Bilag til pkt. 6. Lynettefællesskabet I/S. Verdens mest energi effektive slamforbrændingsanlæg

Transkript

1 Bilag til pkt. 6 Lynettefællesskabet I/S Verdens mest energi effektive slamforbrændingsanlæg August 2009

2 Lynettefællesskabet I/S Verdens mest energi effektive slamforbrændingsanlæg August 2009 Ref Version F03 Dato Udarbejdet af TOH/JNSM Kontrolleret af KJJ/TK Godkendt af KJJ Rambøll Danmark A/S Teknikerbyen 31 DK-2830 Virum Danmark Telefon

3

4 1. Lynetten slamforbrændingskoncept verdens mest energi effektive. 1.1 Introduktion - kan slam forbrænding give energi overskud? I debatten omkring håndtering af spildevandsslam er det ofte fremført, at slamforbrænding ikke kan give energioverskud, som eksempel kan nævnes nedenstående citat fra artikel Spildevandsslam skal vi bare brænde det? i Teknik og Miljø marts 2008: Energiregnskaber fra forskellige slamforbrændingsanlæg viser at der ikke er et energioverskud, hvis tørringen af spildevandsslam, som har et relativt højt vandindhold, medregnes, tværtimod ligger nettoenergi forbruget mellem 1,9 og 5,6 GJ/ton slamtørstof. Slamforbrændingen kan kun give CO 2 neutral energi hvis der er et nettoenergioverskud, og det er endnu ikke dokumenteret med eksisterende teknologier, men vil muligvis kunne opnås med en ny teknologi Energi overskud fra slamforbrænding kan forekomme paradoksalt, eftersom den nedre brændværdi for slam er tæt på nul, grundet det høje vandindhold. Kernen i design af et energioptimeret slamforbrændingsanlæg er derfor at kondensere vanddampen i røggassen efter røggasrensningen, således at energien ikke forlader anlægget i form af vanddamp i skorstenen. Kondenseringsenergien afleveres typisk ved opvarmning af et køle medie til omkring 70 C og det er derfor en forudsætning for designet, at denne energi kan afsættes, eventuelt ved forøgelse af fjernvarmetemperaturen ved brug af andre varmekilder. Lynettens placering i et stort varmeområde er derfor optimalt. Ved kondensering kan der uden problemer opnås et energioverskud fra slamforbrænding, også selvom tørringen indregnes. Af ovenstående citat er det muligvis korrekt, at der pt. ikke findes slamforbrændingsanlæg rundt om i verden som giver energi-overskud, men det er forkert at der skal opfindes en ny teknologi. Teknologier findes i dag hver for sig og er yderst velafprøvede. Dette notat vil beskrive hvordan der kan opnås et netto-energioverskud på Lynettens nye ovnlinie, svarende til det årlige forbrug af ca husstande. 1 1 Forudsætningerne er 1) et årligt varmeforbrug på 13 MWh for en husstand, 2) et netto energioverskud på 4,9 MW og 3) driftstimer med 2,1 ton tørstof per time. Ref / side 1

5 2. Koncept for Lynetten Forbedret energiudnyttelse af slammets energiindhold omfatter seks væsentlige elementer: a) Udrådning af al slam forøger produktionen af biogas. I dag udrådnes ca. 60% af sekundærslammet og 100% af primærslammet. b) Etablering af gasmotoranlæg, som udnytter biogassen til el- og varmeproduktion c) Forbedret afvanding af slam, så der skal fordampes mindre vand i fortørrerne d) Ny slamforbrændingsovn, som stort set ikke kræver støttefyring med andre brændsler, og tilhørende kedel, som producerer høj temperatur varme til fortørrerne og fjernvarme. e) Udnyttelse af kondensationsvarme fra afdamp fra fortørrerne til proces- og fjernvarme (hvilket allerede er etableret) f) Varmeproduktion ved røggaskondensering, hvor kondensationsvarme fra røggassens indhold af vanddamp overføres til varmesystemet Disse elementer gennemgås efterfølgende, idet fokus lægges på de punkter, der vedrører forbrændingsanlægget. Udgangspunktet er at spildevandets indhold af organisk materiale betragtes som en energiressource, som det er målet at udnytte bedst muligt til produktion af el og varme. 2.1 Slam udrådning og biogas udnyttelse Slam udrådningen vil i fremtiden omfatte 100% af primær- og 100% af sekundærslammet, mod 100% primær- og 60% sekundærslam i dag. Grundet pladsforhold er det ikke vurderet praktisk muligt at forøge voluminet af rådnetankene således, at de nuværende 20 dages opholdstid i rådnetankene kan bibeholdes. Der vil derfor blive installeret ny udstyr til fortykning af slammet inden tilløb til rådnetankene. Den producerede biogas fra rådnetankene indfyres i nye gasmotorer hvormed omkring 40% af energien omdannes til elektricitet. Gasmotorens varme vil blive udnyttet til fjernvarme, hvormed den samlede virkningsgrad forventes at blive minimum 80%. 2.2 Afvanding af slam Højtryks centrifuger vil blive installeret i stedet for de nuværende centrifuger for at øge tørstof indholdet fra de nuværende 20% til omkring 25% tørstof. Herved skal der fordampes mindre vand i slamfortørren for at opnå det ønskede tørstof i slamforbrændingsovnen. Ref / side 2

