DEUTAG West Zweigniederlassung der Basalt- Actien … · 6.1 Bestimmung der Schornsteinhöhe . H' 22 6.2 Berücksichtigung von Bebauung und Bewuchs 25 6.3 Geländeabhängige Korrektur

Müller-BBM GmbH Niederlassung Frankfurt Kleinbahnweg 4 63589 Linsengericht Telefon +49(6051)6183 0 Telefax +49(6051)6183 11 www.MuellerBBM.de M.Sc. Geoökol. Katharina Braunmiller Telefon +49(6051)6183 222 [email protected] 18. Mai 2016 M121032/01 BRA/MSB

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DEUTAG West Zweigniederlassung der Basalt-

Actien-Gesellschaft

Asphaltmischanlage in Wuppertal-Dornap

Schornsteinhöhenbestimmung nach Nr. 5.5 TA Luft (2002)

Bericht Nr. M121032/01

Auftraggeber / Betreiber: DEUTAG West Zweigniederlassung der Basalt-Actien-Gesellschaft Albert-Hahn-Straße 5 - 7 47261 Duisburg

Standort: 42327 Wuppertal-Dornap Ladebühner Straße Gemarkung Schöller Flur 27, Flurstück 89 (Teilfläche)

Anlage: Asphaltmischanlage gemäß Nr. 2.15 des Anhang 1 zur 4. BImSchV

Bearbeitet von: M.Sc. Geoökol. Katharina Braunmiller

Berichtsumfang: Insgesamt 34 Seiten

Akkreditiertes Prüflaboratorium nach ISO/IEC 17025

Müller-BBM GmbH Niederlassung Frankfurt HRB München 86143 USt-ldNr. DE812167190 Geschäftsführer: Joachim Bittner, Walter Grotz, Dr. Carl-Christian Hantschk, Dr. Alexander Ropertz, Stefan Schierer, Elmar Schröder

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Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung 3

1 Situation und Aufgabenstellung 5

2 Grundlagen des Gutachtens 6

3 Beschreibung der örtlichen Verhältnisse 8

4 Anlagenbeschreibung 11

4.1 Verfahrensbeschreibung Asphaltmischanlage 11

4.2 Technische Daten der Asphaltmischanlage (Auszug) 11

5 Emissionsdaten 15

5.1 Geplanter Kamin 15

5.2 Angesetzte Emissionsbegrenzungen 15

5.3 Ungünstigste Betriebsbedingungen 16

5.4 Abgasrandbedingungen 16

5.5 Emissionsmassenströme 18

6 Schornsteinhöhenbestimmung 22

6.1 Bestimmung der Schornsteinhöhe H' 22

6.2 Berücksichtigung von Bebauung und Bewuchs 25

6.3 Geländeabhängige Korrektur gemäß VDI 3781 Blatt 2 27

6.4 Kavitätszone 30

6.5 Festlegung der Schornsteinbauhöhe aufgrund der baulichen Gegebenheiten 31

6.6 Berücksichtigung benachbarter hoher Gebäude 34

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Zusammenfassung Die Deutag West Zweigniederlassung der Basalt-Actien-Gesellschaft betreibt in 42327 Wuppertal-Dornap, Ladebühner Straße eine alte Asphaltmischanlage (Bau-jahr 1955, Kernkomponenten 1970er-1990er Jahre). Diese Anlage soll durch eine neue Asphaltmischanlage auf dem in ca. 300 m Entfernung gelegenen Lager- und Brecherplatz (Gemarkung Schöller, Flur 27, Flurstück 89 Teilfläche) ersetzt werden.

Die geplante Asphaltmischanlage umfasst im Wesentlichen folgende Anlagenteile: Boxen- und Haldenlagerung Gesteinskörnungen und Ausbauasphalt, Vordosierung, Trocken- und Paralleltrommel jeweils mit Brenner, Heißelevator, Mischturm mit Sieb-maschine, Heißsilierung, Mischer und Waagen, Verladesilo, Entstaubungsanlage sowie Füller-, Bitumen- und Brennstofflagerung.

Die Anlage soll mit Kombinationsbrennern Braunkohlenstaub (BKS) / Heizöl EL für die Trockentrommel und Paralleltrommel ausgestattet werden. Die maximale Ge-samtfeuerungswärmeleistung beider Brenner wird dabei auf 19,8 MW begrenzt.

In Zusammenhang mit der Aufstellung eines vorhabenbezogenen Bebauungsplans (1225V - Östlich Ladebühner Straße) für die geplante Asphaltmischanlage wurde die Müller-BBM GmbH mit der Bestimmung der erforderlichen Schornsteinhöhe des Kamins nach Nr. 5.5 TA Luft (2002)beauftragt.

Die Berechnungen setzen dabei eine maximale Gesamt-Feuerungswärmeleistung der Brenner der Trocken- und Paralleltrommel von 19,8 MW voraus und sind für den Brennstoff BKS durchgeführt. Der Volumenstrom der Asphaltmischanlage sollte da-bei bei maximaler Feuerungswärmeleistung von 19,8 MW nicht unter 48.000 m³/h (i.N.tr.) liegen, die Abgastemperatur nicht unter 90 °C. Bei Teillast und geringeren Feuerungswärmeleistungen sind niedrigere Abgasvolumenströme bzw. Abgastempe-raturen möglich.

Gegenüber Nr. 5.2.4 Klasse IV TA Luft (2002) wurden reduzierte Emissionswerte für Stickstoffoxide und Schwefeloxide wie folgt angesetzt, weiter sind die nachfolgend genannten Emissionsmassenströme einzuhalten: • Stickstoffoxide, ang. als Stickstoffdioxid 0,28 g/m3

max. 26,6 kg/h

• Schwefeloxide, ang. als Schwefeldioxid 0,24 g/m3 max. 22,8 kg/h

Die angegebenen Emissionskonzentrationen beziehen sich auf den trockenen Volu-menstrom bei Normbedingungen und einem Bezugssauerstoffgehalt von 17 Vol.-%.


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Mit den obengenannten Randbedingungen und Emissionswerten ergibt sich, bezo-gen auf den Aufstellungsort (ca. 176 m ü. NN), eine erforderliche Mindestbauhöhe nach TA Luft von gerundet

H = 231 m ü. NN, das entspricht H = 55 m über dem Aufstellungsniveau (ca. 176 m ü. NN).

Mit dieser Höhe werden bei den oben genannten Randbedingungen die Anforderun-gen nach Nr. 5.5 TA Luft (2002) eingehalten, und ein ungestörter Abtransport mit der freien Luftströmung ist gewährleistet.

M.Sc. Geoökol. Katharina Braunmiller

Dieser Bericht darf nur in seiner Gesamtheit vervielfältigt, gezeigt oder veröffentlicht werden. Die Veröffentlichung von Auszügen bedarf der schriftlichen Genehmigung durch Müller-BBM. Die Ergebnisse in diesem Gutachten beziehen sich auf die für diese Untersuchung zur Verfügung gestellten Angaben und Planunterlagen.


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1 Situation und Aufgabenstellung Die Deutag West Zweigniederlassung der Basalt-Actien-Gesellschaft betreibt in 42327 Wuppertal-Dornap, Ladebühner Straße eine alte Asphaltmischanlage (Bau-jahr 1955, Kernkomponenten 1970er-1990er Jahre). Diese Anlage soll durch eine neue Asphaltmischanlage auf dem in ca. 300 m Entfernung gelegenen Lager- und Brecherplatz (Gemarkung Schöller, Flur 27, Flurstück 89 Teilfläche) ersetzt werden.

Die geplante Asphaltmischanlage umfasst im Wesentlichen folgende Anlagenteile: Boxen- und Haldenlagerung Gesteinskörnungen und Asphaltgranulat, Vordosierung, Trocken- und Paralleltrommel jeweils mit Brenner, Heißelevator, Mischturm mit Sieb-maschine, Heißsilierung, Mischer und Waagen, Verladesilo, Entstaubungsanlage sowie Füller-, Bitumen- und Brennstofflagerung.

