Nachhaltig und innovativ: sludge2energy GmbH baut Monoverbrennungsanlage für Klärschlamm in Halle-Lochau

Die sludge2energy GmbH (S2E) baut in Halle-Lochau (Sachsen-Anhalt) eine Anlage zur Klärschlammmonoverbrennung mit Eigenenergieerzeugung über eine Dampfturbine und Generator. Die Monoverbrennung von Klärschlamm basiert auf dem Verfahren der sludge2energy in einem stationären Wirbelschichtofen. Die Planung, Errichtung und Inbetriebnahme der Anlage erfolgen ebenfalls durch die S2E, ein Gemeinschaftsunternehmen der HUBER SE und der WTE Wassertechnik GmbH, einer Tochtergesellschaft der EVN AG. Die Kaltinbetriebnahme der Anlage startete Mitte Juli 2021, die warme Inbetriebnahme Ende September.

Die innovative Anlage zur Klärschlammmonoverbrennung in Halle-Lochau

Wahl des Standortes fiel 2017 auf Halle-Lochau in Sachsen-Anhalt

Die Anlage zur thermischen Klärschlammverwertung wird im Kreislauf- und Ressourcenwirtschaftspark Halle-Lochau gebaut. Dieser befindet sich auf dem Gelände der Deponie Halle-Lochau im Ortsteil Döllnitz der Gemeinde Schkopau. Die Anlage befindet sich am verkehrstechnisch gut angebundenen Standort zwischen Halle (Saale) und Leipzig und wird insgesamt eine Fläche von ca. 5.000 m2 umfassen.

Aufgrund ihrer geografischen Nähe zum Standort wird die WTE Betriebsgesellschaft mbH (WTEB) aus Hecklingen, ein Tochterunternehmen der WTE Wassertechnik GmbH, die technische Betriebsführung der Anlage übernehmen.

Verwertung von über 33.000 Tonnen Klärschlamm pro Jahr nach neustem Stand der Technik: Das technische Anlagenkonzept

Die Anlage zur Klärschlammmonoverbrennung soll künftig rund um die Uhr – 24 Stunden täglich und sieben Tage pro Woche – betrieben werden. Die Verbrennung ist dabei so konzipiert, dass sowohl etwa 33.000 Tonnen entwässerter Klärschlamm als auch 2.750 Tonnen extern getrockneter Schlamm pro Jahr verwertet werden können.

Die thermische Verwertungsanlage besteht aus den folgenden Komponenten:

  • Brennstoffannahme samt Bunkerkran
  • Trocknung inklusive Brüdenbehandlung
  • Feuerung und Kessel
  • Energieverwertung (Gegendruckdampfturbine)
  • Rauchgasreinigung
  • Kamin mit Emissionsmessung
  • Aschesilos
Januar 2021: Die letzten Teile der Ofen-Kesselanlage werden eingebracht

Zur Platzierung und Montage der verschiedenen Aggregate der Klärschlammmonoverbrennung werden folgende Gebäude bzw. Bauwerke errichtet:

  • Klärschlammübernahmebereich: Bunkergebäude (mit Bunkerabluftbehandlung)
  • Trocknergebäude (Trocknung, Brüdenbehandlung)
  • Anlagengebäude (Wirbelschichtofen, Kesselanlage und Rauchgasreinigung)
  • Sozialgebäude mit Niederspannungsraum (samt Kontrollraum), Notstrom-, Druckluft- und Turbinenraum

Eine entscheidende Rolle beim Betrieb der Anlage spielt ihr Automatisierungsgrad: der Betrieb der thermischen Verwertungsanlage ist als 72-Stunden-Betrieb ohne ständige Beaufsichtigung (BosB) vorgesehen. Die umfassenden Automatisierungseinrichtungen gewährleisten dabei die hohe Versorgungssicherheit der Gesamtanlage. Darüber hinaus kann die Anlage nach neuestem Stand der Technik auch dauerhaft über sicheren Fernzugriff überwacht werden.

