|
zurück zur Umwelttechnik
Durch die thermische Abfallbehandlung wird Energie freigesetzt und
nutzbar gemacht. Diese Energie ist chemisch gebunden in den organischen
Anteilen des Abfalls. Folgende Verfahren werden derzeit genutzt:
- Verbrennung von Hausmüll (z.b. Rostfeuerung,
Wirbelschichtverbrennung) und verschiedener Sonderabfälle
- Pyrolyse verschiedener Sonderabfälle
- Kombination der Hausmüllpyrolyse mit einer nachgeschalteten
Hochtemperaturverbrennung von Schwelprodukten
- Hochdruckhydrierung von Kunststoffgranulat, Erdölrückständen und
anderer kohlenstoffhaltiger Abfälle
- Naßoxidation von Klärschlämmen
Bei der Thermische Abfallbehandlung werden folgende Ziele verfolgt:
- sicher kontrollierbare Abfallbehandlung mit äußerst geringen
Emissionen
- Verringerung des Gefährdungspotentials abzulagernder Restabfälle
- größtmögliche Reduzierung des Abfallvolumens und hygienisch
einwandfreie Reststoffe
- Gewinnung von Sekundärrohstoffen aus den Reststoffen der thermischen
Behandlung
- Nutzbarmachung der im Abfall enthaltenen Energie für Wärme- und
Stromerzeugung
Folgende Bedingungen müssen bei der energetischen Verwertung von Abfällen durch Verbrennung
erfüllt sein:
- Heizwert des unvermischten Abfalls zwischen 7960 und 8160 kJ/kg
- Müllbedarf 2,7 bis 3,3 kg/kWh
- Energiebedarf des Mülls 22020bis 26250 kJ/kWh
- Feuerungswirkungsgrad über 75%
- die anfallenden Reststoffe sollen möglichst ohne weitere Behandlung
ablagerbar sein
- Stromerzeugung pro Tonne Müll 300 bis 365 kWh
- Dampferzeugung pro Tonne Müll 1,9 bis 2,4 t
Dies bedeutet, daß zur Erzeugung von 1kWh Strom etwa 2,7 bis 3,3 kg
Hausmüll mit einem Heizwert von rund 7960 kJ/kg verbrannt werden
müssen.
Stoffstrom in der Müllverbrennungsanlage:
1000kg Restmüll
|
Anlieferung, Wiegen, Lagerung
|
Verbrennung ----------------------------->
Schlacke (250-350 kg), Asche (5-15 kg)
|
Energieerzeugung ------------------------>
Dampf, Strom
|
Rauchgasentstaubung --------------------->
Filterstaub (20-40 kg)
|
Rauchgaswäsche ------------------------->
Salzsäure, Gips, Mischsalze, schadstoffbefrachtete feste Rückstände
(15-45 kg)
|
4000 - 7000 m3 gereinigte Abgase
Hausmüllverbrennungsanlage mit Rostfeuerung
Müllverbrennungsanlagen müssen in Deutschland nach der geltenden
Bundes - Immissionsschutz - Verordnung (BImschV) genehmigt sein. Eine
Hausmüllverbrennungsanlage besteht aus folgenden grundlegenden
technologischen Einheiten:
- Abfalllagerung
- Feuerung und Kessel
- Abwärmeverwertung
- Rauchgasreinigung und -ableitung
Um einen wirtschaftlichen Betrieb zu erreichen, muß die Anlieferung
einer Müllmenge über 100000t/a gewährleistet sein. Damit der Anlagenbetrieb
gleichmäßig von statten gehen kann, wird der Müll bis zu
72h in einem Müllbunker zwischengelagert. Die Verbrennung von Hausmüll erfolgt oft in Anlagen mit Rostfeuerung.
Die ankommenden Sammel- und Transportfahrzeuge werden mitsamt geladenem
Müll gewogen, der Müll wird in einen Bunker gekippt. Von dort gelangt
der Müll durch einen Greiferkran über einen Aufgabetrichter in die Feuerung. Das Material wandert über einen
Feuerungsrost, bestehend aus
Vortrockenrost, Haupttrockenrost und Ausbrandrost. Da die Luftzufuhr
bei diesen Rostsystemen gesteuert werden kann, daß Brenngut durch den
Rost umgewälzt und weitertransportiert wird, können hohe
Durchsatzleistungen und ein guter Ausbrand erreicht werden.