Die Anlage soll mit Kombinationsbrennern Braunkohlenstaub (BKS)/Heizöl EL für die Trockentrommel und Paralleltrommel ausgestattet werden. Die maximale Gesamt-feuerungswärmeleistung beider Brenner wird dabei auf 19,8 MW begrenzt.

In Zusammenhang mit der Aufstellung eines vorhabenbezogenen Bebauungsplans (1225V - Östlich Ladebühner Straße) für die geplante Asphaltmischanlage wurde die Müller-BBM GmbH mit der Bestimmung der erforderlichen Schornsteinhöhe des Kamins nach Nr. 5.5 TA Luft (2002) 1 beauftragt.

1 Die Schornsteinhöhenbestimmung erfolgt nach der derzeit gültigen TA Luft 2002. Wir weisen darauf hin, dass mit der geplanten TA Luft 2017 die Berechnungsmethodik der Schornsteinhöhenbestimmung neu gefasst wird, wobei nach derzeitigem Stand wieder eine Altanlagenregelung (Nr. 5.5.5 TA Luft) aufgenommen werden wird.


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2 Grundlagen des Gutachtens Für das Gutachten wurden folgende Unterlagen zugrunde gelegt: Immissionsschutzrecht

[1] Gesetz zum Schutz vor schädlichen Umwelteinwirkungen durch Luftverun-reinigungen, Geräusche, Erschütterungen und ähnliche Vorgänge – Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) in der Fassung der Bekanntmachung vom 17. Mai 2013 (BGBl. I S. 1274), zuletzt geändert durch Artikel 76 der Verord-nung vom 31. August 2015 (BGBl. I Nr. 35 S. 1474).

[2] Vierte Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über genehmigungsbedürftige Anlagen – 4. BImSchV) vom 2. Mai 2013 (BGBl. I S. 973, 3756), zuletzt geändert durch Artikel 3 der Ver-ordnung vom 28. April 2015 (BGBl. I S. 670).

[3] Erste Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft – TA Luft), GMBl Nr. 25-29 S. 511 vom 30. Juli 2002.

Schornsteinhöhenbestimmung

[4] VDI 3781 Bl. 2, Ausbreitung luftfremder Stoffe in der Atmosphäre; Schornstein-höhen unter Berücksichtigung unebener Geländeformen, August 1981.

[5] VDI 3782 Bl. 3, Ausbreitung von Luftverunreinigungen in der Atmosphäre; Berechnung der Abgasfahnenüberhöhung, Juni 1985.

[6] Software P&K 3781, Version 6.2.0.128, Fa. Petersen & Kade, Hamburg.

[7] LAI (2012): Merkblatt Schornsteinhöhenberechnung. Bund/Länder-Arbeits-gemeinschaft für Immissionsschutz, November 2012.

[8] UBA (2015): Bewertungen für die TA Luft Nr. 5.2.7.1.1. Krebserzeugende Stoffe. Umweltbundesamt, Projekt-Nr.: 43064, UBA-FB: 02095, Februar 2015.

[9] LAI (2015): Vollzugsempfehlung Formaldehyd, Bund/Länder-Arbeitsgemein-schaft für Immissionsschutz, 9. Dezember 2015.

Anlage und Standort

[10] Technische Beschreibung Fa. Benninghoven – Asphaltmischanlage Compe-tence Typ „BA 4000 U“ und "RA 200 HG", vom 03.12.2014.

[11] Lageplan Dornap-Neu (Entwurf), gezeichnet 14.03.2016, Zeichnungs-nummer: 6, Maßstab 1 : 1.000.

[12] Aufstellungsplan BA 4000 U – RPP + RA200HG Deutag / MA-Dornap, vom 25.06.2014, Zeichnungs-Nr. A1-4-140016, Index C, Benninghoven, zuletzt geändert am 05.08.2015, Maßstab 1 : 125.

[13] Unterlagen und Angaben des Betreibers zu den emissionstechnischen Daten der Anlage.


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Sonstiges

[14] TOP 50, Topografische Karte Nordrhein-Westfalen, CD-Version, M 1:10.000.

[15] Luftbild Google Earth, Copyright Google. Luftbild erstellt mit lizenzierter Version von Google Earth Pro.

[16] MagicMaps, CD-Version, M 1 : 50.000.


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3 Beschreibung der örtlichen Verhältnisse Der Standort der geplanten Asphaltmischanlage befindet sich auf dem aktuell als La-ger- und Brecherplatz genutzten Gelände (Gemarkung Schöller, Flur 27, Flurstück 89 Teilfläche) in 42327 Wuppertal-Dornap. Der geplante Aufstellungsort befindet sich damit ca. 300 m östlich zur bestehenden Asphaltmischanlage, welche durch die ge-plante Anlage ersetzt werden soll.

Die Umgebung ist industriell geprägt durch bestehende und ehemalige Kalkabbau-flächen sowie forst- und landwirtschaftliche Bereiche.

Der Standort der Asphaltmischanlage liegt in einer sanfthügeligen Landschaft, in un-mittelbarer Nähe zum Betriebsgrundstück befindet sich ein Kalkabbau (westlich bis nordöstlich) mit mehreren Seen. Das Grundstück ist südwestlich bis nördlich von Wald- und Baumbeständen umgeben.

Die geodätische Höhe des Betriebsgrundstücks liegt bei 176 m ü. NN, nach Süden steigt das Betriebsgelände auf ca. 190 m an. Die größten Steigungen in den hügeli-gen Gelände schließen sich südwestlich der Anlage mit Höhen bis ca. 205 m ü. NN und nordöstlich mit Höhen bis ca. 195 m ü. NN an.

In ca. 1,8 km Entfernung verläuft in Nord-Süd-Richtung die Autobahn A535. Ver-kehrstechnisch ist die Asphaltmischanlage über die Ladebühner Straße an die Bundesstraße B7 angeschlossen.

Nächstgelegen zur geplanten Asphaltmischanlage befindet sich ostnordöstlich ein einzelnes Wohngebäude in ca. 250 m Entfernung (Buntenbeck 32), weiterhin befin-den sich mehrere Wohnhäuser östlich der Anlage in ca. 0,4 km Entfernung, ebenfalls am Buntenbeck.

Weitere Wohnbebauung befindet sich südwestlich in ca. 0,5 km Entfernung (Neu-Dornap) und südöstlich bis südlich ab ca. 0,5 km Entfernung (Tesche). Der Abstand zum nördlich gelegenen Dornap beträgt ebenfalls ca. 0,5 km.

Der Standort sowie die Umgebung der Asphaltmischanlage sind aus den nachfolgen-den topografischen Karten und Luftbildern zu entnehmen.


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Abbildung 1. Anlagenstandort (rot markiert) sowie Umgebung der Asphaltmischanlage [14].


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Abbildung 2. Luftbild (Alt-Standort gelb, Neu-Standort inklusive Ausgleichsfläche rot umrandet) [13].

Abbildung 3. Auszug aus dem Plan Lageplan Dornap-Neu (Entwurf) [11].


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4 Anlagenbeschreibung 4.1 Verfahrensbeschreibung Asphaltmischanlage

Aus Gesteinskörnungen und Bitumen wird in der Anlage Asphaltmischgut für den Straßenbau hergestellt.

Über Dosiergeräte und Förderbänder gelangen die Gesteinskörnungen zur Trocken-trommel, durchlaufen diese im Gegenstrom zur Brennerflamme und werden dabei getrocknet und erhitzt.

Die Gesteinskörnungen werden anschließend über einen Heißelevator in den Misch-turm gefördert, über eine Siebmaschine nach Korngrößen getrennt und in Vorrats-bunkern (Heißsilierung) nach Korngrößen getrennt zwischengelagert. Je nach Rezept werden die Körnungen dann in den Mischer verwogen und mit Bindemittel und ggf. Zuschlagstoffen versetzt und gemischt.

Der Mischer entleert in eine Kübelbahn, die den Asphalt dann in ein Mischgut-Verla-desilo fördert. Aus dem Silo wird der Asphalt auf LKW verladen.

Ein Teil des angelieferten Ausbauasphaltes wird auf dem Anlagengelände gebrochen und gesiebt.

