Konzepte für die Rauchgasreinigung nach Monoklärschlammverbrennung – worauf muss man achten?

Abgasreinigung

Konzepte für die Rauchgasreinigung nach

Monoklärschlammverbrennung – worauf muss man achten?

Dirk Band

1. Anforderungen und verfahrenstechnische Lösungen ...328

1.1. Abscheidung der Flugasche ...329

1.2. Abscheidung saurer Schadgase ...330

1.2.1. Konditionierte Trockensorption mit Ca(OH)₂ ...330

1.2.2. Trockensorption mit NaHCO₃ ...331

1.2.3. Saurer und basischer Wäscher ...332

1.3. Abscheidung von Quecksilber...333

1.4. NO_x-Reduktion und NH₃-Abscheidung ...334

1.4.1. Kombination SNCR – Trockensorption – Nasswäscher ...335

1.4.2. Kombination SCR – trockene Rauchgasreinigung ...336

1.4.3. Kombination SCR – konditioniert trockene Rauchgasreinigung oder Nasswäscher ...336

2. Ausführungs- und Anlagenbeispiele ...337

2.1. TVM Mainz ...337

2.2. Zürich ...338

2.3. SVA Posieux ...340

3. Zusammenfassung und persönliche Bewertung ...340

4. Literatur ...341 Die Novellierung der Verordnung über die Verwertung von Klärschlamm, Klär- schlammgemisch und Klärschlammkompost (Klärschlammverordnung, AbfKlärV) [7]

vom 27. September 2017, hat weitreichende Konsequenzen beim Umgang mit Klär- schlamm für den Großteil der Kläranlagenbetreiber.

Die Neufassung verbietet aus Versorgungsgründen die bodenbezogene Verwertung von kommunalem Klärschlamm bei Kläranlagen ≥ 50.000 Einwohnerwerten (EW) gemäß entsprechenden Fristen. Für Klärschlamm aus der Kartoffelverarbeitung sowie Wasser- schutzgebietszonen (Zone III) gilt das Aufbringungsverbot ab dem 3. Oktober 2017.

Als zentrales Element sieht die Verordnung erstmals umfassende Vorgaben zur Rück- gewinnung von Phosphor aus Klärschlämmen und Klärschlammverbrennungsaschen vor, die Betreiber von Abwasserbehandlungsanlagen und Klärschlammverbrennungs- anlagen ≥ 100.000 EW ab dem Jahr 2029 und ≥ 50.000 EW ab dem Jahr 2032 zu

Abgasreinigung

beachten haben. Die Pflicht zur Rückgewinnung von Phosphor greift in den Fällen, in denen der Klärschlamm einen Phosphorgehalt von 20 Gramm oder mehr je Kilogramm Trockenmasse aufweist. Dies ist bei Anlagen ≥ 50.000 EW in der Regel immer der Fall.

Bis zum Jahr 2023 muss der Betreiber einen Plan vorlegen, welche Rückgewinnungs- verfahren zum Phosphor-Recycling genutzt werden sollen.

Die Klärschlammmengen in Deutschland betrugen für das Jahr 2015 [5] etwa 1,8 Mil- lionen Tonnen Klärschlamm (Trockenmasse) von denen etwa 1,15 Millionen Tonnen thermisch und 0,65 Millionen Tonnen landwirtschaftlich verwertet werden oder in den Landschaftsbau gegeben werden. Von diesen 0,65 Millionen Tonnen entfallen etwa 61 % [6] respektive 0,4 Millionen Tonnen auf Kläranlagen > 50.000 EW.

Die Maßgabe zur Phosphorrückgewinnung bedingt eine bevorzugte thermische Ver- wertung in Monoklärschlammverbrennungsanlagen. Wird die jährlich zusätzliche Menge von 0,4 Millionen Tonnen zugrunde gelegt, ergibt sich ein Bedarf für 15 bis 20 Monoklärschlammverbrennungsanlagen.

Weitere Effekte wie die geplante Abschaltung von Kohlekraftwerken oder der Ver- drängungswettbewerb auf dem Düngemittelmarkt können den Bedarf für Monoklär- schlammverbrennungsanlagen sogar noch steigern.

