VDI 3899 Blatt 1-2016 Emission control - Landfill gas - Utilisation and treatment of landfill gas.pdf

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1、ICS 13.030.40, 13.030.50, 75.160.30 VDI-RICHTLINIEN Mai 2016 May 2016 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Emissionsminderung Deponiegas Deponiegasverwertung und -behandlung Emission control Landfill gas Utilisation and treatment of landfill gas VDI 3899 Blatt 1 / Part 1 Ausg. deutsch/englisch Issue German/E

2、nglish Der Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundesanzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen. Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. This draft of this standard has been subject to public scrutiny after announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gaz

3、ette). The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdL Fachbereich Umweltschutztechnik VDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 2: Emissions

4、minderung I VDI-Handbuch Energietechnik Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgabe:01.15Entwurf, deutschFormeredition:01/15Draft,inGerman onlyZu beziehen durch/AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten/A

5、ll rightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2016Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung 2 Einleitung 2 1 Anwendungsbereich . 4 2 Begriffe . 4 3 Abkrzungen 5 4 Rechtliche Grundlagen . 5 5 Grundlagen der Entgasung . 7 5.1 Theoretischer zeitlicher Verlauf der Deponiegasbildung . 7 5.2 Erfas

6、sung von Deponiegas 9 5.3 Zusammensetzung 12 5.4 Sicherheitsgerichtete berwachung der Gaszusammensetzung . 13 5.5 Betreuung der Deponie und des Deponieentgasungssystems 15 6 Verfahren zur Behandlung und Verwertung von Deponiegas . 18 6.1 Gaskonditionierung . 18 6.2 Behandlung und Verwertung des Gase

7、s . 19 6.3 Biologische Verfahren 19 6.4 Thermische Verfahren 21 6.5 Kraftmaschinen . 26 6.6 Vergleichende Darstellung der Anwendungsbereiche der Verfahren . 29 6.7 Sonstige Verfahren . 30 7 Entstehung, Vermeidung und Verminderung von Emissionen . 30 7.1 Entstehung von Abgasemissionen 30 7.2 Manahmen

8、 zu Emissionsminderung . 33 8 Anleitung fr Emissionsmessungen 34 Schrifttum . 39 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope 4 2 Terms and definitions . 4 3 Abbreviations. 5 4 Legal basis . 5 5 Fundamentals of landfill gas extraction 7 5.1 Theoretical time line of landfill gas production . 7 5.2 Lan

9、dfill gas collection 9 5.3 Composition . 12 5.4 Safety monitoring of the gas composition 13 5.5 Maintenance of the landfill site and the LFG extraction system 15 6 Landfill gas treatment and utilisation technologies 18 6.1 Gas conditioning . 18 6.2 Gas treatment and utilisation 19 6.3 Biological pro

10、cesses . 19 6.4 Thermal technologies . 21 6.5 Prime movers 26 6.6 Comparison of applicability ranges of the individual technologies . 29 6.7 Other technologies 30 7 Formation, prevention and control of emissions . 30 7.1 Formation of air emissions . 30 7.2 Emission control measures . 33 8 Emission m

11、easurement instructions . 34 Bibliography . 39 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1E29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-06 2 VDI 3899 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Vorbemerkung D

12、er Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser

13、 Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter

14、dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3899. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (ph

15、otocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to expre

16、ss our gratitude to all honorary contributors to this standard. A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/3899. Einleitung Deponiegas entsteht durch biologische Abbaupro-zesse biogen-organischer Abfallbestandteile unter anaeroben Bed

17、ingungen im Deponiekrper. Es ist ein Gemisch, das etwa zur Hlfte aus Methan und Kohlenstoffdioxid und einer Vielzahl von Spuren-stoffen besteht. Austretendes Deponiegas kann Mensch, Fauna und Flora sowie Bauwerke und technische Einrichtungen im Umfeld einer Deponie gefhrden oder beeintrchtigen. Des

18、Weiteren ist Deponiegas aufgrund des hohen Potenzials des Methans eine bedeutende Emissionsquelle fr Treibhausgasemissionen. Seit Anfang der 1990er-Jahre fordern in Deutsch-land rechtliche Vorgaben Manahmen zur Minde-rung und Vermeidung der Gasemissionen aus De-ponien. Sofern in Deponien eine signif

19、ikante Gas-bildung stattfindet, ist das Deponiegas zu fassen und zu behandeln. Soweit mglich soll dies unter Nutzung des Energiegehalts des Deponiegases erfolgen. In der Praxis kommen bei Deponien mit ergiebiger Gasbildung berwiegend Gasmotor-anlagen zur Stromerzeugung und sofern eine Energienutzung