Für die Aufbereitung von Asphaltgranulat (Ausbauasphalt) ist die Anlage mit einer Paralleltrommel ausgerüstet. Das Asphaltgranulat wird in der Paralleltrommel nach dem Gegenstrom-Prinzip getrocknet und erwärmt. Das erhitzte Granulat gelangt über ein Zwischensilo und eine Waage in den Mischer der Asphaltmischanlage.

Die Trockentrommel, die Paralleltrommel und der Mischer werden abgesaugt und die Abgase zur Filterentstaubung geleitet, dort gereinigt und danach über einen Schorn-stein emittiert.

Der in der Filterentstaubung abgeschiedene Staub gelangt über Förderschnecken und Elevator in die Füllersilos und wird im Mischer als Fülleranteil dem Mischgut bei-gefügt.

Als Brennstoffe sind Braunkohlenstaub und Heizöl EL geplant.

4.2 Technische Daten der Asphaltmischanlage (Auszug)

Die nachfolgenden, für die Emissionen über den Schornstein relevanten Angaben sind Unterlagen des Betreibers zur geplanten Asphaltmischanlage [10] entnommen, ggf. ergänzt durch Angaben des Betreibers [13]. Zum Einsatz kann auch eine vergleichbare Anlage dieses oder eines anderen Herstellers kommen [13]. Asphaltmischanlage, bestehend aus:

Asphaltmischanlage: Hersteller: Benninghoven Typ: Competence Typ „BA 4000 U“ und

"RA 200 HG"


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Produktionsleistung (Dauerleistung): 240 t/h Dauermischleistung Mischleistung (Kurzzeitig): 320 t/h (bei Mischerinhalt 4.000 kg;

Mischzyklus 45 sec/Charge und gefüllter Heißsilierung)

Vordosierung: 20 Doseure Heißbecherwerk (Pos. 11.1 techn. Spez. [10]):

Förderleistung: 240 t/h Auslaufhöhe: 35.860 mm Antriebsleistung: 45 kW Siebmaschine (Pos. 11.3 techn. Spez. [10]):

Typ: BS2 / 1200-4400 / 4-6 Absiebung: 6-fach Auslegung für: 35 % Sand 0 – 2 mm Gesamtsiebfläche: 48,2 m² Sanddeck 9,65 m² Siebleistung: 320 t/h, Kornfraktionen gemäß dem Technischen Regelwerk, bei Gleichmäßiger Beaufschlagung aller

Siebdecks Antrieb: 2 x 19 kW (Softstarter) Mineraltemperatur: max. 400 °C Mischer (Pos. 22.29 techn. Spez. [10]):

Typ: Doppelwellenzwangsmischer Mischerinhalt: 4.000 kg Antriebsleistung: 2 x 55,0 kW, 51 min-1 Trockentrommel (Pos. 3 techn. Spez. [10]):

Typ: TT 10.24 Abmessungen: Länge 10 m, Durchmesser 2,4 m Brenner Trockentrommel (Pos. 4 techn. Spez. [10]):

Brennertyp: EVO JET 3 FU K-Ö "Z" Baujahr: 2010 Fabrik-Nr.: 11547 Brennstoffe: Braunkohlenstaub, Heizöl EL Feuerungswärmeleistung: 16,6 MW Brennstoffdurchsatz BKS: max. 2.800 kg/h (Hu = 20,9 MJ/kg) Brennstoffdurchsatz Heizöl: max. 1.400 kg/h (Hu = 42,7 MJ/kg) Ventilatormotor: 16 kW


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Filterentstaubung (Pos. 8, 8.6 techn. Spez. [10]):

Leistung: 84.000 m³/h (i.N. feucht) Filterdurchsatz: 117.826 m³/h (i.B., feucht) Filterfläche: 1.331/1.294 m² (brutto/netto) Ratio: < 1,6 m³/m²min Anzahl Filtertaschen: 576 Absaugventilator (Pos. 8.16, 8.17 techn. Spez. [10]):

Leistung: 118.000 m³/h (i.B., feucht, 110 °C) Antriebsleistung: 160 kW (Frequenzgeregelt) Abgaskamin (Pos. 8.19 techn. Spez. [10]):

Innendurchmesser: 1,45 m Bauausführung: Stahlkamin Bauhöhe: festzulegen Horizontalkübelbahn (Pos. 18.5 techn. Spez. [10]):

Inhalt: der Charge angepasst Antrieb: 3 kW, frequenzgeregelt Auskleidung: Brinar Auslaufklappe: elektrisch beheizt und isoliert Beheizung: 2 x 0,8 kW Betätigung: el.- pneumatisch Mischgutverladesilo unter Mischturm (Pos. 18.2 techn. Spez. [10]):

Inhalt: 165 t Vorratssilo: 2 x ca. 75 t Direktverladung: 1 x ca. 15 t Überlauf / Überkorn: 7,5 t Isolierung: Seitenwände: 100 mm

Trichter: 100 mm Mischgutverladesilo hinter dem Mischturm (Pos. 18.3 techn. Spez. [10]):

Inhalt: 165 t Vorratssilo: 2 x ca. 80 t Isolierung: Seitenwände: 100 mm

Trichter: 140 mm Füllerversorgung (Pos. 16, 16.2 techn. Spez. [10]):

Füllersiloturm, bestehend aus 3 Kammern. Fremdfüller: 3 x 50 m³ Eigenfüller: 1 × 145 m³, Austrag mit Schnecke Aufsatzfilter: 15 m² Filterfläche


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Paralleltrommel (Pos. 22.29 techn. Spez. [10]):

Typ: RT 10.28 Prinzip: Gegenstromtrockner. Trommelrohrlänge: 10.000 mm Trommeldurchmesser: 2.800 mm Antrieb: 4 x 22 kW Wandstärke: 12 mm Isolierung: 80 mm Steinwolle Materialtemperatur: max. 130 °C Abgastemperatur: ca. 140 °C Frequenzumformer Antriebsmotor: 90 kW Heißgaserzeuger (Pos. 22.34 techn. Spez. [10]):

Zur Vermischung der Brenner-Heißgase und Trommelabgase in einer Gegenstrom-kammer. Die gemischten Heißgase (400 - 600 °C) werden zur Erhitzung des Asphalt-granulates der Recyclingtrommel zu geleitet. Brennkammer in hitzebeständiger Aus-führung. Außenmantel in Stahlblechkonstruktion (Drallblech brennerseitig hitzebe-ständig). Erhitzer 200 mm dick (80 kg/m³) isoliert und mit Aluminiumblech verkleidet. Anschluss für Brenner. Kompletter Heißgaserzeuger auf Grundrahmen montiert. Brenner Paralleltrommel (Pos. 24, 24.8 techn. Spez. [10]):

Brennertyp: EVO JET 3 FU K-Ö "Z" Brennstoffe: Braunkohlenstaub, Heizöl EL Feuerungswärmeleistung: 16,6 MW Brennstoffdurchsatz BKS: max. 2.800 kg/h (Hu = 20,9 MJ/kg) Brennstoffdurchsatz Heizöl: max. 1.400 kg/h (Hu = 42,7 MJ/kg) Stützbrenner Heizöl: ca. 70 kg/h Ventilatorleistung: 21.000 m³/h Ventilatorpressung: 350 mm WS Ventilatormotor: 33 kW Umluftventilator (Pos. 22.48 techn. Spez. [10]):

Volumenstrom: 70.000 m³/h Totaldruckerhöhung: 129 daPa Antriebsleistung: 45 kW Absaugventilator (Pos. 22.53 techn. Spez. [10]):

Ventilatorleistung: 73.000 m³/h (i.B., feucht, 110 °C) Volumenstrom: 70.000 m³/h Totaldruckerhöhung: 129 daPa Antriebsleistung: 45 kW


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5 Emissionsdaten 5.1 Geplanter Kamin

Im Zuge der Erneuerung der Asphaltmischanlage ist die Aufstellung eines Kamins mit einem Innendurchmesser von 1,45 m geplant, wobei die benötigte Höhe im vorlie-genden Gutachten zu berechnen ist.

5.2 Angesetzte Emissionsbegrenzungen

Angesetzt werden die Emissionsbegrenzungen relevanter Komponenten entspre-chend den Anforderungen der TA Luft (2002).

Ausnahme sind die Stickstoffoxide und Schwefeloxide, für die niedrigere Emissions-werte angesetzt werden als nach TA Luft erforderlich:

• Staub 20 mg/m³ Nr. 5.2.1 TA Luft

• Stickstoffoxide, ang. als Stickstoffdioxid 0,28 g/m³ Nr. 5.2.4 Klasse IV TA Luft

• Schwefeloxide, ang. als Schwefeldioxid 0,24 g/m³ Nr. 5.2.4 Klasse IV TA Luft

• Kohlenmonoxid 1,0 g/m³ Nr. 5.4.2.15 TA Luft (für BKS) (0,50 g/m3 sind anzustreben) 0,50 g/m³ Nr. 5.4.2.15 TA Luft (für Heizöl EL)

• Organische Stoffe, ang. als Gesamt-C 50 mg/m³ Nr. 5.2.5, 5.4.2.15 TA Luft

• Krebserzeugende Stoffe Kl. III (Benzol, 1,3-Butadien) 5 mg/m³ Nr. 5.2.7.1.1, 5.4.2.15 TA Luft (1 mg/m³ sind anzustreben)

• Formaldehyd 5 mg/m³ Nr. 5.2.7.1.1 TA Luft, LAI 2015 [9]

• Die Emissionswerte beziehen sich (nach Nr. 2.4 und 2.5 a) TA Luft) auf ein Abgas-volumen im Normzustand (273,15 K, 101,3 kPa) des trockenen Abgases.

Weiter beziehen sich die Emissionswerte nach Nr. 5.4.2.15 TA Luft auf einen Volu-mengehalt an Sauerstoff im Abgas von 17 vom Hundert.

Der gemessene Emissionswert für Gesamtstaub ist nach Nr. 5.1.2 letzter Absatz TA Luft nur für die Zeiten umzurechnen, in denen der gemessene Sauerstoffgehalt über dem Bezugssauerstoffgehalt liegt, da für Staub eine Abgasreinigungseinrichtung betrieben wird.


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5.3 Ungünstigste Betriebsbedingungen

Gemäß Nr. 5.5.3 TA Luft sind für die Kenngrößen der Temperatur (t), des Volumen-stroms des Rauchgases (R) und des Emissionsmassenstroms (Q) jeweils die Werte zu verwenden, die sich bei bestimmungsgemäßem Betrieb unter den für die Luftrein-haltung ungünstigsten Betriebsbedingungen ergeben.

Wesentlicher (höhenbestimmender) Parameter ist dabei der maximal zulässige Emissionsmassenstrom Q. Der maximal zulässige Emissionsmassenstrom Q (vgl. Kapitel 5.5) ergibt sich dabei aufgrund des Sauerstoffbezugs (hier von 17 Vol.-% O2) der zulässigen Emissionsgrenzwerte alleinig aus einer Verbrennungsrechnung aus der maximal zulässigen Feuerungswärmeleistung und hängt nicht vom (technischen) Volumenstrom R ab. Bei geringeren Feuerungswärmeleistungen ergeben sich gerin-gere resultierenden Schornsteinhöhen H', vgl. die Abhängigkeitsbetrachtung unter Kapitel 6.1.

5.4 Abgasrandbedingungen

Abgasvolumenstrom R

Der Volumenstrom R des Abgases ist ohne Umrechnung auf den Bezugssauerstoff-gehalt (also bei Betriebssauerstoffgehalt) nach den Vorgaben der Nrn. 2.4 und 5.5.3 der TA Luft im Normzustand nach Abzug des Feuchtegehaltes an Wasserdampf zu bestimmen. Dieser wird bei Asphaltmischanlagen primär durch die Leistung des Ex-haustors bestimmt.

Für die vorgesehene Entstaubungsanlage wird eine Entstaubungsleistung (Volumen-strom) von 84.000 m³/h (i.N. feucht) angegeben; in Praxis werden Entstaubungsan-lagen unterhalb der oberen Leistungsgrenze betrieben.

Die Leistung des (frequenzgeregelten) Absaugventilators (Exhaustors) mit 160 kW wird mit 118.000 m³/h (i.B., feucht, 110 °C) angegeben. Hieraus errechnet sich eine Abgasmenge von gerundet 84.000 m³/h (i.N. feucht), konsistent zur Entstaubungs-anlage. Dieser so berechnete Volumenstrom stellt die technisch realisierbare Ober-grenze des Volumenstroms (i.N. feucht) dar.

Durch die Frequenzregelung wird der (mit Leistungsreserven versehene) Exhaustor in Praxis unterhalb dieser technischen oberen Leistungsgrenze betrieben, bei typisch 50 – 75 %, in Abhängigkeit der Mischleistung (bei höheren Mischleistungen höher Volumenstrom). Für den zu betrachtenden Betriebszustand mit maximaler Feue-rungswärmeleistung (hier 19,8 MW) wird von einem Betriebspunkt bei ca. 75 %, und damit einem feuchten Volumenstrom von ca. 64.000 m³/h (i.N. feucht) ausgegangen.

Der – für die Schornsteinhöhenberechnung nach Nr. 5.5.3 TA Luft - als Parameter R zu verwendende trockene Volumenstrom ist unter Abzug der Feuchte zu berechnen; diese hängt (neben Verbrennungsfeuchte und Feuchte der Umgebungsluft) von der Feuchte der zu trocknenden Gesteinskörnungen (bzw. des Asphaltgranulats) ab.


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Die maximale Mischleistung von 320 t/h kann bei der maximalen Feuerungswärme-leistung von 19,8 MW nur erreicht werden bei einer mittleren Feuchte von max. 2,5 Gew.-% des zu trocknenden Gesteins/Ausbauasphalts (Mischleistung 320 t/h, ent-sprechend 288 t/h Gestein/Asphaltgranulat bei 90 Gew.-% Anteil; 2,5 Gew.-% Feuchte = 8 t/h, Temperaturerhöhung 160 °C, Außentemperatur 15 °C). Unter Abzug dieser durch Gestein/Asphaltgranulat eingebrachten Feuchte sowie der Feuchte aus Verbrennung und Außenluft (ca. 12.000 m³/h Feuchte) errechnet sich ein trockener Volumenstrom von 52.000 m³/h (i.N.tr., Betriebs-O2).

Bei einer mittleren Feuchte von 5,0 Gew.-% des zu trocknenden Gesteins/ Ausbau-asphalts errechnet sich eine mögliche (Dauer-)Mischleistung von 240 t/h (entspre-chend 216 t/h Gestein/Asphaltgranulat bei 90 Gew.-% Anteil; 5 Gew.-% Feuchte = 8 t/h, Temperaturerhöhung 160 °C, Außentemperatur 15 °C). Unter Abzug dieser durch Gestein/Asphaltgranulat eingebrachten Feuchte sowie der Feuchte aus Ver-brennung und Außenluft (ca. 16.000 m³/h Feuchte) errechnet sich ein trockener Volumenstrom von 48.000 m³/h (i.N.tr., Betriebs-O2).

Niedrigere Abgasvolumenströme führen zu einem geringeren kinetischen Auftrieb in der Berechnung nach VDI 3782 Bl. 3 [5].

Für die vorliegende Schornsteinhöhenbestimmung wird ein

- bei Betrieb mit maximaler Gesamt-Feuerungswärmeleistung von 19,8 MW

zu gewährleistender Abgasvolumenstrom von mindestens 48.000 m³/h (i.N.tr., Betriebs-O2) angesetzt. Dieser sollte – bei Volllastbetrieb mit maximaler Feuerungs-wärmeleistung von 19,8 MW – nicht unterschritten werden. Abgastemperatur t

Übliche am Kamin von Asphaltmischanlagen gemessene Abgastemperaturen liegen zwischen 80 °C bis 110 °C, wobei auch höhere und niedrigere Abgastemperaturen möglich sind.

Niedrigere Abgastemperaturen führen zu geringerem thermischem Auftrieb in der Be-rechnung nach VDI 3782 Bl. 3 [5].

Bei Betrieb der Anlage mit maximaler Feuerungswärmeleistung (hier 19,8 MW) sind eher Abgastemperaturen im Bereich bei 100 – 110 °C zu erwarten.

Für die Schornsteinhöhenbestimmung wird für den betrachteten Betriebszustand mit maximaler Feuerungswärmeleistung 19,8 MW konservativ eine etwas niedrigere Ab-gastemperatur von 90 °C angesetzt. Sauerstoffgehalt im Abgas

Für den Brennstoff Braunkohlenstaub ergibt sich aufgrund der Verbrennungsstöchio-metrie gegenüber Heizöl EL bei (für Asphaltmischanlagen durch den Exhaustor tech-nisch bestimmt) annähernd konstantem Abgasvolumenstrom ein etwas niedrigerer Sauerstoffgehalt. Konservativ ist daher die Verbrennungsrechnung mit dem vorge-sehenen Hauptbrennstoff BKS.


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Für den Betrieb mit dem Hauptbrennstoff BKS errechnet sich bei einer maximalen Feuerungswärmeleistung von 19,8 MW und einem Abgasvolumenstrom von 48.000 m³/h (i.N.tr., Betriebs-O2) ein Sauerstoffgehalt von 13,1 Vol.-% O2 (entspre-chend einer Luftzahl von 2,6, bezogen auf trockenes Abgas.). Angesetzte Abgasrandbedingungen

Für die Schornsteinhöhenberechnung wird eine Abgastemperatur t von 90 °C sowie ein Abgasvolumenstrom R von 48.000 m³/h (i.N.tr., 13,1 Vol.-% O2) für den Brenn-stoff BKS zugrunde gelegt.

Tabelle 1. Angesetzte Abgasrandbedingungen für Volllast (19,8 MW FWL) bei Einsatz von BKS.

Mündungstemperatur t 90 °C Betriebs-O2 (bezogen auf trockenes Abgase) 13,1 Vol.-%

Volumenstrom R (Norm, tr., Betriebs-O2) 48.000 m³/h

Kamindurchmesser

Der Mündungsdurchmesser (Innen) des geplanten Kamins der Asphaltmischanlage beträgt 1,45 m.

5.5 Emissionsmassenströme

Theoretischer Abgasvolumenstrom bei Bezugs-O2 von 17 Vol.-% und Betrieb der Anlage in Maximallast.

Zur Bestimmung der in der Schornsteinhöhenberechnung anzusetzenden Emissions-massenströme ist der theoretische Abgasvolumenstrom bei 17 Vol.-% O2 und bei Volllast zu ermitteln. Dieser ergibt sich aus der Berücksichtigung von einer maxima-len Feuerungswärmeleistung FWL in Summe beider Brenner von Trocken- und Pa-ralleltrommel von 19,8 MW.

Für den Betrieb mit dem Brennstoff BKS ergibt sich aus der Verbrennungsrechnung bei der maximalen Feuerungswärmeleistung von 19,8 MW (entsprechend einem Brennstoffdurchsatz von 3.188 kg/h BKS (22.358 kJ/kg2) bzw. einem spezifischen Energiebedarf3 von ca. 61,9 kWh/t (bei 320 t/h Mischleistung) ein auf den Bezugs-sauerstoffgehalt normierter Volumenstrom von gerundet 95.000 m³/h (i.N.tr., 17 Vol.-% O2).

2 Abweichend von den Angaben in der technischen Spezifikation (20.900 kJ/kg) wird für BKS ein typischer Heizwert für Rheinbraun-BKS zugrunde gelegt.

3 Aus einer Energiebilanzberechnung für die maximale Mischleistung von 320 t/h (288 t/h Gestein/ Asphaltgranulat, 16 t/h Füller, 16 t/h Bitumen), einer Gesteinsfeuchte von 2,5 Gew.-%, einer Tempera-turerhöhung von 160 °C (d. h. von 15 °C auf 175 °C Asphalttemperatur) sowie einen angenommen Wirkungsgrad von 95 % ergibt sich ein theoretischer Energiebedarf von 19,8 MW.


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Emissionsmassenstrom Q, betrachtete Emissionskomponenten

Die anzusetzenden Emissionsmassenströme Q ergeben sich aus den Emissions-grenzwerten sowie dem Abgasvolumenstrom bei Bezugssauerstoffgehalt 17 Vol.-% von 95.000 m³/h (i.N.tr., 17 Vol.-% O2) bei Einsatz von Braunkohlenstaub.

Für Stickstoffoxide und Schwefeloxide werden die so berechneten Frachten als Massenstrombegrenzungen festgelegt.

Formaldehyd

Formaldehyd wurde in der TA Luft 2002 nach Anhang 4 als organischer Stoff der Klasse I nach Nr. 5.2.5 TA Luft eingestuft Mit der Verordnung (EG) 605/2014 vom 05.06.2014 zur Änderung der CLP-VO (EG) 1272/2008 wurde Formaldehyd dagegen als krebserzeugend (R-Satz R45, H-Satz H350) eingestuft. Damit fällt Formaldehyd unter die Nr. 5.2.7.1.1 TA Luft und ist demnach derjenigen Klasse (I, II oder III) der Nr. 5.2.7.1.1 TA Luft zuzuordnen, deren Stoffen es in seiner Wirkungsstärke am nächsten steht. Nach der Verordnung (EU) 2015/491 der Kommission vom 23. März 2015 zur Änderung der Verordnung (EU) Nr. 605/2014 trat die Neueinstufung von Formaldehyd am 01.01.2016 in Kraft.

Eine Klassifizierung von Formaldehyd war unter anderem Gegenstand eines Projek-tes des Umweltbundesamtes (UBA, Projekt-Nr. 43 064) [8]. Eine Zuordnung von For-maldehyd zu einer Klasse der Nr. 5.2.7.1.1 TA Luft enthält diese Untersuchung nicht – für Formaldehyd wird eine Sonderfallregelung mit Schwellenwert, jedoch ohne Klassifizierung vorgeschlagen. Dieses wird in der Vollzugsempfehlung des LAI zu Formaldehyd (Dezember 2015) [9] umgesetzt, danach soll für Formaldehyd ein separater allgemeiner Emissionswert von 5 mg/m³ nicht überschritten werden, ohne eine Zuordnung zu den Klassen der Nr. 5.2.7.1.1 der TA Luft 20024. Ohne eine Klas-senzuordnung ist für Formaldehyd derzeit kein S-Wert ableitbar und damit bei der Schornsteinhöhenbestimmung nicht zu berücksichtigen.

Bei einer Zuordnung von des S-Wertes der Nr. 5.2.7.1.1 TA Luft Klasse III5 ergäbe sich bei dieser Massenkonzentration ein Q/S-Wert von 95 kg/h und somit wäre For-maldehyd nicht maßgeblich für die Schornsteinhöhe (H‘ = ca. 20 m). Bei höheren Massenkonzentrationen und/oder insbesondere niedrigerem S-Wert kann sich ein Einfluss auf die Schornsteinhöhenberechnung ergeben.

4 Im Rahmen der Novellierung der VDI 2283 sowie der TA Luft werden derzeit Untersuchungen zu Formaldehyd-Emissionen aus Asphaltmischanlagen durchgeführt. Gemäß dieser Messungen an mit BKS betriebenen Asphaltmischanlagen erscheint diese Emissionsmassenkonzentration einhaltbar.

5 Gemäß UBA, Projekt-Nr. 43 064 wäre, sofern eine Klassifizierung nach Risiko erfolgen soll, Formaldehyd der Nr. 5.2.7.1.1 TA Luft Wirkungsklasse III zuzuordnen.


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Schwefelwasserstoff

Weiter sind Schwefelwasserstoffemissionen aus dem Kamin von Asphaltmischanla-gen nicht gänzlich auszuschließen. Daher wurde - über die in Kapitel 5.2 dargelegten Emissionsbegrenzungen hinaus - zusätzlich die Emissionskomponente Schwefel-wasserstoff mit dem Emissionswert gemäß Nr. 5.2.4 Klasse II TA Luft betrachtet. Im vorliegenden Fall sind diese Schwefelwasserstoffgehalte nicht maßgeblich für die Kaminhöhe.

