FRESBI:»Optimierung der FRaktionsabscheidegrade Elektrostatischer Staubabscheider beim Einsatz in BIomassefeuerungen«

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1 FRESBI:»Optimierung der FRaktionsabscheidegrade Elektrostatischer Staubabscheider beim Einsatz in BIomassefeuerungen«Vorstellung Projektvorhaben 11.November 2015 Hannover, Agritechnica Martin Meiller Fraunhofer UMSICHT, Institutsteil Sulzbach-Rosenberg Folie 1

2 Vorstellung Projektvorhaben Agenda 1. Einführung 2. Fachlicher Hintergrund 3. Projektziele 4. Projektplan 5. Fazit Folie 2

3 Einführung Motivation Quelle: EU-Richtlinie zur Reduzierung der PM 10 und PM 2,5 Immissionen 1 Maßnahmen zur Umsetzung auf nationaler Ebene Folie 3

4 Fachlicher Hintergrund Fraktionsabscheidegrade unterschiedlicher Abscheider Zyklon und Wäscher nicht geeignet Filternde und elektrostatische Abscheider Kaltschmitt et al.: Energie aus Biomasse Grundlagen, Techniken und Verfahren, S.536, Springer, 2.Auflage, ISBN , Heidelberg, 2009 Folie 4

5 Fachlicher Hintergrund Fraktionsabscheidegrade elektrischer Abscheider E-Filter tauglich um auch Feinstaub abzuscheiden Geringere Abscheideleistung bei ca. 0,5 µm Kaltschmitt et al.: Energie aus Biomasse Grundlagen, Techniken und Verfahren, S.536, Springer, 2.Auflage, ISBN , Heidelberg, 2009 Folie 5

6 Fachlicher Hintergrund Abscheidemechanismen Diffusionsaufladung Feldaufladung Zwei Mechanismen Feldaufladung Diffusionsaufladung Bei um ca. 0,5 µm laufen beide Mechanismen nicht optimal. Kaltschmitt et al.: Energie aus Biomasse Grundlagen, Techniken und Verfahren, S.536, Springer, 2.Auflage, ISBN , Heidelberg, 2009 Folie 6

7 Projektziele Fragestellungen Wie wirksam sind marktverfügbare Filtersysteme gerade im bereich < PM 2,5? Ermittlung der Fraktionsabscheidegrade marktverfügbarer Elektrofilter für Biomassefeuerungen Ermittlung verteilungen bei der Verbrennung biogener Brennstoffe Unterschiedliche Einsatzstoffe, Leistungsgrößen und Filtertypen Wie können die Fraktionsabscheidegrade in den relevanten Bereichen verbessert werden? Identifikation von Optimierungsmaßnahmen Umsetzung und Bewertung von Optimierungsmaßnahmen Folie 7

8 Projektziele Projektpartner Projektkoordination Impaktormessungen Versuche mit zwei Filtern im UMSICHT-Technikum Versuchsauswertung Optimierung Messungen mit SMPS Versuche mit einem Filter in den Laboren der OTH Versuchsauswertung Optimierung Bereitstellung von Filteranlagen Unterstützung bei Integration und Inbetriebnahme der Filter Optimierung Folie 8

9 AP 2-4: Versuchsprogramm AP 1: Versuchsvorbereitung Projektplan Überblick über Arbeitspakete und Vorgehensweise Brennstoffe Biomassefeuerungen Analytik Rohgas AP 5: Analyse und Auswertung Einsatz verschiedener Filtertypen AP 6: Entwicklung von Optimierungsansätzen AP 7: Umsetzung und Bewertung der Optimierungsmaßnahmen Analytik Reingas AP 8: Dimensionierungs- und Betriebsstrategien Folie 9

10 AP 2-4: Versuchsprogramm AP 1: Versuchsvorbereitung Projektplan Brennstoffe Brennstoffe Holzpellets bzw. Holzhackschnitzel Stroh oder halmgutartiger Brennstoff nach 1.BImSchV 3 Nr.8 Biomassefeuerungen Analytik Rohgas AP 5: Analyse und Auswertung Einsatz verschiedener Filtertypen AP 6: Entwicklung von Optimierungsansätzen AP 7: Umsetzung und Bewertung der Optimierungsmaßnahmen Analytik Reingas AP 8: Dimensionierungs- und Betriebsstrategien Folie 10

11 AP 2-4: Versuchsprogramm AP 1: Versuchsvorbereitung Projektplan Feuerungen Brennstoffe Biomassefeuerungen Analytik Rohgas HDG 100 Rostfeuerung 100 kw HDG M300 Rostfeuerung 350 kw Mawera Rostfeuerung 440 kw Heizomat Rostfeuerung 40 kw AP 5: Analyse und Auswertung Einsatz verschiedener Filtertypen AP 6: Entwicklung von Optimierungsansätzen AP 7: Umsetzung und Bewertung der Optimierungsmaßnahmen Analytik Reingas AP 8: Dimensionierungs- und Betriebsstrategien Folie 11

