VDI 3460 Blatt 2-2014 Emission control - Thermal waste treatment - Energy conversion.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREEmissionsminderungThermische AbfallbehandlungEnergieumwandlungEmission controlThermal waste treatmentEnergy conversionVDI 3460Blatt 2 / Part 2Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 3: Emissionsminderung IIVDI-Handbuch Energiete

2、chnikKommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdLFachbereich UmweltschutztechnikFrhere Ausgaben: 08.07, 11.07 (Berichtigung) Former editions: 08/07, 11/07(Corrigendum)VDI-RICHTLINIENDer Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspru

3、chsverfahren unterworfen.Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 13.030.40, 27.190Juni 2014 June 2014Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . 32 Normative Ver

4、weise . . . . . . . . . . . . . . 53 Begriffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Formelzeichen, Abkrzungen und Indizes . 55 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Energieumwandlung in thermischen Abfallbehandlungsanlagen System- grenzen, Bilanzierung, Wirkungsgrade und energiebez

5、ogene Emissionen . . . . . . . . 136.1 Bilanzgrenzen und zugehrige Strme (Stoff-, Massen-, Energiestrme) . . . . 136.2 Bilanzieren . . . . . . . . . . . . . . . . 166.3 Allgemeine Definition eines Wirkungsgrads . . . . . . . . . . . . . 186.4 Thermischer Wirkungsgrad . . . . . . . 216.5 Elektrischer

6、 Wirkungsgrad. . . . . . . . 216.6 Gesamtwirkungsgrad. . . . . . . . . . . 216.7 Allgemeine Definition einer energiebezogenen Emission . . . . . . 216.8 Bezugszustnde . . . . . . . . . . . . . 226.9 Datenkategorien . . . . . . . . . . . . . 236.10 quivalenzwerte . . . . . . . . . . . . . 246.11 Komp

7、atibilittsbetrachtungen . . . . . . 257 Ermittlung von Wirkungsgraden bei der Energieumwandlung in thermischen Anlagen zur Abfallbehandlung . . . . . . . . 267.1 Anlagenwirkungsgrad (Zielenergie). . . . 267.2 Netto-Anlagenwirkungsgrad (Netto-Zielenergie) . . . . . . . . . . . . 277.3 Primrwirkungsgr

8、ad . . . . . . . . . . . . 28Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Normative references . . . . . . . . . . . . . . 53 Terms and definitions. . . . . . . . . .

9、. . . . 54 Symbols, abbreviations and indices. . . . . . 55 General indices . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Energy conversion in thermal waste treatment plants system boundaries, balancing, efficiencies and energy-related emissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136.1 Balancing boundari

10、es and the associated flows (substance, mass and energy flows).136.2 Balancing . . . . . . . . . . . . . . . . .166.3 General definition of efficiency . . . . .18 6.4 Thermal efficiency. . . . . . . . . . . . .216.5 Electrical efficiency . . . . . . . . . . . .216.6 Total efficiency . . . . . . . .

11、. . . . . .216.7 General definition of an energy-related emission . . . . . . . . .216.8 Reference conditions . . . . . . . . . . .226.9 Data categories . . . . . . . . . . . . . .236.10 Equivalence values . . . . . . . . . . . .246.11 Compatibility verification . . . . . . . . .257 Calculation of e

12、fficiencies during energy conversion in thermal waste treatment plants. . . . . . . . . . . . . . . . .267.1 Plant efficiency (target energy) . . . . . . .267.2 Net plant efficiency (net target energy) . . .27 7.3 Primary efficiency. . . . . . . . . . . . . .28The draft of this standard has been sub

13、ject to public scrutiny after announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette).The German version of this standard shall be taken as author-itative. No guarantee can be given with respect to the English translation.Zubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalte

14、n /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2014Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EF88D9NormCD - Stand 2014-06All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e. V

15、., Dsseldorf 2014 2 VDI 3460 Blatt 2 / Part 2Seite7.4 Netto-Primrwirkungsgrad . . . . . . . . . 297.5 Aufwandsgrad . . . . . . . . . . . . . . . 328 Ermittlung von energiebezogenen Emissionen beim Einsatz von Abfall in thermischen Anlagen . . . . . . . . . . . . . 338.1 Ermittlung energiebezogener E

16、missionen . . . . . . . . . . . . . . . . . 338.2 Berechnung des CO2-Emissions- massenstroms. . . . . . . . . . . . . . . . 348.3 Methode 1 Einzelfallermittlung der energiebezogenen Emissionen . . . . . . . 398.4 Methode 2 Mittelwertbestimmung der energiebezogenen Emissionen . . . . . 42Anhang Beisp

17、iele . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronisc

18、hen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlic

19、h an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3460.EinleitungDie Richtlinie VDI 3460 Blatt 2 behandelt die Me-thoden zur Bilanzierung unterschiedlicher Prozesse zur t

