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Energieeffizienz Anlage zur Klärschlammverbrennung versorgt sich selbst mit Energie

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Tobias Hüser

Die derzeit weltweit größte Anlage für die Verbrennung von Klärschlamm läuft jetzt nahezu energieneutral. Mit zwei neu installierten Dampfkesseln und einer Dampfturbine erzeugt die Monoanlage in den Niederlanden mindestens 95 % ihres Strombedarfs aus der Abwärme des Verbrennungsprozesses. Die Betriebskosten reduzieren sich um fast 10 %.

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Um die Dampfkessel in der Anlage montieren zu können, mussten Teile des Daches entfernt werden.
Um die Dampfkessel in der Anlage montieren zu können, mussten Teile des Daches entfernt werden.
(Bild: Siemens)

München – Bisher wird in der Anlage aus der Abwärme nur Dampf mit niederem Druck erzeugt. Genutzt wird er in verschiedenen Verarbeitungsprozessen sowie in geringem Maß zur Stromerzeugung. Nun ersetzte der zu Siemens gehörende Kesselspezialist NEM zwei der insgesamt vier Niederdruck-Dampfkessel durch Hochdruckkessel und installierte eine Turbine, die über einen Generator Strom erzeugt. Dadurch kann der Betreiber N.V. Slibverwerking Noord-Brabant (SNB) die anfallende Abwärme effizienter nutzen und neun Mal mehr Strom als bisher produzieren.

Alleine in Deutschland fallen pro Jahr etwa acht Millionen Tonnen entwässerter Klärschlamm an. Etwa ein Drittel des Schlamms wird landwirtschaftlich genutzt, dieser Anteil stagniert seit Jahren, was an den erhöhten Qualitätsanforderungen für Klärschlämmen liegt. Daher wird die Verbrennung immer attraktiver, entweder in spezialisierten Anlagen oder als zusätzlicher Brennstoff in Zementwerken, Kohlekraftwerken und Müllverbrennungsanlagen.

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Monoanlagen, die nur Klärschlamm verbrennen, haben den Vorteil, dass man im Schlamm enthaltene wertvolle Rohstoffe – allen voran Phosphor – abspalten und als Dünger wieder verwenden kann. SNB verarbeitet im Jahr etwa 450 000 t entwässerten Klärschlamm. Verbrannt wird der getrocknete Schlamm bei einer Temperatur von etwa 900 °C.

Maßgeschneiderter Kessel für spezielle Anforderungen

Bei der Nachrüstung der SNB-Anlage mit zwei Hochdruck-Dampfkesseln zur Stromerzeugung standen die Ingenieure von NEM vor zwei Herausforderungen: Sie mussten die Kessel so konzipieren, dass sie in die seit 1997 bestehende Anlage hineinpassen. Außerdem mussten die Kessel bei teilweise laufendem Betrieb so schnell wie möglich installiert werden, damit der angelieferte Klärschlamm weiterhin verarbeitet werden konnte.

Die Experten realisierten einen Kessel, der die Spezifikationen für die Turbine – 450 °C Dampftemperatur bei 60 bar Druck – erfüllt, aber auch die vorgegebenen Beschränkungen für Größe und Gewicht einhielt. Erreicht haben sie dies u.a. durch einen kleineren Durchmesser der Rohre im Kessel, der ihnen erlaubte, die Wandstärke und damit das Gewicht zu reduzieren. Außerdem musste der Abstand der Rohre entsprechend der Höhenbeschränkung angepasst werden, wobei sie gleichzeitig die besonderen Eigenschaften des Brennstoffs berücksichtigen mussten.

Besondere Aufmerksamkeit verlangte auch die Wahl der Dampftemperatur. Klärschlamm enthält eine Menge verschiedener chemischer Elemente, von denen manche bei sehr hohen Temperaturen Metall angreifen. Daher wurde die Dampftemperatur auf 450 °C beschränkt, obwohl sowohl Kessel als auch Turbine mit höheren Temperaturen arbeiten könnten.

Niederdruckdampf für die Klärschlamm-Trocknung

Der Dampf treibt dann eine Siemens-Industriedampfturbine vom Typ SST 110 an. Die Turbine hat zwei parallel geschaltete Module. Das Hochdruckmodul wird mit 60 bar Dampfdruck betrieben. Danach stellt das Niederdruckmodul den verbleibenden Dampf mit 2,5 bar Druck als Prozessdampf bereit. Genutzt wird dieser Niederdruckdampf vorwiegend für die Trocknung des Klärschlamms, der bei der Anlieferung etwa 75 % Wasser enthält.

Durch die Nachrüstung mit den Hochdruck-Kesseln entfiel der bisher eingesetzte, mit Niederdruckdampf betriebene Motor, über den mit einem Generator 450 kW elektrische Leistung erzeugt wurde. Stattdessen deckt die Anlage nun mit einem 3,5-Megawatt-Generator fast ihren gesamten Strombedarf.

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