12 Projektplan Feuerungen Heizomat HSK-RA kw Starrer Rost Aschekette Hackschnitzel OTH Amberg-Weiden HDG Bavaria M kw Stufenrost HHS, Pellets, Späne UMSICHT HDG Bavaria C kw Stufenrost HHS, Pellets, Späne UMSICHT Mawera FSR kw Flachschubrost Biomasse UMSICHT Folie 12

13 AP 2-4: Versuchsprogramm AP 1: Versuchsvorbereitung Projektplan Filteranlagen Brennstoffe Biomassefeuerungen Analytik Rohgas Schräder Filterbox S: Einstufig, trocken Schräder Filterbox: Zweistufig, nassabreinigend Oekotube oekosolve: Aufdachvariante AP 5: Analyse und Auswertung Einsatz verschiedener Filtertypen AP 6: Entwicklung von Optimierungsansätzen AP 7: Umsetzung und Bewertung der Optimierungsmaßnahmen Analytik Reingas AP 8: Dimensionierungs- und Betriebsstrategien Folie 13

14 Projektplan Filteranlagen OekoTube Einstufig Manuelle, trockene Abreinigung Kamin als Abscheideelektrode Bis 40 kw Anschluss an Kamin Schraeder Filterbox S Einstufig Automatische, trockene Abreinigung Rohre als Abscheideelektrode kw Anschluss nach Kessel Schraeder Filterbox Zweistufig Automatische, nasse Abreinigung Schüttung als Abscheideelektrode kw Anschluss nach Kessel Folie 14

15 Projektplan Zuordnung Feuerung - Filteranlage 40 kw 100 kw 350kW 440 kw Folie 15

16 AP 2-4: Versuchsprogramm AP 1: Versuchsvorbereitung Projektplan Versuchsplan Brennstoffe Biomassefeuerungen Analytik Rohgas Analog in Roh- und Reingas Parallelisierung der Messungen Versuchsprogramm: Kontinuierliche Erfassung Prozessparameter Kont. Erfassung gasförmiger Emissionen Staubmessung gravimetrisch Staubmessung Kaminkehrermessung 13-stufiger Niederdruckkaskadenimpaktor SMPS AP 5: Analyse und Auswertung Einsatz verschiedener Filtertypen AP 6: Entwicklung von Optimierungsansätzen AP 7: Umsetzung und Bewertung der Optimierungsmaßnahmen Analytik Reingas AP 8: Dimensionierungs- und Betriebsstrategien Folie 16

17 Projektplan Messtechnik SMPS Scanning Mobility Particle Sizer 2, nm 0,3 10 µm DLPI 13-stufiger Niederdruck-Impaktor Dekati 30 nm 10 µm Mit Absolutfilter bis 0 nm Zyklon für >10 µm Verdünnungsstufen VDI 2066 In-Stack Messung Nach VDI 2066 Blatt 1 Plan- und Hülsenfilter Automatisierte, isokinetische Absaugung Kaminkehrer-Messung Testo 380 Beheizte Messonde 0 bis 300 mg/nm³ Messung durch Frequenzänderung Schwungmasse Folie 17

18 AP 2-4: Versuchsprogramm AP 1: Versuchsvorbereitung Projektplan Analyse und Auswertung Brennstoffe Biomassefeuerungen Sammlung und Aufbereitung der Versuchsergebnisse Diskussion der Versuchsergebnisse Workshop Optimierungsansätze Analytik Rohgas AP 5: Analyse und Auswertung Einsatz verschiedener Filtertypen AP 6: Entwicklung von Optimierungsansätzen AP 7: Umsetzung und Bewertung der Optimierungsmaßnahmen Analytik Reingas AP 8: Dimensionierungs- und Betriebsstrategien Folie 18

19 AP 2-4: Versuchsprogramm AP 1: Versuchsvorbereitung Projektplan Entwicklung von Optimierungsansätzen Brennstoffe Biomassefeuerungen Verweilzeit Strömungstechnische Gestaltung Elektrodenauswahl Anpassungen im Bereich MSR Analytik Rohgas AP 5: Analyse und Auswertung Einsatz verschiedener Filtertypen AP 6: Entwicklung von Optimierungsansätzen AP 7: Umsetzung und Bewertung der Optimierungsmaßnahmen Analytik Reingas AP 8: Dimensionierungs- und Betriebsstrategien Folie 19

20 AP 2-4: Versuchsprogramm AP 1: Versuchsvorbereitung Projektplan Umsetzung und Bewertung Brennstoffe Biomassefeuerungen Analytik Rohgas Methodische Auswahl und Bewertung der Optimierungsansätze Detaillierung der vielversprechendsten Lösungsansätze Umsetzung und Tests einzelner Maßnahmen Formulierung von Dimensionierungs- und Betriebsstrategien AP 5: Analyse und Auswertung Einsatz verschiedener Filtertypen AP 6: Entwicklung von Optimierungsansätzen AP 7: Umsetzung und Bewertung der Optimierungsmaßnahmen Analytik Reingas AP 8: Dimensionierungs- und Betriebsstrategien Folie 20

21 AP 2-4: Versuchsprogramm AP 1: Versuchsvorbereitung Projektplan Umsetzung und Bewertung Brennstoffe Biomassefeuerungen Analytik Rohgas Methodische Auswahl und Bewertung der Optimierungsansätze Detaillierung der vielversprechendsten Lösungsansätze Umsetzung und Tests einzelner Maßnahmen Formulierung von Dimensionierungs- und Betriebsstrategien AP 5: Analyse und Auswertung Einsatz verschiedener Filtertypen AP 6: Entwicklung von Optimierungsansätzen AP 7: Umsetzung und Bewertung der Optimierungsmaßnahmen Analytik Reingas AP 8: Dimensionierungs- und Betriebsstrategien Folie 21

22 Zusammenfassung Vorteile Allgemein Verkaufsargument Abscheidegrad Lenkungswirkung Faktor Gesundheit Anreize zur Optimierung Akzeptanz Zentrale Ergebnisse verteilungen Pellets, Hackschnitzel, Stroh Fraktionsabscheidegrade Übertragbarkeit für andere Filter Optimierungsansätze zur Verbesserung der Fraktionsabscheidegrade Erkenntnisse Agrarbrennstoff Daten zur Nutzung von Agrarbrennstoffen Erkenntnisse zum Abscheideverhalten bei Strohnutzung Optimierungsansätze Erkenntnisse im Bereich Messtechnik Vergleich gravimetrisch / Kaminkehrer Vergleich SMPS / DLPI Folie 22

23 Zusammenfassung Vorteile Allgemein Verkaufsargument Abscheidegrad Lenkungswirkung Faktor Gesundheit Anreize zur Optimierung Akzeptanz Zentrale Ergebnisse verteilungen Pellets, Hackschnitzel, Stroh Fraktionsabscheidegrade Übertragbarkeit für andere Filter Optimierungsansätze zur Verbesserung der Fraktionsabscheidegrade Erkenntnisse Agrarbrennstoff Daten zur Nutzung von Agrarbrennstoffen Erkenntnisse zum Abscheideverhalten bei Strohnutzung Optimierungsansätze Erkenntnisse im Bereich Messtechnik Vergleich gravimetrisch / Kaminkehrer Vergleich SMPS / DLPI Folie 23

24 Zusammenfassung Vorteile Allgemein Verkaufsargument Abscheidegrad Lenkungswirkung Faktor Gesundheit Anreize zur Optimierung Akzeptanz Zentrale Ergebnisse verteilungen Pellets, Hackschnitzel, Stroh Fraktionsabscheidegrade Übertragbarkeit für andere Filter Optimierungsansätze zur Verbesserung der Fraktionsabscheidegrade Erkenntnisse Agrarbrennstoff Daten zur Nutzung von Agrarbrennstoffen Erkenntnisse zum Abscheideverhalten bei Strohnutzung Optimierungsansätze Erkenntnisse im Bereich Messtechnik Vergleich gravimetrisch / Kaminkehrer Vergleich SMPS / DLPI Folie 24

25 Zusammenfassung Vorteile Allgemein Verkaufsargument Abscheidegrad Lenkungswirkung Faktor Gesundheit Anreize zur Optimierung Akzeptanz Zentrale Ergebnisse verteilungen Pellets, Hackschnitzel, Stroh Fraktionsabscheidegrade Übertragbarkeit für andere Filter Optimierungsansätze zur Verbesserung der Fraktionsabscheidegrade Erkenntnisse Agrarbrennstoff Daten zur Nutzung von Agrarbrennstoffen Erkenntnisse zum Abscheideverhalten bei Strohnutzung Optimierungsansätze Erkenntnisse im Bereich Messtechnik Vergleich gravimetrisch / Kaminkehrer Vergleich SMPS / DLPI Folie 25

26 Zusammenfassung Vorteile Allgemein Verkaufsargument Abscheidegrad Lenkungswirkung Faktor Gesundheit Anreize zur Optimierung Akzeptanz Zentrale Ergebnisse verteilungen Pellets, Hackschnitzel, Stroh Fraktionsabscheidegrade Übertragbarkeit für andere Filter Optimierungsansätze zur Verbesserung der Fraktionsabscheidegrade Erkenntnisse Agrarbrennstoff Daten zur Nutzung von Agrarbrennstoffen Erkenntnisse zum Abscheideverhalten bei Strohnutzung Optimierungsansätze Erkenntnisse im Bereich Messtechnik Vergleich gravimetrisch / Kaminkehrer Vergleich SMPS / DLPI Folie 26

27 FRESBI:»Optimierung der FRaktionsabscheidegrade Elektrostatischer Staubabscheider beim Einsatz in BIomassefeuerungen«Vielen Dank! Kontakt: Martin Meiller Thermische Verfahren Fraunhofer UMSICHT Institutsteil Sulzbach-Rosenberg An der Maxhütte Sulzbach-Rosenberg Telefon: martin.meiller@umsicht.fraunhofer.de Internet: Folie 27