Fachgespräch Strohverbrennung

Transkript

1 Fachgespräch Strohverbrennung Möglichkeiten der energetischen Verwertung von Stroh und Energiegetreide Dornburg Dipl.- Ing. Th. Hering Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft

2 Inhaltsverzeichnis Einleitung A Brennstoffeigenschaften B Feuerungstechniken für Biobrennstoffe 1. Stroh- und Ganzpflanzenfeuerungsanlagen 2. Getreidefeuerungsanlagen C Rechtliche Rahmensituation D Zusammenfassung

3 Anteil erneuerbarer Energieträger am Bruttoinlandsenergieverbrauch Schweden Finnland Österreich Portugal Dänemark Italien Frankreich Spanien Griechenland Deutschland Niederlande Irland Luxemburg Belgien VK Zielwert der EU für EU Anteil in % Quelle: Eurostat TLL Jena, REINHOLD, WEIDEMANN / 2002, 4202_005

4 Nutzung alternativer Energieträger (in TWh/a) Photovoltaik Photovoltaik Geothermie 1 : 100 Geothermie Windenergie Windenergie Wasserkraft Stand 1995 möglich in 2010 Biomasse TLL Jena, REINHOLD, BREITSCHUH / 2002, 4202_003

5 Bioenergie Energieträger Flüssig Gasförmig Fest Wasserstoff Ethanol (Stärk e/zuck er) Benzinbeimischung Pflanzenöl Biogas Holzgas (Pyrolyse etc.) Gülle (Gülleverordnung) Gülle + Koferment (Abfallverordnung) Abfall Scheitholz Pellets Holz (W ald, Plantagen, Gebrauchtholz Scheitholz Hackgut Hackgut Schreddergut Stroh + Strohartige Pellets > 15 kw Ballen Methylester (Raps) Naturbelassen (Raps) BHKW (Zündstrahl) Gas-Otto-Mot or (Turbine) kw 1. BImSchV > 100 kw TA-Luft Siehe Holz LKW, Busse, PKW Stationärmotoren PKW, Traktoren Heizung BHKW Zentralheizung große Einzelobjekte > 15 kw < 1 MW (1. BImSchV) Nahwärme (ORC oder Spillingmotor) > 500 kw < 20 MW Kraftstoff Kraftstoff Brennstoff Einzelfeuerung < 15 kw (Kleinfeuerungsverordnung) Heizkraftwerke Kraftwerke > 1 MW (TA-Luft... 4 BImSchV) Keine bzw. minimale Fahrzeugumrüstung Motorenumrüstung Motorenumrüstung Spezialbrenner Gebrauchtholz

6 Inhaltsverzeichnis Einleitung A Brennstoffeigenschaften B Feuerungstechniken für Biobrennstoffe 1. Stroh- und Ganzpflanzenfeuerungsanlagen 2. Getreidefeuerungsanlagen C Rechtliche Rahmensituation D Zusammenfassung

7 Brennstoffcharakteristik physikalisch-mechanische Eigenschaften chemisch-stoffliche Eigenschaften A Anforderungen bei Bereitstellung z.b. Ernte, Bergung, Transport, Umschlag, Lagerung B Anforderungen bei Konversion z.b. Beschickungs-, Emissionsverhalten, Feuerungstechnik C Anforderungen bei Verwertung / Entsorgung der Rückstände z.b. Ascheverwertung

8 Brennstoffcharakteristik Physikalisch-mechanische Brennstoffeigenschaften z.b. Verdichtung (Press-/Lagerdichte) - Häcksel, Ballen, Pellets Geometrische Form (Abmaße) Wassergehalt Lagerung, Heizwert, Ausbrand Aschegehalt Auslegung Austragsystem, Staubemission Störstoffe (Beikrautanteil) Halmgutlänge (Stroh lang/kurz, Ganzpflanze) Chemisch-stoffliche Brennstoffeigenschaften z.b. Stickstoff NO x -Emissionen Schwefel SO x -Emissionen, Korrosion Chlor HCl-,PCDD/F-Emissionen, Korrosion Kalium Ascheschmelzverhalten, Korrosion Natrium Ascheschmelzverhalten, Korrosion Calzium Ascheschmelzverhalten Cadmium Ascheverwertung nach DVO

9 Brennstoffcharakteristik Vergleich der Press- und Schüttdichten (bei 85 % TS-Gehalt) Form Art / Sorte Dichte kg/m³ Häcksel Stroh Rundballen Stroh Quaderballen Gräser Quaderballen Stroh Quaderballen Getreideganzpflanzen Hobelspäne Holz Hackgut Fichte Sägemehl Holz Hackgut Buche Pellets Holz u. Stroh Getreidekörner Hafer Getreidekörner Gerste Getreidekörner Weizen/Roggen

