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Charakterisierung von Ersatzbrennstoffen VD8 Charakterisierung von Ersatzbrennstoffen hinsichtlich brennstofftechnischer Eigenschaften Michael Beckmann, Sokesimbone Ncube, Kathrin Gebauer und Martin Pohl Abstract Bild 1. Darstellung eines HausmDlIs durch unterschiedliche Stoffgruppen und deren Aufteilung auf die Komponenten Wasser, Inertstoff, Kunststoff und sonstigen organischen Kompo- nenten {1j. STOFF- AUFTEILUNG IN KOMPONENTEN HEIZWERT GRUPPEN der Stoff- gruppen in Hausmüll Wasser Inertstoff Kunststoff sonst. org. MJ/kg AF,an ;n ;n ;n ;n Komponenten kg Mg Äf,,,,, kg MgAF, ••• kg MgAF •••• kg MgAF,1Jl'I ;n kg MgAF •••• Kunststoff 32,50 40 40 Feinmull 4,29 200 20 20 80 80 Steine,Keramik, Metall, Glas 0 100 100 Verbund- material 24,38 40 10 30 Papier, Pappe, Windeln,Textilien. Leder, Gummi 11.96 2'0 84 2' 10 115 V8getabtlien, Ho~ 410 5,83 204 62 '44 Gesamt 8,00 1000 348 273 279 100 Characterisation of Refuse Derived Fuels in View of the Fuel Technical Properties Biomass fuels and refuse derived fuels (RDF) are used in power plants, material industry, mono eombustion faeilities and eo-firing plants. It is known from operating experienee - eoneerning the energy eonversion density, the ignition and burnout behaviour, the slag formation and eorrosion potential- and from eomparing the eombustion behaviour with fos- sil fuels, that biomass fuels and RDF ean be seen as diffieult fuels. Biomass fuels are of interest concerning the decrease of CO 2 emissions derived from fossif fue/s in energy conversion processes. The use of biomass fue/s is supported e. g. by the re- newabfe energy faw in Germany. In eonnection with the increasing pr;ces of energy, refuse de- rived fuels have of late gained great interest especially in industries not only with a high de- mand of electrica/ and heat energy but also process steam e. g. maten'al and food industry. In the design of combustion plants or in the application area e. g. in co-combustion sys- tems, the knowledge about the composition of fuels, calorific value and the ignition behaviour is important. The composition of fuels in rela- tion to the ca/ordic values also p/ays a vital role in the balancing of plants. Conventional used methods for fue/ characterisation of fossil fuels are often not suitable for RDF, due to their het- erogeneous composition compared to black coal or lignite. /n the proposed paper methods for RDF char- acterisation are described and results are dis- cussed. Further, with the C/H and C/O-ratios, correlations concerning calorific va/ue could be developed, which will be discussed in the paper. Autoren Professor Dr.-Ing. Michael Beckmann Leiter der Professur Verbrennung, Wärme- und Stoffübertragung M. Sc. Sokesimbone Ncube Gastwissenschaftler Dr. rer. nat. Kathrin Gebauer Leiterin des kraftwerkschemischen Labors Dipl.-Ing. Martin Pohl Wissenschaftlicher Mitarbeiter Technische Universität Dresden, Professur Verbrennung, Wärme- und StoffDbertragung, Dresden/Deutschland Zusammensetzung von Ersatzbrennstoffen In dem hier gesteckten Rahmen werden Er- satzbrennstoffe, die aus mechanischen und mechanisch-biologischen Behandlungsver- fahren von Restabfall aus Haushalten und zum Teil Restabfallen aus Industrie und Ge- werbe stammen, betrachtet. Die stoffiiche Zusammensetzung von Abffil- len ist regional und saisonbedingt verschie- den. Zunächst kann man einen Abfall aus Haushalten hinsichtlich der Stoffgruppen un- 76 VGB PowerTech 1/2 of 2ClQl:

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Charakterisierung von Ersatzbrennstoffen VD8

Charakterisierung von Ersatzbrennstoffen hinsichtlichbrennstofftechnischer EigenschaftenMichael Beckmann, Sokesimbone Ncube, Kathrin Gebauer und Martin Pohl

Abstract

Bild 1. Darstellung eines HausmDlIs durch unterschiedliche Stoffgruppen und deren Aufteilungauf die Komponenten Wasser, Inertstoff, Kunststoff und sonstigen organischen Kompo-nenten {1j.

STOFF- AUFTEILUNG IN KOMPONENTENHEIZWERT

GRUPPEN der Stoff-gruppen in

Hausmüll Wasser Inertstoff Kunststoff sonst. org. MJ/kg AF,an

;n ;n ;n ;n Komponentenkg Mg Äf,,,,, kg MgAF, ••• kg MgAF •••• kg MgAF,1Jl'I ;n

kg MgAF ••••

Kunststoff

32,50

40 40

Feinmull

4,29

200 20 2080 80

Steine,Keramik,Metall, Glas

0

100 100

Verbund-material

24,38

4010 30

Papier, Pappe,Windeln,Textilien.Leder, Gummi 11.96

2'0 842' 10 115

V8getabtlien,Ho~

4105,83

204 62'44

Gesamt

8,00

1000 348273 279

100

Characterisation of Refuse DerivedFuels in View of the Fuel Technical

Properties

Biomass fuels and refuse derived fuels (RDF)are used in power plants, material industry,mono eombustion faeilities and eo-firingplants. It is known from operating experienee- eoneerning the energy eonversion density,the ignition and burnout behaviour, the slagformation and eorrosion potential- and fromeomparing the eombustion behaviour with fos-sil fuels, that biomass fuels and RDF ean beseen as diffieult fuels.Biomass fuels are of interest concerning thedecrease of CO2 emissions derived from fossiffue/s in energy conversion processes. The useof biomass fue/s is supported e. g. by the re-newabfe energy faw in Germany. In eonnectionwith the increasing pr;ces of energy, refuse de-rived fuels have of late gained great interestespecially in industries not only with a high de-mand of electrica/ and heat energy but alsoprocess steam e. g. maten'al and food industry.In the design of combustion plants or in theapplication area e. g. in co-combustion sys-tems, the knowledge about the composition offuels, calorific value and the ignition behaviouris important. The composition of fuels in rela-tion to the ca/ordic values also p/ays a vital rolein the balancing of plants. Conventional usedmethods for fue/ characterisation of fossil fuelsare often not suitable for RDF, due to their het-erogeneous composition compared to blackcoal or lignite./n the proposed paper methods for RDF char-acterisation are described and results are dis-cussed. Further, with the C/H and C/O-ratios,correlations concerning calorific va/ue couldbe developed, which will be discussed in thepaper.

Autoren

Professor Dr.-Ing. Michael BeckmannLeiter der Professur Verbrennung,Wärme- und Stoffübertragung

M. Sc. Sokesimbone NcubeGastwissenschaftler

Dr. rer. nat. Kathrin GebauerLeiterin des kraftwerkschemischen Labors

Dipl.-Ing. Martin PohlWissenschaftlicher MitarbeiterTechnische Universität Dresden,Professur Verbrennung, Wärme- undStoffDbertragung,Dresden/Deutschland

Zusammensetzungvon Ersatzbrennstoffen

In dem hier gesteckten Rahmen werden Er-satzbrennstoffe, die aus mechanischen undmechanisch-biologischen Behandlungsver-

fahren von Restabfall aus Haushalten undzum Teil Restabfallen aus Industrie und Ge-werbe stammen, betrachtet.

Die stoffiiche Zusammensetzung von Abffil-len ist regional und saisonbedingt verschie-den. Zunächst kann man einen Abfall ausHaushalten hinsichtlich der Stoffgruppen un-

76 VGB PowerTech 1/2 of 2ClQl:

Pöschl
Textfeld
Beckmann, M.; Pohl, M.; Gebauer, K.; Ncube, S.: Charakterisierung von Ersatzbrennstoffen. VGB-Konferenz "Thermische Abfallverwertung", 16.06.-17.06.2008, Stuttgart Fellbach. Beitrag auf Tagungsband-CD und in: VGB-PowerTech (2009), Nr.1/2, S. 76-80. ISSN 1435-3199. Erschienen auch in: Müllmagazin (2008), Nr. 2, Rhombos Verlag, 2008. S. 38-41. ISSN 0934-3482
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Charakterisierung von Ersatzbrennstoffen VCiB

Bild 4. G/H· und GID- Verhältnis, aufgetragen uber dem Heizwert ver·schiedener Abfallfraktionen und verschiedener Ersatzbrennstoffe.