20、 nicht mglich ist Hochtempera-turfackeln zum Einsatz. Seit Juni 2005 ist die Ablagerung von biologisch abbaubaren Abfllen in Deutschland stark be-grenzt, sodass die nach diesem Zeitpunkt abgela-gerten Abflle nur unwesentlich zur Deponiegas-bildung beitragen. Auch wurden bereits in den Jahren vor 200

21、5 hunderte ehemalige Hausmllde-ponien geschlossen. Die Gasbildung in deutschen Deponien erfolgt ausschlielich aus lteren Abla-gerungen und ist daher mit voranschreitendem biologischem Abbau rcklufig. Aufgrund der Introduction Landfill gas is a byproduct of biological decompo-sition of biogenic organ

22、ic waste components under anaerobic conditions in the landfill body. It is a gas mixture comprised of roughly 50 % methane, 50 % carbon dioxide and a variety of trace compounds. If released to the atmosphere, landfill gas may pose hazards or a nuisance to humans, fauna and flora and cause damage to

23、buildings and technical facili-ties. Due to the high global warming potential of methane, landfill gas is also a major source of greenhouse gas emissions. In Germany, statutory regulations requiring the reduction and prevention of gas emissions from landfill sites have been in place since the beginn

24、ing of the 1990s. Where significant gas production occurs at landfill sites, the landfill gas must be collected and treated, recovering its energy content to the extent practicable. In practice, landfill sites with high gas production rates predominantly use combustion engine plants for electricity

25、generation. Where energy recovery is not feasible, the extract-ed landfill gas is disposed of via high-temperature flares. Since June 2005, landfilling of biodegradable waste has been severely restricted in Germany so that waste deposited after that time makes only a minor contribution to landfill g

26、as production. Moreover, hundreds of former municipal solid waste landfill sites were already closed down in the years before 2005. Gas production at German land-fills sites stems exclusively from older waste de-posits and is therefore declining as the biological decomposition of the waste progresse

27、s. Due to the B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1E29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-06All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 VDI 3899 Blatt 1 / Part 1 3 rcklufigen Gasmengen und der sinkenden Me-thangehalt

28、e im gefassten Deponiegas gelangen die klassischen Deponiegasbehandlungsverfahren (z. B. Gasmotor, Fackel) auf vielen Standorten zunehmend an ihre Einsatzgrenzen. Aus Grnden des Klimaschutzes ist eine weitergehende Fassung des Deponiegases und dessen Behandlung gefor-dert. Mehrere Firmen haben daher

29、 in den letzten Jahren Verfahren entwickelt, mit denen auch De-poniegas in geringerer Menge und mit geringeren Methangehalten (sogenanntes Schwachgas) behan-delt werden kann. Zum Betrieb des Entgasungssystems und der De-poniegasnutzung bzw. -behandlung mit Gasmoto-ren und Fackeln bei Deponien mit st

30、arker Gasbil-dung liegen jahrzehntelange Erfahrungen vor; hier hat sich eine gute fachliche Praxis etabliert. Schwachgasbehandlungsverfahren ergnzen seit einigen Jahren das Spektrum der Deponiegasbe-handlung. Die Betriebserfahrungen sind bislang auf einen vergleichsweise geringen Zeitraum und eine b

31、erschaubare Anlagenzahl begrenzt. Die Richtlinienreihe VDI 3899 fasst den aktuellen Entwicklungsstand von Deponiegaserfassung, -ver-wertung und -behandlung zusammen. Durch den Ausbau der Deponiegaserfassung und die Umsetzung des Ablagerungsverbots fr biolo-gisch abbaubare Abflle konnten nach den Ber

32、ech-nungen des Umweltbundesamts im NIR 2012 1 die Methanemissionen der Deponien von 1,7 Mio. t im Jahr 1990 auf 0,4 Mio. t im Jahr 2010 reduziert werden. Mit dieser Emissionsminderung von 27 Mio. Jahrestonnen CO2-quivalente, die ca. 3 % der gesamten Treibhausgasemissionen Deutschlands im Jahr 1990 e

33、ntspricht, leistet die Abfallwirtschaft bereits heute einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz. Mit den biologischen Abbauprozessen in den De-ponien werden gem NIR 2012 derzeit noch jhr-lich ca. 800 000 t Methan gebildet; hiervon emittie-ren trotz Fassung und Behandlung etwa die Hlfte in die Atmosphr