Staub

Für Staub darf nach Nr. 5.1.2 TA Luft eine Umrechnung nur für die Zeiten erfolgen, in denen der gemessene Sauerstoffgehalt über dem Bezugssauerstoffgehalt liegt, da für diesen Stoff eine Abgasreinigungsanlage betrieben wird. Im vorliegenden Fall liegt der erwartete Betriebssauerstoffgehalt unterhalb des Bezugssauerstoffgehalts von 17 Vol.-%. Andererseits ist auch ein Anlagenbetrieb bei ≥ 17 % O2 zulässig. Für Staub sind drei Grenzfälle zu betrachten:

a) Berechnung mit Betriebssauerstoffgehalt 13,1 %, in diesem Fall ist der Abgas-volumenstrom mit 48.000 m³/h (i. N. tr., 13,1 % O2) anzusetzen. Aus dem Emis-sionsgrenzwert nach TA Luft von 20 mg/m³ ergibt sich somit ein Emissionsmas-senstrom von 0,96 kg/h.

b) Berechnung mit dem technisch möglichen Volumenstrom (i.N. trocken). Der technisch maximal mögliche Volumenstrom beträgt 84.000 m³/h (i.N. feucht). Bei einer mittleren Gesteinsfeuchte von 2,5 Gew.% beträgt die durch Gestein/ Asphaltgranulat eingebrachte Feuchte unter Berücksichtigung der Feuchte aus Verbrennung und Außenluft ca. 12.000 m³/h. Damit beträgt der technisch maxi-mal mögliche trockene Volumenstrom 72.000 m³/h (i.N. trocken). Hiermit er-rechnet sich ein Emissionsmassenstrom von 1,44 kg/h.

c) Berechnung mit Bezugssauerstoffgehalt 17 %, in diesem Fall ist der Abgasvolu-menstrom von 95.000 m³/h (i. N. tr., 17 % O2) anzusetzen. Aus dem Emissions-grenzwert nach TA Luft von 20 mg/m³ ergibt sich somit für diesen Fall ein Emis-sionsmassenstrom von 1,90 kg/h. Bei theoretischen Sauerstoffgehalten von mehr als 17 % O2 hat eine Umrechnung auf 17 % zu erfolgen, so dass die ermit-telten 1,90 kg/h den maximal zulässigen Emissionsmassenstrom darstellen. In Praxis ist ein Volumenstrom von 95.000 m³/h (i. N. tr.) technisch nicht er-reichbar (maximaler technisch möglicher Volumenstrom von 84.000 m³/h (i.N. feucht)).

Im Folgenden wird für Gesamtstaub konservativ vom maximal zulässigen Emissions-massenstrom (1,90 kg/h) ausgegangen.

Die resultierenden Emissionsdaten sind aus der Tabelle 2 ersichtlich.


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Tabelle 2. Emissionsdaten bei Einsatz von Braunkohlenstaub (BKS).

SchornsteinAnzahl der Schornsteinzüge 1Innendurchmesser m 1,45Querschnittfläche m² 1,65Abgaskenngrößen im Schornstein Temperatur an der Mündung °C 90Betriebssauerstoffgehalt Vol.-% 13,1Bezugssauerstoffgehalt Vol.-% 17,0Volumenstrom Norm, trocken, Bezugs-O2 m³/h 95.000Volumenstrom Norm, trocken, Betriebs-O2 m³/h 48.000Stickstoffoxide - NO2-Anteil im Abgas (Erfahrungswerte / Messdaten) % 5

- max. NOx-Konzentration (als NO2) 1) g/m³ 0,28

- maximaler NO-Massenstrom kg/h 16,5 - maximaler NO2-Massenstrom kg/h 1,33 - maximaler NOx-Gesamtmassenstrom (als NO2) kg/h 26,6 - maximaler NO2-Massenstrom (mit 60%-Konvention) 2) kg/h 16,5S-Wert 0,10Q/S kg/h 165Kohlenmonoxid (CO) - maximale Konzentration 1) mg/m³ 1.000 - maximaler Massenstrom kg/h 95,0S-Wert 7,5Q/S kg/h 12,7Staub - maximale Konzentration 1) mg/m³ 20

- maximaler Massenstrom 3) kg/h 1,90S-Wert 0,08Q/S kg/h 23,8Schwefeloxide - maximale Konzentration 1) g/m³ 0,24 - maximaler Massenstrom kg/h 22,8S-Wert 0,14Q/S kg/h 162,9Gesamt-Kohlenstoff - maximale Konzentration 1) mg/m³ 50 - maximaler Massenstrom kg/h 4,75S-Wert 0,10Q/S kg/h 47,5Krebserzeugende Stoffe Klasse III (Benzol, 1,3-Butadien) - maximale Konzentration 1) mg/m³ 5,0 - maximaler Massenstrom kg/h 0,475S-Wert 0,005Q/S kg/h 95,0Gasförmige anorganische Stoffe (Schwefelwasserstoff)

- maximale Konzentration 1) mg/m³ 3,0 - maximaler Massenstrom kg/h 0,285S-Wert 0,003Q/S kg/h 95,0Formaldehyd

- maximale Konzentration 1) mg/m³ 5 - maximaler Massenstrom kg/h 0,4751) Konzentrationsangaben jew eils bezogen auf trockenes Abgas im Normzustand und 17 % O2

2) unter Berücksichtigung eines NO2-Anteils von 5% und eines Umw andlungsgrades von NO zu NO2 von 60 %

(Ziffer 5.5.3 TA Luft)


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6 Schornsteinhöhenbestimmung 6.1 Bestimmung der Schornsteinhöhe H'

Zur Bestimmung der Schornsteinhöhe nach Nr. 5.5.3 TA Luft sind die folgenden Parameter erforderlich:

d [m]: Innendurchmesser des Schornsteins oder äquivalenter Innendurch- messer der Querschnittfläche

t [°C]: Temperatur des Abgases an der Schornsteinmündung

R [m3/h]: Volumenstrom des Abgases im Normzustand nach Abzug des Feuchte- gehaltes an Wasserdampf

Q [kg/h]: Emissionsmassenstrom des emittierten luftverunreinigenden Stoffes aus der Emissionsquelle

Für t, R und Q sind jeweils die Werte einzusetzen, die sich bei bestimmungsgemä-ßem Betrieb unter den für die Luftreinhaltung ungünstigsten Betriebsbedingungen er-geben, insbesondere hinsichtlich des Einsatzes der Brenn- bzw. Rohstoffe.

Im vorliegenden Fall ist somit die Feuerung mit Braunkohlenstaub (BKS) bei Aus-schöpfung der zulässigen Emissionskonzentrationen anzusetzen. Der Volumenstrom R ist dabei für den Betriebssauerstoffgehalt anzusetzen, da keine Abgasreinigung für die bestimmenden Emissionskomponenten NOx und SOx vorgesehen ist und daher die maximalen Emissionsmassenströme auch in diesem Fall ausgeschöpft werden dürfen, für den Betriebssauerstoffgehalt aber ein geringerer Volumenstrom und somit ein geringerer thermischer Auftrieb (sowie eine geringere kinetische Überhöhung) wirksam wird.

Für die Ermittlung der Schornsteinhöhe nach Nr. 5.5.3 TA Luft ist daher der Volumen-strom R bei Betriebssauerstoffgehalt 13,1 % anzusetzen, für die Ermittlung des Emis-sionsmassenstroms Q der auf Bezugssauerstoffgehalt 17 % bezogene Volumen-strom.

Entsprechend der Vorgabe der Nr. 5.5.3 der TA Luft ist dabei von einer 60%igen Um-wandlung von NO zu NO2 auszugehen. Der Emissionsmassenstrom von NO ist also mit dem Faktor 0,6 zu gewichten, auf NO2 umzurechnen und zusammen mit der NO2-Emission an der Quelle als NOx (angegeben als NO2) in der Berechnung zu berück-sichtigen. Der Anteil von NO2 an der gesamten NOx-Emission im Abgas wurde auf der Basis von für den Anlagentyp typischen Werten mit 5 % angesetzt.