Die Hauptdaten und Parameter der Anlage:

Parameter

Einheit

Wert

Anlagenverfügbarkeit

h/a

8.000

Anzahl der Verbrennungslinien

-

1

Trocknungskonzept

-

Teilstrom Volltrocknung

Trocknungsbauart

 

Bandtrocknung

Art der Verbrennung

-

Stationäre Wirbelschicht

Energieverwertung

-

Sattdampfkessel

Stromerzeugung

-

Gegendruckdampfturbine

max. Kapazität entwässerter Klärschlamm (25 % TR)

t/a

33.000

max. Kapazität extern getrockneter Klärschlamm (90 % TR)

t/a

2.750

max. Kapazität entwässerter Klärschlamm  vor Trocknung (25 % TR)

t/a

16.600

Wasserverdampfung Trocknung

t/h

1,50

Durchsatzleistung Wirbelschichtofen

t/h

< 3,0

Brennstoffwärmeleistung der Verbrennungslinie

MW

3,4

Energieverwertung – Generatorleistung

MW

0,34

Rauchgas

Nm³/h,feucht

8.700

Klärschlammasche

t/a

4.300

Rückstände aus der Rauchgasreinigung (Sorptionsfilter)

t/a

650

 

Anfang März 2021: Das eindrucksvolle Betriebsgebäude ist weitestgehend errichtet
Der HUBER Bandtrockner BT zur Trocknung des Klärschlamms ist fertig installiert und ermöglicht einen fast abwasserfreien Betrieb

Betreiberfreundlich und effizient: Die Klärschlammlogistik

Der entwässerte kommunale Klärschlamm wird von einem Lkw angeliefert und von einer am Standort vorhandenen Brückenwaage verwogen. Der Nassschlamm wird in einen Annahmebunker gekippt, woraufhin eine Krananlage den Mischbunker beschickt, in dem die weitere Durchmischung und Homogenisierung des Klärschlamms stattfindet. Im Anschluss transportiert ein Kran den Klärschlamm zur Vorlage für die Trocknung und Verbrennung. Zuvor passiert der Schlamm noch einen Störstoffabscheider. Zusätzlich zu entwässertem Klärschlamm wird auch extern vollgetrockneter Klärschlamm mit 90 % Trockenrückstand (TR) angeliefert und in einem Trockenschlammsilo zwischengespeichert.

Wirtschaftlich und flexibel: Die Trocknung und Wirbelschichtverbrennung

Ein besonderes Augenmerk der gesamten Behandlungsanlage liegt auf dem nahezu abwasserfreien Betrieb. Daher wird als Trocknungsaggregat ein Bandtrockner verwendet. Hierfür wurde ein HUBER Bandtrockner BT der Baugröße 20 verbaut und somit das langjährige Knowhow eines der beiden Mutterkonzerne der S2E genutzt.

Darüber hinaus ermöglicht das Volltrocknungs-Konzept eine deutlich bessere Ausnutzung der wegen des vereinfachten Genehmigungsverfahrens begrenzten Trocknerleistung von < 50 Tonnen pro Tag. Der auf 90 % Trockenrückstand (TR) getrocknete Teilstrom des Klärschlamms wird mit dem restlichen entwässerten Klärschlamm vor der Verbrennung auf ca. 45 % TR rückgemischt, wodurch eine autarke Verbrennung im stationären Wirbelschichtofen gewährleistet wird.

Hocheffizient und schadstoffarm: Die stationäre Wirbelschichttechnologie

Die stationäre Wirbelschichttechnologie hat sich nicht nur als vielversprechendes und bewährtes Verfahren zur thermischen Klärschlammverwertung etabliert, sondern stellt auch eine besonders effiziente und schadstoffarme Technologie für die Verbrennung von Klärschlamm dar. Der zu entsorgende Klärschlamm wird dabei auf eine Verbrennungslinie (bestehend aus Feuerung und Abhitzekessel) mit nachgeschalteter Rauchgasreinigung aufgegeben.

Das Gemisch aus Sand, Asche und Klärschlamm wird durch die Eindüsung von vorgewärmter Primärluft von unten über den Düsenboden fluidisiert. Der Sand wird somit in einen Fluid-ähnlichen Zustand versetzt. Die offene Bauweise des Düsenbodens erlaubt es dabei, Fremdkörper auszuschleusen und den Sand während des Betriebs rückzuführen – ohne die Feuerungsanlage abzustellen und den Betrieb zu beeinträchtigen.

September 2021: Weißer Rauch in Halle-Lochau! Das Aufheizen hat begonnen, die Anlage läuft sich warm
18. Oktober 2021: Der erste Klärschlamm für die Monoverbrennung wurde angeliefert - Leistungstests und Probebetrieb können beginnen

Flexible Regelung der Feuerleistung und Minimierung der Schadstoffemissionen

Die flexible Feuerleistungsregelung stellt durch gestufte Luftsteuerung sicher, dass der Klärschlamm vollständig verbrennt. Um Schadstoffemissionen zu minimieren, kann flexibel auf Schwankungen bei Last- und Heizwert reagiert werden. Bereits im Feuerraum wird außerdem gewährleistet, dass Schadstoffe, z.B. Dioxine, Kohlenmonoxid (CO), organische Schadstoffe und Stickoxide (NOx), minimiert werden. Auch eine Ammoniakwassereindüsung kann bei Bedarf im Feuerraum (SNCR-Prozess) nachgerüstet werden.

Die Feuerung ist so konzipiert, dass der Klärschlamm mit 45 % TR ohne Zusatzbrennstoffe verbrannt werden kann. Um instationäre Betriebszustände (z.B. bei Brennstoffausfall oder Unterschreiten der vorgegebenen Brennkammertemperatur) auszugleichen und zum An- und Abfahren der Anlage wird ein Ölbrenner eingesetzt. Die Brenneranlage wird über das zentrale Leitsystem automatisch betrieben.

Die Abkühlung der Rauchgase erfolgt im Abhitzekessel, der an die Nachbrennkammer anschließt. Im Abhitzekessel wird die Energie aus dem Rauchgas auf ein Wasser-Dampf-System übertragen und der entstehende Dampf mittels einer Dampfturbine verstromt.

Energieverwertung und -gewinnung: Bedarf an elektrischer Eigenenergie zur Hälfte gedeckt

Das heiße Abgas wird dem Abhitzekessel zugeführt und in der Dampfproduktion für die nachfolgende Rauchgasreinigung abgekühlt. Die bei der Verbrennung des Klärschlamms freiwerdende Wärmeenergie wird im Sattdampfkessel auf das Wasser-Dampf-System übertragen. Eine Dampfturbine und ein daran anschließender Generator verwerten die Energie des produzierten Dampfs. Für eine möglichst hohe Anlagenverfügbarkeit wird die Turbine zur Energieverwertung als Gegendruckdampfturbine ausgeführt.

Der Abdampf dieser Turbine wird wiederum zum Großteil für die Trocknung des entwässerten Klärschlamms verwendet. Überschüssige Wärme wird über einen Kühler an die Umgebungsluft abgegeben. Der elektrische Eigenenergiebedarf der gesamten Anlage kann durch das optimierte Energiekonzept zur Hälfte gedeckt werden.

November 2021: Die aktuelle Ansicht der gesamten Anlage

Umweltschonend und neuester Stand der Technik: Die Rauchgasreinigung

Um die Emissionen von Schadgasen bei der Rauchgasreinigung zu minimieren, wählte die S2E den neuesten Stand der Technik. Für die Monoverbrennung Halle-Lochau wird eine trockene Rauchgasreinigungsanlage ausgeführt. Bei dieser Variante fallen keine Abwassermengen aus der Rauchgasreinigung an, was sich als innovativer und nachhaltiger Vorteil herausstellt.

Die Rauchgasreinigung besteht aus:

  • Gewebefilter zur Vorabscheidung der Flugasche
  • Trockenadditivdosierung: Zugabe von Aktivkoks und Kalkhydrat in den Rauchgasstrom (Sorptions-Reaktor)
  • Partikelrezirkulation und Konditionierung
  • Gewebefilter (Sorptionsfilter)
  • Ascheabtransport und Pufferung

Die quasitrockene, konditionierte Sorptionsstufe mit der Dosierung von Kalkhydrat und Aktivkoks in einem Reaktor bildet die zweite Stufe. Die pulverförmigen Sorptionsmittel werden im zweiten Gewebefilter zusammen mit den daran gebundenen Schadstoffen abgeschieden und entfernt, wobei die abgeschiedenen Partikel teilweise rezirkuliert werden. Dadurch wird eine verbesserte Abscheideleistung der Schadstoffkomponenten bei gleichzeitiger Reduktion des Bedarfs an Sorptionsmittel erreicht.

Das gereinigte Rauchgas wird über das Saugzuggebläse in den Kamin befördert, wo die Schadgas- und Partikelkonzentrationen kontinuierlich gemessen werden, die anschließend in der Emissions-Messstation ausgewertet und aufgezeichnet werden. Die staubförmigen Aschen werden getrennt in Silos gelagert und können anschließend abtransportiert werden.

Mit dem gewählten Verfahren zur Rauchgasreinigung können Schadgase, Staub, Schwermetalle und Polychlorierte Dibenzodioxine und -furane (PCDD/F) auf sehr wirtschaftliche Art und Weise abgeschieden werden. Durch diese Gestaltung der Rauchgasreinigung werden die geforderten Emissionsgrenzwerte nach der 17. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (BImSchV) gesichert eingehalten.

Phosphorrückgewinnung: Aschen sind wertvoller Ausgangsstoff

Die Klärschlammmonoverbrennung erzielt die höchsten Raten bei der Rückgewinnung von Phosphor bei gleichzeitiger Vernichtung aller Schadstoffe – mit anschließendem Phosphor-Recycling aus den anfallenden Aschen. Die Klärschlammasche aus der Wirbelschichtverbrennung ist sehr schadstoffarm und stellt einen bedeutenden Phosphorträger dar. Somit wird sie einen wertvollen Ausgangsstoff für die zukünftige Produktion von Düngemittel aus Phosphor darstellen.

Hochwertiges Recycling der phosphorhaltigen Aschen ist die Zukunft

Es ist bereits zu beobachten, dass im Hinblick auf die verpflichtende Rückgewinnung von Phosphor nach Ablauf der Übergangsfristen ab 2029 bzw. 2032 in Deutschland vorrangig die Monoverbrennung von Klärschlamm, zusammen mit dem hochwertigen Recycling der anfallenden phosphorhaltigen Aschen, intensiv verfolgt wird.

Um die künftige Pflicht zur Rückgewinnung von Phosphor bereits heute im Auge zu behalten, werden von der sludge2energy GmbH nachhaltige und effiziente Recyclingwege für die phosphorhaltigen Aschen betrachtet.

Kaltinbetriebnahme seit Mitte Juli 2021, Warminbetriebnahme Ende September: Die Meilensteine des Projekts

  • November 2018: Antragstellung auf Errichtung der Anlage
  • November 2019: Baubeginn
  • 15. und 16. Januar 2021: Montage des Wirbelschichtofens
  • 31. März 2021: bestandene Kesseldruckprüfung
  • Juni 2021: Abschluss Montage aller Anlagenkomponenten und Prüfung aller druckbeaufschlagten Bauteilgruppen
  • seit Mitte Juli 2021: Kaltinbetriebnahme
  • Mitte Oktober 2021: Erste Schlammaufgabe, anschließend Leistungstests und Probebetrieb
  • Die Aufnahme des Regelbetriebs und die Übergabe an die WTE Betriebsgesellschaft mbH ist für 01. März 2022 angesetzt.


Dieser Artikel erschien auch im Praxismagazin für Trink- und Abwassermanagement wwt 10/2021.

Weitere Informationen zum Projekt erhalten Sie auch auf der Webseite der sludge2energy GmbH unter www.sludge2energy.de.

 

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