Erweiterung eines Kraftwerksbestands um eine Klärschlammverwertungsanlage am Beispiel der MVA Bonn

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Klärschlammverbrennung

Erweiterung eines Kraftwerksbestands um eine Klärschlammverwertungsanlage

am Beispiel der MVA Bonn

Frank Hagstotz

1. Anforderungen ...274

2. Wirtschaftlichkeit und Anlagengröße ...274

3. Stand der Technik ...275

4. Konzept zur Realisierung ...276

4.1. Annahme ...277

4.2. Konditionierung und Brüdenmanagement ...277

4.3. Feuerung und Abwärmenutzung ...278

4.4. Vorabscheidung ...279

4.5. Abgasreinigung ...279

4.6. Gesamtanordnung ...282

5. Herausforderungen einer Realisierung ...282

6. Chancen einer Realisierung ...284 Klärschlamm aus der kommunalen Abwasserbehandlung enthält Schadstoffe für Mensch und Natur, aber auch den lebensnotwendigen Rohstoff Phosphor. Als Beste Verfügbare Technik (BVT) zur thermischen Verwertung von Klärschlamm gilt die Mono-Verbrennung in einer stationären Wirbelschicht. Verfahren zur Rückgewinnung des Phosphors aus der mit Phosphor angereicherten Verbrennungsasche befinden sich in der Entwicklung.

Schon heute sind in Deutschland an über 20 Standorten Anlagen zur Monoverbrennung im Betrieb. Ein Viertel des anfallenden Klärschlamms wird auf diese Weise entsorgt.

Zusätzliche Kapazitäten sind erforderlich, wenn Klärschlamm flächendeckend der zukünftig vorgeschriebenen Verwertung zugeführt werden soll.

Der Großteil der Bestandsanlagen ist bereits älter als 20 Jahre und muss ersetzt oder modernisiert werden, um dem heutigen Stand der Technik hinsichtlich Emissions- minderung, Verfügbarkeit, Energieeffizienz und Betriebsmitteleinsatz zu genügen.

So auch die Monoverbrennungsanlage der Stadt Bonn am Standort des Klärwerks Salierweg, deren Weiterbetrieb oder Ersatz nicht wirtschaftlich ist. So entstand der

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Vorschlag zukünftig den Klärschlamm der Stadt Bonn am bestehenden Standort der Müllverwertungsanlage (MVA) Bonn auf Basis einer stationären Wirbelschicht und im Verbund mit dem Heizkraftwerk der Energie- und Wasserversorgung Bonn/Rhein-Sieg (ENW) zu verwerten. Synergien am Standort der MVA stellen einen wirtschaftlichen Vorteil dar, die durch den Betrieb in Eigenregie optimal umsetzbar ist.

Die Eigenlösung am Standort der MVA Bonn verbessert zum einen die Kostensituation der MVA zum Vorteil für die Gebührenzahler. Zum anderen dient sie als existenz- sichernde Maßnahme für den Standort selbst. Der Stand der Projektierung wird in diesem Beitrag vorgestellt.

1. Anforderungen

Das technische Konzept der Klärschlammverwertungsanlage (KVA) am Standort der MVA Bonn ist durch besondere Randbedingungen definiert:

• Nachweis einer hohen wirtschaftlichen Attraktivität gegenüber den Alternativen für die Stadt Bonn (insbesondere Entsorgung der kommunalen Klärschlämme durch Dritte),

• Unterschreiten der Emissionsgrenzwerte am Standort entsprechend der niedrigen MVA-Betriebswerte und unter Berücksichtigung der stadtnahen Lage,

• Beachtung der Gesamtsituation für die Verkehrsbelastung durch die Anlieferung von Klärschlamm,

• hohe Anlagenverfügbarkeit, um der Abnahmeverpflichtung bei Klärschlamm nachzukommen,

• Eigenproduktion eines in der MVA selbst eingesetzten Sorbens nach dem MinPlus- Verfahren auf Basis von Papierschlamm zur Verbesserung der Reisezeit der Kessel verbunden mit einer Erhöhung der Verfügbarkeit der MVA, d.h. die neue Anlage soll Klärschlamm im Wechsel mit Papierschlamm behandeln,

• Vermeidung der Einleitung von Prozessabwasser (Trocknerbrüden etc.) in das städtische Abwassernetz,

• Berücksichtigung eines sehr eingeschränkten Platzangebots für den Anbau einer KVA und

• Vermeidung einer Beeinträchtigung des Betriebs der bestehenden MVA während Bau und Betrieb der neuen KVA.