Die Emissionsmassenströme der einzelnen Schadstoffkomponenten werden mit dem Faktor S normiert (vgl. Anhang 7 der TA Luft). Für die Berechnung der emissionsbe-dingten Schornsteinhöhe ist die Schadstoffkomponente mit dem höchsten Q/S-Ver-hältnis maßgeblich.

Die die Schornsteinhöhe bestimmende Schadstoffkomponente sind die Stickstoff-oxide, angegeben als Stickstoffdioxid, mit einem Q/S-Wert von 164,9 kg/h.


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Die Eingangsdaten zur Schornsteinhöhenbestimmung sind in der Tabelle 3 zusammengestellt:

Tabelle 3. Daten für die Schornsteinhöhenberechnung.

Kamindurchmesser d 1,45 m

Mündungstemperatur t 90 °C

Betriebs-O2 13,1 %

Volumenstrom R (Norm, tr., Betriebs-O2) 48.000 m³/h

Höhenbestimmende Emissionskomponente NO2

Emissionsmassenstrom Q (NO2) (1) 16,5 kg/h

Emissionsmassenstrom Q/S (NO2) 165 kg/h (1) berechnet unter Berücksichtigung einer 60%igen Umwandlung von NO zu NO2

Anhand des Nomogramms nach Nr. 5.5.3 TA Luft ergibt sich eine Schornsteinhöhe H' von 33,6 m.

Die angesetzten Abgasrandbedingungen sind bei den angesetzten maximalen Emis-sionsmassenströmen (für NOx und SOx) konservativ:

Prüfung Schornsteinhöhe

Bei einem Volumenstrom R von 52.000 m³/h (i.N.tr., Betriebs-O2) (Mischleistung 320 t/h, mittlere Feuchte Gestein/Asphaltgranulat 2,5 Gew.-%) errechnet sich anhand des Nomogramms nach Nr. 5.5.3 TA Luft eine niedrigere Schornsteinhöhe H' von 30,5 m; insofern ist der betrachtete Betriebszustand (Mischleistung 240 t/h, mittlere Feuchte Gestein/Asphaltgranulat 5 Gew.-%, R = 48.000 m³/h (i.N.tr., Betriebs-O2)) konservativer.

Bei Teillastbetrieb mit Mischleistungen unter 240 t/h sind bei einer mittleren Feuchte für Gestein/Asphaltgranulat von 5 Gew.-% niedrigere Feuerungswärmeleistungen (als 19,8 MW) notwendig, so dass sich dann, bei konstanter Emissionskonzentration für NOx und SOx am angesetzten Grenzwert von 0,28 g/m³ bzw. 0,24 g/m³ geringere Emissionsmassenströme errechnen.

Bei konstanter Emissionskonzentration für NOx und SOx am angesetzten Grenzwert von 0,28 g/m³ bzw. 0,24 g/m³ ergeben sich aus einer Verbrennungsrechnung für den Brennstoff Braunkohlenstaub durch die jeweils geringeren Emissionsmassenströme niedrigere Schornsteinhöhen H'. Dieses gilt auch, wenn sich durch den frequenzge-regelten Ventilator bei konstanter Luftzahl (d. h. konstantem O2-Gehalt und konstan-ter Temperatur) ein niedrigerer Volumenstrom einstellt:


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Tabelle 4. Teillastbetrieb, Abhängigkeit der resultierenden Schornsteinhöhe H' von der Feuerungswärmeleistung6 (Konstant: T = 90 °C, 13,1 Vol.-% O2, Gesteinsfeuchte 5 Gew.-%, NOx = 0,28 g/m³, SOx = 0,24 g/m³)7.

FWL [in MW)

Mischleistung [in t/h]

Volumenstrom [m³/h i.N.tr., 13,1 Vol.-% O2]

H` [in m]

19,8 240 48.000 32,6

18,5 230 44.886 32,4

17,7 220 42.934 32,3

16,9 210 40.983 32,2

16,1 200 39.031 32,0

15,3 190 37.079 31,9

14,5 180 35.128 31,7

13,7 170 33.176 31,6

12,9 160 31.225 31,4

31,2

31,4

31,6

31,8

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32,2

32,4

32,6

32,8

30.000 32.000 34.000 36.000 38.000 40.000 42.000 44.000 46.000 48.000 50.000

H´(

in m

)

Volumenstrom (i.N.tr., in m³/h)

O2-Gehalt = Konst

Abbildung 4. Abhängigkeit der resultierenden Schornsteinhöhe H' von der Feuerungswärme-leistung (FWL); [Hinweis: Da der Volumenstrom die messbare Größe darstellt, wurde in der Graphik der Volumenstrom anstatt der FWL dargestellt. Die zugeordnete FWL ergibt sich aus obiger Tabelle.]

6 Bestimmende Eingangsgröße ist die Feuerungswärmeleistung FWL. Die angegebene Mischleistung ist die bei der angegebenen FWL und der Gesteinsfeuchte von 5 Gew.-% mögliche Mischleistung bei 5 % Bitumenanteil.

7 Die angegebenen Werte ergeben sich aus einer theoretischen Berechnung. In der Praxis sind Abwei-chungen möglich. Gezeigt werden soll die grundsätzliche Abhängigkeit. Die angegebenen Höhen H‘ wurden mit Formeln u. a. aus VDI 3781 Bl. 2 berechnet; hieraus ergeben sich geringe Abweichungen zu den mit Nomogramm ermittelten Höhen H‘.


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Bei höheren Volumenströmen ergibt sich ein größerer kinetischer Auftrieb der Abgasfahne und damit ebenfalls niedrigere Schornsteinhöhen H'.

6.2 Berücksichtigung von Bebauung und Bewuchs

Gemäß Nr. 5.5.4 TA Luft muss die Schornsteinhöhe H' um einen Zusatzbetrag erhöht werden, sofern die geschlossene, vorhandene oder nach einem Bebauungsplan zu-lässige Bebauung oder der geschlossene Bewuchs mehr als 5 % der Fläche des Be-urteilungsgebietes beträgt.

Dabei ist das Beurteilungsgebiet nach Nr. 2.3 des LAI-Merkblatts [7] wie folgt defi-niert:

Zu berücksichtigen ist ein Gebiet mit dem Radius des fünfzigfachen der nach Nomogramm ermittelten Schornsteinhöhe bzw. 1.000 m bei Schornsteinhöhen kleiner 20 m.

Der Zusatzbeitrag J' ist nach Nr. 5.5.4 TA Luft wie folgt definiert:

Mittlere Höhe der geschlossenen vorhandenen oder nach einem Bebauungsplan zulässigen Bebauung oder des geschlossenen Bewuchses über Flur.

Es wird die kreisförmige Fläche um den Schornstein mit einem Radius von 50 x Schornsteinhöhe H' = 50 x 34 m = 1.700 m8 (siehe Abbildung 5, blauer Kreis) betrachtet.

8 Bei H’ handelt es sich um die emissionsbedingte Schornsteinhöhe entsprechend Nr. 5.5.3 TA Luft, d. h. noch ohne den Zusatzbetrag J.


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Abbildung 5. Beurteilungsgebiet mit einem Radius R(H’) = 50 x H´ = 50 x 34 m = 1.700 m (blauer Kreis); der Anlagenstandort ist mit einem roten Punkt gekennzeichnet [14].

Innerhalb dieses Kreises (blau gekennzeichnet) befinden sich mehrere Wohn- sowie Industrie- und Gewerbegebiete u. a. der Stadt Wuppertal. Weiterhin liegen mehrere kleinere bis mittlere Waldbestände sowie landwirtschaftlich genutzte Flächen in die-sem Bereich.

Das vorgesehene Betriebsgelände ist zum Großteil von einem Wald und Baumbe-stand umgeben, die Baumhöhen liegen westlich bei ca. 20 m, nördlich und östlich bei ca. 15 m.