1. Anforderungen und verfahrenstechnische Lösungen

Die Maßgabe eines späteren Phosphorrecyclings erfordert als ersten Prozessschritt der Verbrennung und dem Kessel nachgeschalteten Rauchgasreinigung eine Abscheidung der Flugasche. Der Flugascheanteil im Rauchgas liegt, aufgrund der in Monoklär- schlammverbrennungsanlagen bevorzugten Verbrennung in einer stationären Wirbel- schicht, mit 50 g/Nm³ feucht bis 100 g/Nm³ feucht vergleichsweise hoch. Daher wäre auch unabhängig von der Maßgabe des Phosphorrecyclings eine Partikelabscheidung für die nachfolgenden Prozessschritte in der Abgasreinigung erforderlich.

In weiteren Prozessschritten folgt die Abscheidung der sauren Schadgase, insbeson- dere SO_x, der Schwermetalle inklusive des Quecksilbers sowie bei Bedarf der Dioxine/

Furane, NO_x und NH₃.

Bild 1: Verfahrensschritte der Gasreinigung nach Klärschlammverbrennung

Abgasreinigung

1.1. Abscheidung der Flugasche

Aufgrund der Maßgabe eines späteren Phosphorrecyclings sowie des hohen Flugasche- anteils im Rauchgas kommen für die Flugascheabscheidung nur ein Schlauchfilter oder Elektrofilter in Frage. Der Einsatz eines mechanischen Abscheiders, z.B. eines Zyklons, ist aufgrund des geringeren Abscheidegrades von 70 bis 90 % nur in Ländern ohne die Vorgabe eines Phosphorrecyclings möglich.

Bild 2: Effizienz verschiedener Partikelabscheider [4]

Bei einem Vergleich von Schlauchfilter und Elektrofilter ergeben sich sowohl technische als auch kommerzielle Vorteile für das Schlauchfilter. Zum einen liegt der Abscheide- grad des Schlauchfilters über dem des Elektrofilters. Dies ist insbesondere im Hinblick auf ein späteres Phosphorrecycling ein Vorteil. Zum anderen liegen im Vergleich zum Schlauchfilter die Investitionskosten für ein Elektrofilter deutlich höher.

Bezüglich des Energieverbrauchs liegen beide Typen etwa auf dem gleichen Niveau.

Das Schlauchfilter hat im Vergleich zum Elektrofilter einen höheren Druckverlust. Im Gegenzug benötigt das Elektrofilter mehr Energie für die Abscheidung der Partikel an den Elektroden und die elektrische Begleitheizung aufgrund der größeren Außenfläche.

99,9 η,

%

99 90

50

10

0

0 0,1 1 10 100

Partikelgröße, μm

mechanischer Abscheider Gewebefilter

Dreifeld Trocken-ESP (Kohlefeuerung) Einfeld ESP

mechanischer Nass- Abscheider (Wäscher)

mechanische Merkmale Abscheider Schlauchfilter Elektrofilter

%

erwartete Abscheidung 70 –90 > 99,99 96 –99 Investitionskosten 50 100 150

Tabelle 1:

Vergleich unterschiedlicher Vorabscheidervarianten

Abgasreinigung

1.2. Abscheidung saurer Schadgase

Für die Abscheidung saurer Schadgase wie HF, HCl und SO₂ stehen mehrere Verfahren zu Auswahl, die nachfolgend beschrieben werden. Die Auswahl des Verfahrens hängt von den Randbedingungen der jeweiligen Anlage ab. Neben den Investitions- und Betriebskosten muss insbesondere auch das Brüdenkonzept bei der Betrachtung be- rücksichtigt werden.

Hervorzuheben ist, dass aufgrund des Brennstoffes insbesondere das SO₂ mit Werten zwischen 2.000 mg je Nm³ trocken bis größer 4.000 mg je Nm³ trocken für die Aus- legung der Sorption maßgebend ist. Die Werte für HCl sind im Vergleich sehr gering und liegen in der Regel unter 100 mg je Nm³ trocken.

1.2.1. Konditionierte Trockensorption mit Ca(OH)₂

In dem für filternde Abscheider üblichen Temperaturbereich zwischen 100 und 220 °C ergibt sich folgende Reaktivitätsreihenfolge [2]:

SO₃ > HF >> HCl >>> SO₂ >>>> CO₂

Während die Abscheidung von SO₃ und HF in dem genannten Temperaturbereich unproblematisch ist, haben die Trockentemperatur sowie die absolute und relative Feuchte einen wesentlichen Einfluss auf die SO₂- und HCl-Abscheidung. Zur Addi- tivmitteleinsparung ist es deshalb häufig sinnvoll, die Gastemperatur im Reaktor auf optimale Reaktionstemperaturen abzusenken. Diese liegt für die SO₂-Abscheidung mit Ca(OH)₂ in einem Bereich von 95 bis 110 °C.

Insbesondere für die SO₂-Abscheidung lassen sich gute Additivmittelausnutzungen nur dann erreichen, wenn mindestens zeitweise der Wasserdampfpartialdruck in un- mittelbarer Nähe der Umlaufpartikel nahe dem Sättigungsdampfdruck liegt. Dies wird bei Einsatz der konditionierten Chemisorption mit Partikelkonditionierung erreicht (Bild 3). Bei diesem Verfahren werden die Umlaufpartikel vor erneuter Zugabe in den Reaktor angefeuchtet. Die Befeuchtung bewirkt eine Erhöhung des Wasserdampf- gehaltes an der Oberfläche der Additivpartikel und verbessert damit die Reaktivität gegenüber den sauren Schadgaskomponenten und dabei insbesondere gegenüber SO₂. Bei hohen SO₂-Konzentrationen von > 3.000 mg/Nm³ kann die Abscheideeffizienz des Verfahrens durch eine Gasrezirkulation erhöht werden. Eine Alternative stellt die Zugabe von CaCO₃ im Wirbelbett in Abhängigkeit der SO₂-Konzentration im Gas nach Kessel dar.

Vorteile des Verfahrens sind:

• kostensparende Additivmittel,

• ein niedriger Additivmittelverbrauch und

• niedrige Betriebskosten.

Nachteile des Verfahrens sind:

• der relativ aufwendige Anlagenaufbau und

• im Vergleich zu einem Trockensorptionsverfahren hohe Investitionskosten.

Abgasreinigung Bild 3: Konditionierte Trockensorption mit Ca(OH)₂

1.2.2. Trockensorption mit NaHCO₃ In Konkurrenz zu Verfahren unter Verwendung von Ca-haltigen Additiven steht die Trockensorption mit NaHCO₃ [3]. Das in der Grundvariante sehr einfache Verfahren ist in Bild 4 dargestellt. Das Additiv wird gemahlen und anschließend in den Gasstrom vor Filter aufgegeben. Bei Gastemperaturen > 140 °C kommt es zu einer mit steigenden Temperaturen schneller verlaufenden thermischen Aktivierung des Natriumhydrogen- carbonates. Es entsteht ein hochreaktives Natriumcarbonat. Die Reaktionszeit von der Eindüsstelle des Additivs in die Rohrleitung bis zum Erreichen des Filtermaterials sollte mindestens zwei Sekunden betragen. Eine mehrfache Rückführung der im Filter abgeschiedenen Partikel in den Rauchgasstrom vor Filter ist in Bezug auf Abscheidegrad und Stöchiometrie von Vorteil.

Grundsätzlich lassen sich die geforderten Emissionsgrenzwerte mit diesem Verfahren einhalten, allerdings gegenüber Ca-basierten Verfahren bei höheren Kosten für die Bereitstellung von Additiven. Aus dem vorgenannten Grund wird dieses Verfahren hauptsächlich nur bei kleineren Verbrennungsanlagen eingesetzt.

Auch bei diesem Verfahren ist bei hohen SO₂-Gehalten eine Gasrezirkulation oder die Zugabe von CaCO₃ im Wirbelbett sinnvoll.

Vorteile des Verfahrens sind:

• ein relativ einfacher Anlagenaufbau,

• relativ niedrige Investitionskosten,

• eine niedrige Stöchiometrie und

• geringe Reststoffmengen.

Rohgas

Additiv Additiv

Reaktor mit Kugelrotor

Filter

H₂O 180 – 200 °C

Reingas

95 – 110 °C

Doppel- wellen- mischer

AC Ca(OH)₂

Abgasreinigung

Nachteile des Verfahrens sind:

• ein teures Additivmittel,

• relativ hohe Verbrauchsmengen und

• hohe Betriebskosten (ggf. Absenkung durch CaCO₃ in der Wirbelschicht).

Bild 4: Trockensorption mit NaHCO₃

1.2.3. Saurer und basischer Wäscher

In Abhängigkeit der Brüdenzugabe in den Brennraum liegt die Feuchte im Gas nach Kessel zwischen 30 und 50 Vol-%. Ab einer Feuchte von etwa 40 Vol-% erhöht sich das Korrosionsrisiko für trockene und konditioniert trockene Verfahren erheblich. In diesem Fall ist eine nasse Rauchgasreinigung die bevorzugte Lösung.

Der Nachteil dieser Variante ist die erforderliche Wasseraufbereitung. Alternativ besteht die Möglichkeit den Wäscher in Kombination mit einem Sprühtrockner und einer trockenen oder konditioniert-trockenen Stufe auch abwasserfrei zu betreiben. Aller- dings sollte dann die Feuchte im Gas 40 Vol-% nicht übersteigen. Die vorgenannten Varianten sind nachfolgend in den Kapiteln 1.4.1. und 2.2. beschrieben.

Vorteile des Verfahrens sind:

• die sehr niedrige Stöchiometrie und

• bei Bedarf die Abscheidmöglichkeit von NH₃ im sauren Wäscher.

Nachteile des Verfahrens sind:

• eine erforderliche Wasseraufbereitung,

• hohe Investitionskosten,

• die gesättigte Wasserdampffahne am Kamin und

• die geringe Abscheidung von Dioxinen/Furanen (sofern notwendig).

Rohgas Additiv

Additiv

Reaktor mit Kugelrotor

Filter

180 – 200 °C 180 – 200 °C

Reingas

NaHCO₃ AC

Abgasreinigung Bild 5: Kombination Produktfilter mit saurer und basischer Wäsche

1.3. Abscheidung von Quecksilber

Quecksilber kann im Gas in unterschiedlicher Form bzw. unterschiedlichen Verbin- dungen vorliegen, als elementares Quecksilber (Hg⁰) oder in ionischer Form (Hg²⁺) [2].

Sofern es sich um Quecksilber in ionischer Form handelt, ist eine Abscheidung bei Einsatz von Aktivkoks/Aktivkohle mit akzeptabler Adsorbensbeladung möglich. Auch Tonmineralien kommen in Ausnahmefällen bei reduzierter Abscheideeffizienz zum Einsatz. Die Zugabemenge ist abhängig sowohl von der Rohgaskonzentration als auch von den geforderten Reingaswerten.

Um eine effiziente Abscheidung von Hg⁰ bei gleichzeitig vertretbarem Adsorbenseinsatz zu erreichen, muss vor Einlagerung des Quecksilbers in das Adsorbens eine Umwand- lung von Hg⁰ in Hg²⁺ erfolgen. Dies kann auf zwei Arten geschehen.

• Eigendotierung durch saure Komponenten im Gas:

Aktivkohle + SO₂ + ½ O₂ → SO₃/ H₂SO₄ an Aktivkohle adsorbiert

SO₃ an Aktivkohle + Hg⁰ + ½ O₂ → HgSO₄ in H₂SO₄ an Aktivkohle adsorbiert.

• Externe Dotierung des Adsorbens vor Zugabe in den Gasstrom: hier kommen im Wesentlichen schwefeldotierte oder bromierte Adsorbentien zum Einsatz.

Bei einem Einsatz von NaHCO₃ und Temperaturen von 180 bis 190 °C sollte vorsorglich bromierte Aktivkohle eingesetzt werden. Im Fall einer nassen Rauchgasreinigung sollte ebenfalls ein entsprechendes Additiv, z.B. NETfloc SMF (Hg⁰ → HgS), eingesetzt werden.

In Bild 6 sind unterschiedliche Roh- und Reingasmesswerte von Quecksilber in Mono- klärschlammverbrennungen dargestellt. Die Messreihen sind etwa im Jahr 1992 aufge- nommen worden. Die heutigen Hg-Rohgaswerte in Monoklärschlammverbrennungen liegen unterhalb der hier dargestellten Werte. Dies liegt an den in der Zwischenzeit umgesetzten Maßnahmen zur Verringerung des Hg-Eintrages in die Umwelt und

Rohgas

Wäscher Schlauchfilter

Reingas

Abgasreinigung

in den Müllkreislauf. Für die beiden rechten Messreihen wurde der Hg-Rohgaswert vorsätzlich angehoben, um die Effektivität der Abscheidung bei hohen Hg-Werten beurteilen zu können.

Quecksilbergehalt, μg/m³ i.N.tr.

Hg²⁺ (ionisch)

Aufgabe von Ca(OH)₂ und Aktivkohle

als Gemisch bei 150 °C Hg⁰-Gehalt im Reingas nicht messbar Rohgas

259 365

869 993

147 13

172 15

159 4

127 5

Reingas Rohgas Reingas Rohgas Reingas Rohgas Reingas

Hg⁰ (metallisch) 1.200

1.000

800

600

400

200

0

Bild 6: Quecksilber-Messwerte im Roh- und Reingas einer Klärschlammverbrennung Ergänzend sei angemerkt, dass durch die Zugabe von Aktivkohle/Aktivkoks bei trockenen und konditioniert trockenen Verfahren die Abscheidung von Dioxinen/Furanen ge- sichert möglich ist.