2. Wirtschaftlichkeit und Anlagengröße

Die Anteile der prognostizierten Kapital- und Betriebskosten an den Entsorgungskosten für Klärschlamm mit einer Durchsatzleistung der KVA von 35.000 t/a TS zeigt Bild 1.

Die Erlösseite ist wesentlich bestimmt durch den Preis für die Klärschlammannahme.

Während die Anlage bilanziell den Eigenbedarf an Strom und Wärme selbst erzeugt,

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sind die Erlöse aus dem Export von Energieüberschüssen eher gering. Der Anteil der Kapitalkosten an den Entsorgungskosten ist mit 60 % signifikant. Eine Anlage mit dieser Durchsatzleistung hat gegenüber einer Anlagengröße von 10.000 t/a TS – entspricht etwa der Schlammenge der Kläranlagen in Bonn – bis zu 60 % geringere spezifischen Kapitalkosten. Unter Berücksichtigung der Effekte bei den Betriebs- und Wartungs- kosten kann hier bei der gewählten Durchsatzleistung von 35.000 t/a TS gegenüber einer kleinen Lösung von einer Ersparnis bei den Entsorgungskosten von über 40 % ausgegangen werden.

Wartung 11 % Personal 9 %

Investitionskosten 60 % Betriebsmittel 20 %

0 500

10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000 40.000 45.000 1.000

Durchsatzleistung, t TS p.a.

Spez. Invest, EUR pro t TS

1.500 2.000 2.500 3.000

Bild 1: Anteil der Investitionskosten an den Entsorgungskosten für Klärschlamm bei einer Anlagengröße mit 35.000 t/a TS Durchsatz und Abschätzung der Investitionskosten abhängig von der Anlagengröße

Zudem ist diese Anlagengröße technisch noch mit einer Trockner- und Verbrennungs- linie realisierbar. Eine noch größere Durchsatzleistung lässt keine Vorteile erwarten, wenn im Falle von Fremdschlamm die Transportwege bzw. die Transportkosten über- proportional ansteigen.

Aufgrund der Synergie am Standort der MVA ist davon auszugehen, dass eine Eigenlö- sung mit einer KVA dieser Anlagengröße eine optimale wirtschaftliche Lösung darstellt.

3. Stand der Technik

Die Behandlung von kommunalem Klärschlamm in einer stationären Wirbelschicht ist im Grunde eine seit Jahrzehnten erprobte Technik. In Deutschland wurden die meisten Anlagen in den neunziger Jahren geplant und errichtet. Seither haben sich die Anfor- derungen an ein Anlagendesign geändert und es wurden wesentliche Verbesserungen in den neueren Anlagen umgesetzt. Diese betreffen vor allem Maßnahmen zur Emis- sionsminderung, Regelbarkeit der Anlage bzw. Brennstoffflexibilität zur Vermeidung von Stützfeuer und zur Maximierung des Durchsatzes an Klärschlamm, Verbesserung der Verfügbarkeit und Kostenreduzierung.

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Handlungsfelder bei der Festlegung der Anlagentechnik bestehen hinsichtlich der verfahrenstechnischen Vorgaben für die Brüdenaufbereitung/Abwasserbehandlung und für die Phosphor-Rückgewinnung aus der Verbrennungsasche, dem Einsatz von vollgetrocknetem Klärschlamm, der Vermeidung von Geruchsemissionen sowie hinsichtlich der neuen Abgasemissionsvorgaben des BREF-Dokuments, welches sich aktuell in der Überarbeitung befindet.

