Dezentrale kleine Monoverbrennungsanlage am Beispiel Rügen

Transkript

1 Dezentrale kleine Monoverbrennungsanlage am Beispiel Rügen Perspektiven der Klärschlammverwertung Infoveranstaltung DWA Landesverband Nord Jörn Franck Dr. Born Dr. Ermel GmbH Bremen, September 2016

2 Worum es geht Ca. 310 Mio m³/a Gülle Ca tts/a Klärschlamm Ca. 200 Mio m³/a Gärreste > 500 Mio m³/a LNF: 16,7 Mio. ha 30 m³/a*ha = 3 l/a*m² Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 2

3 EU-Klage - Gewässerverunreinigung durch Nitrat 29. April 2016 Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 3

4 Inhalt Einführung Anlagenaufbau Rügen Projektstand Zusammenfassung und Ausblick Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 4

5 Wer ist Dr. Born - Dr. Ermel Ingenieure Unabhängige, privat geführte Ingenieurgesellschaft Gegründet 1972, Ca. 175 Mitarbeiter an 5 Standorten Tätig für öffentliche und industrielle Kunden in den Bereichen Wasser/Abwasser, Abfall, Energie DIN ISO 9001 zertifiziert Leistungsspektrum Beratung, Konzepte, Studien, Gutachten Planung (HOAI) Bauleitung, Bauüberwachung Projektsteuerung Zweckverband Wasserversorgung und Abwasserbehandlung Rügen (ZWAR) Anstalt öffentlichen Rechts, Gegründet 1992 Zusammenschluss der Städte und Gemeinden der Inseln Rügen, Ummanz und Hiddensee Ca. 150 Mitarbeiter Wasserversorgung Ca. 5,3 Mio m³ Förderung (2013) 29 Wasserwerke / 148 Brunnen km Rohrnetz Abwasserbehandlung 38 Kläranlagen Pumpwerke km Kanalnetz ca. 4,7 Mio m³ Abwassermenge (2013) Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 5

6 Klärschlamm in den Bundesländern Gesamtaufkommen aus der kommunalen Abwasserbehandlung 2013: ca. 1,9 Mio. Mg TR Gesamtaufkommen aus der nicht-öffentlichen Abwasserbehandlung 2010: ca. 1,7 Mio. Mg TR Derzeitige Entsorgung: Ca. 40 % stoffl. Verwertung in der Landwirtschaft Ca. 60 % therm. Verwertung in Verbrennungsanlagen Klärschlammverwertungswege in den Bundesländern Quelle: Statistisches Bundesamt: Abwasser und Klärschlamm in Deutschland statistische Betrachtungen, Korrespondenz Abwasser, Abfall 2014 (61) Nr. 12 Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 6

7 Abwasserbehandlung in Mecklenburg-Vorpommern Gesamtaufkommen Klärschlamm aus der kommunalen Abwasserbehandlung 2013: ca Mg TR /a Davon in M-V landwirtschaftlich genutzt ca Mg TR /a Aus anderen Bundesländern ca Mg TR /a Kommunale Abwasserbeseitigung in Mecklenburg Vorpommern, Lagebericht 2015 Quelle: Landesamt für Umwelt, Naturschutz und Geologie, Güstrow 7/2015 Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 7

8 Klärschlammentsorgung ZWAR Rügen Schlammaufbereitung Entwässerung teilweise dezentral durch Zentrifugen TS-Gehalte zwischen 21% und 25% Mengenströme und Entsorgungswege Klärschlamm Co-Vergärung in Biogasanlage Landwirtschaftliche Verwertung des Gärrestes Entsorgungskosten (netto) Entwässerter KS 30 /tts Transport 14 /t (ca. 8 km) Rechengut thermische Verwertung Strandgut Kompostierung Gutachten / Studien Verwertungsarten /-technik Entsorgungsgebiete Nur Rügen (2001) Region Vorpommern und Rügen gemeinsam (2005) Nur Rügen (2006) Gespräche mit Betreibern Mora, Bruneck, Bad Vösslau, Gifhorn und Balingen Test in KVA Neu-Ulm (Algen) Insel-Lösung Autarke Lösung zur thermischen Verwertung des Klärschlamms für und auf der Insel Rügen Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 8