Heizwert hu in MJlkg,wf --

14 EB$ (d -1,00 mm)15 Kunststoff (Verpackungen)16 EBS (d - 0,25 mm)17 EBS (a - 0,25 mm)18 EBS (b - 0,25 mm)19 Matratzen20 EBS (a - 1,00 mm)21 EBS (b - 1,00 mm)22 Tiermehl23 Teppich24 Kunststoffe25 EBS (c - 0,25 mm)26 EB$ (c - 1,00 mm)

1098

i 72,6

6- 52~2.5

~ 42,3

:E 32,2

~ 6 891~P,6h.9.21Q 2u 1 " 2,3:~ "12'\~il 20

01098 1.2.;"7 ~~~151921 2,2 2;' 2.52•6

i 7 :(6 1~fr'~81'02.6 1417- 5~ 4

"~ 3

;e 2u 1

08040 50 60 70

Kohlenstoffgehalt in Massen·%, waf --

1 Papier und Pappe 14 EBS (g. 1,00 mm)2 Kunststoff (Verpackungen) 15 EBS (f - 0,25 mm)3 KüchenabfaJl 16 EBS (e ~ 0.25 mm)4 Holz 17 EBS (f - 1,00 mm)5 Gartenabfall 18 EBS (b - 0,25 mm)6 Textilien 19 EBS (a • 0,25 mm)7 Stroh 20 EBS (a - 1.00 mm)8 EBS (d • 1,00 mm) 21 EBS (b. 1,oomm)9 EBS (d - 0.25 mm) 22 Matratzen10 Tiermehl 23 Teppich11 Verbundmaterial 24 EBS (c - 1,00 mm)12 EBS (g ~0,25 mm) 25 EBS (c - 0,25 mm)13 EBS (e - 1.00 mm) 26 Kunststoffe

Bild 5. CIH· und GID-Verhältnis, aufgetragen über dem Kohlenstoff·gehalt verschiedener Abfallfraktionen und verschiedener Er·satzbrennstoffe.

35

242526

3025201510

1 Küchenabfall2 Gartenabfall3 Papier und Pappe4 Verbund material5 Textilien6 Holz7 EBS (f - 0,25 mm)B EBS (e - 0.25 mm)9 EBS (e - 1,00 mm)10 EBS (9 - 0,25 mm)11 Stroh12 EBS (g - 1,00 mm)13 EBS (1 - 1,00 mm)

Kohlenstoffgehalt in Massen-%, waf -

hu = kl . C + k2 . h - k3' 0 +k.•. s + ks . n - k6 . W

Dabei sind c. h. o. n. s. w die Massenantcl ~von Kohlenstoff. Wasserstoff. SauerstotSchwefel. Stickstoff und Wasser. die ZUS3W-

mcn mit dem Aschegehalt a die ElemenLlranalyse des Brennstoffs darst.ellen:

heizwerten ermittelt, dabei bleibt die Brenn-stoffstruktur (insbesondere unterschiedlich •.Bindungswärmen) unberücksichtigt. Oie Gvnauigkeil dieser Berechnung ist daher rur dl~Praxis oftmals unzureichend. Entsprechen •.•ist eine Reihe von Abwandlungen, die sievom äußeren Aufbau von der Verbandsform{kaum unierscheiden. entstanden:

c+h ..•.o+s+n-w+a=!

80706050

10090 " -45-89" 13, ,4

2 At· .··1280 lJ. ·3_6-] 1070- lJ.lJ.IJ.lJ.IJ.--_

- - - _IJ.__ 6I:11J.lJ.~E~ ~ r,,-;60 - - _ .4_l infJn~%'),'1 •. _ IJ.

50 - _kEh!!el(;aJ;cn~"" _ ....40 -..!:!I.!!n_ lJ.AIJ.IJ.IJ.-_

30 - -~ IJ.