20、hermischen Abfallbehandlung in Verbrennungs-anlagen und zur Abfallmitverbrennung in industriel-len Prozessen (z. B. in Kraftwerken, Zementwerken, Stahlwerken) im Hinblick auf die Energieumwand-lung und die energiebezogenen Emissionen. Sie wen-det sich besonders an die Betreiber und die genehmi-gende

21、n und berwachenden Behrden.Dabei nimmt die vorliegende Richtlinie Bezug auf die Richtlinie VDI 3460 Blatt 1. Sie vertieft und er-weitert den Regelungs- und Informationsumfang auf die Bewertung der Energieumwandlung bei der ther-mischen Abfallbehandlung.Page7.4 Net primary efficiency . . . . . . . .

22、. . . 297.5 Demand rate . . . . . . . . . . . . . . . . 328 Calculation of energy-related emissions from the firing of waste in thermal plants . . 33 8.1 Calculation of energy-related emissions. . . . . . . . . . . . . . . . . . 338.2 Calculation of the CO2 emission mass flow . . . . . . . . . . . .

23、 . . . . . 348.3 Method 1 Single-case calculation of energy-related emissions . . . . . . . . 398.4 Method 2 Calculating the mean values of energy-related emissions . . . . . . . . 42Annex Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . 57Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60Preliminary

24、 noteThe content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the standard VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either

25、 of the full text or of extracts.The use of this standard without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions specified in the VDI Notices (www.vdi.de/richtlinien). We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this standard.A catalogue of all avai

26、lable parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/3460.IntroductionThe standard VDI 3460 Part 2 deals with the meth-ods of balancing different processes for thermal waste treatment in incinerators and for the co-incin-eration of waste in industrial processes (e. g

27、. in power stations, cement works and steel mills) with regard to energy conversion and energy-related emissions. It is targeted particularly at operators and the authorities responsible for approvals and monitoring. The present standard refers to standard VDI 3460 Part 1. It deepens and extends the

28、 scope of regulation and information to include the assessment of energy conversion in thermal waste treatment. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EF88D9NormCD - Stand 2014-06Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e. V., Dsseldorf 2014 VDI 3460 Blatt 2 / Part 2 3 Diese Richtlinie b

29、asiert auf der frheren Ausgabe VDI 3460 Blatt 2:2007-08, enthlt die Korrekturen aus der Berichtigung von November 2007 und wurde redaktionell berarbeitet.1 AnwendungsbereichFr eine vergleichende energiebezogene Bewertung der Emissionen bei der thermischen Abfallbehand-lung ist es erforderlich, eine

30、Bilanzierungsmethode mit definierten Bilanzrumen festzulegen und alle fr die Bilanzierung erforderlichen zu- und abgefhrten Stoff- und Energiestrme zu betrachten 4; 28; 30; 38. Auf diese Weise wird eine eindeutige energiebezo-gene Bewertung der Emissionen der thermischen Ab-fallbehandlung im Verglei

31、ch mit anderen Prozessen zur Energie- oder Stoffumwandlung ermglicht. Bei einer Erweiterung des Emissionsbegriffs auf den Aussto klimarelevanter Stoffe wird so eine nor-mierte Bewertung der Be- oder Entlastung der CO2-Bilanz durch Verbrennung und Substitution fossiler Energietrger erleichtert.Wie in

32、 der Verfahrenstechnik allgemein blich, wer-den fr den Vergleich der Energieumwandlungen Kennwerte herangezogen und fr in Betrieb befind-liche Anlagengruppen der thermischen Abfallbe-handlung beispielhaft dokumentiert.Damit wird eine Bewertung der durch die thermische Abfallbehandlung bereitgestellt

33、en Nutzenergie und der auf diese Weise erreichten Substitution von Pri-mrenergietrgern ermglicht 32; 34; 35. Zum bes-seren Verstndnis der Herleitungen sind im Anhang Zahlenbeispiele fr eine existierende Anlage aufge-fhrt.Weiter ist mit der vorliegenden Richtlinie z. B. auch die vor kurzem im Zusamme

34、nhang mit den Urteilen des Europischen Gerichtshofes 2; 42 ausgelste Fragestellung ber die Abgrenzung der energetischen Verwertung von Abfllen von der Beseitigung von Abfllen zu beantworten.Die Methoden folgender VDI-Richtlinien werden be-rcksichtigt: VDI 3460 Blatt 1 VDI 4600 VDI 4600 Blatt 1 VDI 4

35、660 Blatt 1 VDI 4660 Blatt 2 VDI 4661ber die Anwendungen bei der Ermittlung energie-spezifischer Emissionen hinaus gewinnt die Bilanzie-rung von Stoff- und Energiestrmen bei der thermi-schen Behandlung von Abfllen auch unter mehreren This standard is based on the former edition VDI 3460 Part 2:2007-