Die Erfahrung bei der Planung und Errichtung von Wirbelschichtanlagen bei der zunächst auf Anwendungen für die Eisen-, Nichteisen- und Gießereiindustrie spezi- alisierte Küttner GmbH & Co. KG begann in den achtziger Jahren mit Anlagen zur Aufbereitung von Gießereisanden. Später dienten diese Erkenntnisse der Behandlung von industriellen und kommunalen Klärschlämmen bei der Infraserv in Gendorf (Inbetriebnahme 2005), bei der Biomasseverwertung in Großwilfersdorf mit Klär- schlammmonoverbrennung und beim Gemeinschaftsklärwerk in Bitterfeld-Wolfen (2013). Aktuell befindet sich die Anlage der Thermischen Verwertung Mainz in der Realisierung, wo die Wirbelschicht-Feuerung und Kesselanlage für Klärschlamm verantwortet wird. Die Martin GmbH für Umwelt- und Energietechnik hat große und langjährige Erfahrung in der thermischen und biologischen Reststoffverwertung. Durch die Beteiligung bei MinPlus bestehen mit der Wirbelschicht-Anlage in Duiven eigene Erfahrungen mit der Monoverbrennung von Papierschlamm in einer Wirbelschicht (Inbetriebnahme 2002). Durch die Zusammenlegung der Geschäftsaktivitäten im Bereich der thermischen Behandlung von kommunalem Klärschlamm in die Küttner Martin Technology GmbH in München und der Beteiligung an der auf Dampfkessel, Thermoölanlagen und Lufterhitzer spezialisierten Würz GmbH können die Unterneh- men bestmögliche Synergien in Planung und Bau von Gesamtanlagen bilden.

4. Konzept zur Realisierung

Das Grobkonzept mit den Betriebseinheiten und den Medienströmen ist in Bild 2 schematisch dargestellt.

Konditio-

nierung Feuerung Abwärme-

nutzung

Vorab- scheidung

Abgas- reinigung

Schlamm Abwärme Brennstoff Wärmeträger Additiv

Brüden Wärmeträger Flugasche Reststoffe

Annahme

Bild 2: Grobkonzept mit den betriebstechnischen Einrichtungen

Die Auswahl und Auslegung der geeigneten Verfahren ist abhängig von den stand- ortspezifischen und kundenspezifischen Anforderungen. Im Gegensatz zur Monover- brennung von Klärschlamm sind am Standort der MVA in Bonn spezielle Anforderun- gen aus der Sorbensproduktion (Flugasche) auf Basis von Papierschlamm im Wechsel mit der Klärschlammmonoverbrennung zu berücksichtigen.

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4.1. Annahme

Für die Annahme von Klärschlamm sind das Abkippen aus LKWs in einen Vorlage- behälter und die Förderung mittels Dickstoffpumpe vorgesehen. Aus zahlreichen MVAs mit Klärschlamm-Mitverbrennung ist der Einsatz von Dickstoffpumpen als zuverlässige Lösung bekannt.

Aufgrund der engen Platzverhältnisse ist ein Konzept mit Kran und Stapelbunker nicht umsetzbar. Das Abtrennen des bestehenden Müllbunkers für die Nutzung als Klärschlammlager wurde verworfen, da ein ungestörter Betrieb der MVA während des Umbaus nicht gewährleistet ist. Zudem wäre sowohl bautechnisch der Einbau einer Trennwand im bestehenden Bunker als auch die Anbindung mit Kran sehr aufwendig.

Grundsätzlich bietet die MVA die Möglichkeit zur Notausschleusung und Notentsor- gung von Klärschlamm bei Stillständen der KVA. Bei der Mitverbrennung von Klär- schlamm in einer MVA sind Grenzen aufgrund des hohen Wasser- und Schwefelgehalts und Feinanteile im Klärschlamm zu beachten.

Zur Vermeidung von Geruchsemission wird der Bunkerabzug über die Verbren- nungsluftansaugung der MVA unterstützt und ist so auch bei Stillständen der KVA gewährleistet.

Die MVA stellt in diesem Sinne eine Redundanz bei der Annahme, Lagerung und Entsorgung des angelieferten Klärschlamms dar. Vorteilhaft ist dabei, wenn die MVA wie in Bonn über mehrere Linien verfügt und so jahresdurchgängig in Betrieb ist.

4.2. Konditionierung und Brüdenmanagement

Der von den kommunalen Kläranlagen angelieferte Klärschlamm liegt mechanisch entwässert vor und muss zur Sicherstellung einer autothermen Verbrennung thermisch vorgetrocknet werden. Eine Alternative zur thermischen Vortrocknung könnte die Mitverbrennung von höherkalorischen Brennstoffen mit niedrigem Ascheanteil wie Holz, RDF oder Tiermehl sein. Dies wurde aufgrund der noch fehlenden Kenntnis über das zukünftige Phosphorrückgewinnungsverfahren aus der Verbrennungsasche jedoch ausgeschlossen.

