Datenbasis und Prämissen für den Vergleich der Methoden Autoren und Co-Autoren: Dr.-Ing. Hans-Joachim Gehrmann, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Karlsruhe; Prof. Dr.-Ing. Thomas Kolb, Karlsruher Institut für Technologie (KIT); Karlsruhe M.Sc. Sasa Malek, Martin GmbH, München; Dipl.-Ing. Martin Pohl, TU Dresden, Prof. Dr.-Ing. Michael Beckmann, TU Dresden Name: H.-J. Gehrmann et.al. VDI-Expertenforum Werkzeuge zur Bewertung von Abfallbehandlungsmethoden 2013-12-03 1
Hierarchie der Bewertungsmethoden
Definition der Systemgrenzen Zeitlich: Kurze-Zeit (Minuten): z.b. zur Prozessoptimierung Halbstundenmittelwerte: z.b. für Emissionen Jahresmittelwerte: z.b. für Umwelterklärungen 20 Jahre: z.b. als Abschreibungsfrist Räumlich: Rolltor: Netzklemme: Wärmezähler: Kamin: Erweiterungen: für Anlieferung von Abfall und Abtransport von Reststoffen Stromabgabe ins Netz Fernwärmeabgabe gasseitige Emission je nach angewandter Methodik, z.b. Berücksichtigung des Ressourcenverbrauchs bei der Herstellung von Gütern (LCA)
Vorgehensweise / Randbedingungen (I) Kriterien: Auswahl der Anlagen für den Methodenvergleich Komplexe Anlage mit Nasswäsche, überwiegend Wärmebereitstellung (Variante 1) Einfache Anlage mit trockener Rauchgasreinigung, stromgeführt (Variante 2)
Vorgehensweise / Randbedingungen (II) Verfügbare Daten zu den Anlagen recherchiert (Internet, ), Daten aus 2012 Elementarzusammensetzung (E A ) nach VDI-RL 3460, Bl. 2 gewählt Berechnung der spezifischen CO 2 - Emissionen Anpassung des Aschegehalts der E A an Aschemengen der Anlagen Anpassung des Wassergehalts der E A an Heizwert des Abfalls Bei Var.1: Anpassung Cl- und S-Gehalt anhand der Stoffbilanz Ermittlung der Jahresbetriebsstunden über Gesamtdurchsatz Müll p.a. und maximaler Durchsatz (Annahme: Anlage läuft immer bei Volllast) Zusatzbrennstoffe zum Anfahren etc. werden in der Verbrennungsrechnung nicht berücksichtigt
Vorgehensweise / Randbedingungen (III) Aufstellen Massen-, Stoff- Energiebilanz Auflösen der Energiebilanz nach dem Heizwert Primärluft-/ Sekundärluftanteil: 2/3 zu 1/3 Primärluftvorwärmung: 105 C Abgastemperatur Kamin: 150 C Wärmetechnische Verluste: 3 % TC in der Rostasche: 3 Ma.-% Var.2: Speisewasserenthalpie bei Kondensationsdruck (200 mbar) Var.1: Speisewasserenthalpie bei Gegendruck der Turbine (5 bar) Elektrischer Eigenbedarf wird durch selbst produzierten Strom gedeckt Anlage Var.1: Angaben zur Dampfmenge mit 110,8 Mg/h zu hoch; Anpassung der Dampfmenge durch Vorgabe des Kesselwirkungsgrades mit 90 %
Vorgehensweise / Randbedingungen (IV) Instandhaltungssatz (Ersatzinvestitionen, Revisionen) 0,03% Energiekostensatz 0,5 /Mg Abfall Betriebsmittelkostensatz 10 /Mg Abfall Entsorgungspreis 100 /Mg Abfall Stromabgabepreis 90.000 /GWh Fernwärmeabgabepreis 60.000 /GWh Preis für Alteisen 175 /Mg Preis für recyceltes Aluminium 161,5 /Mg Preis von recyceltem Kupfer 1750 /Mg Strombezugspreis 0,2175 /kwh Wärmebezugspreis 0,5172 /kwh
Variante 2 - stromgeführt Jahresdurchsatz Abfall: 217.700 Mg Maximaler Durchsatz insgesamt: 33 Mg/h Jahresbetriebsstunden: 6.600 Turbine - Generator Wasser, Kalkmilch NH 3 Dampferzeuger Sprühabsorber Gewebefilter SCR Rückstände Abfall HOK Reingas Rost Asche Aktivkoksfilter Kamin
