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wlb - Wasser, Luft und Boden 1/2017

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ABFALLTECHNIK/RECYCLING

ABFALLTECHNIK/RECYCLING Emissionsschutz auf Deponien Aktuelle Entwicklungen, technische Konzepte und Einsatzgrenzen Mit dem Ablagerungsende unbehandelter Siedlungsabfälle 2005 sanken auf deutschen Deponien die Gasproduktion, meist auch die erfassbare Deponiegasmenge und zusätzlich die Methankonzentration. Die in den vergangenen Jahrzehnten installierte Anlagentechnik ist heute zu groß und oft nicht ausgelegt für die veränderte Gaszusammensetzung. Neue Entgasungskonzepte sorgen zusätzlich für Veränderungen. Die Anforderungen an den Emissionsschutz auf den Deponien und an die Qualität der Deponiegasbehandlung bleiben gleichzeitig unverändert hoch. Vor diesem Hintergrund wurden in den vergangenen Jahren Wege gesucht, die Deponiegas-Behandlungstechnik anzupassen. Hierzu wurden die verbrennungsphysikalischen/-chemischen Randbedingungen für die thermische Behandlung von Deponiegas analysiert und konsequent für die Erweiterung des Anwendungsbereiches Autor: Axel Ramthun, Geschäftsführer, Göbel Energie- und Umwelttechnik Anlagenbau GmbH, Büdelsdorf. der Verbrennungsanlagen ausgenutzt. Die für die Deponiegasbehandlung maßgebende Brennkammer-Temperatur beträgt gemäß der Anforderungen der TA Luft mindestens 1000 °C. Dieser Wert wird theoretisch noch bei der Verbrennung von Deponiegas mit 8 Vol.-% Methan in 20 °C kalter Luft erreicht. In der praktischen Umsetzung, d. h. unter Berücksichtigung einer leicht überstöchiometrischen Verbrennung, thermischer Verluste und Mess- und Regelungsungenauigkeiten, kann die autotherme Verbrennung von kaltem Deponiegas in kalter Verbrennungsluft für Sauerstoff freies Deponiegas bis etwa 12 Vol.-% Methan sichergestellt werden. Diese Anlagentechnik entspricht konzeptionell weitestgehend den seit den 1980er-Jahren eingesetzten Hochtemperaturfackeln. Neue Anlagenkonzepte Für Methankonzentrationen kleiner 12 Vol.-% sind veränderte Anlagenkonzepte erforderlich. Es bietet sich an, die thermische Energie des Abgases für die Erwärmung der Verbrennungsluft bzw. des Brenngases zu nutzen. Die Temperaturanhebung wirkt vergleichbar einer Anhebung der Methankonzentration im abgesaugten Deponiegas. Daraus resultieren drei neue Anlagenkonzepte: Das einfachste technische und sicherheitstechnische Konzept stellt die Vorwärmung der Verbrennungsluft dar. Mit einer regenerativ auf 700 °C aufgeheizten Verbrennungsluft kann Deponiegas mit 6 Vol.-% Methan TA-Luft- konform autotherm, also ohne zusätzliches Stützgas, verbrannt werden. Anlagentechnisch komplizierter ist die 38 wlb 1/2017