Der Einsatz von vollgetrocknetem Klärschlamm erlaubt auf Stützfeuer mit fossilen Brennstoffen (Erdöl, Erdgas) zu verzichten.

Die Mitverbrennung größerer Mengen an vollgetrocknetem Klärschlamm in Kombi- nation mit ausschließlich mechanisch entwässertem Klärschlamm im Anlieferungszu- stand wird betrachtet. Dies würde Silovolumen und – im Falle von Fremdschlamm – LKW-Aufkommen sparen. Grundsätzlich wird vollgetrockneter Schlamm im Markt zur Verfügung stehen und kann aufgrund seiner hohen Energiedichte auch über weite Strecken sinnvoll transportiert werden. Spätestens mit der Verpflichtung zur Phosphor-Rückgewinnung aus Klärschlamm gemäß der geltenden Klärschlammver- ordnung werden die heute noch konkurrierenden Verwertungswege für vollgetrocknete Schlämme in der Mitverbrennung und der Zementindustrie in Zukunft vom Gesetz her weitestgehend wegfallen. Auch steigt die Zahl insbesondere kleiner Kläranlagen mit solarer Volltrocknung von Klärschlamm.

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Der Betrieb des Trockners zur Volltrocknung eines Teilstroms des Klärschlamms mit Abwärme aus der MVA wird ebenfalls betrachtet, da der Trockner unabhängig vom Betrieb der Wirbelschicht (Überbrückung von Stillständen der KVA und an der MVA Bonn auch während des Betriebs mit Papierschlamm) mit Hilfsdampf aus der MVA weiterbetrieben werden kann.

Um Kosten für eine Brüdenaufbereitung (Erfüllung der Einleitbedingungen in das Abwassernetz) zu sparen, ist vorgesehen die Brüden direkt der Feuerung der MVA zuzuführen.

4.3. Feuerung und Abwärmenutzung

Falls vollgetrockneter Klärschlamm zur Verfügung steht, kann dieser über eine geeignete Mischschnecke dem teilgetrockneten oder bei größeren Mengen dem mechanisch entwässerten Schlamm unmittelbar vor Zuführung in die Brennkammer zugegeben werden.

Auf den Umschaltbetrieb von Papier- auf Klärschlamm wurde besonderes Augenmerk gelegt, da eine Verunreinigung der Verbrennungsasche mit Hinblick auf ein noch nicht festgelegtes Verfahren zur Phophorrückgewinnung möglichst gering sein sollte. Durch Versuche in einer größeren Laboranlage wurde beim Umschalten auf Klärschlamm ein rascher Farbumschlag bei den Ascheproben festgestellt, der auf einen raschen Austausch des Bettaschematerials und eine hohe Reinheit der für eine Phosphorauf- bereitung zur Verfügung stehende Flugasche bei der Umschaltung von Papier- auf Klärschlamm hinweist.

Bild 3:

Konzept des Dampferzeugers mit drei Zügen und integriertem Rauchgas-Luftvorwärmer

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Seitens der Abwärmenutzung stehen als einfache Systeme Dampf- oder Thermoöl- kessel zur Verfügung. Kennzeichnend sind vorgefertigte Kassetten aus ungekühlten, mit Stampfmasse ausgekleideten Wandflächen und eingeschobenen Wärmetauscher- bündeln. Vorteile sind die erhebliche Verkürzung der Errichtungszeit, einfache Aus- tauschbarkeit der Heizflächen und Kostenersparnis im Vergleich zu einem Kessel mit Membranwänden.

Kennzeichnend für die Wirbelschichtfeuerung von Klärschlamm (und Papierschlamm) ist der quasi vollständige Austrag der Asche als Flugasche über den Kessel bis zur Vorabscheidung in einem E- oder Gewebefilter. Die Anordnung in einem oder drei Kesselzügen (siehe Bild 3) erlaubt eine Anströmung der konvektiven Wärmetauscher- bündel von oben und dadurch bei Klärschlamm eine selbstreinigende Wirkung.

Die Kesseldimensionierung ist wesentlich durch den Wechselbetrieb mit Papier- schlamm und den damit höheren Verschmutzungsfaktor für die Wärmetauscherflächen definiert. Ebenso ist dann auch ein Kugelregen zur Abreinigung der für Papierschlamm typischen, leicht ablösbaren Anbackungen an den Wärmetauscherflächen vorzusehen.