36、08, it contains the corrections as per Corrigendum of November 2007 and has been improved editorially.1 ScopeFor a comparative energy-related assessment of emis-sions during thermal waste treatment, it is necessary to define a balancing method with specified balance spaces and cover all the incoming

37、 and outgoing sub-stance and energy flows required for balancing 4; 28; 30; 38. This then permits an unambiguous en-ergy-based assessment of emissions from thermal waste treatment in comparison with other processes of energy or substance conversion. If the concept of emission is extended to climate-

38、affecting substances, it becomes easier to assess the positive and negative effects of the combustion and substitution of fossil energy carriers on the CO2 balance. As conventionally practised in process engineering, characteristic values will be used for the comparison of energy conversions and exa

39、mples of them will be documented for the types of thermal waste treatment plant in operation.In this way, it is possible to assess the useful energy yielded by thermal waste treatment and the substitu-tion of primary energy carriers achieved as a result 32; 34; 35. In order to demonstrate the plausi

40、bility of the calculations, the annex gives quantified exam-ples of an existing incineration plant. Furthermore, the issue of distinguishing between en-ergy recovery from waste and the disposal of waste, which was recently raised in connection with the rul-ing of the European Court of Justice 2; 42,

41、 is now addressed by the present standard. This standard refers to the methods of the following VDI Standards: VDI 3460 Part 1 VDI 4600 VDI 4600 Part 1 VDI 4660 Part 1 VDI 4660 Part 2 VDI 4661Above and beyond uses in the calculation of energy-specific emissions, the balancing of substance and energy

42、 flows in the thermal treatment of waste is gaining in importance in several other respects. A B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCAB7EF88D9NormCD - Stand 2014-06All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e. V., Dsseldorf 2014 4 VDI 3460 Blatt 2 / Part 2anderen Aspekten an Bedeutung. Insbesond

43、ere fr Monoverbrennungsanlagen findet man in der aktuel-len Literatur eine wachsende Zahl von Beispielen.Deshalb widmet die Europische Kommission, ver-treten durch das European IPPC Bureau“, der Be-trachtung der Energieeffizienz bei der thermischen Abfallbehandlung zwei spezielle Kapitel in einem um

44、fangreichen Referenzdokument zur Besten Ver-fgbaren Technik“ (BREF).Diese Vorgehensweise wird im BREF Abfallver-brennung“ beschrieben. ber deren Anwendung gibt es mehrere Verffentlichungen (z. B. 20; 25). Die Berechnung basiert auf einer formalisierten Erfas-sung der blicherweise verfgbaren, energie

45、relevan-ten Daten; sie definiert ausfhrlich Einbindung und Zuordnung der Parameter und liefert die Berech-nungsformeln. Die richtige Anwendung setzt eine bereinstimmende Auffassung von Systemgrenzen sowie ein detailliertes Verstndnis des jeweiligen Verfahrens oder der Anlage voraus, ansonsten fhren

46、irrtmliche Zuordnungen oder lckenhafte Einbe-zge zu unterschiedlichen Ergebnissen.Die durch die Rechtsprechung des Europischen Ge-richtshofs 2; 42 ausgelste Debatte ber die Frage-stellung der Abgrenzung der energetischen Verwer-tung von Abfllen von der Beseitigung von Abfllen fhrt auf die Bilanzieru

47、ng der Energiestrme, um im Einzelfall das betrachtete Behandlungsverfahren als Verwertung“ oder Beseitigung“ zu qualifizieren. Zur Beurteilung dieser Fragestellung ist die eindeu-tige Festlegung von Bilanzgrenzen mittels schemati-scher Darstellung der Stoff- und Energiestrme fr die jeweils betrachte

48、te Anlage in bereinstimmung mit dem Anlagenschema eine zwingende Vorausset-zung (z. B. 4; 6; 30; 31; 32).In einem von der Kommission der Europischen Ge-meinschaften vorgelegten Vorschlag fr eine Richt-linie des Europischen Parlaments und des Rats ber Abflle vom 21.12.2005 (Abfallrahmenrichtlinie 200

49、6/12/EG) wird eine Berechnungsgleichung fr die Ermittlung der Energieeffizienz vorgestellt. Diese Er-mittlungs- und Bewertungsvorschrift entspricht in der derzeit vorliegenden Form nicht den Regeln zur Er-mittlung einer Energieeffizienz 38. Sie befand sich zum Zeitpunkt der Verabschiedung dieser VDI-Richt-linie (Dezember 2006) noch in einer kontroversen in-haltlichen und politischen Diskussion 39; 40; 41.