OptiChip. Optimierung der Emissionen von Holzhackschnitzel Kleinfeuerungsanlagen durch geeignete Brennstoffauswahl und Verbrennungsführung

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1 Optimierung der Emissionen von Holzhackschnitzel Kleinfeuerungsanlagen durch geeignete Brennstoffauswahl und Verbrennungsführung Dr. Volker Zelinski FNR Vortragsveranstaltung Biomasseheizungen 2015: Holzbrennstoffe und Feuerungstechnik vor dem Hintergrund strengerer Emissionsanforderungen Domäne Schladen- Achim

2 Projektziele Identifizierung geeigneter Holzhackschnitzelqualitäten für den Einsatz in Kleinfeuerungsanlagen ohne zusätzliche Filteranlagen. Auswahl von Hackschnitzelsortimenten zur Optimierung der Betriebszustände der Feuerungsanlagen Erstellung eines Modellbrennstoffes, marktverfügbar aber auch als Prüfbrennstoff verwendbar Etablierung von Verbrennungseinstellungen, mit denen die Staub und CO-Grenzwerte der 1. BImSchV unter Praxisbedingungen eingehalten werden. Verbrennungsversuche mit verschiedenen Hackschnitzelsortimenten und dem Modellbrennstoff mit dem Ziel a) Verbrennungsführung optimieren b) Ermittlung des Einflusses verschiedener Hackschnitzelqualitäten auf die Emissionen Charakterisierung der Hackschnitzel und Aschen und Korrelation zu Emissionen Erstellen von Empfehlungen für die Brennstoffauswahl sowie die Regelung der Feuerung zur Einhaltung der Grenzwerte der 1. BImSchV. 2/14

3 Teilprojekte und Projektpartner Theoretische und methodologische Entwicklungen und Untersuchungen HAWK Hochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen Prof. Dr.-Ing. Achim Loewen, Dr. Volker Zelinski 3N Dienstleistungen GmbH Michael Kralemann Experimentelle Unterstützung und Verbrennungsuntersuchungen Ostfalia Hochschule für Angewandte Wissenschaft Prof. Dr.-Ing. Benno Lendt, Torge Schumacher Technologie und Förderzentrum (TFZ) Dr. Hans Hartmann, Dr. Daniel Kuptz Domäne Schladen-Achim Philip von Kaufmann Gefördert durch: 3/14

4 Abstimmung mit qualis und Hackzert qualis Absprache bezüglich der Brennstoffe, die in 2. Versuchsphase eingesetzt werden Definition und Herstellung/Auswahl eines Modell- bzw. Prüfbrennstoffes Abstimmung der Analysenpläne für eine gute Vergleichbarkeit der Ergebnisse HackZert Definition der Schnittstelle zwischen Brennstoffcharakterisierung während der Bereitstellungskette und der Produktzertifizierung Definition und Herstellung/Auswahl eines Modell- bzw. Prüfbrennstoffes 4/14

5 Arbeitspakete der Teilprojekte Teilvorhaben 1 Teilvorhaben 2 Teilvorhaben 1 AP 1.1 AP 2.1 AP2.2 AP Auswahl und Beschaffung der Brennstoffe 2. Herstellung eines Modellbrennstoffes 2. Literaturrecherche zu verfügbaren Daten 1. Verbrennungsversuche, optimiert in Bezug auf Emissionen und Brennstoffcharakteristik 2. Emissionsmessungen Ableitung einer Korrelation zwischen Brennstoffcharakteristik und den Prozessbedingungen Ableitung einer Korrelation zwischen Brennstoffcharakteristik und den Prozessbedingungen AP 1.2 AP 1.4 Chemisch-physikalische Charakterisierung der Brennstoffe: 1. Untersuchung der Brennstoffe 2. Untersuchung der Verbrennungsasche Erstellen von Handlungsempfehlungen für die Praxis 5/14

6 Versuchsanlagen Guntamatic Powerchip kw, Einschubfeuerung mit Treppenrost Guntamatic Heiztechnik GmbH HDG Bavaria GmbH HDG Compact kw, Einschubfeuerung mit Kipprost 6/14

7 Verbrennungsversuche Phase I Optimierung der Verbrennungsparameter/-steuerung 2 Brennstoffe Ecolohe GmbH, flockets weiß (Sägerestholz/Fichte, WG < 15 %, AG < 1 %, P31S) Holz Reimann, (Nadelholz, WG ca. 30 %, AG < 1 %, P31S) Optimierung folgender Verbrennungsparameter Primärluft-/Sekundärluftzufuhr CO 2 in der Abluft Lastzustand (Volllast, Teillast 30 %) 7/14