Treten zeitweise Schlämme mit sehr niedrigen Heizwerten auf, dann unterstützt ein Rekuperator im Kesselzug die autotherme Verbrennung durch Vorwärmung der Ver- brennungsluft auf höhere Temperaturen (400 bis 600 °C).

4.4. Vorabscheidung

Der Einsatz des E-Filters zur Vorabscheidung der Flugasche ist bei bestehenden Anla- gen üblich. Entsprechend den Annahmen über Stromkosten und Entsorgungskosten für die Reststoffe aus der nachgeschalteten Abgasreinigung kann jedoch die bessere Abscheideleistung eines Schlauchfilters vorteilhaft sein.

4.5. Abgasreinigung

Die Emissionsgrenzwerte in Tabelle 1 gelten gemäß bestehender BImSchV-Genehmi- gung für die MVA in Bonn. Im Vergleich dazu sind als Benchmark für die KVA die von der MVA erreichten und die erwarteten BREF-Werte für Neuanlagen mit einer Feuerungswärmeleistung von weniger als 50 MW angegeben.

Tabelle 1: Jahresmittelwerte der MVA Müllverwertungsanlage Bonn im Jahr 2016 und BREF- Entwurf als Benchmark für die neue KVA

Schadstoff Einheit BImSchV Genehmigung erreicht BREF-Entwurf

NO2 mg/Nm³ 150 100 89,63 120 (mit SCR 50)

SO2 mg/Nm³ 50 30 8,73 10 – 30

CO mg/Nm³ 50 50 11,54 10 – 50

Cgesamt mg/Nm³ 10 10 0,08 3 – 10

HCl mg/Nm³ 10 10 0,74 2 – 6

Staub mg/Nm³ 5 5 0,61 2 – 5

Hg mg/Nm³ 0,030 0,030 0,00076 0,005 – 0,02

HF mg/Nm³ 0,5 < 0,5 1

NH₃ Mg/Nm³ 3 – 10

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Für die Klärschlammmonoverbrennung mit gestufter Zuführung der Verbrennungsluft und Nachbrennkammer können Emissionswerte für Stickoxide unterhalb der geltenden Grenzwerte der BImSchV und der erwarteten Werte aus dem BREF-Dokument ohne Einsatz einer SCR nachgewiesen werden. Das Verfahren zur Produktion eines Sorbens auf Basis von Papierschlamm für die MVA Bonn erfordert hier aber speziell eine SCR, welche dann auch für den Klärschlamm zu berücksichtigen ist.

Während die typische Bandbreite an organischen Bestandteilen und Wassergehalt im Klärschlamm mit entsprechend hohen Heizwertschwankungen durch ein flexibles Design des Feuerungssystems abzufangen ist, bestehen durch den hohen Schwefel- und Quecksilbergehalt besondere Anforderungen an die nachgeschaltete Abgasreinigung, insbesondere in Kombination mit der geforderten SCR.

Die Einbindung des Schwefels erfolgt bei Papierschlamm hingegen überwiegend durch die Asche selbst d.h. ohne die Zugabe von Absorptionsmittel in einer nachgeschalteten Abgasreinigung.

Die oben genannten Grenzwerte können durch verfügbare Anlagentechnik sicher eingehalten werden. Die Auswahl der Verfahren erfolgt über Verbrauch und Kosten für Betriebsmittel und Entsorgungskosten für Reststoffe. Bei den bestehenden Anla- gen – viele aus den 90er Jahren – ist der Einsatz einer Nasswäsche mit Natronlauge und Aktivkohle weit verbreitet. Die Kombination solcher Verfahren mit einer in Bonn geforderten SCR zeigt beispielhaft das Konzept in Bild 4.

SCR Externer Eco Wäscher Tropfen-

abscheider Vorab-

scheidung

NH₃ NaOH

Aktivkohle Wasser

Abwasser

Venturi- abscheider

Bild 4: Grobkonzept einer nassen Abgasreinigung mit SCR

In dem dargestellten Konzept als Beispiel für eine nasse Abgasreinigung wird eine Low Dust SCR mit Ammoniakwassereindüsung bei einer entsprechend den hohen Schwe- felfrachten angepassten, hohen Abgastemperatur der Absorptionsstufe vorangestellt.