1.4. NO

-Reduktion und NH

-Abscheidung

Die erforderlichen Maßnahmen zur NO_x-Reduktion und NH₃-Abscheidung sind von mehreren Faktoren abhängig. Dabei sind insbesondere die Brennstoffzusammen- setzung, das Verbrennungskonzept und die erforderlichen Reingaswerte entscheidende Faktoren.

Mit einer stationären Wirbelschicht können in Abhängigkeit des Brennstoffes bereits NO_x-Werte unter 100 mg/Nm³ erreicht werden. Voraussetzung für die Erreichung von niedrigen NO_x-Werten ist die konsequente Anwendung von Primärmaßnahmen, dabei sind folgende Maßnahmen hervorzuheben:

• Verringerung des Sauerstoffangebots,

• Einstellung einer nach Möglichkeit geringen Verbrennungstemperatur,

• Verwendung einer abgestuften Brüdenzuführung und

• Integration einer Abgasrezirkulation.

Abgasreinigung

Sollten aufgrund der Anlagenrandbedingungen weitere Maßnahmen zur NO_x- Reduktion erforderlich sein, stehen mehrere Verfahren zur Auswahl. Hier stellt das SNCR-Verfahren im Vergleich zum SCR-Verfahren in Bezug auf die Investitionskosten die kostengünstigere Variante dar. Die erreichbaren Emissionswerte bei gleichzeitiger Einhaltung des geforderten NH₃-Schlupfs liegen in der Größenordnung von 80 bis 100 mg/Nm³. Sofern niedrigere NO_x-Emissionsgrenzwerte einzuhalten sind, wird in jedem Fall die Installation eines SCR-Verfahrens notwendig werden.

1.4.1. Kombination SNCR – Trockensorption – Nasswäscher Diese Verfahrenskombination [3] stellt insbesondere dann eine Alternative dar, wenn die geforderten NO_x-Emissionsgrenzwerte mit einem SNCR-Verfahren gesichert eingehalten werden können, allerdings bei einer höheren NH₃-Emission. Den grund- sätzlichen Verfahrensaufbau dieses Kombinationsverfahrens zeigt Bild 7.

Bild 7: Kombination SNCR – Trockensorption – Nasswäscher

Die Trockensorption wird bei diesem Verfahrenskonzept so betrieben, dass das Abgas nach dieser Stufe nur noch reduzierte Restgehalte an sauren Schadgasen aufweist. Der nachgeschalteten nassen Feinreinigungsstufe verbleibt je nach Aufgabenstellung

• die Abscheidung von NH₃ in einem sauren Wäscher,

• die weitergehende Reduzierung der Emissionswerte zum Beispiel für die sauren Schadgaskomponenten und/oder

• die Wärmerückgewinnung.

Da der saure Wäscher neben der NH₃-Abscheidung lediglich die Funktion einer Feinreinigungsstufe zur Reduzierung von HCl übernimmt, kann die Abwassermenge geringgehalten werden. Es bietet sich an, dieses Abwasser im Bereich der Verbrennung aufzugeben.

Rohgas

120 °C

75 °C 1. E-Filter 2. Sprühtrockner

4. Schlauchfilter 5. Saurer und basischer

Wäscher

NaOH

SNCR Sprühtrockner Additiv Additiv

3. Reaktor mit Kugelrotor

Reingas

AC Ca(OH)₂ 180 °C

Abgasreinigung

Um das Verfahren abwasserfrei zu betreiben, sollte das Abwasser aus der basischen Stufe im Bereich der konditionierten Trockensorption in das System eingebracht werden.

Ergänzend sei angemerkt, dass bei Einsatz dieses Kombinationsverfahrens auch für die sauren Schadgase HCl und SO_x sehr niedrige Emissionsgrenzwerte erreichbar sind.

1.4.2. Kombination SCR – trockene Rauchgasreinigung

Der bevorzugte Temperaturbereich für den Katalysator [3] liegt im Bereich von 220 bis 240 °C. Dieser Temperaturbereich bietet eine ausreichend gute Umsetzungs- geschwindigkeit. Probleme durch die Bildung von Ammoniumsulfat können sicher ausgeschlossen werden, sofern der SO₂-Gehalt im Gas temperaturabhängig < 10 bis 25 mg/Nm³ liegt. Zeitgleich eignet sich dieser Temperaturbereich sehr gut für eine Trockensorption mit NaHCO₃.

