Bio - & Deponiegas Fachtagung 22. / 23.IV.2008 Schwachgaskonzepte anhand der Deponien Wörth sowie MZ - Budenheim Umbau von BHKW Anlagen am Beispiel der ZD Deiderode und Breinermoor Dipl. - Ing. Wolfgang Horst Stachowitz Dipl. - Ing. Rainer Hiemstra DAS IB GmbH, LFG- & Biogas-Technology, Kiel DAS IB GmbH LFG - & Biogas - Technology Biogas-, Klärgas- und Deponiegastechnologie: Beratung, Planung, Projektierung Schulung von Betreiberpersonal Sachverständigentätigkeit u.a. nach 29a BImSchG und öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger bei der IHK zu Kiel Kaufm. Sitz: Flintbeker Str. 55 D-24113 Kiel Techn. Sitz: Preetzer Str. 207 D-24147 Kiel Tel.: # 49 / 431 / 683814 Fax.: # 49 / 431 / 2004137 1
Gliederung 1. Einleitung 2. Situation der Deponien 3. Verfahren 4. Bewertung der Verfahren 5. Umbau der BHKWs 6. Ergebnisse 2
1. Einleitung Entwicklung des Deponiegases ca. 3 9 Monaten ca. 20 30 Jahren I II III IV V VI VII VIII IX 75 % 50 % N 2 CH 4 N 2 CO 2 25 % O 2 H 2 O 2 Verlauf der Deponiegaszusammensetzung in Abhängigkeit von der Zeit (Farquhar/Rovers 1973) mit Langzeitmodell Franzius 1981 sowie Rettenberger& Mezger 1992 3
1. Einleitung - Übersicht Heizwerte und Einsatzbereiche Heizwert 0 0,22 0,4 0,5 1 1,5 2 2,5 3,5 4,5 kwh/m³ Methangehalt 0 2,2 4 5 10 15 20 25 35 45 Vol: % CH 4 Schwachgas Mittelgas Starkgas Reichgas Gasverwertungen Wirtschaftl. BHKWs Muffeln / Dampferzeugung HTVs ( wg. Grenzwert nach GUV-R 127) Technische Grenze der HTVs Obere Explosionsgrenze (100 % OEG) Stationäre Wirbelschichtfeuerung / CHC / Schwachgasfackeln mit Brenngasvorwärmung Untere Explosionsgrenze (100 % UEG), 4,4 Vol % nach IEC 60079-20 Stationäre Wirbelschichtfeuerung mit Vorwärmung Biofilter / Schwachgassysteme < 2, 2 Vol % 4
2. Situation der Deponien Wörth und Budenheim Schwachgaskonzepte Deponie Wörth MZ Budenheim Bundesland Bayern Rheinland - Pfalz DA I und II Ablagerungszeitraum 1981-1990 1965-1985 Ablagerungsfläche ca. 38.000 m² 130.000 m² Ablagerungsmächtigkeit ca. 20 m ca. 40 m (Durchschnitt) Ablagerungsmenge 380.000 Mg 8.555.418 Mg Ablagerungsvolumen 5.2 Mio. m³ Abfallarten Hausmüll, hausmüllähnliche Hausmüll, hausmüllähnliche Gewerbeabfälle, Sperrmüll, Gewerbeabfälle, Sperrmüll, Bauabfälle Bauabfälle Oberflächenabdichtung ab 1990 1985 Art Abdeckschicht aus binigem Boden und bindigem Boden lageweise Dichtungsboden Bereich überall überall ab 2005 z.z. Art Oberflächenabdichtung KDB Bereich überall überall 5 Gasbrunnen aktiv 9 31
2. Situation der Deponien Wörth & Budenheim Lageplan Entgasung Li Quelle: Vortrag ibu / DAS IB Bayerische Abfallwirtschaftstage März 2008 Schwachgas Gutgas / BHKWs Golfplatz in Bau!! Anno 2004 Unsere Tagung in Leipzig 6
2. Situation der Deponien Wörth und Budenheim abgedichtete/rekultivierte Deponieoberfläche (Wörth) Quelle: Vortrag ibu / DAS IB Bayerische Abfallwirtschaftstage März 2008 7
2. Situation der Deponie Budenheim Deponieoberfläche zukünftiger Golfplatz 8
2. Situation der Deponien Wörth & Budenheim bestehende HTV-Fackelanlage Quelle: Vortrag ibu / DAS IB Bayerische Abfallwirtschaftstage März 2008 9
2. Situation der Deponie Wörth Entwicklung Gasmenge und -qualität (Jahresmittelwerte) 70,0 60,0 50,0 Anteil in Vol.-% 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 Gasmenge [m3/h] Methan [%] Sauerstoff [%] Kohlendioxid [%] 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Jahr Bau Oberflächenabdichtung Entwicklung der gefassten Gasmenge und qualität auf Basis der Jahresmittelwerte 10
2. Situation der Deponie Wörth Entwicklung Deponiegasmengen nach Rettenberger / Weber im Vergleich zu Messwerten 400,0 Deponiegas [m³/h 350,0 300,0 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 1980 1982 Bau Oberflächenabdichtung 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 Jahr Prognose nach Rettenberger Messwerte Prognose nach Weber Innerhalb der nächsten 10 Jahre wird der Gasertrag auf < 25 m³/h sinken. 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 2032 2034 2036 2038 2040 Vergleich der angepassten Gasprognosen nach Rettenberger und Weber mit gemessenen Werten 11
2. Situation der Deponie Budenheim Entwicklung Deponiegasmengen nach Rettenberger / Weber im Vergleich zu Messwerten 3500 nach Rettenberger 3000 nach Weber 2500 gem. Werte Deponiegas, in m³/h 2000 1500 1000 nach Rettenberger angepasst nach Rettenberger angepasst 500 0 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 Jahr Vergleich der angepassten Gasprognosen nach Rettenberger und Weber mit gemessenen Werten 12
3. Thermische Behandlungsverfahren Kohlenstoff-Converter Referenzanlage Nördlingen Funktionsschema des LAMBDA Kohlenstoff-Converters (CHC) 13
3. Thermische Behandlungsverfahren Schwachgasfackeln Funktionsschema der C-nox Schwachgasfakel SG-HT-Anlage von HAASE auf der Deponie Haferteich 14
3. Thermische Behandlungsverfahren Stationäre Wirbelschichtfeuerung schematischer Querschnitt der ES+S Stationären Wirbelschicht 15
3. Thermische Behandlungsverfahren DEPOTHERM -Reaktor 1 Rohgaseintritt 2 Umschaltklappe Rohgaseintritt 3 Wärmespeichermasse (Oxidationsphase) 4 Oxidationskammern 5 Elektroerhitzer 6 Wärmespeichermasse (Energiespeicherung) 7 Umschaltklappe Reingasaustritt 8 Verdichter 9 Kamin 10 Innenisolierung 11 Isolierung 13 Keramikelemente A/B Wärmerückgewinnungskammern Verfahrensschema der Nachverbrennung im DEPOTHERM -Reaktor 16
3. Thermische Behandlungsverfahren IC-Modul Schematischer Schnitt durch das IC-Modul von Pro2 17
3. Thermische Behandlungsverfahren - Übersicht Heizwerte und Einsatzbereiche Heizwert 0 0,22 0,4 0,5 1 1,5 2 2,5 3,5 4,5 kwh/m³ Methangehalt 0 2,2 4 5 10 15 20 25 35 45 Vol: % CH 4 Schwachgas Mittelgas Starkgas Reichgas Gasverwertungen Wirtschaftl. BHKWs Muffeln / Dampferzeugung HTVs ( wg. Grenzwert nach GUV-R 127) Technische Grenze der HTVs Obere Explosionsgrenze (100 % OEG) Stationäre Wirbelschichtfeuerung / CHC / Schwachgasfackeln mit Brenngasvorwärmung Untere Explosionsgrenze (100 % UEG), 4,4 Vol % nach IEC 60079-20 Stationäre Wirbelschichtfeuerung mit Vorwärmung Biofilter / Schwachgassysteme < 2, 2 Vol % 18
3. Biologische Behandlungsverfahren In-Situ-Stabilisierung 90% Austrag von C bio = max. 3.900 MgC bio Kohlenstoffaustrag [Mg C] 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0 aerobe in situ Stabilisierung H = 4a, Go = 100-120 m3/mgts H = 6a, Go = 60-80 m3/mgts Gasprognose nach Absaugversuch C-Austrag ist 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 Jahr Bandbreite des über den Gaspfad austragbaren, biologisch umsetzbaren Kohlenstoffs unter anaeroben Milieubedingungen (Gasprognosen), Vergleich mit tatsächlichem Kohlenstoffaustrag (C-Austrag ist) infolge der aeroben in situ Stabilisierung auf der Deponie Milmersdorf im Zeitraum 2002 2006; Quelle Heyer 2007 Bio - & Deponiegas Fachtagung am 16. / 17. April 2007 19