Die Abgaswärme wird anschließend in einem externen Economiser zur Abkühlung der Abgase auf etwa 180 °C für den Dampfkessel nutzbar gemacht. Die Abscheidung von SO₂, NH₃, HCl, HF sowie Hg erfolgt über einen zweistufigen Wäscher mit Quench,

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Zuführung von Natronlauge und Aktivkohle sowie Rückführung der Feuchte im Abgas aus dem Tropfenabscheider. Ein nachgeschalteter agglofiltrierender Venturiabscheider sorgt für eine zusätzliche Staub- und Aerosolabscheidung. Solche Verfahren erzeugen Abwasser, welches in einer Abwasseraufbereitung behandelt und entsorgt werden muss.

Ferner haben sich bei MVAs zwischenzeitlich auch einfache, wasserfreie Systeme mit trockener oder konditioniert trockener Absorption durchgesetzt, die sich auch für KVAs eignen. Aufgrund des Erfordernisses einer SCR mit erhöhter Abgastemperatur bietet sich besonders das trockene Verfahren mit NaHCO₃ (Natron) zur Abgasreini- gung an (Bild 5).

Reaktor Schlauch-

filter DaGaVo SCR/Kat

NaHCO₃

Reststoff Hilfsdampf

Filterasche Vorab-

scheidung

Aktivkohle

Heizung NH₃

Bild 5: Grobkonzept einer trockenen Abgasreinigung mit SCR

Die Abscheidung in der Absorptionsstufe (Reaktor) am Kesselende und nach Vorab- scheidung der Flugasche erfolgt bei etwa 180°C. Die für den Betrieb der SCR geforderte hohe Abscheideleistung stellt bei niedrigeren Rauchgastemperaturen hohe Anforde- rungen an den Abscheidegrad für SO₂. Die Abscheideleistung wird unterstützt durch Mahlen des Sorbens, der Rückführung der im nachgeschalteten Schlauchfilter abge- schiedenen Partikel und einer internen Gaszirkulation. SO₂-Spitzen werden durch die Pufferung von aktivem Na₂CO₃ aufgefangen. Eine SO₂-Rohgasmessung kann Spitzen rechtzeitig detektieren, um die Stöchiometrie im Reaktor auch kurzfristig anzuheben.

Der Reststoff aus dem Schlauchfilter kann über Entsorgungsfirmen auf einer Deponie entsorgt werden.

Die Möglichkeit der Direkteinbindung von Schwefel in der Wirbelschicht durch Zugabe von Kalkstein oder Sorbens auf Basis von Papierschlamm wurde aufgrund der fehlenden Vorgaben für die Phophorrückgewinnung aus der Verbrennungsasche nicht betrachtet.

Für die Projektierung wurde zuletzt das trockene Verfahren berücksichtigt. Eine end- gültige Bewertung steht noch aus.

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4.6. Gesamtanordnung

Ein Aufstellungsbeispiel und der benötigte Bauraum sind beispielhaft in Bild 6 dargestellt.

Bild 6: Draufsicht Klärschlammverwertungsanlage an der MVA (Entwurf)

Aufgrund der Synergie mit der MVA können bestehende Aggregate mitbenutzt werden (Waage, Zuwegung, VE-Wasseraufbereitung, Einspeisetrafo, Leitwarte, Dampfturbine, Heizkondensator für Fernwärme, Notstromdiesel, Warmhaltevorrichtungen) und sind daher nicht dargestellt. Auf zusätzliche Einrichtungen zur Brüdenkondensation und Abluftbehandlung aus dem Bunker kann wie oben erläutert verzichtet werden.

5. Herausforderungen einer Realisierung

Aus den Anforderungen an eine Mindestgröße bzw. einer Durchsatzmenge von 35.000 t/a TS (entspricht 140.000 t/a OS) entstehen für die MVA Bonn folgende Herausforderungen:

Sicherung ausreichender Klärschlammmengen und Abnahmevergütung

Die Menge des insgesamt anfallenden Klärschlamms im Einzugsbereich einer Verwer- tungsanlage hängt von der Einwohnerzahl und Gewerbestruktur ab. Bei Klärschlamm besteht anders als bei anderen Abfallgruppen kein Zwang zur Vermeidung oder Ver- minderung. Aufgrund der geringen Energiedichte sind anders als bei Müll und mit Ausnahme von vollgetrocknetem Klärschlamm die Transportentfernungen ein wirtschaftlich begrenzender Faktor. Die Verbringung auf landwirtschaftliche Nutzflächen durch Grenzwerte bei den Schadstoffen im Klärschlamm und auf den Nutzflächen

