gem λ = 0,21/(0,21 - O2gem) B Brennstoffverbrauch in kg/h v Geschwindigkeit in m/s db Dichte des feuchten Gases im Betriebszustand in kg/m 3 pdyn dynamischer Druck in N/m 2 i Meßwert am Meßpunkt i r i Volumenanteil des Gases i M i molare Masse des Gases i V i Molvolumen des Gases i F Masse des in der Luft enthaltenen Wassers in kg/m 3 d w Dichte von Wasserdampf in kg/m 3 p w Partialdruck des Wasserdampfes in hpa p Luftdruck im Normzustand 1013 hpa pst statischer Druck im Abgaskanal in hpa pbar barometrischer Luftdruck in hpa T Temperatur im Normzustand 273,15 K t Zahlenwert der Temperatur des Gases im Abgaskanal in o C Tb Temperatur im Betriebszustand in K; entspricht (T+t) Gas Luft Stickstoff Luftstickstoff Sauerstoff Kohlendioxid Wasserdampf rel.molm. 28,970 28,016 28,159 32,000 44,010 18,016 Molv. Dichte d m 3 /kmol kg/m 3 22,40 1, ,40 1, ,40 1, ,39 1, ,26 1, ,40 0, bar = 0,1 MPa = 0,1 MN/m 2 1 mbar = 1 hpa 1 mmws = 0, mbar 1 J = 1 N*m = 1 W*s 1 kcal = 4,1868 kj B = (FWL*3600)/Hu