Aufgrund des gewählten Temperaturbereiches oberhalb von 180 °C ist der Einsatz von Aktivkohle oder Herdofenkoks (HOK) nicht möglich. Bei dem Einsatz von Minsorb oder Tonmineralien muss die verminderte Abscheideleistung, insbesondere in Bezug auf Quecksilber, berücksichtigt werden.

Bild 8: Kombination SCR – trockene Rauchgasreinigung

1.4.3. Kombination

SCR – konditioniert trockene Rauchgasreinigung oder Nasswäscher

Bei dieser Verfahrenskombination wird nach dem Produktfilter zunächst ein Wärme- übertrager angeordnet. Dieser ist notwendig, um nach der konditioniert trockenen Rauchgasreinigung eine ausreichende Temperatur für den Katalysator sicherzustellen.

Aufgrund der Temperaturdifferenz im Wärmeübertrager von etwa 30 K ist es erforder- lich, die Rauchgasübernahmetemperatur auf etwa 240 °C anzuheben. Die nachgeschal- tete SCR wird in diesem Fall bei etwa 210 °C betrieben. In diesem Temperaturbereich kann die Bildung von Ammoniumsulfat ausgeschlossen werden, sofern der SO₂-Gehalt im Gas temperaturabhängig < 8 mg/Nm³ liegt. Bild 9 zeigt das Basisschema eines ent- sprechenden Verfahrens.

Schlauchfilter Schlauchfilter

SCR Wärme- tauscher Additiv

NaHCO₃ Minsorb Additiv

Reaktor mit Kugelrotor

Ammoniak- wasser NH₄OH

Reingas

220 °C 224 °C

80 °C

140 °C Rohgas

Abgasreinigung Bild 9: Kombination SCR – konditioniert trockene Rauchgasreinigung

Dieser Verfahrenskombination ist ebenfalls mit einem Nasswäscher umsetzbar, wie in Bild 10 dargestellt.

Schlauchfilter

Schlauchfilter Wärme-

übertrager SCR

Reaktor mit Kugelrotor

Doppel- wellen- mischer

Ammoniak- wasser NH₄OH

H₂O

Reingas 240 °C 130 °C

95–110 °C 210 °C

Rohgas

Schlauchfilter Wärme-

übertrager SCR

Ammoniak- wasser

NH₄OH Reingas

saurer und basischer

Wäscher 240 °C 120 °C

~85 °C 210 °C

Rohgas

Bild 10: Kombination SCR und Nasswäscher

2. Ausführungs- und Anlagenbeispiele 2.1. TVM Mainz

Für die Abgasreinigung der Monoklärschlammverbrennung in Mainz wurde ein Elektrofilter zur Flugascheabscheidung und nachgeschaltet eine konditionierte Tro- ckensorption gewählt. Aufgrund der hohen SO₂-Konzentrationen mit Maximalwerten

> 4.000 mg/Nm³ wurde eine Gasrezirkulation vorgesehen, um die Abscheideeffizienz des Verfahrens zu erhöhen.

Abgasreinigung

Anlagendaten:

• Inbetriebnahme: 2019

• teilentwässerter Klärschlamm: 152.360 t/a

• Trockensubstanz: 37.500 t_TS/a

• Abgasmenge: 29.500 Nm³/h feucht

Bild 11: Klärschlammverbrennung Mainz

2.2. Zürich

Für die Abgasreinigung der Monoklärschlammverbrennung in Zürich wurde ein kombiniertes Verfahren [1], bestehend aus SNCR-Prozess, Elektrofilter, konditio- nierter Trockensorption sowie einer nachgeschalteten Feinreinigung in Form einer zweistufigen Nasswäsche gewählt. Zur Einhaltung des niedrigen NO_x-Grenzwertes von

< 80 mg/Nm³ tr. kommt die Einbindung einer SNCR mit Ammoniakwasserdosierung direkt in den Ofen zum Einsatz. Hierdurch können erhöhte Ammoniakemissionen auftreten. Die zeitgleich sichere Einhaltung des strengen Schweizer NH₃ Grenzwertes von < 5 mg/Nm³ tr. wird durch einen Nasswäscher sichergestellt.