Anlieferung / Aufbereitung Schlammspeicher

Feuerung und Dampferzeugung

Abgasreinigung Reststoff-/Aschesilos Energiezentrale (MVA) 50 m

20 m

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wird durch die Gesetzgebung zunehmend eingeschränkt. Die Mitverbrennung in fossil befeuerten Kraftwerken bietet im Zuge der Energiewende keine verlässliche Alternative mehr. Es kann also davon ausgegangen werden, dass über den Lebenszyklus einer KVA die verfügbaren Mengen eher zunehmen. Aufgrund der Vielzahl an Neuplanungen für KVAs sollte dennoch eine Sicherung der Klärschlammmengen und der Vergütung im Zuge der Planung erfolgen. Kurzfristig drücken alternative Entsorgungswege die Preise. Viele Standorte werden erst mit der Pflicht zur Phosphor-Rückgewinnung nach Ablauf der Übergangsfristen gemäß der Klärschlammverordnung attraktive Entsor- gungspreise realisieren.

Eine wirtschaftliche Anlagengröße bedeutet für eine MVA, dass Klärschlamm aus umliegenden Kommunen über geeignete Kooperationsmodelle unter Beachtung der für Abfall und Abwasser unterschiedlichen Rechtsregime beschafft werden muss.

Bei der Einbindung einer Anzahl, auf der Ebene einzelner Gemeinden angesiedelten Kläranlagen kann die MVA Bonn eigene Erfahrungen in interkommunalen Entsor- gungskooperationen einbringen.

Reduzierung der Verkehrsbelastung durch Transport von Klärschlamm aus den Umland Die Beschaffung von Klärschlamm aus dem Umland zur MVA erfordert besondere Anstrengungen, um die Verkehrsbelastung durch die Anlieferung von Klärschlamm einzudämmen. Durch den Aufbau einer eigenen Organisation für die Logistik, Sam- melfahrten ggf. mit eigenen Fahrzeugen und mit Sammelzentren/Pufferlager für Klär- schlamm und der Vermeidung von Fahrten während Stoßzeiten kann die Belastung minimiert werden.

In einem gewissen Umfang eignet sich die Anlage auch für den Einsatz von vollgetrocknetem Klärschlamm. Das auf den Wärmeinhalt bezogene Transportvolumen und die Anzahl der Fahrten reduzieren sich entsprechend.

Es ist auch der Einsatz von elektrisch betriebenen Fahrzeugen in Zukunft denkbar.

Reduzierung der Abgasemissionen Hier stehen aus der Erfahrung der neunziger Jahre im Neubau und in der Nachrüstung von MVAs und Großkraftwerken heute wirkungsvolle Abgasreinigungsanlagen zur Verfügung. Die gestufte Verbrennung mit Nachbrennkammer schafft auch optimale Einstellmöglichkeiten zur Reduktion von Stickoxiden auch ohne SCR. Die zusätzliche Belastung bleibt weit hinter der Belastung durch sonstige Industrieanlagen, Straßen- verkehr und Heizungen in privaten Haushalten zurück.

Reduzierung der Geruchsemissionen Hierzu erfolgen die Anlieferung in geschlossenen Fahrzeugen und das Abkippen des Klärschlamms in einer mit Rolltoren geschlossenen Abkipphalle (Schleuse). Die Absaugung der Bunkerluft sorgt für einen leichten Unterdruck in der Abkipp- und Lagerhalle, sodass keine Luft in die Umgebung entweicht. Die Bunkerluft wird als Verbrennungsluft in die Feuerung der KVA und MVA geleitet.

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Verstetigung von Klärschlammmengen und Klärschlammeigenschaften

Die unterschiedliche Herkunft des Klärschlamms bedeutet auch sich ändernde Eigenschaften in der Zusammensetzung und dem Verbrennungsverhalten. Das Anlagendesign hat die erforderliche Flexibilität zu gewährleisten, um die geforderte Durchsatzleistung auch stetig zu erreichen. Zugleich sind Überdimensionierungen zu vermeiden und der Einbau von Redundanzen abzuwägen.

