Anwendung des Tandem-Mischers am konkreten Beispiel_Ja - Rytec
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<strong>Anwendung</strong> <strong>des</strong> <strong>Tandem</strong>-<strong>Mischers</strong> <strong>am</strong> <strong>konkreten</strong> <strong>Beispiel</strong><br />
Optimierung der Gasverwertung durch zusätzlich gasmotorische<br />
Schwachgasverwertung auf der Deponie Dreieich Buchschlag<br />
Dipl.-Ing. Jürgen Machnow<br />
1. Einleitung<br />
Im Auftrag <strong>des</strong> Umwelt<strong>am</strong>tes der Stadt Frankfurt <strong>am</strong> Main ist die <strong>Rytec</strong> GmbH<br />
für den Betrieb der Deponieentgasung und –gasverwertung der Deponie<br />
Dreieich-Buchschlag verantwortlich.<br />
Diese Deponie belegt eine Fläche von ca. 40 ha, in die von 1969 bis 1991<br />
etwa 15 Millionen Kubikmeter Abfall, bestehend aus Hausmüll,<br />
hausmüllähnlichen Gewerbeabfall, Bauschutt und Baustellenabfällen<br />
abgelagert wurden. Gemäß Bescheid <strong>des</strong> RP Darmstadt vom Februar 1999<br />
befindet sich die Deponie in der Stilllegungsphase.<br />
2. Ausgangssituation<br />
Die Deponie verfügt über ein klassisches Zweileiter-Gaserfassungssystem für<br />
Gut- und Schwachgas.<br />
Aus dem Gutgasstrang werden die Gasmotoren mit Brenngas versorgt. Die<br />
mittleren Methangehalte liegen hier im Bereich zwischen 48 und 50 %. Die im<br />
<strong>Ja</strong>hr 2012 erfasste Gutgasmenge betrug durchschnittlich 250 Nm 3 /h.<br />
Über den Schwachgasstrang werden Gasbrunnen besaugt, die aufgrund der<br />
niedrigen Methangehalte im Bereich von 30 bis 40 % über eine Fackelanlage<br />
behandelt werden müssen. Die erfasste Schlechtgasmenge betrug 2012<br />
durchschnittlich 85 Nm 3 /h.<br />
Das Schwachgas, charakterisiert durch Methankonzentrationen < 40 Vol%,<br />
wird <strong>am</strong> Standort der Deponie Dreieich-Buchschlag über ein Gebläse<br />
angesaugt und mittels einer Hochtemperaturfackel verbrannt. Diese<br />
Schwachgasverbrennung soll Gasemissionen über die Deponieoberfläche<br />
unterbinden, kann aber nur während Wetterbedingungen erfolgen, bei denen<br />
der Berg-Innendruck größer oder gleich dem Umgebungsluftdruck ist. Bei<br />
umgekehrten Druckverhältnissen sinkt der Methangehalt unter die für den<br />
Fackelbetrieb benötige Methankonzentration von 30 Vol% ab. Da die<br />
Fackelanlage baugrößenbedingt einen Min<strong>des</strong>tvolumenstrom von ca. 700<br />
m 3 /h benötigt, ist der Fackelbetrieb durch regelmäßige Unterbrechungen<br />
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gekennzeichnet. Diese dauern so lange an, bis die Bedingungen für einen<br />
Neustart der Fackelanlage wieder gegeben sind.<br />
Seit der Umstellung <strong>des</strong> Gasbetriebes auf Vollverstromung im <strong>Ja</strong>hr 2002<br />
bestand der Wunsch das bisher abgefackelte Schwachgas sinnvoll zu nutzen,<br />
statt es ohne ökonomischen und ökologischen Nutzen verbrennen zu müssen.<br />
Im Vorfeld der Entscheidung zur Nachrüstung eines <strong>Tandem</strong>mischers wurden<br />
von uns folgende alternative Nutzungsmöglichkeiten untersucht:<br />
• Einsatz eines Flox-Brenners mit Wärmeauskopplung<br />
• Einsatz eines Zündstrahlmotors zur Strom und Wärmeerzeugung<br />
• Einsatz eines <strong>Tandem</strong>-<strong>Mischers</strong> für einen bestehenden Gasmotor<br />
Mit der Technik <strong>des</strong> <strong>Tandem</strong>-<strong>Mischers</strong> ist es nun möglich, solche<br />
niederkalorischen Schwachgase mit „Standard-Gasmotoren“ ohne weitere<br />
wesentliche Umbauten zu verstromen.<br />
3. Wie funktioniert der <strong>Tandem</strong>-Mischer<br />
Die Fa. GreenGas Germany GmbH, mit Sitz in Meerbusch hat eine eigene<br />
Technik entwickelt und patentieren lassen. Mit dieser ist es möglich, Gase mit<br />
Methangehalten unter 40 Vol% in Ottomotoren zu verwerten.<br />
Der dazu entwickelte <strong>Tandem</strong>-Mischer besteht aus zwei nacheinander<br />
angeordneten, mit mechanisch festem Verbund gemeins<strong>am</strong> geregelten<br />
Gasmischern. Durch diese Aneinanderreihung gelingt es, die Methandichte bei<br />
konstanter Verbrennungsluftmenge zu erhöhen. Dabei erfolgt kein Eingriff in<br />