10

11 Physikalisch-mechanische Parameter von Halmgutballen Exakte Ballenmaße z.b. 1,20 x 1,30 x 2,20 m (Z3150) FG < 20 %, keine Feuchtenester Gleiche Ballenlänge Geringer Beikrautanteil, < 10 % Gleiche Ballenbreite und ~ höhe Gleichmäßige Pressdichte > 120 kg/m³

12 Brennstoffcharakteristik - Vergleich Rohaschegehalte 16,0 Rohaschegehalt [in % d. TM] 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 Körner Stroh Ganzpflanze Holz 2,0 n= 0, Wi-Roggen Tr iticale Wi-Weizen Wi-Ger ste Haf er Wi-Raps Wi-Roggen Wi-Weizen Wi-Ger ste Haf er Wi-Raps Tr iticale- GP P appel Laubholz Nadelholz MAX 1,9 2,1 1,9 3,0 3,2 4,8 8,4 12,8 9,3 10,9 12,0 7,6 4,5 1,2 2,2 MIN 1,5 1,6 1,5 2,2 3,0 4,1 2,6 3,2 3,0 4,8 4,0 3,4 0,6 0,3 0,2 MW 1,7 2,0 1,7 2,5 3,1 4,4 5,5 6,3 6,5 8,0 8,0 5,0 2,0 0,6 0,8

13 Brennstoffcharakteristik - Vergleich Stickstoff 4,50 Stickstoffgehalt [in % d. TM] 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 Körner Stroh Ganzpflanze Holz 0,50 0, n = Trit ic ale Wi- Roggen Wi- Weizen Wi-Gerste Hafer Wi-Raps Wi- Roggen Wi- Weizen Wi-Gerste Hafer Wi-Raps Triticale- GP Pappel Laubholz Nadelholz MAX 1,78 2,09 2,47 2,13 2,10 3,85 1,13 0,93 1,27 1,13 1,49 1,42 1,22 2,66 0,28 MIN 1,51 1,66 2,10 1,59 1,54 3,21 0,33 0,28 0,29 0,22 0,42 0,38 0,19 0,11 0,07 MW 1,64 1,85 2,31 1,94 1,77 3,48 0,59 0,58 0,63 0,55 0,76 1,06 0,56 0,49 0,14

14 Brennstoffcharakteristik - Vergleich Chlor 2,00 Chlorgehalt [in % d. TM] 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 Körner Stroh Ganzpflanze Holz 0,20 0, n = Triticale Wi- Roggen Wi- Weizen Wi-Gerste Hafer Wi-Raps Wi- Roggen Wi- We iz e n Wi-Gerste Hafer Wi-Raps Triticale- GP Pappel Laubholz Nadelholz MAX 0,09 0,07 0,10 0,17 0,12 0,07 0,73 0,67 1,56 1,69 1,83 0,53 0,11 0,07 0,02 MIN 0,03 0,03 0,07 0,08 0,10 0,02 0,03 0,02 0,03 0,06 0,06 0,01 0,00 0,01 0,00 MW 0,07 0,05 0,08 0,13 0,11 0,04 0,24 0,23 0,43 0,64 0,58 0,16 0,02 0,02 0,01

15 Vergleich des Ascheschmelzverhaltens biogener Festbrennstoffe Temperatur [ C] Sinterpunkt Erweichungspunkt Schmelzpunkt Fließpunkt Nadelholz - allgemein (n=8) Ganzpflanzen - Triticale (n=33) Miscanthus (n=24) KUP - Pappel (n=9) Stroh - Raps/WiRo/WiGe/WiWei/Hafer (n=180) Getreidekörner - allgemein (n=13)

16 Inhaltsverzeichnis Einleitung A Brennstoffeigenschaften B Feuerungstechniken für Biobrennstoffe 1. Stroh- und Ganzpflanzenfeuerungsanlagen 2. Getreidefeuerungsanlagen C Rechtliche Rahmensituation D Zusammenfassung

17 Strohpotentiale und energetische Verwertung (Quelle: Thrän und Kaltschmitt, 2001) Angaben in % bzw. PJ/a Anteile in % FR DE UK 5 SP IT DK SE AU GR FI IR PT 0 abnehmendes Energiestrohpotenzial NL BE EU (15) DK DE UK FR IT SP BE GR NL AU IRL SE PT FI kein Potenzial kein Potenzial Erschließung des Aufkommens (%) Stroheinsatz (PJ/a)

