Deponie Titisee-Neustadt
Entsorgung von Deponieschwachgas
durch eine flammenlose Oxidation
- Abschlussbericht -
In Zusammenarbeit mit:
In Zusammenarbeit mit
und
gefördert durch das
Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg
Entsorgung von Deponieschwachgas durch eine flammenlose Oxidation
1.VERANLASSUNG3
2.FLAMMENLOSE OXIDATION UND E-FLOX-TECHNIK4
2.1Prinzip der flammenlosen Oxidation (Flox Verbrennung)4
2.2Bisherige Einsatzzwecke der Flox Verbrennung5
3.RAHMBEBEDINGUNGEN UND AUFBAU DER E-FLOX ANLAGE TITISEE-
NEUSTADT
5
3.1Entgasungssystem der Deponie Titisee-Neustadt5
3.2Anlagenaufbau in Titisee-Neustadt6
3.3Regelbereich der Anlage8
3.4Genehmigungen8
3.5Sicherheitstechnische Überwachung der Anlage und Arbeitsschutz9
4.NUTZUNG DER ANFALLENDEN ABWÄRME10
5.WIRTSCHAFTLICHKEITSBETRACHTUNGEN11
6.DURCHGEFÜHRTE MESSUNGEN AN DER ANLAGE12
7.ERSTE BETRIEBSERFAHRUNGEN UND EINZELASPEKTE14
7.1Aufheizbetrieb14
7.2Umrüstungsaufwand bei veränderten Volumenströmen15
7.3Umrüstungsaufwand bei veränderten Methangehalten15
7.4Überwachung der Propangasleitungen15
7.5Lautstärke15
7.6Online Überwachung der Anlage16
7.7Propangastank16
7.8Abblaseeinrichtung16
8.ZUSAMMENFASSUNG17
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Entsorgung von Deponieschwachgas durch eine flammenlose Oxidation
1.
Veranlassung
Seit Beendigung der Betriebsphase auf der Deponie Titisee-Neustadt im Jahre 2004 ist ein
stetiger Rückgang sowohl der abgesaugten Deponiegasmenge als auch des Methangehaltes
zu verzeichnen. Aus diesem Grund wird das anfallende Deponiegas bereits seit 2006 nicht
mehr über einen Gasmotor verstromt, sondern nur noch über eine Hochtemperaturfackel
(HT-Fackel) verbrannt.
In der jüngeren Vergangenheit konnte jedoch auch diese HT-Fackel aus den oben
genannten Gründen nicht mehr durchgängig betrieben werden.
Um wieder eine dauerhafte Deponieentgasung sicherstellen zu können, hat die ALB eine
Ausschreibung zur Einrichtung einer Schwachgasverbrennungsanlage durchgeführt. Bei der
Ausschreibung wurde von Seiten der ALB u.a. ein Leistungsbereich der Anlage von 15-38
Vol.-% Methan sowie ein Volumenstrom von 20 -100 m³/h gefordert.
Das Angebot, das die ALB dann beauftragte, ein Nebenangebot der Fa. Depotec GmbH in
Kooperation mit der Fa. E-Flox GmbH, sicherte der ALB sogar eine autotherme Verbrennung
in einem Methanbereich von 6,5 - 40 Vol-% zu.
Aufgrund der Umsetzung der Deponieverordnung im Jahre 2005 darf inzwischen kein
organischer Abfall mehr unvorbehandelt abgelagert werden. Daher werden im Laufe der
nächste Jahre viele Deponien, sowohl bereits stillgelegte, als auch noch weiterbetriebene,
mit zum Teil stark zurückgehenden Deponiegasmengen und –qualitäten (v.a. ein Rückgang
von Methan) umgehen müssen.
Mit Hilfe dieser Technik, die bereits im Biogasbereich erfolgreich zum Einsatz kommt, könnte
auch im Deponiegasbereich eine bislang vorhandene Lücke geschlossen werden.
Derzeit vorhandene Technologien können Deponieschwachgas, das für eine herkömmliche
HT-Fackel nicht mehr geeignet ist, bis in einen Bereich von rund 10-12 Vol-% Methan
verbrennen. Bei Werten, die darunter liegen ist ein weiteres technisches System notwendig,
das eine ordnungsgemäße Restentgasung sicherstellt.
Die von E-Flox garantierten Werte würden es zukünftig ermöglichen, die
Schwachgasentsorgung mit einem einzigen System durchführen zu können, zumal mit Hilfe
einer Stützfeuerung mit Propan auch noch Methangehalte unter 6,5% zu verbrennen sind.
Darüber hinaus bietet das E-Flox System noch die Möglichkeit einer Abwärmenutzung, was
z.B. zur Raumheizung oder zur Holztrocknung eingesetzt werden kann.
Mit Hilfe des nachfolgenden Berichtes und den zuvor getätigten Messungen und
Untersuchungen soll erläutert werden, dass der Einsatz dieser Technologie auf vielen
Deponien technisch sinnvoll sein könnte und darüber hinaus auch wirtschaftlich darstellbar
wäre.