2010o40

EBS (d - 1,00 mm) 6 EBS (I - 0,25 mm) 11 EBS (a - 1,00 mm)EBS (d - 0,25 mm) 7 EBS (e - 0,25 mm) 12 EBS (b - 1,00 mm)EBS (9 - 0,25 mm) 8 EBS (I - 1,00 mm) 13 EBS (c - 0,25 mm)EBS (e - 1,00 mm) 9 EBS (b - 0,25 mm) 14 EBS (c - 1,00 mm)EBS (9 - 1,00 mm) 10 EBS (a - 0,25 mm)

Bild 6. Anteil fluchtiger Bestandteile in Abhängigkeit des Kohfenstoffgehaftes unterschiedlichinkohlter Kohlen im Vergleich zu Ersatzbrennstoffen.

Die Koeffizienten k) bis kj in Gleichungstellen im Unterschied zu der Verbandsfonn~[2] keine Einzelheizwerte dar. sondernrücksichligen, mit welchem Anteil der je\\!,;

ligc Brennstoffanleil am Gesamtheizwertteiligt ist. Der Koeffizient k6 ist die Kondsalionsenthalpie des Wasseranteils \\. Z

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Charakterisierung von Ersatzbrennstoffen

eines bcs[immten C/H- Verhältnisses lassensich bei der Bilanzierung allgemein über eineRückwärtsrcchnung auch Aussagen zur Zu-sammensetzung des Brennstoffes ableiten. In[16] wurdc über diese Möglichkeit im Zusam-menhang mit der Online-Bilanzierung vonBiomasse- und Abfallverbrennungsanlagenberichtet. Interessanl erscheint nun. wie sichC 1-1-und CO-Verhältnisse bei Ersatzbrenn-stoffen - im Vergleich zu fossilen Brennstof-fen und normalem Hausmüll - verhalten undinwieweit sich daraus Abhängigkeiten zumHeizwert oder zum Mindestluftbedarf erge-ben. worauf in dem vorliegenden Beitrag ein-gegangen \\ ird.

Symbolverzeichnis

Symbole und Abkürzungen

AF Abfallan AnalysezustandBS BrcnnstoffC KohlenstoffEBS ErsalzbrcnnstofTH Wasserstoffhu unterer HeizwertL LuftLrnin Mindestlurtbedarro Sauerstoffroh Anlieferungszllstand (roh)wuf wasser- und aschefreiwf wasserfreiwif wasser- und inertstoffTrei

Massenanteil KohlenstoffMassenanteil WasserstoffMassenanteil SauerstoffMassenanteil StickstolTMassenanteil AscheMassenanteil Wasser

kl Koeffizient Kohlenstoffk2 Koeffizient WasserstoffkJ Koeffizient Sauerstoffk.. Koeffizient Schwefelks Koeffizient Stickstoffktt Koeffizient Wasser

VCiE3

zu ErsatzbrcnnSlOffen rur die thermischeLiteratur Nutzung in Kraftwerken und industriellen

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Bio- und Sekundärrohstoffverwertung II - Charactcristics ofChlorinc in MSW and RDFstomieh - encrgetisch. Witzenhausen. Ta- - Specics. Sampling and Analytical Mcthod~gungsband zum 19. Kasseler Abfallforum 24th International Conferencc on lncineration..ßio- und SekundärrohstoHherstellung", Kas- and Thermal Treatment Tcchnologies. IT 3seI. 24. bis 26. April 2007. S. 232-263. Conference. May 9 to 13. 2005. Galveston.

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[ 8J BeeknulIln . .\1.. Schot:, R., mul Horeni .. ~of...K.-j,. und Beckmann. M. (Hrsg.): Energi ••

Energetische Verwcnung von Ersatzbrenn·aus Abfall ßd. 2. TK Verlag Karl Thomv

stoffen mit hohem Chlorgehall. Erschienen Kozmiensky (2007), S. 585-602. Tagun~

in: Wiemer. K.. und Kern. M. (Hrsg.): Bio- Berlin. 31. Januar I. Februar 2007.

und Sekundärrohstoffverwertung ~ stoffiich [16J Horeni. M: Möglichkeiten für die energetl-- energetisch. Witzen hausen. Tagungsband sche Optimierung \on Müllverbrennung~-zur 18. Kasseler Abfalh\ irtschaftskonfercnz. anlagen - Entwicklung. Erprobung und Yal -25. bis 27. Apnl 2006. S. 180-205. dierung eines Online-Bilanzierungspr -

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