3. Biologische Behandlungsverfahren Biofilter Rekuschicht als Biofilter oder techn. Biofilter?: Bild Quelle oben : Herr Heyer Ifas 20
6. Ergebnisse - Schwachgassysteme Deponie Penig des AWVC (Chemnitz): diskontinuierlicher Fackelbetrieb (Schnapke / Stachowitz 2007) Deponie Wörth: Randbedingungen bis Ende 2007 CHC (Stachowitz / Entfellner) Ausschreibung in Vorbereitung Deponie Budenheim: Stützfeuerung zu bestehender Gutgas HTV (Stachowitz / Hiemstra) Ausschreibung in Vorbereitung Deponie Buckenhof: Randbedingungen bis 3. Q 2007 Zündstrahlmotor (Stachowitz / Entfellner) Anfang 2008: Mikrogasturbine Aktuell: Frau Selder im Anschluß 21
5 Situation der Deponien Breinermoor und Deiderode Deponie Bundesland Ablagerungszeitraum Ablagerungsfläche Ablagerungsmächtigkeit (Durchschnitt) Ablagerungsmenge Ablagerungsvolumen Abfallarten Oberflächenabdichtung ab Art Bereich ab Breinermoor Niedersachsen 1974-2005 ca. 210.000 m² ca. 15 m 4.100.000 Mg 3,2 Mio. m³ Hausmüll, hausmüllähnliche Gewerbeabfälle, Sperrmüll, Bauabfälle 1994 überwiegend KDB aktuell sind noch ca. 50.000 m² nur mit Boden bedeckt ZD Deiderode Niedersachsen 1973-2005 ca. 250.000 m² ca. 25 m 2,5 Mio. m³ Hausmüll, hausmüllähnliche Gewerbeabfälle, Sperrmüll, Bauabfälle, Boden temp. Abdeckung ab 2007 Boden komplett, sukzessive bis 2009 Bereich Gasbrunnen aktuell 47 Stück gesamte Deponiefläche ca. 60 besaugte 22
5 Situation der Deponien Breinermoor und Deiderode 23
5 Umbau der BHKWs Westküstenwetter in Breinermoor 24
5 Umbau der BHKWs Deponie Breinermoor : Technische und kaufmännische Ausgangssituation vor dem Umbau Die Ausgangssituation hinsichtlich der technischen Ausstattung vor dem Umbau war folgende: Ein BHKW bestehend aus 3 MWM Deutz Motore mit zwei á 370 KWel und ein 250 KWel mit der dazugehörigen Kuhse Schaltanlage sowie Kühlung und Wärmeauskopplung für eine Sickerwasserbehandlungsanlage. Des Weiteren waren 2 Drehkolbengebläse und weitere dazugehörige Nebeneinrichtungen (Transformator) und Schaltanlagen vorhanden. Das BHKW sowie die weitere notwendige Technik waren in ein komplettes Gebäude aus Stahlbeton mit entsprechender Haustechnik untergebracht. 25
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5 Umbau der BHKWs Technische und kaufmännische Ausgangssituation vor dem Umbau auf der ZD Deiderode Die Ausgangssituation hinsichtlich der technischen Ausstattung vor dem Umbau war folgende: Ein BHKW bestehend aus 2 MWM Deutz Motore mit zwei á 440 KWel mit der dazugehörigen Kuhse Schaltanlage sowie Kühlung und Wärmeauskopplung für eine Kläranlage. Des Weiteren waren 2 Drehkolbengebläse und weitere dazugehörige Nebeneinrichtungen (Transformator) und Schaltanlagen vorhanden. Das BHKW sowie die weitere notwendige Technik waren in ein komplettes Gebäude aus Stahlbeton mit entsprechender Haustechnik untergebracht. Im Gegensatz zum ALL war der Landkreis Göttingen zu dem Zeitpunkt Betreiberin des BHKW (und somit direkt Empfängerin der Stromvergütung). 30
5 Umbau der BHKWs 31
Ich bedanke mich für Ihre Aufmerksamkeit! DAS IB GmbH LFG - & Biogas - Technology Biogas-, Klärgas- und Deponiegastechnologie: Beratung, Planung, Projektierung Schulung von Betreiberpersonal Sachverständigentätigkeit u.a. nach 29a BImSchG und öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger bei der IHK zu Kiel Kaufm. Sitz: Flintbeker Str. 55 D-24113 Kiel Techn. Sitz: Preetzer Str. 207 D-24147 Kiel Tel.: # 49 / 431 / 683814 Fax.: # 49 / 431 / 2004137 32