Abfallverbrennungsanlagen, auch bekannt als Waste-to-Energy (WtE)-Anlagen, sind hochkomplexe Systeme, die aus zahlreichen miteinander verknüpften Prozessen bestehen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kohle- und Gaskraftwerken stellen die schwankenden Heizwerte des verbrannten Abfalls für die Betreiber solcher Anlagen eine erhebliche Herausforderung dar. Diese Instabilität führt häufig dazu, dass WtE-Anlagen unterhalb ihrer Sollwerte betrieben werden, um Ausfälle zu vermeiden, was jedoch die Rentabilität mindert. Weitere Probleme wie unregelmäßige Brennstoffzufuhr verschärfen die Situation zusätzlich.
Typische (instabile) Dampfproduktionsdaten, die sowohl die Dampf- als auch die Stromproduktion über einen Zeitraum von 24 Stunden in einer WtE-Anlage zeigen
Prozesse und Betrieb einer WtE-Anlage
WtE-Anlagen umfassen verschiedene Prozesse: Brennstoffzufuhr, Verbrennungsregelung, Kesseleffizienz, Korrosion und Emissionen. Diese Prozesse sind stark miteinander verknüpft. Ein tiefgehendes Verständnis ihrer Wechselwirkungen ist entscheidend. So kann die Leistung neuer und bestehender Anlagen verbessert werden. Ein Beispiel ist der Zusammenhang zwischen Verbrennungsregelung, Abgastemperaturen und Korrosion. Ohne detailliertes Verständnis dieser Interaktionen kann eine Verbesserung in einem Bereich negative Auswirkungen auf andere Bereiche haben.
Herausforderungen und Lösungen in WtE-Anlagen
Die Betreiber von WtE-Anlagen stehen unter erheblichem Preisdruck, was oft dazu führt, dass Anlagen nur mit den nötigsten Technologien ausgestattet werden, um Leistungstests zu bestehen. Dabei werden zusätzliche Lösungen, die die Leistung und Rentabilität maximieren könnten, häufig vernachlässigt. Eine Steigerung der verarbeiteten Abfallmenge um nur fünf Prozent kann für den Anlagenbetreiber erhebliche zusätzliche Einnahmen bedeuten, besonders angesichts steigender Strompreise auf dem freien Markt.
Steuerung des Verbrennungsprozesses
Die Steuerung des Verbrennungsprozesses in WtE-Anlagen gestaltet sich komplex, da der Abfall unterschiedliche Größe, Form und Heizwerte aufweist. Traditionelle 3-Term-PID-Regler stoßen oft an ihre Grenzen. Betreiber haben moderne Lösungen wie Model Predictive Control, Fuzzy Logic Control und Künstliche Intelligenz mit unterschiedlichem Erfolg implementiert. Dabei ist es wichtig, wirklich offene und verständliche Lösungen zu wählen. Diese können die Prozessingenieure selbst anpassen und optimieren.
Korrosionsprävention
Mit zunehmendem Alter einer WtE-Anlage werden die Lebenszykluskosten und die Korrosionsprävention entscheidend. Abfall ist oft säurehaltig. Klebrige, korrosive Flugasche haftet an den Kesselwänden und -rohren. Dies beeinträchtigt die Effizienz des Kessels und erhöht die Korrosionsraten. Ein effektives Wasserstrahlreinigungssystem kann offene Kesselbereiche reinigen. Für verstopfte Heißdampfkesselrohre ist jedoch eine teure Explosionsreinigung erforderlich.
Eine innovative Lösung zur Reinigung der Heißdampfbereiche basiert auf dem Prinzip der Sulfatierung, bei dem Schwefel in den Verbrennungsprozess eingeblasen wird. Dies reduziert die Chloridkonzentration im Rauchgas und verringert somit die Korrosion um mehr als 55 Prozent. Diese Technologie bietet erhebliche Vorteile und reduziert die Notwendigkeit und Kosten für die Explosionsreinigung.
Optimierung durch Technologie und Expertise
Die kontinuierliche Überwachung und Verbesserung der WtE-Anlagenleistung kann mit fast jedem computergesteuerten System durchgeführt werden. Yokogawa hat durch die Übernahme von Dublix Technology, einem Experten für Leistungssteigerung in WtE-Anlagen, sein Know-how weiter ausgebaut. Durch die Kombination von Dublix’ Prozesskompetenz und Yokogawas globaler Infrastruktur können maßgeschneiderte Lösungen angeboten werden, die:
den Verbrennungsprozess stabilisieren,
die Abfallverarbeitungskapazität erhöhen,
die Produktion von Dampf und Strom steigern,
Emissionen, insbesondere NOx und CO, reduzieren,
die Kesseleffizienz verbessern und
die Korrosion der Anlage verringern.
Fazit
Um die Leistung, den Betrieb und die Rentabilität von WtE-Anlagen zu verbessern, müssen Betreiber die komplexen Prozesse und deren Wechselwirkungen tiefgehend verstehen. Mit dem Einsatz fortschrittlicher Steuerungs- und Reinigungstechnologien erhöhen Betreiber signifikant die Effizienz und Lebensdauer ihrer Anlagen. Dies führt letztlich zu höheren Einnahmen und geringeren Betriebskosten. Yokogawa meistert mit umfassender Expertise und innovativen Lösungen die Herausforderungen in WtE-Anlagen und schöpft deren Potenzial voll aus.