18 Stroh- und Ganzpflanzenfeuerungsanlagen in Europa nach Anlagentypen (Quelle: Thrän und Kaltschmitt, 2001) Anlagentyp Anzahl Brennstoffeinsatz in PJ/a 9 Installierte Leistung Länder (in Klammern: Anzahl der Anlagen) (Heiz-)Kraftwerke MW el Dänemark (9), Großbritannien (1), Spanien (1) Fernwärmeanlagen 78 ca. 180 MW th Dänemark (58), Österreich (11), Schweden (4), Deutschland(2), Großbritannien (2) Finnland (1) Nahwärme-/Einzelanlagen ca Dänemark (ca ) Großbritannien (ca bis 3.000) Schweden (einige 100) (Heiz-)Kraftwerke Fernwärm eanlagen Nahwärme-/ Einzelanlagen A U, DE, FI DK SE SP UK

19 1. Stroh- und Ganzpflanzenfeuerungsanlagen diskoninuierliche und kontinuierliche Beschickung Rost-, Kipptisch-Einschubfeuerungen, Zigarrenbrenner Ganzballen: Mini-, Rund-, Heston-Großballen Strohhäcksel: Strohpellets: Zuführung über Schneckensysteme Pneumatische Systeme bzw. einsetzbare Brennstoffe: Getreidestroh, Ganzpflanze, Landschaftspflegeheu, Ölleinstroh, Rapsstroh,... Anlagen ab 100 kw unterliegen TA-Luft

20 Brennstoffkosten Heston-Ballen [nach Vetter] wesentliche Einflussfaktoren am Beispiel der Strohbereitstellung u.a. abhängig von Mittlere Kosten 1 Nährstoffwert Stickstoff, Phosphor, Kalzium, Magnesium 2 Strohpressen Invest.-kosten der Presseinrichtungen Einsatzzeiten (d/a, h/d) Umsetz- und Rüstzeiten Schlaggrößen Schwadabstände Strohertrag 3 Qualitätssicherung Wassergehalt Störstoff- und Beikrautanteil 4 Transport Entfernung Feld - Lager - Heizwerk Technik / Pressdichte / Lagerungsdichte 8,40 / t (84 % TM) 18,40 / t 2,00 / t 12,00 bis 15,00 / t 5 Verluste ca. 5 % Verluste 2,00 / t 43,00 bis 46,00 / t evtl. Zwischenlagerung verursacht Zusatzkosten für Ein- und Auslagerung, Lagerfläche, Transport, etc. 43,00 bis 60,00 / t

21 Ablage der Ballen in Reihen Einsatz von Heston-Ballenpresse und Ballensammelwagen Ballentransport mit Plattenwagen

22 Lagerung im Freien Balleneinlagerung mit Teleskoplader neue Lagerhalle herkömmliche Lagerhalle

23 Diskontinuierliche Stroh-Ganzballen-Feuerungen

24 Einziger deutscher Hersteller Fa. Herlt, Vielist (Preisliste: Stand Juni 2003) HSV kw / Anlage Nachlegeautomatik 500 kw th alle Preise inkl. Planung, Heizrauminstallation, Montage - 6 Jahre Garantie ohne Genehmigungskosten, Schornstein, Gebäudehülle, MwSt. 145 kw th

25 dänische Anlagen ca kw th

26 Kontinuierlich beschickte Strohfeuerungen z.b. Fa. Passat; Linka, Reka aus Dänemark mit Einsatz von Ballenauflöser

27 Agrargenossenschaft Oberlemnitz e.g. [Fa. Lin-Ka, Dk] Wärmeversorgung von Werkstätten, Büro und Sozialgebäude Brennstoff: Strohballen aufgelöst Leistung: 99 kw th

28 Lin-Ka Groß- und Rundballenteiler [Quelle: Firmenprospekt Lin-Ka] Typ Medi (für < 200 kw install ) Einfachtrommel inkl. Aufreißer, Schredder, Schnecke, Motoren, 2 m Bahn ca Typ Max (für > 200 kw install ) Doppeltrommel inkl. Aufreißer, Schredder, Schnecke, Motoren, 2 m Bahn ca

29 Vorschubrostfeuerung im Leistungsbereich 20 kw th bis 5 MW th Firma REKA (Dk) laut Hersteller geeignet für: Stroh, Holzhackschnitzel, Pellets, Getreide, etc. Halmguteinsatz in Kombination mit: Ballenauflöser und Abscheidetechnik

30 Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft (TLL), Jena Brennstoff: Stroh und Ganzpflanzen Kipptisch - Einschubfeuerung kontinuierliche Beschickung Leistung: 1,75 MW th mit einzelnen Scheiben Wärmeversorgung der TLL-Gebäude