Thermische Behandlung von Abfällen in kleinem Maßstab 300 kW - 5 MW
Die thermische Behandlung von Abfällen ist ein Thema, das in Europa im Lichte der neuesten gesetzlichen Bestimmungen über ihre Lagerung häufig diskutiert wird.
Gemäß der Verordnung des UE Norme über Emissionsnormen für bestimmte Arten von Anlagen, Brennstoffverbrennungsanlagen und Abfallverbrennungs- oder Mitverbrennungsanlagen wurden geeignete Emissionsnormen eingeführt. Sie betreffen Anlagen und Einrichtungen zur Verbrennung und Mitverbrennung von Abfällen, bei denen die Wärmeleistung aus der Verbrennung gefährlicher Abfälle 40% der Nennwärmeleistung der Anlage übersteigt oder bei denen die Mitverbrennung so erfolgt, dass der Hauptzweck der Anlage nicht die Erzeugung von Energie, sondern die thermische Umwandlung von unbehandelten Siedlungsabfällen ist. Daher wurden Emissionsnormen in mg/m3 im Tagesmittelwert und 30-Minuten-Werten für viele Stoffe definiert, darunter: Stäube, Chlorwasserstoffe, Fluorwasserstoffe, Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid, Dioxine und andere Furane.
Die Verordnung erzwingt den Einsatz teurer Abgasreinigungs- und Überwachungssysteme, und da große thermische Abfallbehandlungsanlagen keine hohen Nachverbrennungsparameter haben, herrscht die Meinung, dass allein die Kosten für den Betrieb solcher Anlagen sehr hoch sind. Die Situation ändert sich, wenn wir die Nachverbrennung der oben genannten Substanzen in einem autothermen Prozess durchführen, der ohne zusätzlichen Energieaufwand aufrechterhalten wird – was eine recht gründliche Reinigung der Rauchgase noch vor dem Eintritt in den Wärmetauscher gewährleistet. Nach den durchgeführten Messungen habe ich dank dieser Technologie nicht nur keine Überschreitung der zuvor beschriebenen Emissionsnormen, sondern in einigen Fällen liegt die Emission unserer Linie bei ihrem Mittelwert, z.B.: Kohlenoxide 30 mg/m3 statt 50 mg/m3 Grenzwert und dies wird nicht am Schornstein, sondern am Gerät selbst gemessen (Brennstoff Klärschlamm).
Das System Utylizer besteht aus folgenden Baugruppen:
- Zuführung von Einsatzbrennstoffen, z. B: EBS, SRF oder Klärschlamm
- Verbrennung – in einer Feuerstelle mit Mehr-Zonen-Treppenrost
- Nachverbrennung von Gasen bei einer Temperatur über 850°C für die gemäß den Richtlinien erforderliche 2 Sekunden Verweilzeit der Gase in der Vergasungskammer
- Abhitze-Flammrohrkessel
- Abgasreinigung und -filtration
- das MSR-System und ggf. die Überwachung mit Steuerung
Abb. Aufbau einer Linie zur Klärschlammentsorgung mit Rückgewinnung der Wärmeenergie
In unserer Linie zur thermischen Abfallbehandlung haben wir die Technik einer Feuerstelle mit Treppenrost mit verlängertem Rostvorschub eingesetzt, wodurch die Brennstoffe stark entgasen und verschiedene Abfallarten verbrannt werden können. Aufgrund der Anwendung kleineren Ausmaßes, d.h. bis zu 5 MW, zeigten die Versuche, verschiedene Brennstoffe zu verbrennen, dass der Einsatz in Form von Briketts geeignet war. Dies reduziert kostenaufwendige Zufuhr- und Lagersysteme für Einsatzbrennstoffe, und die Kosten für die Brikettierung sind viel geringer als bei der Pelletierung.
Die thermische Abfallbehandlungsanlage kann einzeln oder als Bestandteil von z.B. einem Klärschlamm- oder EBS-Trockner installiert werden. Es ist von hoher Bedeutung für die konstante Wärmeabnahme, da wir ein autothermes Nachverbrennungssystem, also auch eine ziemlich große Trägheit des Systems haben, weshalb die permanente Wärmeabnahme und der kontinuierliche Betrieb des Systems empfohlen werden.