Anlagendaten:

• Inbetriebnahme: 2016

• teilentwässerter Klärschlamm: 100.000 t/a

• Trockensubstanz: 30.000 t_TS/a

• Abgasmenge: 26.500 Nm³/h feucht

Elektrofilter Rohgas

Förderschnecke

Rezirkulations- gebläse

Rezirkulation zum Kessel

Kamin

Aufsatzfilter Aufsatzfilter

Kesselasche

Reststoffsilo

Reststoffsilo Reststoffsilo Reststoffsilo Elektrofilter

Falten- pneumatischer balg

Förderer pneuma-

tischer Förderer Aktivkohle +Silo

Kalkhydrat

DWM 2 Doppel- wellen- mischer 1 Reaktor

Wasser

Wasser

Kugelrotor Dosiervorrichtung

Seitenkanal- verdichter Umge- bungsluft

Filterschnecke Filterschnecke

Zuström- kammer- schnecke

Abschöpf- schnecke Vorlagebehälter Rückführbehälter

Saugzug Rohgas/

Reingas Kammer

Filter 1 Filter 2

Rezirkulation

Abgasreinigung

Brüdenkondensat zum Klärwerk Wärme

zur KWH Rücklauf von KWH Wärme zur GAA Rücklauf von GAA

ND-Dampf ND-Dampf ND-Dampf

Brüden- kondensatio

n Biofilter

Schlammbunker

Schlammanlieferung intern

Schlamm- anlieferung extern

100.000 t/a = 30.000 tTS/a KompressorenDruckluft

DieselTrinkwasserBrauchwasser

Erdgas Deminanlage Notstromdiesel

Stör- stoff- abscheiderGAA Trockner Kondensat- behälter

Sand Verbrennungsluftgebläse Verdichter

Wirbel- schicht- ofen Wäscher Deminwassertank

Speisewasser- behälter

ND-DampfND-Dampf

Kühlwasserkreislauf SNCRNH4OH

Turbine HD-Dampf (Hochdruck)Speise- wasserSpeise- wasserND-Dampf (Niederdruck) Dampftrommel Abhitzekessel

Elektrofilter

Sprüh- trockner

Reaktor

Aktivkohle Gewebefilter Asche -> P-RecyclingReststoff 14.000 t/a600 t/a

H2O

saurer WäscherAlkali- wäscher

Saug- zu

gKamin NaOH

Ca(OH)2

GAA KW

H Trockner 1 Trockner 2 SPW Behälter

Emissionen nach LRV Staub < 10 mg/Nm3 Pb+Zn < 1 mg/Nm3 Hg < 0,1 mg/Nm3 Cd < 0,1 mg/Nm3 SO2< 50 mg/Nm3 HCI < 20 mg/Nm3 HF < 2 mg/Nm3 NOx< 80 mg/Nm3 NH3< 5 mg/Nm3 CO < 50 mg/Nm3 Dioxine < 0,1 ng/Nm3Emissions- messunge

n 75 °C 120 bis 140 °C

27.000 m3/h i.N.

60 bar

450 °C 9,7 t/

h

7 bar 170 °C

875 kWel 16.000 m3/h i.N.

150 bis 400 °C

850 bis 950 °C24.000 m3/h i.N. 160 bis 180 °C

95 °C 130 °C

4.500 kWth 1.000 kWthG Normalbetrieb: 0 Nm³/h Bild 12: Klärschlammverbrennung Zürich [1]

Abgasreinigung

2.3. SVA Posieux

Unter Berücksichtigung der Anlagengröße sowie technisch-wirtschaftlichen Gesichts- punkten wurde ein Konzept mit einem mechanischen Vorabscheider und einer tro- ckenen Rauchgasreinigung mit NaHCO₃ gewählt.

Anlagendaten:

• Inbetriebnahme: 2018

• teilentwässerter Klärschlamm: 36.000 t/a

• Trockensubstanz: 10.400 t_TS/a

• Abgasmenge: 15.000 Nm³/h feucht

Reingas

Rohgas Zyklon

Förderschnecke

Rückführ- schnecke

Förderschnecke

Kamin

Aufsatzfilter Aufsatzfilter

vorgemahlenes

Natriumbicarbonat Reststoffsilo

ReststoffsiloFaltenbalg pneumatischer

Förderer Reaktor

Kugelrotor Dosier-

vorrichtung

Dosiervorrichtung

Reaktor

Filter- schnecke

Vorlagebehälter

Saugzug Filter

Bild 13: Klärschlammverbrennung SVA Posieux

3. Zusammenfassung und persönliche Bewertung

Es stehen zuverlässige verfahrenstechnische Lösungen für die sichere Einhaltung der Emissionsgrenzen zur Verfügung. Das Konzept für die Rauchgasreinigung muss für jede Anlage anhand der spezifischen Randbedingungen und Anforderungen optimiert und festgelegt werden. Dabei müssen insbesondere der jeweilige Standort, die Anlagengröße, die Rohgaswerte und Emissionsgrenzen sowie das Brüdenkonzept betrachtet werden.