Die im Feuerraum freigesetzte Verbrennungswärme führt zu einer
Aufheizung der Rauchgase auf über 850°C. Dem Feuerraum folgt der
Nachverbrennungsraum, in dem die Temperatur noch mindestens 800°C
betragen soll.
Bei der Abgasströmung wird zwischen Gleich-, Mittel- und
Gegenstromprinzip unterschieden. Die Bezeichnung folgt aus der Richtung
der Abgasströmung in Relation zur Abfalltransportrichtung. Die Abwärme
des heißen Rauchgases wird meist in einem Dampferzeuger genutzt. Der
gewonnene Dampf wird zur Erzeugung von Elektroenergie und Fernwärme verwendet.
Bei der Müllverbrennung fällt ein relativ großer Rauchgasstrom an,
der entsprechend den gesetzlichen Vorgaben gereinigt werden muß. Das
Rauchgas gelangt in eine Rauchgasreinigungsanlage, in welcher
Luftschadstoffe wie Flugasche, SO2, NOX, HCl,
Schwermetallaerosole, Dioxine u. a. abgeschieden werden. Das gereinigte
Abgas gelangt über einen entsprechend bemessenen Schornstein in die
Atmosphäre.
In der Verfahrenslinie fallen ca. 35% der ursprünglichen
Abfallmenge in Form fester Rückstände an. Der Ausbrand, Schlacke und
Asche, werden in einem Wasserbad gelöscht und über Förderbänder
ausgetragen. Die nicht verwertbaren Verbrennungs- rückstände,
Filterstaub und andere Rückstände der Rauchgasreinigung verbringt man
in Deponien.
Wirbelschichtverbrennung
Hierunter versteht man die Verbrennung von Stoffen in vertikalen
Ofen, welcher im unteren Teil mit einem Sandbett gefüllt ist. Der Sand
wird in Schwebezustand versetzt, indem Verbrennungsluft durch Düsen am
Ofenboden eingeblasen wird. So bildet sich eine Wirbelschicht mit
flüssigkeitsähnlichen Eigenschaften, die für einen guten
Stoffaustausch, sowie für eine gute Wärmeleitung sorgt. Bei dieser Art
der Verbrennung entstehen verhältnismäßig geringere Mengen an
Stickoxiden als bei der Rostfeuerung. Da die Abfälle vor der
Verbrennung unbedingt zerkleinert werden müssen, ist dieses Verfahren
nicht für alle Abfallarten geeignet. Auch dürfen die
Verbrennungstemperaturen 800°C nicht wesentlich überschreiten, da
sonst die Gefahr besteht, daß das Sandbett verbackt.
Klärschlämme
Klärschlämme müssen vor ihrer Verbrennung erst entwässert werden.
Dies geschieht mittels Siebbandpressen oder Zentrifugen. Danach können
sie je nach Belastung mit verschiedenen Verfahren in
Müllverbrennungsanlagen verwertet werden.
Sonderabfallverbrennung
Verschiedene Arten besonders überwachungsbedürftiger Abfälle sollten
zweckmäßigerweise einer Sonderabfallverbrennung zugeführt werden.
Hierzu zählen unter anderem Mineralölrückstände, verschiedene
Mineralölprodukte, Abfälle der Kohleveredlung, Kunststoffe usw.. Die Verbrennung
erfolgt je nach Abfalleigenschaften in einer Drehrohr-, Drehetagen- ,
Wirbelschicht- oder Rostfeuerung oder in speziellen Brennkammern.
Mögliche Verbrennungsarten sind die am Anfang erwähnten Verfahren der
Pyrolyse, Kombination der Pyrolyse mit einer nachgeschalteten
Hochtemperaturverbrennung von Schwelprodukten und Hochdruckhydrierung.
Pyrolyse
Als Pyrolyse bezeichnet man die vollständige thermische Zerstörung von
organischer Substanz unter Luftabschluß ohne Einwirkung eines
Vergasungsmittels. Der Prozeß erfordert die Zufuhr von Wärmeenergie.
Physikalische und Chemische Prozesse der Verbrennung laufen zeitlich und
räumlich getrennt voneinander ab. Als Ziel wird allgemein verfolgt,
einen speicherbaren Energieträger in Form von Pyrolysegas zu erzeugen.
