Von David Richardson, Business Development Manager Global Renewables (Gekürzte deutsche Fassung, Original: Waste not, want not in „Energy Global“, 2022, S. 48)
Abbildung 1. Typische (instabile) Dampfproduktionsdaten, die sowohl die Dampf- als auch die Stromproduktion über einen Zeitraum von 24 Stunden in einer WtE-Anlage zeigen
Abfallverbrennungsanlagen, auch bekannt als Waste-to-Energy (WtE)-Anlagen, sind technologische Meisterwerke, die komplexe Prozesse in Einklang bringen. Doch diese hochmodernen Systeme stehen vor besonderen Herausforderungen: Schwankende Heizwerte des Abfalls sorgen für instabile Verbrennungsprozesse. Das zwingt die Betreiber, die Anlagen unterhalb des optimalen Sollwerts zu betreiben. Dies mindert nicht nur die Effizienz, sondern auch die Rentabilität. Hinzu kommen Probleme bei der Brennstoffzufuhr, die zu weiteren Instabilitäten führen.
Die entscheidenden Prozesse in WtE-Anlagen
WtE-Anlagen bestehen aus zahlreichen miteinander verknüpften Prozessen wie Brennstoffzufuhr, Verbrennungsregelung, Feuerleistungsregelung, Kesseleffizienz, Korrosion und Emissionen. Das Zusammenspiel dieser Elemente ist entscheidend, um die Leistung von neuen oder bestehenden Anlagen zu maximieren. Ein einfaches Beispiel zeigt dies deutlich: Verbrennungsregelung, Feuerleistungsregelung, Abgastemperaturen und Kesseleffizienz sind eng miteinander verknüpft. Ohne ein tiefgehendes Verständnis dieser Wechselwirkungen können Verbesserungen in einem Bereich zu negativen Effekten in anderen Bereichen führen.
Herausforderungen und Lösungen für eine höhere Effizienz
Die WtE Anlagenbauer sind aus Kostengründen oft gezwungen, nur die für den Leistungstest erforderliche Technologien zu installieren. Dies führt dazu, dass viele potenzielle Optimierungsmöglichkeiten ungenutzt bleiben. Eine Steigerung der verarbeiteten Abfallmenge um nur fünf Prozent kann jedoch erhebliche zusätzliche Einnahmen generieren, besonders angesichts steigender Strompreise auf dem freien Markt.
Steuerung des Verbrennungsprozesses: Komplex aber notwendig
Die Steuerung des Verbrennungsprozesses in WtE-Anlagen ist eine Wissenschaft für sich. Unterschiedliche Größen, Formen und Heizwerte des Abfalls machen den Prozess instabil. Traditionelle PID-Regler stoßen hier an ihre Grenzen. Moderne Ansätze wie Model Predictive Control, Fuzzy Logic und Künstliche Intelligenz bieten Lösungen, sind jedoch oft kompliziert und teuer. Wichtig ist, auf offene, verständliche Systeme zu setzen, die von den Anlageningenieuren selbst angepasst werden können.
Korrosionsprävention: Ein Muss für die Langlebigkeit der Anlagen
Mit der Alterung von WtE-Anlagen werden Korrosion und Leistungsabfall zu ernsthaften Problemen. Abfall ist häufig säurehaltig und klebrige, korrosive Flugasche haftet an den Kesselwänden und -rohren. Dies beeinträchtigt die Effizienz und erhöht die Korrosionsraten. Ein effizientes Wasserstrahlreinigungssystem reinigt die Leerzüge, während für Wärmetauscher und Superheater teure Explosionsreinigungen notwendig sind.
Abbildung 2.: Kopf des Online-Wasserstrahl-Reinigungssystems und typische Kesselinstallation auf dem Dach.
Eine revolutionäre Lösung zur Reinigung der Heißdampfbereiche basiert auf dem Prinzip der Sulfatierung. Durch die Einblasung von Schwefel in den Verbrennungsprozess werden Chloride in Sulfate umgewandelt. Das reduziert die Korrosion um mehr als 55 Prozent. Diese Methode mindert nicht nur die Korrosion, sondern auch die Instandhaltungskosten, weil z.B. erheblich weniger Explosionsreinigung notwendig wird.
Technologische Innovation und Expertise
Abbildung 3.: Typisches Dashboard zur Darstellung der KPIs zur Verbesserung der Anlagenleistung
Der Dublix-Technology-Feuerleistungsregler wird parallel zu Ihrem vorhandenen Leitsystem installiert. Die Kombination von Dublix' Prozesswissen und Yokogawas globaler Infrastruktur ermöglicht maßgeschneiderte Lösungen, die:
- den Verbrennungsprozess stabilisieren,
- die thermische Abfallverwertungskapazität erhöhen,
- die Produktion von Dampf und Strom stabilisieren und steigern,
- Emissionen, insbesondere NOx und CO, reduzieren,
- die Kesseleffizienz verbessern und
- die Korrosion der Anlage verringern.
Mit diesen Maßnahmen sind Betreiber von WtE-Anlagen bestens gerüstet, um nicht nur die Effizienz zu maximieren, sondern auch nachhaltige und profitable Energie aus Abfall zu erzeugen.
Fazit
Die Optimierung der Leistung und Rentabilität von WtE-Anlagen erfordert ein tiefes Verständnis der komplexen Prozesse und ihrer Wechselwirkungen. Mit Digitalisierung und fortschrittlichen Steuerungs- und Reinigungstechnologien können Anlagenbetreiber die Effizienz und Lebensdauer ihrer Anlagen signifikant erhöhen. Yokogawa hat durch die Übernahme von Dublix Technology, einem Experten für Leistungssteigerung in WtE-Anlagen, seine Kompetenzen erweitert und bietet mit umfassender Expertise und innovativen Lösungen die ideale Unterstützung, um die Herausforderungen in WtE-Anlagen zu meistern und ihr volles Potenzial auszuschöpfen.