ABFALLTECHNIK/RECYCLING getrennte Erwärmung von Verbrennungsluft und Brenngas. Hier sind neben der hohen thermischen Beanspruchung aller Anlagenteile zusätzlich die veränderten Eigenschaften des Brenngases bei der Erwärmung zu berücksichtigen. Werden Brenngas und Verbrennungsluft beispielhaft auf 750 °C erwärmt, kann eine TA-Luftkonforme, autotherme Verbrennung noch bei 3 Vol.-% Methan im Deponiegas stattfinden. Für die sichere autotherme Verbrennung von Deponiegas mit weniger als 3 Vol.-% Methan im Deponiegas ist die gemeinsame Vorwärmung von Brenngas und Verbrennungsluft erforderlich. Die Grenzkonzentration für Methan für dieses Anlagenkonzept liegt bei 0,30–0,50 Vol.-%. Unter Ausnutzung der relevanten Randbedingungen wurden neue Verbrennungsanlagen für die sichere autotherme Behandlung von Deponie- Schwachgas entwickelt. Die heute marktverfügbaren Anlagentypen können wie folgt kategorisiert werden: n klassische Hochtemperaturverbrennungsanlage (HTF) Seit 30 Jahren bewährt, autothermer Betrieb ab 25 Vol.-% Methan im Deponiegas möglich, Naturzugfackel, Jalousieregelung für Verbrennungsluftmenge, keine Vorwärmung erforderlich n optimierte Hochtemperaturverbrennungsanlage (HTC) Weiterentwicklung der „klassischen“ HTF, autothermer Betrieb ab 12 Vol.-% Methan, Verbrennungsluftgebläse für optimales Brenngas/Luftverhältnis notwendig, keine Vorwärmung erforderlich n Deponieschwachgas-Verbrennungsanlage (HTXchange) Ergänzung der HTC um einen Abgas/ Luftwärmetauscher für die Verbrennungsluft-Vorwärmung, autothermer Betrieb ab 6 Vol.-% Methan, Verbrennungsluftgebläse für optimales Brenngas/Luftverhältnis notwendig n Anlagen zur regenerativen thermischen Oxidation (RTO) Reaktor zur gemeinsamen Vorwärmung von Brenngas und Verbrennungsluft und zur effizienten Wärmerückgewinnung, autothermer Betrieb ab 0,3–0,5 Vol.-% Methan, ein Verbrennungsluftgebläse für die Vorverdünnung von Deponiegas ist erforderlich Alle am Markt verfügbaren Anlagentypen können hochkalorisches Deponiegas sicher behandeln, die Anlagentypen unterscheiden sich in der erforderlichen Mindestmethan-Konzentration sowie in der Höhe der Investitions- und Betriebskosten. Die Investitionskosten steigen, je höher die maximale Feuerungsleistung der Anlage ist, und je niedriger die für den autothermen Anlagenbetrieb notwendige Methankonzentration. Neu zu errichtende Gasbehandlungsanlagen auf Deponiestandorten mit bekanntem Gaspotenzial werden aus diesem Grund auf die derzeit maximal erfassbare Deponiegasmenge ausgelegt. Geringe Betriebskosten Die Betriebskosten für eine moderne Deponiegasbehandlungsanlage werden im Wesentlichen durch den Energiebedarf von Deponiegasverdichter und Verbrennungsluftgebläse beeinflusst. Geringe Betriebskosten resultieren aus minimierten Volumenströmen und Druckverlusten für die Förderung von Deponiegas und Verbrennungsluft. Auch hier gilt, je niedriger die für den autothermen Betrieb der Anlage notwendige Methankonzentration, desto höher sind die Kosten für den Anlagenbetrieb. Die Aktuelle Deponieentgasungskonzepte stellen neue Anforderungen an Gasbehandlungsanlagen. Göbel Energieund Umwelttechnik hat hierfür Anlagen entwickelt, die Deponiegas mit 0,5 – 60 % Methan effizient thermisch behandeln. Axel Ramthun, Göbel Technik optimierte Hochtemperatur-Verbrennungsanlage hat einen ca. ein Drittel höheren Energiebedarf gegenüber der „klassischen“ Hochtemperaturfackel, die Schwach gas-Verbrennungsanlage mit Luftvorwärmung benötigt fast doppelt so viel Energie. Die RTO für schwach methanhaltiges Deponiegas kann bis zu achtmal mehr Energie für den Anlagenbetrieb benötigen. Sinkende Gasproduktion sowie aktuelle Deponieentgasungs- und Deponiestabilisierungskonzepte stellen neue Anforderungen an die Behandlungsanlagen. Im Fokus der aktuellen Entwicklung steht der Umgang mit Deponieschwachgas. Göbel Energie- und Umwelttechnik hat unter Ausnutzung der verbrennungsphysikalischen/-chemischen Randbedingungen drei neue Anlagentypen entwickelt, mit denen Deponiegas mit Methankonzentrationen zwischen 0,5–60 Vol. % sicher, effizient und kostengünstig thermisch behandelt werden kann. Die neu entwickelten Schwachgas-Verbrennungsanlagen können häufig mit den vorhandenen, noch funktionstüchtigen Anlagen zur Gasförderung kombiniert werden. www.goebel-technik.de 01 Deponieschwachgas-Verbrennungsanlage (HTXchange) 02 Anlagen zur regenerativen thermischen Oxidation (RTO) wlb 1/2017 39