9 Standorte Kläranlagen Rügen ZKW Bergen Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 9

11 Beste verfügbare Technik wie sieht das aus? Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 11

12 Anlagenkonzept Rügen Kombiniertes Schlammbehandlungsverfahren Schlammfaulung mit Gasspeicher Schlammentwässerung und -trocknung Thermische Schlammbehandlung in stationärer Wirbelschicht Abgasreinigung im quasi-trocken Verfahren Energienutzung Faulgasnutzung in BHKW-Motor Strom und Wärme für KA Standort Wärme aus Klärschlammverbrennung Trocknung des KS für autotherme Verbrennung Reststoffe Asche aus Verbrennung für mögliches späteres P-Recycling Reststoffe aus Abgasreinigung zur externen Entsorgung Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 12

13 Anlageneckdaten Parameter Einheit Wert Faulung Durchsatzleistung m³/d 120 Gasmenge m³/h 110 Energieerzeugung (BHKW) kw el. 330 Energieerzeugung (thermisch) kw th. 360 Verbrennung Brennstoffmenge (Klärschlamm, Rechengut, Strandgut) Mg TR /a Durchsatzleistung Ofen kg TR /h TR-Gehalt, Mischung Ofeneintritt % ca. 55 Feuerungswärmeleistung MW th 0,900 Luftvorwärmung C 245 Verbrennungsasche (nutzbar) t/a ca. 800 Rückstandsmenge (Deponie) t/a ca.500 Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 13

14 Aufstellungskonzept Monoverbrennung Faulung BHKW Gasspeicher Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 14

15 Anlagenkonzept Faulung Faulreaktor Gasspeicher Notfackel Co-Substrat Dick- Schlamm BHKW Roh- Schlamm Eindicker Entwässerung Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 15

16 Anlagenkonzept Verbrennung Gewebefilter Trockner Ofen E-Filter Kessel Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 16

17 Skalierungseffekte von Wirbelschichtanlagen 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 Wärmefreisetzung FR Mehrere Aufgaben Membranwände Wenige Aufgaben Adiabate Kammer Links: 30 MWth Hong Kong Rechts: 1 MWth Raschka Engineering Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 17

18 CFD Simulation für Kleinanlagen Gasgeschwindigkeit CO-Verteilung Temperaturverteilung Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 18

19 Konzept Wirbelschichtofen Heizwert Brennstoff >4.000 kj/kg autotherme Verbrennung Brennstoffaufgabe TR-Gehalt vor Ofen Ca. 55 % Temperaturen Wirbelschicht <750 C Freibord >850 C Gestufte Verbrennung PL O2-Gehalt λ ~0,45 SL O2-Gehalt λ > 1,2 Reduzierung von NOx Verbessertes Teillastverhalten Abgasaustritt Nachbrennkammer Sekundärluftzugabe Primärbrennkammer Anfahrbrennkammer, Primärluft-, Reziluftzugabe Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 19

20 Energiefluss Nominal Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 20

22 Projektrealisierung Genehmigung gemäß 4 BImSchG für Neuanlage Einstufung V nach Spalte , Anhang 1, 4. BImSchV, da Durchsatz < 3 t/h - Vereinfachtes Verfahren ( 19) Einstufung A nach Nr Spalte 2; allgemeine Vorprüfung des Einzelfalles zur UVP nach UVPG Errichtung Baufeldfreimachung III/2015 Grundsteinlegung Projektstand 08/2016 IBN Faulung IV/2016 IBN Gesamtanlage II-III/2017 Es gelten die Anforderungen der 17. BImSchV für die Abgasemissionen und den Betrieb Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 22