Aufgrund des erwarteten Nutzens dieser Untersuchungen und Erfahrungen für andere Stadt-
und Landkreise, wurde das Vorhaben durch das Umweltministerium Baden-Württemberg
finanziell gefördert.
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Vorwaermung der Verbrennungsluft ist eine der etablierten Techniken, um Energie in Prozessfeuerungsanlagen zu sparen, bei denen das Abgas nicht durch andere Massnahmen bis zu einem bestimmten Grad abgekuehlt werden kann. Durch diese Waermerueckgewinnung aus dem Abgas koennen zum Teil grosse Energiemengen eingespart werden. Die Verbrennungsluftvorwaermung fuehrt jedoch zu einer Erhoehung der Flammentemperatur und zu einem Anstieg der NOx-Emission. Die NOx-Minderungsmassnahmen, wie z.B. Stufenverbrennung und interne Abgaszirkulation fuehren jedoch zu einer Ausdehnung der Flamme bzw. der Reaktionszone in den gesamten Feuerraum. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen deshalb allgemeingueltige Technologien fuer kompakte Feuerungsanlagen entwickelt werden, mit den Zielen NOx-Minderung und Reduktion des Volumens der Feuerungsanlage und des Platzbedarfs bei Einsatz von hoher Verbrennungsluftvorwaermung. Ziel des Vorhabens ist eine Reduktion des Feuerraumvolumens von 10-30 Prozent. Weiterhin soll der Wirkungsgrad der Anlagen um 10 bis 30 Prozent gesteigert werden, ohne dass es zu einem Anstieg der NOx-Emissionen kommt. Als Verbrennungskonzepte sollen starker Drall der Verbrennungsluft, Luftstufung und flammenlose Oxidation zum Einsatz kommen. Entsprechend der NOx-Minderungskonzepte wird das Forschungsvorhaben in drei Arbeitsschwerpunkte unterteilt. Die Katholische Universitaet Leuven ist verantwortlich fuer die Untersuchungen mit Drall der Verbrennungsluft und die Koordination des Gesamtprojektes, die Universitaet Leeds leitet die Untersuchungen zur Luftstufung und das GWI ist verantwortlich fuer den Bereich flammenlose Oxidation. An dem Projekt sind insgesamt 11 Partner aus 6 Laendern beteiligt. Die Laufzeit betraegt 2 Jahre. Die Gesamtkosten betragen ca. 2,59 Mio. DM. Die Ergebnisse der Untersuchungen sollen ueberall dort zum Einsatz kommen, wo Mittel- bis Hochtemperaturprozesswaerme (300 bis 1500 Grad C) bei der direkten Erwaermung von Produkten bzw. bei der indirekten Erwaermung ueber Prozessfluiderwaermung (z.B. Thermo-Oel) benoetigt werden. Als Industriebereiche sind die chemische und die petrochemische Industrie, die Zementindustrie, die Textilindustrie und die Lebensmittelindustrie zu nennen. Die Ergebnisse koennen jedoch auch auf Kesselfeuerungen und Anlagen der Stahl- und Glasindustrie uebertragen werden.
Dieses Vorhaben ist Teil des Verbundprojekts Siemens Clean Energy Center 'Entwicklung von Verbrennungstechnologien für die klimaschonende Energieerzeugung'. Im Mittelpunkt des Projekts stehen Entwicklungswerkzeuge für die Simulation von Flüssigbrennstoffbrennern und deren Validierung, die für die Weiterentwicklung von Doppelbrennstoffinjektoren (gasförmig/flüssig) für erweiterte Brennstoffflexibilität genutzt werden. DLR VT wird mit Siemens zusammenarbeiten und das Verbrennungssystem im Labormaßstab charakterisieren und dabei umfangreiche Messdatensätze für Heizölflammen mit Wassereindüsung aufnehmen. Derartige Brennstoffdüsen ermöglichen die Zweibrennstofffähigkeit eines FLOX® basierten Brenners für Öl/Wasseremulsion und werden für Brennkammersysteme maximaler Effizienz eingesetzt. Auch mit dem Backup-Brennstoffinjektor sollen niedrige Schadstoffemissionen erzielt werden. Durch die damit erzielte Maximierung der Versorgungssicherheit der Gasturbinen der nächsten Generation wird ein weiteres, essentielles Kriterium durch diese neuartige Technologie erfüllt. Das Vorhaben hat zum Ziel, vorhandene Datensätze für Heizölflammen mit Wasser zu komplettieren und neue Datensätze zu erzeugen. Ein vorhandener Versuchsträger im Labormaßstab für generische 1-Düsenanordnungen für den Hochdruckprüfstand HBK-S des DLR Instituts für Verbrennungstechnik steht aus einem anderen Vorhaben zur Verfügung. Mit seiner Hilfe werden die Eindüsungskonzepte in den Tests untersucht und charakterisiert. Durch die Anwendung von laserdiagnostischen Messmethoden werden umfangreiche und detaillierte Valdierungsdatensätze gewonnen. Zum einen liegt der Fokus auf einer Temperaturmessung in den Flammen, zum anderen soll ein Verfahren zur Charakterisierung der Brennstoffverteilung am Ende des Mischrohrs entwickelt, erprobt und angewandt werden.