Abgasreinigung

Welche Anzahl an Monoklärschlammverbrennungsanlagen in Deutschland tatsächlich in den nächsten Jahren gebaut wird, hängt von vielen Faktoren ab. Aufgrund der derzei- tigen Randbedingungen sowie der bereits laufenden Planungsaktivitäten ist eine Anzahl von 15 bis 20 Monoklärschlammverbrennungsanlagen allerdings sehr realistisch.

4. Literatur

[1] Decker, R.; Müller, D.; Krech, S.: Betriebserfahrungen mit Schlammverwertungsanlagen in Zürich/Schweiz und Çorlu/Türkei. In: Thiel, S.; Thomé-Kozmiensky, E.; Quicker, P.; Gosten, A. (Hrsg.): Energie aus Abfall, Band 15. Neuruppin: Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH, 2018, S. 693-718

[2] Margraf, R.: Verfahrensvarianten der trockenen und quasitrockenen / konditioniert trockenen Sorption, vorgestellt anhand von Praxisbeispielen, VDI Wissensforum 2016

[3] Margraf, R.: Einfluss der neuen WI-BREF auf die zukünftigen Konzepte der Rauchgasreini- gung – was wird sich ändern? In: Thiel, S.; Thomé-Kozmiensky, E.; Winter, F.; Juchelková, D.

(Eds.): Waste Management, Volume 8, Waste-to-Energy. Neuruppin: Thomé-KozmienskyVerlag GmbH, 2017, S. 431-447

[4] Sachverständigenbüro für Abluft- & Abgastechnik, Dr.-Ing. W. Schulteß, Karlsruhe, [5] Statistisches Bundesamt, Pressemitteilung Nr. 446 vom 12.12.2016

[6] Statistisches Bundesamt und DWA-Arbeitsgruppe KEK-1.2 Statistik, Abwasser und Klär- schlamm in Deutschland – statistische Betrachtungen; Korrespondenz Abwasser, 2014 Nr. 12 [7] Verordnung über die Verwertung von Klärschlamm, Klärschlammgemisch und Klärschlamm-

kompost (Klärschlammverordnung – AbfKlärV), 27.09.2017

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Dirk Band LUEHR FILTER GmbH

Geschäftsleitung Vertrieb & Geschäftsentwicklung Enzer Straße 26

31655 Stadthagen, Deutschland +49 5721 708 300

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Eoin Butler

KOPF SynGas GmbH & Co. KG Derendinger Straße 40 72072 Tübingen Tel.: 07071 54954-54 Fax: 07071 54954-60 Mail: info@kopf-syngas.de KOPF SynGas ist ein Joint Venture der beiden mittelständischen Unterneh-

mensgruppen SÜLZLE und AVAT Automation – Der Schwerpunkt ist die Klär- schlammvergasung. Zusammen mit SÜLZLE KLEIN bieten wir Lösungen für die gesamte Schlammbehandlungskette, von der Eindickung bis hin zur ther- mischen Verwertung.

Bei der Vergasung wird ein brennbares Synthesegas aus Klärschlamm bei hohen Temperaturen erzeugt. Das Synthesegas kann nach Bedarf im Block- heizkraftwerk in Strom und Wärme umgewandelt oder einfach verbrannt werden, wenn vorrangig Wärme benötigt wird. Nebenbei wird eine dekon- taminierte, kohlenstofffreie Klärschlammasche erzeugt, die unmittelbar zur Düngung eingesetzt, oder zur Gewinnung des Phosphors weiterverarbeitet wird.

Unser Ziel ist die dezentrale energetische Verwertung von Klärschlamm im Klärwerk und somit das Vermeiden von Abfalltourismus und die damit ver- bundene Umweltbelastung, die Steigerung des energetische Selbstversor- gungsgrades des Klärwerks und die Erhaltung von Phosphor im regionalen Kreislaufwirtschaft.

Somit leisten wir mit unseren Anlagen einen Beitrag zum Klimaschutz und Ressourceneffizienz und stärken ebenfalls die regionale Wertschöpfung.

Unsere qualifizierten Mitarbeiter begleiten Sie dabei und übernehmen für Sie die komplette Realisierung. Wir sorgen mit unserem Knowhow und unserer Erfahrung für einen reibungslosen Ablauf.

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

Copyright: Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc., Dr.-Ing. Olaf Holm Alle Rechte vorbehalten

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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