23 Emissionen Genehmigung versus 17. BImSchV Stoff TMW 17.BImSch TMW HMW 17.BImSch HMW Staub 10 10* (5) Organische Stoffe Chlorwasserstoff Fluorwasserstoff Schwefeldioxid Jahresmittelwert Stickstoffdioxid * (150) Kohlenmonoxid Quecksilber 0,03 0,03 0,05 0,05 0,01 Ammoniak entfällt 10 entfällt 15 * Bei Feuerungsleistung < 50 MW Alle Angaben in mg/nm³ tr. bez. auf 11 Vol. O2 Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 23

24 Quo Vadis thermische KS-Behandlung? BGA 30 /t 2011 * 50 /t 2015 * 72 /t /t 20XY > 100 /t? * KVA Anfrage Alle Angaben in /tos Netto ohne Transport Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 24

25 Ausschreibungsverfahren Los Nr. Los / Titel Abfrage Angebote Preisspanne [Mio. gerundet, netto] 1 Bautechnik ,3 3,9 2 Maschinentechnik Faulung inkl. Entwässerung und Trocknung ,4 3,7 3 BHKW-Motorenanlage ,39 0,48 4 Klärschlammverbrennung inkl. Abgasreinigung ,3 7,2 5 EMSR-Technik 5 4 0,92 1,34 Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 25

26 Kostenrahmen Leistungen Kosten [, netto] Bauleistungen Maschinentechnik Faulung Blockheizkraftwerk Verbrennungstechnik Elektro- und Leittechnik Standortinfrastruktur und Auftragsabwicklung Gesamtsumme Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 26

27 Investitionskosten Gesamtanlage Verbrennung Verwertungskonzept der Klärschlammkooperation MV GmbH Quelle: 16. Dialog Abfallwirtschaft MV, Rostock 4/2014 Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 27

29 Strategien der Klärschlammentsorgung Zeitgemäßer Ausstieg aus der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung durch: Kurzfristige Erweiterung vorhandene Klärschlamm-Mitverbrennungskapazitäten Mittelfristige Anpassung / Erweiterung bestehende thermische Klärschlammbehandlungsanlagen Langfristiger Neubau von thermischen Mono-Klärschlammbehandlungsanlagen Parallele Prüfung der Umrüstung von bestehenden Abfallverbrennungsanlagen Übergangsfristen TA Siedlungsabfall 10 Jahre ( ) AbfKlärV 10 Jahre? ( ) Ausgewogener Kapazitätszubau Vermeidung von Über-/Unterkapazitäten, Entsorgungssicherheit Wirtschaftlichkeit und Preisstabilität Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 29

30 Potentielle Anlagenstandorte Monoverbrennung Bundesland Anzahl Anlagen BW 2 B 1 BB 0 HB-NDS 2 HH-SH 1 H 1 MV 1 NRW 1 RP 1 SL 1 SA 1 SAA 2 T 1 Summe 15 Ø 43 TMgTR/a Ulm Bestehende und mögliche Standorte für Mono- Klärschlammverbrennungskapazitäten in Deutschland Quelle: Malms, et al. Ebd, Aachen, 2014 Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 30

31 Zusammenfassung und Ausblick Beendigung der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung erfordert neue Kapazitäten an thermischen Behandlungsanlagen. Stationäre Wirbelschicht war und ist dominierende großtechnische Verfahren für die thermische Mono-Klärschlammbehandlung. Die Entsorgungskosten für die thermische Klärschlammbehandlung steigen derzeit (regionale Effekte). Kleinere Klärschlammverbrennungen (ab Mg TR /a) entsprechen dem Stand der Technik von Großanlagen und rücken in wirtschaftlich attraktive Positionen. Der Ausbaustandard von Mono-KVAs ist individuell festzulegen - eine Faulung vor der Verbrennung kann im Rahmen eines optimierten Gesamtkonzeptes oftmals energetisch sinnvoll sein. Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 31

32 David gegen Goliath? Weltgrößte Anlage Hong Kong Entwässerter Klärschlamm 4x Mg TR /a Klein(st)e kommunale Anlage Entwässerter und getrockneter Klärschlamm 1x Mg TR /a Dr. Vorstellung Born Dr. Ermel Projekttitel Perspektiven der 15. Klärschlammverwertung September / Bremen 32