Man unterscheidet zwischen:
- Schwelverfahren mit einer Prozeßtemperatur unter 500°C
- Mitteltemperaturpyrolyse im Temperaturbereich von 500 bis 800°C
-Schmelzpyrolyse bei Temperaturen von 800 bis 1500°C
Die Verbrennungszeit in Pyrolyseanlagen beträgt 10 Stunden, also
zehnmal so lange wie in Abfallverbrennungsanlagen. In Abhängigkeit von
den gewählten Prozeßbedingungen entstehen Pyrolysegas, -koks, -öl,
bzw. -teer als Produkte. Pyrolyseprodukte treten überall dort auf, wo
Schwelprozesse in Zusammenhang mit der Verbrennung kohlenstoffhaltiger
Materialien stehen. Das Pyrolysegas enthält die Komponenten CO, H2 und
CH4, welche in nachgeschalteten Prozeßstufen zur Erzeugung von
Wärmeenergie nutzbar sind.
Die Pyrolyse wird in einer Drehrohrtrommel, in einem Schachtreaktor oder
als Flugstromvergasung realisiert. Der zerkleinerte Müll wird der
beheizten Schweltrommel zugeführt. Das Schwelgas gelangt zu einem
Gaswandler (Cracker, Reaktor), wo höher organische Bestandteile
zerschlagen und Staubinhaltstoffe zurückgehalten werden. Es erfolgt
eine Teilverbrennung des Schwelgases zu CO,CO2, H2O
und Wärme, eine thermische Crackung zu CH4, C2H4,
H2, H2O und C und der Ablauf der
Wassergasreaktion. Das im Gaswandler erzeugte Spaltgas wird nach
Abkühlung in einer Gaswäsche (zweistufig --> saure Stufe mit H2SO4,
alkalische Stufe mit NaOH) gereinigt und dem nachfolgenden Gasmotor zur
Stromerzeugung angeboten. Das Waschwasser wird nachbehandelt und in eine
Kläranlage eingeleitet. Die Pyrolysereststoffe aus der Schweltrommel
werden zur Hausmülldeponie abgefahren.
Schwel-Brenn-Verfahren (Kombination der Pyrolyse mit einer nachgeschalteten
Hochtemperaturverbrennung)
Zuerst entgasen die zerkleinerten Abfälle in einer rotierenden
Schweltrommel bei 450°C und werden dadurch in Pyrolysegas und feste
Pyrolyserückstände aufgetrennt. Das Gas wird direkt in eine weitere
Brennkammer geleitet. Die verbleibenden Pyrolyserückstände werden
abgekühlt und in eine Fraktion größer und kleiner 5mm
aufgetrennt. Die Grobfraktion besteht hauptsächlich aus Eisen-Metallen,
Nichteisen-Metallen und inertem Material wie Glas, Steine und Keramik.
mittels Magneten und Wirbelstromscheidern entstehen weitgehend
sortenreine Fraktionen, die in der Metallindustrie Absatz finden. Die
Feinfraktion besteht fast ausschließlich aus Kohlenstoff, die auf
Korngrößen unter 1mm zerkleinert und über eine Silo-Zwischenlagerung
zusammen mit dem Pyrolysegas in den Brennraum eingedüst wird. Bei
Temperaturen von 1300°C schmelzen auch die mineralischen Rückstände.
Diese granulieren im Wasserbad und können später im Straßenbau
verwertet werden. Der aus Dampferzeuger und Elektrofilter abgezogene
Flugstaub wird in die Brennkammer zurückgeführt, das Abwasser wird in
Kreisläufen geführt. Der erzeugte Dampf wird zur Stromerzeugung oder
Kraft-Wärme-Kopplung genutzt werden. Die Rauchgasreinigung entspricht
der einer konventionellen Müllverbrennungsanlage.
Hochdruckhydrierung
Bei der Hochdruckhydrierung wirkt meist Wasserstoff bei Temperaturen von
400 bis 600°C und Drücken bis 300 bar auf kohlenstoffhaltige Abfälle.
Mit dem Verfahren können Altkunststoffe und Erdölrückstände
stofflich verwertet werden. Als Reaktionsprodukte entstehen:
- gasförmige Kohlenwasserstoffe sowie CO und CO2
- flüssige Kohlenwasserstoffe (synthetisches Rohöl)
- fester Rückstand (Hydrierbitumen)
|