die Motorensteuerung. Durch dieses System lässt sich Schwachgas<br />
gasmotorisch nutzen, welches bisher in Fackelanlagen verbrannt wird.<br />
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Schema: Prinzipdarstellung <strong>Tandem</strong>-Mischer (GreenGas Germany GmbH<br />
Meerbusch)<br />
Abbildungen: MWM-TBG620V16K mit MWM-TBG6161V12K mit TM2012A-<br />
TM2012B-620<br />
616<br />
(GreenGas Germany GmbH Meerbusch)<br />
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4 Konzept für den Standort der Deponie Dreieich-Buchschlag<br />
Zur Verwertung <strong>des</strong> Schwachgases kommt zukünftig der Gasmotor 5 (MWM<br />
TBG 616 V12) mit einer elektrischen Leistung von 375 kW zum Einsatz. Die<br />
Anbindung erfolgt über eine Rohrleitung DN 100, die über Absperr- bzw.<br />
Regelarmaturen sowohl mit der Schwachgasleitung (Druckseite Verdichter zur<br />
Fackel) als auch regelbar an die vorhandene Gutgasleitung angeschlossen ist.<br />
Die Anbindung an die Gutgasleitung gewährleistet durch die Anhebung der<br />
Methankonzentration bessere Startbedingungen. Eine Anpassung der<br />
originalen Gasregelstrecke von DN 65 auf DN 100 war im Hinblick auf höhere<br />
Gasvolumenströme erforderlich.<br />
Die Behörde hat den Betrieb <strong>des</strong> vorhandenen Gasmotors mit dem<br />
<strong>Tandem</strong>mischer gemäß unserer Änderungsanzeige nach § 15, Abs. 1<br />
BImSchG ohne weitere Auflagen gestattet.<br />
5. Resultierende positive Effekte für die Deponie Dreieich-Buchschlag<br />
Durch den Verbleib der Fackelanlage ist die Schwachgasverwertung im Fall<br />
von Wartungen und Reparaturen sichergestellt.<br />
Nach längeren Pausierungen der Gasverwertung kommt es zur Entmischung<br />
der Gaskomponenten. Das Schwachgas kann dann immer noch über die<br />
Fackelanlage abgeleitet und verbrannt werden, bis stabile Startverhältnisse für<br />
den Motor gewährleistet sind.<br />
Außerdem ist es möglich mit geringeren Schwachgasvolumenströmen (ca.<br />
150 m 3 /h anstelle von 700 m 3 /h) die Deponie schonender zu besaugen. D<strong>am</strong>it<br />
kann ein unterbrechungsarmer Betrieb <strong>des</strong> Gasmotors ermöglicht werden,<br />
solange der Bergdruck, wie oben beschrieben, größer oder gleich dem<br />
Umgebungsluftdruck ist.<br />
Durch den Einsatz <strong>des</strong> <strong>Tandem</strong>mischers können wir langfristig das bisher<br />
abgefackelte Deponiegas energetisch nutzen. Die Investitionen, die im<br />
Wesentlichen aus der Rohrleitungsanbindung, einer neuen Gasregelstrecke<br />
sowie der Anpassung der Steuerungen besteht, wird sich in weniger als 1,5<br />
<strong>Ja</strong>hren <strong>am</strong>ortisieren.<br />
6. Projektdaten zur Historie der Deponie Dreieich-Buchschlag<br />
Planung der Deponiegaserfassung und der Deponiegasverwertung (1989 -<br />
1992)<br />
Betrieb der Anlagen (seit 1992):<br />
- Gaserfassung aus 110 Gaserfassungsstellen<br />
- Rückbefeuchtung der Deponie<br />
- Deponiegasverwertung Gasaufbereitung (seit 1992)<br />
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- Gastransport in das Heizkraftwerk Niederrad (1992 - 2002)<br />
- Deponiegasverstromung (seit 2002)<br />
Stromerzeugung: ca. 6.000 MWh/a<br />
- Simultan-Abfackelung (seit 2005)<br />
- Ab- und Einschaltkaskade (seit 2007)<br />
- Gasmotorenbetrieb mittels <strong>Tandem</strong>-Mischer (2013)<br />
- FID-Emissionsmessungen, Überwachung der Gaspegel<br />
7. Ergebnisse <strong>des</strong> Deponiebetriebes aus dem <strong>Ja</strong>hr 2012 (noch ohne<br />
Schwachgasverwertung mit <strong>Tandem</strong>mischer)<br />
abgesaugte Menge Verwertung: 2.800.000 Nm 3<br />
davon zur Fackel: 700.000 Nm 3<br />
Gasmotoren: 2.100.000 Nm 3<br />
Stromeinspeisung:<br />
2.900.000 kWh<br />
Bergdruckregelung<br />
Gasqualität für die Gasmotoren: > 40% CH 4<br />
Gasqualität für die Fackel: 30-40% CH 4<br />
Die Gasmotoren starten ab einem CH 4 -Gehalt von 40% und steigendem<br />
Bergdruck.<br />
Die Betriebszeit der Fackel beträgt ca. 15% der <strong>Ja</strong>hresstunden.<br />
Der Gasrückgang pro <strong>Ja</strong>hr lag in den letzten <strong>Ja</strong>hren zwischen 2 -10%.<br />
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