Die Verbrennung und Nachverbrennung von Abfällen in unserer Entsorgungslinie sieht wie folgt aus:
1. Verbrennungssystem: bewegliche Feuerstelle mit Treppenrost
Das Funktionsprinzip basiert auf der im GreenEVO-Wettbewerb ausgezeichneten Zonen-Feuerstelle mit beweglichem Treppenrost. Die Roststäbe werden von einem separaten Antrieb angetrieben und die Luft in den Zonen wird von zwei oder drei Gebläsen zugeführt. Richtig gewählte Parameter der Brennstoffverweildauer im Ofen ermöglichen die Entgasung des Brennstoffs und seine effektive Nachverbrennung. Wie ich bereits geschrieben habe, ist der verwendete Brennstoff Klärschlamm sowie EBS/SRF und verschiedene alternative Brennstoffe auf der Basis dieser Brennstoffe, die mit Biomasse gemischt werden können – somit haben wir ein System der Mitverbrennung von Biomasse und Abfällen, was eine erhebliche Erleichterung bei der Erlangung von
Genehmigungen sowie formellen und rechtlichen Abnahmen bedeutet.
2. Nachverbrennungssystem: Keramikkammer
Sie basiert auf einer speziellen Vergasungskammer – der Nachverbrennung von Abgasen aus dem Verbrennungsprozess in einem Treppenbrenner. Die Nachverbrennungskammer hat hohe Temperaturen, bei denen die meisten der in den Rauchgasen enthaltenen Schadstoffe entsorgt werden. Ihre Konstruktion sorgt zusammen mit dem rotierenden Rauchgaskreislauf dafür, dass die Rauchgase gemäß der jeweiligen Verordnung bei hohen Temperaturen von mehr als 2 Sekunden verweilen.
3. Abhitzekessel: Wasser-, Luft- oder Dampfkessel
In der beschriebenen Linie haben wir nur einen Wasserwärmetauscher, der aus nahtlosen dickwandigen Flammrohren besteht. Wir können je nach Verbrauchsquelle die zurückgewonnene Wärmeenergie für die Versorgung des Trockners oder der Heizungsanlage bereitstellen. Im Falle von Dampf ist es auch möglich, ein komplettes KWK-System zu entwerfen, in dem wir die Dampfturbine versorgen und Strom und Wärmeenergie erzeugen.
Nach dem Durchlaufen des Abhitzekessels werden die Rauchgase in einen Reinigungsabschnitt geleitet, der aufgrund seiner mehrstufigen Arbeitsweise Gegenstand eines separaten Artikels sein kann.
BEISPIELHAFTE TECHNISCHE DATEN BIS ZU 1 MW
Kesseltyp 240 360 480 600 900
Kesselleistung Brennstoff– Heizwert 14-16MJ/kg kW 240 360 480 600 900
FTW % < 88,7
Stündlicher Einsatzverbrauch kg 100 150 -200 250-300 400-500 600-800
Auslegungsdruck bar < 6 bar
Mind.Vorlauftemp. o C 65
max. Vorlauftemp. o C 90
Rauchgastemperatur bei Nennleistung o C < 120oC
Rauchgastemperatur bei Mindestleistung o C 120-180
Das System Utylizer besteht aus folgenden Teilen:
- Zuführung von Einsatzbrennstoffen, z. B: EBS, SRF oder Klärschlamm
- Verbrennung – in einer Feuerstelle mit Mehr-Zonen-Treppenrost
- Nachverbrennung von Gasen bei einer Temperatur über 850°C für die gemäß den Richtlinien erforderliche 2 Sekunden Verweilzeit der Gase in der Vergasungskammer
- Abhitze-Flammrohrkessel
- Abgasreinigung und -filtration
- das MSR-System und ggf. die Überwachung mit Steuerung
Abb. Aufbau einer Linie zur Klärschlammentsorgung mit Rückgewinnung der Wärmeenergie
BEISPIELHAFTE TECHNISCHE DATEN BIS ZU 1 MW
Kesseltyp
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240
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Kesselleistung
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Brennstoff– Heizwert 14-16MJ/kg
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kW
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240
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480
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600
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FTW
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Stündlicher Einsatzverbrauch
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kg
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250-300
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400-500
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Auslegungsdruck
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Mind.Vorlauftemp.
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max. Vorlauftemp.
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Rauchgastemperatur bei Nennleistung
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< 120oC
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Rauchgastemperatur bei Mindestleistung
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