Angaben in kg/h Massenbilanz Variante 2 Massenbilanz um die Gesamtanlage Lauta Bilanzgrenze des Gesamtverfahrens (GV) Angaben in kg/h 1 Ammoniak 36 M 2 Wasser Harnstoff 107 M 3 Kalkstein 695 M Abgasreinigung 4 Prozesswasser 4.950 B 5 Erdgas (AGR) 6 Herdofenkoks (HOK) 17 B Abgas 221.115 12 B 7 leer Reststoffe AGR 1.972 13 B 8 Speisewasser 90.000 M 9 Primärluft, feucht 125.894 B Sekundärluft, feucht 67.789 B 10 Abfall 33.000 M 11 Heizöl 89 B Thermisches Hauptverfahren (THV) Vol.-% tr. Emission O 2 : 8,81 CO 2 : 10,30 leer 14 Dampf 90.000 15 M Reststoffe THV 9.489 16 M Summe 322.576 B Summe 322.576 B nach VDI 3460, Blatt 2 Eintritt M: Messwerte B: berechnete VDI-Richtlinienausschuss Werte 3925 Austritt
Betriebsstunden Angaben in kw 6.597 M 1 Ammoniak 1 B 2 Wasser Ammoniak 3 B 3 Kalkstein 5 B 4 Prozesswasser 144 B Energiebilanz Variante 2 Energiebilanz (EB) um die Gesamtanlage Lauta Bilanzgrenze des Gesamtverfahrens (GV) Hauptverfahren Abgasreinigung Energieströme zur Verfügung stehende Dampfenthalpie Angaben in kw Stromerzeugung (brutto) 17.933 5 Erdgas 0 Abgas 10.179 12 B 6 Herdofenkoks HOK 0 B Rauchgastemperatur [ C] 150 7 elektrische Energie (Eigenbedarf) 2.720 B Reststoffe AGR 17 13 B kw 80.350 Stromabgabe netto 15.214 Heißwasserwärmeabgabe 1.546 Eigenbedarf an Strom 2.720 Kondensationsverluste (aus Differenz) 60.871 8 Speisewasserenthalpie 6.250 B wärmetechnische Verluste 2.884 14 B Dampfenthalpie [kj/kg] bei 250 Thermisches Verluste % von Gesamtenthalpie 3,0 bei Druck [mbar] 200 B Bilanzwert und Temperatur [ C]: 60 B Dampf 80.350 15 B 9 Primärluft bei 105 C 3.755 B Dampfenthalpie [kj/kg] bei 3.214 Sekundärluft bei 25 C 481 B (THV) Druck [bar]: 40 M 10 Abfall 81.723 B Temperatur [ C]: 400 M 11 Heizöl EL 1040 B Reststoffe THV 2.692 16 B 3 Summe 96.122 B Summe 96.122 B nach VDI 3460, Blatt 2 M: Messwerte / Daten B: berechnete / geschätzte Werte Eintritt Austritt Abfallheizwert Angabe Betreiber 9.870 kj/kg Abfallheizwert aus EB berechnet 8.890 kj/kg
Variante 1 - wärmegeführt Jahresdurchsatz Abfall: 226.500 Mg Maximaler Durchsatz insgesamt: 28 Mg/h Jahresbetriebsstunden: 8.100 Fernwärme-Turbine - Generator NH 3 Prozesswasser Dampferzeuger E-Filter SCR Wäscher Reingas Abfall Rost Asche Rückstände Fluss Abwasserreinigung Gewebefilter Kamin
Datenvergleich (1) - Energie 70.000 60.000 50.000 40.000 30.000 Lauta trocken, stromgeführt Basel nass, wärmegeführt 59.090 60.871 20.000 10.000 0 6.600 8.100 15.214 5.005 2.720 3.068 1.546 11.966
Datenvergleich (2) - Kosten 160 140 120 100 80 60 Lauta trocken, stromgeführt Basel nass, wärmegeführt 40 20 0 Investition [Mio ] Fixkosten (Versicherungen, Personal, Gebäude, Anlage ) [Mio ] p.a.
Massen [Mg p.a.] VDI-Gesellschaft Datenvergleich (3) Massen p.a. 5.000 4.500 4.000 Lauta trocken, stromgeführt Basel nass, wärmegeführt 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 500 0 Kalk HOK/TMT15 Heizöl Ammoniak (25%)
Massen [Mg p.a.] VDI-Gesellschaft Datenvergleich (4) - Massen p.a. 250.000 200.000 150.000 Lauta trocken, stromgeführt Basel nass, wärmegeführt 100.000 50.000 0 Abfall Reststoffe Prozesswasser
Datenvergleich (5)- Emissionen 45 40 Lauta trocken, stromgeführt Basel nass, wärmegeführt 300 250 35 200 30 25 20 15 10 150 100 50 0 NOx [g/mg] Dioxine [ng/mg] 5 0 Grenzwerte werden alle eingehalten!
g/mg Abfall VDI-Gesellschaft Datenvergleich (6) - Rostasche 7 6 5 Lauta trocken, stromgeführt Basel nass, wärmegeführt 4 3 2 1 0 As VDI-Richtlinienausschuss EOX 3925 Cd Hg
g/mg Abfall VDI-Gesellschaft Datenvergleich (7) - Rostasche 1.600 1.400 1.200 1.000 Lauta trocken, stromgeführt Basel nass, wärmegeführt 800 600 400 200 0 Cu Pb VDI-Richtlinienausschuss Zn Cr 3925 ges Ni Chlorid
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