Ausgangslage

Die Kehrichtverwertung Zürcher Oberland (KEZO) plant in Hinwil eine neue Verbrennungslinie mit einer Kapazität von 120 000 Tonnen Abfall pro Jahr, die 2031 in Betrieb gehen soll. Für diese Linie ist ein Schlackenaustrag vorgesehen, bei dem die Rostschlacke ohne Entschlacker und ohne Zwischenpuffer direkt in schräg aufgestellte Container fällt. Eine ausgeführte Anlage dieser Bauweise existiert bisher nicht.

Gegenüber erprobten Trockenentschlackungen, wie sie in Monthey und im Bestand in Hinwil betrieben werden, entfallen dabei Funktionen wie Kühlung, Klassierung und ein bewährter Luftabschluss. Gelangt über den Austrag unkontrolliert Umgebungsluft in den Feuerraum, verdünnt diese sogenannte Falschluft das Rauchgas, was die erwogene Abscheidung von Kohlendioxid (CO₂) erschwert.

Zielsetzung

Das Hauptziel der Diplomarbeit bestand darin, für die Martin AG eine fachlich begründete Entscheidungsgrundlage zu erarbeiten. Dazu sollte geklärt werden, ob der direkte Containeraustrag unter den Bedingungen in Hinwil zuverlässig und dauerhaft betrieben werden kann und ob er gegenüber erprobten Verfahren Vorteile bietet.

Im Fokus standen die Temperaturen an der Übergabe und im Container, der Ersatz der Windsichterfunktionen, die Auswirkungen von Falschluft auf Sauerstoff- und Kohlendioxidgehalt sowie die Überbrückung von Störungen in der Containerlogistik. Es sollten mindestens drei Varianten anhand von mindestens fünf Kriterien einheitlich bewertet und daraus eine Empfehlung abgeleitet werden.

Umsetzung

Auf Grundlage von Betriebsunterlagen der Referenzanlagen, Planungswerten der neuen Linie und nummerierten Annahmen wurden vier Varianten verglichen: die MARTIN-Trockenentschlackung mit Windsichter in Monthey, der Trockenaustrag im Bestand in Hinwil, das geplante direkte Containerkonzept und eine eigens entwickelte Kombination.

Anschliessend wurde in einem Funktionsvergleich ermittelt, welche Aufgaben das direkte Containerkonzept gegenüber den Referenzen nicht abdeckt. Daraus wurde eine Kombination erprobter Teilfunktionen abgeleitet: Doppelklappen trennen Material- und Luftabsperrung, ein verstellbares Sieb leitet Grossteile in eine eigene Mulde, die bei Störungen als Notaustrag dient, und die Container kühlen in einem überdachten Containerbahnhof ab, bis eine Temperaturmessung sie freigibt. Aufbau, Containerwechsel und Störfälle wurden in einem dreidimensionalen Simulationsmodell abgebildet.

Die Bewertung erfolgte mit einer gewichteten Nutzwertanalyse über 15 Kriterien in drei Gewichtungsszenarien. Ergänzend wurden Lebenszykluskosten, Anlagenverfügbarkeit und Falschluft berechnet sowie ein Risikoregister erstellt.

Auswertung

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Ergebnisse und Erkenntnisse

Der Vergleich zeigt, dass dem direkten Containerkonzept drei Eigenschaften der erprobten Anlagen fehlen: ein dichter Abschluss gegen eindringende Luft, eine Abkühlung der Schlacke, bevor sie in den Container fällt, und eine Ausweichmöglichkeit, wenn ein Container nicht rechtzeitig gewechselt werden kann. Besonders kritisch ist der Containerwechsel, der mehrmals täglich stattfindet. Während des Wechsels fällt weiter Schlacke an und staut sich im Schacht über dem Container. Die Kombination fängt diese Menge in einem Zwischenspeicher auf und überbrückt damit auch längere Unterbrüche, etwa bei einer Störung des Krans oder des Abtransports.

In der Bewertung dienten die erprobten Anlagen in Monthey und Hinwil als Massstab und erreichten erwartungsgemäss die höchsten Werte. Von den beiden Containerlösungen schneidet die Kombination besser ab als das direkte Containerkonzept, und diese Reihenfolge bleibt auch bei einer anderen Gewichtung der Kriterien bestehen. Ihren Vorsprung verdankt die Kombination vor allem der höheren Betriebssicherheit und dem besseren Luftabschluss. Dafür sind die zusätzlichen Bauteile mit höheren Investitions- und Unterhaltskosten verbunden.

Wie wichtig ein dichter Austrag ist, zeigt die Berechnung der Falschluft. Werden die Klappen undicht, gelangt Umgebungsluft in den Feuerraum und verdünnt das Rauchgas. Der Sauerstoffgehalt steigt, der CO₂-Anteil sinkt. Für eine spätere CO₂-Abscheidung ist das ungünstig, weil das CO₂ aus einem grösseren Gasstrom abgetrennt werden muss.

Mit vier verglichenen Varianten und fünfzehn einheitlich bewerteten Kriterien wurden die Vorgaben des Pflichtenhefts erfüllt.

Fazit

Die Diplomarbeit zeigt, dass sich erprobte Teilfunktionen zu einer durchgehenden Lösung vom Rostende bis zum Containerbahnhof verbinden lassen, die bei Betriebssicherheit und Luftabschluss besser abschneidet als das direkte Containerkonzept. Empfohlen wird, die Kombination weiterzuentwickeln. Funktionsvergleich, Bewertung und Simulationsmodell stehen der Martin AG für weitere Projekte und Kundengespräche zur Verfügung.