6. Chancen einer Realisierung

Die Vorteile der Realisierung des Vorhabens bestehen im Wesentlichen durch günstige Entsorgungskosten für den Bonner Klärschlamm und einer Verbesserung der Wirt- schaftlichkeit auf Seite der MVA. Eine Eigenlösung der Stadt Bonn am Standort der MVA bietet in der Rolle des Eigentümers und Betreibers der Anlage auch die Chance, Erlöspotenziale durch Optimierungen im laufenden Betrieb zu heben.

Eine gute Voraussetzung für hohe Wirtschaftlichkeit stellen die Synergien am Standort der MVA Bonn dar:

• Gemeinsame Nutzung der bestehenden Infrastruktur für Anlieferung (Waage), Leitwarte, Notstromversorgung, Dampf- und Wärmenetz, Fernwärmeanbindung, Wasseraufbereitung, Hilfsdampfversorgung für Trockner und Warmhaltung, Bun- kerluftabsaugung, Entsorgung der Brüden aus der thermischen Vortrocknung des Klärschlamms in der Brennkammer der MVA, Anschluss an Erdgas/Erdöl, Druck- luft, ggf. Notausschleusung des Klärschlamms als Redundanz bei Stillstand der KVA, Labor, Werkstätten, Sozialeinrichtungen, etc.

• Für Fragen der Genehmigung, der Planung und vor allem für den Betrieb/Wartung (Feuerung, Druckgeräte, Abgasreinigung) ist erfahrenes Personal mit entsprechen- der Expertise vor Ort verfügbar, so dass auch der sichere und zuverlässige Betrieb gewährleistet ist.

• Die vorhandene Genehmigung und Kenntnisse über den Standort aus Vorstudien, bestehende Kontakte zu den Genehmigungsbehörden und Planern können als Basis für die Genehmigungsplanung genutzt werden.

• Anbindung an die Fernwärme der Stadt Bonn und Verstromung des Dampfes in einer großen und somit effizienteren Dampfturbine verbessern nicht nur den Nachhaltigkeitsindex bei der Energieversorgung der Stadt, sondern bringen auch Einnahmen für die Stadt Bonn. Die hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopplung ist an Standorten wie der MVA in Bonn überhaupt erst sinnvoll möglich.

Für den Betreiber der MVA ergeben sich neben den rein monetären Vorteilen auch Vorteile durch die Diversifizierung in den Markt der Klärschlammverwertung hinsichtlich Absicherung von Risiken und Standortsicherung. Dem Betriebspersonal bieten sich fachliche und persönliche Perspektiven.

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Aufgrund der gewählten Durchsatzleistung und den Synergien, die der Standort der MVA für die KVA bietet, sind die Vorrausetzungen für eine hohe Wirtschaftlichkeit gegenüber den Alternativen für die Stadt erfüllt. Mit diesem Modell würde die Stadt Bonn wirtschaftliche Vorteile bei der Entsorgung des eigenen Klärschlamms heben und ihre Bedeutung für die Region stärken.

Bisher wurden viele Anlagen zur Klärschlammverwertung an großen Kläranlagen reali- siert. Der notwendige Zubau von Verwertungskapazität wird verstärkt auch kommunale Kläranlagen und Verbundunternehmen mit geringeren Einzelmengen an Klärschlamm berücksichtigen müssen. Die aufgrund einer ausreichenden Wirtschaftlichkeit geforderte Verwertung in Anlagen mit größerer Durchsatzleistung wird die Errichtung von KVAs an zentralen Orten mit bestehender Infrastruktur und geeignetem Personal fördern. Für die 66 zurzeit in Deutschland in Betrieb befindlichen MVAs bietet sich dadurch – wie in Bonn – eine große Chance für ein neues Geschäftsfeld.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Frank Hagstotz, MBA Küttner Martin Technology GmbH Leopoldstraße 246

80807 München, Deutschland frank.hagstotz@kuettner-martin.de

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Doosan Lentjes

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Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar

Olaf Holm, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, Peter Quicker, Stefan Kopp-Assenmacher (Hrsg.):

Verwertung von Klärschlamm

ISBN 978-3-944310-43-5 Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH

Verlag: Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH • Neuruppin 2018 Redaktion und Lektorat: Dr.-Ing. Olaf Holm, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc.

Erfassung und Layout: Janin Burbott-Seidel, Ginette Teske, Roland Richter, Sarah Pietsch, Cordula Müller, Gabi Spiegel

Druck: Beltz Grafische Betriebe GmbH, Bad Langensalza

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