34、e. Diese biologischen Abbaupro-zesse und die damit verbundene Methanbildung werden erst in einigen Jahrzehnten vollstndig zum Erliegen kommen. Der Einsatz, der Ausbau und die Weiterentwicklung der Deponiegastechnik sind daher aus Klimaschutzgesichtspunkten auch wei-terhin von zentraler Bedeutung. Di

35、e Treibhauswirkung einer Tonne Methanemission entspricht 25 t Kohlenstoffdioxid aus fossilen Koh-lenstoffquellen. Ist der Kohlenstoff im CO2 wie bei Bestandteilen oder Verbrennungsprodukten des Deponiegases biogener Herkunft, wird das CO2als treibhausgasneutral eingestuft, da diese Emissio-nen keine

36、 Anreicherung der Biosphre mit fossilem diminishing gas production rates and falling me-thane levels of the captured landfill gas, conven-tional landfill gas treatment technologies (e.g. gas engine, flare) are increasingly reaching their prac-tical limits at many sites. For reasons of climate protec

37、tion, extended capture and treatment of the landfill gas is, however, required. Against this background, technologies that also allow the treatment of low-volume low-methane landfill gas streams have been developed by several companies over the past few years. For landfills with high gas yields, dec

38、ades of oper-ating experience are available for the gas collection system and gas utilisation and treatment by engines and flares respectively. Here, good management practice has become established. In recent years, lean gas treatment techniques have been comple-menting the spectrum of landfill gas

39、treatment technology. Operating experience with such tech-niques is so far limited to a relatively short period and a small number of plants. The series of stand-ards VDI 3899 summarises the current state of the art of landfill gas collection, utilisation and treat-ment. According to calculations of

40、 the German Federal Environmental Agency published in the NIR 2012 1, methane emissions from landfill sites have been reduced from 1,7 million tons in 1990 to 0,4 million tons in 2010 through the construction of landfill gas collection systems and the imple-mentation of a landfill ban on biodegradab

41、le waste. With this emission reduction of 27 million tpa of CO2equivalents accounting for approximately 3 % of the total greenhouse gas emissions in Germany in 1990, the waste management sector is already making a major contribution to climate protection. According to the NIR 2012, biological decomp

42、osi-tion processes at landfill sites currently still gener-ate some 800 000 tons of methane per year, of which approximately 50 % is emitted to the atmos-phere despite capture and treatment. It will still take several decades before these biological de-composition processes and the resulting methane

43、 formation come to a complete halt. From climate protection aspects, the application, extension and further development of landfill gas technology will therefore continue to be of key importance. The greenhouse gas effect of one ton of methane emissions is equivalent to 25 tons of carbon dioxide fro

44、m fossil carbon sources. If the carbon in the CO2is of biogenic origin as is the case with the com-ponents or combustion products of landfill gas CO2emissions are classified as climate-neutral as they do not affect fossil carbon concentrations in the B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF836

45、8C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1E29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-06 4 VDI 3899 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Kohlenstoff verursachen. Die primre Zielstellung in Bezug auf den Klimaschutz ist die Fassung des Deponiegases

46、 und die Umwandlung des Methans zu deutlich weniger klimaschdlichem Kohlenstoffdi-oxid. Die energetische Nutzung von Deponiegas mindert durch die Substitution fossiler Energietrger zustzlich die Emission von Treibhausgasen. Die Minderungseffekte durch die energetische Nutzung sind jedoch deutlich ge

47、ringer als die Klimaschutzef-fekte der Deponiegaserfassung und -behandlung. Eine Fassung und Behandlung des Deponiegases ist aus Klimaschutzgrnden auch bei Deponien, auf denen eine Deponiegasnutzung aufgrund rcklufi-ger Gasmengen und Methangehalte nicht mehr mglich ist, in der Regel noch ber lngere

48、Zeit-rume erforderlich. atmosphere. The primary objective with regard to climate protection is the capture of the landfill gas and conversion of the methane to carbon dioxide which has a significantly lower global warming potential. By substituting fossil energy sources, energy recovery from landfil

49、l gas has the additional effect of reducing greenhouse gas emissions. The mitigation effects achieved through landfill gas-to-energy conversion are, however, significantly less pronounced than the climate protection effects achieved through landfill gas capture and treatment. For reason of climate protection, landfill gas capture and treatment will generally be required for many years into the future even at sites where landfill gas utilisation is no longer practicable due to declining gas