8 Verbrennungsversuche Phase II Untersuchung des Brennstoffeinflusses auf Emissionen Optimierte Verbrennungs-Parameter aus Versuchsphase 1 Untersuchte Brennstoffe: Partikelgröße Wassergehalt Aschegehalt Baumart Lastzustand Anz. Wiederholungen P16, F 10 % 1) ca. 20 % < 1% Fichte 100% 3 P16, F 15 % 1) ca. 20 % < 1% Fichte 100% 3 P45S < 15 % < 1% Fichte 100%/30% 3 P45S ca.30 % < 1% Mischholz 100% 3 P45S, F 10 % 1) < 15 % < 1% Fichte 100%/30% 3 P45S, F 10 % 1) ca.30 % < 1% Mischholz 100% 3 P16S ca.20 % < 1% Fichte 100%/30% 3 P16S ca.30 % < 1% Fichte 100% 3 Waldrestholz HS <= 30 % < 3 % Fichte 100% 3 Anzahl Varianten 36 1) Feinanteil aus HS hergestellt und in angegebenen Anteil zugesetzt 8/14

9 Emissionsmessungen Probenahme entsprechend 1. BImSchV CO, CO 2, O 2 und Temp. gemäß 1. BImSchV NO x und Kohlenwasserstoffe Staub jeweils mit 2 Methoden parallel HDG-Kessel: Referenzmethode (gravimetrisch) VDI 2066 Blatt 1 Wöhler-Methode (SM 87/SM 96) Guntamatic-Kessel: Testo-Methode (testo 380) Wöhler-Methode (SM 87/SM 96) Messzeit 3 x 15 min Erfassung der produzierten Wärmemenge 9/14

10 Brennstoffcharakterisierung Analytik und Klassifikation gemäß DIN EN ISO und -4 Parameter: Wassergehalt (WG) Aschegehalt (AG) Partikelgrößenverteilung / Feingutanteil Schüttdichte Chemische Parameter: K, Na, Ca, Mg Zn, Cd, Pb, Si Cl, S Zusätzlich chemische Untersuchung der Asche, so weit verfügbar 10/14

11 Erste Ergebnisse - Probenübersicht Versuchs Phase Anzahl Brennstoffe I 2 Probenzahl je Standort/ Brennstoff 9 10 Parameter Analytik (Anzahl Bestimmungen je Brennstoff) WG, Siebung 1) 19 Schüttdichte 8 AG, Heizwert, Chem. Analytik 8 1 je Versuch WG Ca. 6 I Asche 1 je Versuch Chem. Analytik Ca. 6 II 9 3 WG, Siebung 1) 3 Schüttdichte 3 AG, Heizwert, Chem. Analytik 3 1 je Versuch WG Ca. 9 II Asche 1 je Versuch Chem. Analytik Ca. 6 1) Zusätzlich Parallelbestimmungen der Partikelgrößenverteilung an Proben für die HDG- Anlage am TFZ und an der HAWK (Bestimmung der Messabweichung von 2 Laboren) 11/14

12 Erste Ergebnisse Brennstoffcharakterisierung 1) Parameter Brennstoff (Anlage) Wassergehalt (%) Partikelgr. Klasse ISO Partikelgr. Klasse ISO Feinanteil Klasse Aschegehalt (%) I Flockets weiß (Gunta.) 6,6 P31S (P45S) P16 F05 I (HDG) 6,4 P31S (P45S) P16 F05 0,3 I Reimann HS (Gunta.) 22,8 P45S (P31S) P16 F05 0,3 I (HDG) 21,4 II P45 HS (SiTro) (Gunta.) 11,0 F05 II (HDG) 12,5 II P45 HS (Gunta.) 28,0 F05 II (HDG) 30,5 1) Angaben als Mittelwerte der bisher durchgeführten Bestimmungen HAWK, Zelinski 12/14

13 Erste Ergebnisse Emissionsmessungen 1) Feuerungs Anlage Brennstoff (Anlage) Lastzustand WG (%) Staub 2) (mg/nm 3 ) CO (mg/nm 3 ) HDG compact, 50 kw Flockets weiß Reimann HS 100 % 6, % 6, % 21, % 21, Guntamatic Powerchip, 75 kw Flockets weiß / Reimann HS 100 % / 30 % 6,4 / 21, ) Alle Angaben beziehen sich auf 13 % Sauerstoff im Abgas 2) Die Werte aller eingesetzter Messverfahren und verwendeten Geräteeinstellungen wurden berücksichtigt 13/14

14 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Volker Zelinski HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim/Holzminden/Göttingen Fakultät Ressourcenmanagement Labor für Brennstoff-, Boden- und Umweltanalytik Büsgenweg 1a Göttingen Telefon: / Telefax: / zelinski@hawk-hhg.de Internet: