Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6726

Material Flows and Investment Costs of Flue Gas Cleaning Systems of Municipal Solid Waste Incinerators

M. Achternbosch, U. Richers

Abstract
The aim of this study is a comparison of different kinds of flue gas cleaning systems of municipal solid waste incinerators (MSWI). This comparison will be done with the aid of material flow analysis. In addition, investment costs will be taken into consideration. The main topic of the investigation is the relationship between type of flue gas cleaning system and resulting material flow including auxiliary chemicals and solid residues.

Material flow analyses are performed by model calculations. Data used for these calculations are representative of operating values for technical-scale plants. As starting point a model plant with grate firing is considered. For this plant 10 different flue gas cleaning systems are analysed, 6 of them being equipped with a wet cleaning system. Additionally, 2 systems operating in a semi dry sorption and 2 systems operating in conditioned dry sorption are taken into account. The system boundaries for the material flow analysis performed include the entire flue gas cleaning system, starting with the raw gas downstream of the boiler and ending downstream of the stack. The elements chlorine (Cl), sulfur (S), mercury (Hg), cadmium and lead are considered.

The balances calculated for chlorine and sulfur are different for the considered flue gas cleaning systems - nevertheless limit values of legal regulations are not exceeded. In contrast, no such dependence on the type of flue gas cleaning system can be seen for the heavy metals balanced in this study. The wet flue gas cleaning systems with fine purification downstream show the lowest emissions, the emissions of the semi dry and conditioned dry sorption are slightly higher.

The need of auxiliary chemicals and therefore the amount of residues is lowest for the wet cleaning system and highest for the conditioned dry sorption. Moreover, the balances show that the emissions of the semi dry and conditioned dry sorption can be controlled by plant operation, particularly by the auxiliary chemicals used.

For cost analysis, only the investment costs for pure plant components of the flue gas cleaning system are taken into consideration - construction work, control engineering etc. are not included. In the last few years a collapse of prices for investment costs of flue gas cleaning systems occurred. There are only slight differences in the investment costs between semi dry and conditioned dry sorption systems. These plants have the lowest investment costs. A wider range for the investment costs is calculated for wet flue gas cleaning systems. A wet system constructed in a relatively simple manner is only slightly more expensive than a semi dry sorption system.

As a result of this work, two flue gas cleaning concepts seem to be very interesting for the construction of new plants: A plant with a wet flue gas cleaning system equipped with fabric filter followed by a two﷓stage scrubber system generates small amounts of residues by low investment costs. Moreover, semi dry sorption seems to be a respectable alternative, but this study shows that the operation of the semi dry sorption can be optimized.

Stoffströme und Investitionskosten bei der Rauchgasreinigung von Abfallverbrennungsanlagen

Zusammenfassung
Ziel dieser Studie ist ein Vergleich unterschiedlicher Rauchgasreinigungsanlagen von Abfallverbrennungsanlagen mit Hilfe von Stoffstromanalysen und ergänzender Betrachtung der Investitionskosten. Im Mittelpunkt der Arbeiten steht der Zusammen-hang zwischen dem Aufbau der Rauchgasreinigung und den entsprechenden Stoffströmen einschließlich Hilfschemikalienbedarf und Rückstandsmengen.

Die Stoffstromanalysen werden mit Hilfe von Modellrechnungen durchgeführt, deren Daten typischen Betriebswerten großtechnischer Abfallverbrennungsanlagen entsprechen. Ausgehend von einer Modellanlage mit Rostfeuerung werden insgesamt 10 verschiedene Rauchgasreinigungsanlagen betrachtet, von denen 6 als Naßverfahren arbeiten. Außerdem werden jeweils 2 quasitrockene und trockene Rauchgasreinigungsanlagen berücksichtigt. Der Bilanzraum für die Stoffbilanzen umfaßt jeweils die gesamte Rauchgasreinigungsanlage und beginnt nach dem Kessel und endet am Kamin. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die Elemente Chlor (Cl), Schwefel (S), Quecksilber (Hg), Cadmium (Cd) und Blei (Pb) bilanziert.

Die berechneten Bilanzen zeigen unter Einhaltung der Grenzwerte bei den Elementen Chlor und Schwefel zwischen den einzelnen Rauchgasreinigungs-verfahren Unterschiede auf, dagegen kann bei den Schwermetallen keine Abhängigkeit von der Rauchgasreinigung ermittelt werden. Die nassen Rauchgasreinigungsverfahren mit nachgeschalteter Feinreinigungsstufe zeigen die niedrigsten Emissionen, die Emissionen der trockenen und quasitrockenen Rauchgasreinigungsanlagen liegen auf einem etwas höheren Niveau.

Der Hilfschemikalienbedarf und folglich die Rückstandsmengen sind bei den Naßverfahren am geringsten und im Fall der trockenen Verfahren am höchsten. Ferner zeigt sich, daß die Emissionen der quasitrockenen und trockenen Rauchgasreinigung durch die Betriebsweise der Anlage, insbesondere durch den Hilfschemikalieneinsatz, beeinflußt werden können.

Bei der Analyse der Kosten werden nur die Kosten für die Anlagenteile ohne Bauleistungen, Meß- und Regeltechnik usw. betrachtet. In den vergangenen Jahren ist bei den Investitionskosten von Anlagen ein Preisverfall eingetreten. Zwischen der trockenen und der quasitrockenen Rauchgasreinigung gibt es bei den Kosten nur geringe Unterschiede. Diese Anlagen haben die niedrigsten Investitionskosten. Die nasse Rauchgasreinigung weist bei den Investitionskosten einen weiten Bereich auf. Eine relativ einfach aufgebaute nasse Rauchgasreinigungsanlage ist nur unwesentlich teurer als eine quasitrockene Rauchgasreinigung.

Als Ergebnis der Arbeit erscheinen für den Bau von neuen Rauchgas-reinigungsanlagen zwei Anlagen sehr interessant. Eine nasse Rauchgasreinigungs-anlage, aufgebaut aus einem Gewebefilter und einem zweistufigen Wäschesystem, erzeugt bei niedrigen Investitionskosten geringe Rückstandsmengen. Außerdem ist die quasitrockene Rauchgasreinigung als Alternative anzusehen, aber die durchgeführte Arbeit zeigt bei diesem Verfahren insbesondere bei dem Hilfschemikalieneinsatz noch Optimierungsmöglichkeiten.

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