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Aufgrund der unmittelbaren Nähe der Baum- und Waldbestände wird die mittlere Höhe der geschlossenen vorhandenen Bebauung oder des geschlossenen Bewuch-ses J’ konservativ mit 20 m angesetzt.

Entsprechend dem Diagramm zur Ermittlung des Zusatzbetrages J nach Nr. 5.5.4 TA Luft ergibt sich aus dem Verhältnis J'/H ein Wert von 1,0 für das Verhältnis zwi-schen J und J'. Die Schornsteinhöhe H' ist daher um J = 20 m zu erhöhen. Die er-forderliche Schornsteinbauhöhe H ergibt sich damit aus der Addition von H' und J zu H = 53,6 m über Aufstellungsniveau.

6.3 Geländeabhängige Korrektur gemäß VDI 3781 Blatt 2

Die geodätische Höhe des Betriebsgrundstücks liegt bei ca. 185 m ü. NN.

Die Landschaft ist leicht hügelig strukturiert.

Aufgrund des leicht hügeligen Umfeldes der Anlage wird eine Korrektur gemäß VDI 3781 Blatt 2 [4] durchgeführt.

Zur Berücksichtigung der Geländestruktur wird das umliegende Gelände mit zwei Schnitten in Richtung der größten Steigungen (von Süden) nach Nordosten und (von Nordwest) nach Südosten parametrisiert.

Bei der Korrektur gemäß VDI 3781 Blatt 2 wurden die Schemata Stufe, Tal und Welle bzw. Berg und Stufe geprüft.

Abbildung 6 zeigt die räumliche Lage der für den Standort gewählten Geländeprofile. In Abbildung 7 f. sind die Geländeprofile sowie die Lage des Betriebsgeländes dar-gestellt.


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6. 2

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Abbildung 6. Richtungen und Verlauf der Geländeschnitte; Anlagenstandort (Kamin) bei Schnitt.

Bei dem Geländeschnitt in Süd-Nord-Richtung passen die Schemata Welle und Tal am besten zu dem Gelände im Nahbereich und bei dem in Ost-West-Richtung das Schema Berg und sind dabei nach VDI 3881 Blatt 2 maßgeblich. Die Schemata für den Süd-Nord-Schnitt sind konservativer als für den Ost-West-Schnitt, d. h. es be-rechnet sich daraus ein etwas höherer Aufschlag. Bei den dabei ähnlich gut passen-den Schemata Tal und Welle ist bei ersterem der Aufschlag etwas größer. Dieser wird daher im vorliegenden Fall in konservativer Herangehensweise berücksichtigt.


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Tabelle 5. Geländeabhängige Korrektur gemäß VDI 3781 Blatt 2.

Schnitt Beschreibung Schemata Höhe

Süd-Nord Tesche – Ladebühne - Saurenhaus

Stufe rechts rauf 54,2 m Stufe links rauf 53,7 m

Tal 55,0 m

Welle 54,3 m

Ost-West Kalksee – Tesche Stufe rechts rauf 53,7 m

Berg 53,6 m

Unter Berücksichtigung der Korrektur gemäß VDI 3781 Blatt 2 ergibt sich eine Schornsteinhöhe von H = 55,0 m über Aufstellungsniveau. Aufgerundet auf ganze Meter ergibt sich

H = 55 m über dem Aufstellungsniveau (ca. 176 m ü. NN.) bzw.

H = ca. 231 m ü. NN.

Abbildung 7. Höhenschnitt vom Anlagenstandort (Kamin = 0 m), in Parametrisierung mit Schemata „Stufe“ „Tal“ und „Welle“ [6] für Schnitt Tesche – Ladebühne – Anlage – Sauren-haus.


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Abbildung 8. Höhenschnitt vom Anlagenstandort (Kamin = 0 m), in Parametrisierung mit Schemata „Stufe“ „Tal“ und „Welle“ [6] für Schnitt Kalksee – Anlage – Tesche.

6.4 Kavitätszone

Unabhängig von der geländeabhängigen Korrektur muss nach VDI 3781 Blatt 2 Kapitel 1 für alle in Tälern oder überhaupt tiefer gelegenen Standorte mittels der im folgenden beschriebenen Zusatzbedingung geprüft werden, ob die freie Abströmung der Luft und damit auch der Abgase aus dem Tal gewährleistet ist. Dabei wird be-rücksichtigt, dass sich bei einer Anströmung quer zum Talverlauf innerhalb des Tales ein Leewirbel ausbildet, durch den die Schornsteinabgase herabdrückt bzw. am Auf-stieg gehindert werden können. Die kann zu einer Schadgasanreicherung innerhalb des Tales führen. Der Bereich im Lee des Strömungshindernisses bzw. unterhalb Taloberkante, wo sich dieser Leewirbel ausbildet, wird mit Kavitätszone bezeichnet. Diese Zone lässt sich durch eine von der Taloberkante ausgehende Linie mit 15° Neigung gegen die Horizontale abgrenzen. Es ist zu prüfen, ob die Schornsteinbau-höhe diese Linie durchbricht, d. h. ob die Bedingung der freien Abströmung erfüllt ist. Die Kaminmündung muss oberhalb dieser Kavitätszone liegen.

Im vorliegenden Fall liegt der vorgesehene Standort in hügelig strukturiertem Ge-lände. Die Geländesteigung im Umfeld der Asphaltmischanlage ist geringer als 15°, so dass die Kavitätszonenbedingung erfüllt ist.


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6.5 Festlegung der Schornsteinbauhöhe aufgrund der baulichen Gegebenheiten

Zusätzlich zu der schadstoff- bzw. umgebungsbedingten Festlegung der Schornstein-höhe ist zu überprüfen, ob die aufgrund der baulichen Gegebenheiten zu stellenden Mindestanforderungen nach Nr. 5.5.2 TA Luft erfüllt sind.

Demnach soll der Schornstein mindestens eine Höhe von zehn Meter über Flur und eine den Dachfirst um drei Meter überragende Höhe haben. Bei einer Dachneigung von weniger als 20 Grad ist die Höhe des (fiktiven) Dachfirstes unter Zugrundelegung einer Neigung von 20 Grad zu berechnen. Die Schornsteinhöhe soll jedoch das Zwei-fache der Gebäudehöhe nicht überschreiten.

Auf dem Gelände der Mischanlage sind im Wesentlichen folgende, höhenrelevante Anlagenteile vorhanden:

- Füllerturm (ca. 31 m)9

- BKS-Silo (ca. 20 m)10

- Mischturm (40,6 m, Oberkante Einhausung)

- Bitumentanks (ca. 14 m)

- RC-Absaughaube (ca. 36 m, Oberkante)9

Im vorliegenden Fall wird der Schornstein am Füllerturm (bauliche Höhe ca. 31 m) angelenkt aufgestellt, in unmittelbarer Nähe zum eingehausten Mischturm (max. 40,6 m) (siehe Abbildung 9).

9 Höhe abgeschätzt aus dem vorliegenden Aufstellungsplan. 10 Nicht in Aufstellungsplan enthalten; Betreiberangabe.


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Abbildung 9. Aufstellungsplanung der Asphaltmischanlage [12].

Unter Berücksichtigung der Bauhöhe des höchsten relevanten Anlagenteiles (geplan-ter, eingehauster Mischturm) mit max. 40,6 m über Flur (und einer Breite von ca. 6 m des höchsten Bereiches) folgt hieraus, dass der Schornstein gemäß Nr. 5.5.2 TA Luft mindestens eine Höhe von H = 45 m über Flur (gerundet auf ganze Meter) haben muss.


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Abbildung 10. Ansicht B Mischanlage: v. l. Kamin, Füllersilo, Mischturm mit Verladung [12].


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Abbildung 11. Ansicht RC-Anlage Mischanlage: v. l.: RC-Elevator, RC-Absaughaube, Paralleltrommel über Verladesilo, Bitumentanks [12].

6.6 Berücksichtigung benachbarter hoher Gebäude

Im näheren Umfeld um die geplante Asphaltmischanlage befinden sich nach den vor-liegenden Informationen keine größeren Gebäude, deren Einfluss auf die Abströ-mung des Schornsteins zu berücksichtigen wäre.


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