6 2.3 Ny slamforbrændingsovn De eksisterende etageovne vil blive udskiftet med en fluid bed ovn, som er den bedst tilgængelige teknologi til slamforbrænding. Konceptet for en fluid bed ovn er at forbrændingsluften injiceres i bunden af et 1 meter højt sand lag. Luftens hastighed op gennem sandlaget er nøje afpasset med, at sandet skal holdes svævende, således at sandet hverken ligger stationært på bunden eller følger røggassen med ud af ovnen. Slammet iblandes det svævende sand, som vil have en temperatur på omkring 800 C under drift. Denne temperatur hæves til C over sandet, i fribordet, i minimum 2 sekunder, således forbrændingsdirektivet overholdes. Slammet udbrændes fuldstændigt og flyveaske følger røggas til selve røggasrensningen. Røggasrensningen er til information beskrevet i bilag 1. Forbrændingsvarmen fra ovnen anvendes til forvarmning af forbrændingsluften, mens resten af energien i røggassen ved køling til 210 C overføres til et internt hedtvandssystem. Det interne hedtvandssystem leverer derefter energi til fortørringen af slam, mens den overskydende mængde kan forvendes til andre procesformål eller eksporteres som fjernvarme. 2.4 Udnyttelse af kondensationsvarme fra afdamp fra fortørrerne Vandet i slammet fordampes og føres således ud af tørreren i afdampen. Energien kan derved genindvindes ved at køle på afdampen. Dette sker allerede i dag og kondensationsvarmen overføres via varmevekslere til rådnetankene, idet disse drives ved mesofil drift med 37 C og derved kræver en ekstern energikilde. 2.5 Varmeproduktion ved røggaskondensering Røggassen fra forbrænding af slam har naturligvis et relativ højt vandindhold efter tørstofindholdet i fortørret slam kun er 35%, og det er derfor oplagt at genindvinde denne energi ved udkondensering af vanddampen. Returløb af fjernvarmevand er oplagt at anvende som det kolde medie der skal kondenseres mod. Returløb på fjernvarmen er omkring 55 C og denne temperatur øges til omkring 70 C ved kondenseringen. Denne temperatur er ikke høj nok som fremløbstemperatur på fjernvarmenettet og der vil derfor blive installeret en trinvis opvarmning af fjernvarmevandet startende med det laveste temperaturniveau først. Det skal bemærkes, at såfremt den fremtidige returløbstemperatur bliver lavere end 55 C vil det være muligt at udkondensere endnu mere energi. 2.6 Generelt koncept for fjernvarmeproduktion Efter røggaskondensationen ledes fjernvarmevandet til gasmotoranlægget (som fyres med biogassen fra udrådnet slam), hvor temperaturen i fjernvarmevandet øges ved køling af udstødsgassen samt motorkølevarme fra gasmotoren. Næste trin er udnyttelse af energien i afdamp fra fortørrererne ved kondensering mod fjernvarmevandet. Sidste trin inden fjernvarmevandet kan sendes tilbage til forbrugere er veks- Ref / side 3

7 ling med det interne hedtvandssystem for at opnå den ønskede temperatur og maksimal udnyttelse af overskudsvarme. 3. Energiforhold for hele Lynettefællesskabet Det samlede koncept for energiforholdene for hele Lynettefællesskabet er illustreret i bilag 2. Diagrammet er opdelt i nedenstående 4 afgrænsede områder for at give et bedre overblik over de mange energistrømme og interaktionen mellem områderne: RL Spildevandsrensning + rådnetank + biogas motor + afvanding af slam RD - Spildevandsrensning + rådnetank + biogas motor + afvanding af slam Slamforbrændingsanlæg Fjernvarme koncept 3.1 Energi balance for slamforbrænding Ind- og udgående energistrømme fra slamforbrændingsanlægget er præsenteret i nedenstående tabel, hvor der regnes med indfyring af 2,1 ton/h TS, svarende til driftstimer. Energibalancen for slamforbrændingen viser et overskud på 4,9 MW, hvilket svarer til den energi indholdet i omkring 500 liter fyringsolie/time. Den årlige varmeproduktion fra slamforbrænding kan forsynes omkring husstande ved et typisk årligt forbrug på 13 MWh. I tilfælde af at kondenseringstrinnet for røggassen, grundet afgiftsmæssige forhold, ikke installeres, så vil slamforbrændingsanlægget kunne levere et energioverskud på 2,1 MW (når el-forbruget er fratrukket). Energi regnskab for slamforbrændingsanlægget MW Tilført energi - biogas - 0,3 - el til selve anlægget - 0,4 Eksporteret energi - Kondensering af afdamp fra fortørrer 1,7 - Kondensering af røggas inden skorsten 2,8 - Overskudsvarme fra hedtvandssystem 1,1 Samlet netto varme-overskud 5,3 Samlet netto-energi overskud (el-forbrug fratrukket) 4,9 Ref / side 4

8 De anførte energistrømme er overslag fra projektbeskrivelsesnotatet svarende til bilag 2. Kondensationsvarme, afdamp 1,7 MW Kondenser Biogas 0,3 MW Afvandet slam 25% TS Tørrer Fortørret slam 35% TS Fluidbed ovn Luftforvarm. Kedel Røggasrensning Røggas til skorsten Hedtvand til tørring 2,6 MW Hedtvand fra kedel 3,7 MW Kondensationsvarme 2,8 MW Hedtvand til fjernvarme 1,1MW Ref / side 5