Verbrennung von Getreide Möglichkeiten und Grenzen

Transkript

1 Dipl.- Ing. Th. Hering Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft Verbrennung von Getreide Möglichkeiten und Grenzen

2 Inhaltsverzeichnis Einleitung A Brennstoffeigenschaften B Rechtliche Rahmensituation C Feuerungstechniken für Getreide D Zusammenfassung

3 Einleitung Ergebnisse der Versuche im Rahmen des FNR-Projektes Energetische Verwertung von Getreide und Halmgutpellets Unterauftragnehmer: VTI, IE, DBI-AUA, PTG Kooperationspartner: TLUG

4 Kontinuierliche Messung von: O 2, CO, CO 2, SO x, NO x, N 2 O Diskontinuierliche Messung von: Staub und HCl PCDD/F, Feinstaub

5 Im Projekt untersuchte Anlagen

6 Inhaltsverzeichnis Einleitung A Brennstoffeigenschaften B Rechtliche Rahmensituation C Feuerungstechniken für Getreide D Zusammenfassung

7 A Brennstoffeigenschaften Physikalisch-mechanische Brennstoffeigenschaften z.b. Schüttdichte Transport, Lagerdichte Wassergehalt Lagerung, Heizwert, Ausbrand Aschegehalt Auslegung Austragsystem, Staubemission Spelzanteil Schüttdichte, Zündverhalten, Ascheschmelzverhalten 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

8 Brennstoffeigenschaften 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

9 Brennstoffeigenschaften - Vergleich Rohaschegehalte 16,0 Rohaschegehalt [% d. TM] 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 Körner Stroh Ganzpflanze Holz 0,0 n = 2 5 n = 2 3 n = 2 5 n = 15 n = 5 n = 14 n = 52 n = 55 n = 51 n = 46 n = 47 n = 42 n = 2 88 n = 12 n = 51 Wi - Roggen Wi - Weizen Wi - Gerste Wi - Triticale Hafer Wi - Raps Wi - Roggen (Avanti) Wi - Weizen (Batis) Wi - Gerste (Theresa) Hafer Wi - Raps (Flämling s- (Express) lord ) Triticale - GP Pap pel Laubho lz Nadelholz MAX 2,0 1,9 3,0 2,1 4,9 4,8 8,4 12,8 9,3 10,9 12,0 7,6 4,5 1,2 2,2 MIN 1,5 1,3 1,9 1,6 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 1,6 2,5 2,1 3,5 4,4 5,5 6,3 6,5 8,0 8,0 5,0 2,0 0,6 0,8

10 Brennstoffeigenschaften - Vergleich Stickstoff 4,50 Stickstoffgehalt [% d. TM] 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 Körner Stroh Ganzpflanze Holz 0,50 0,00 n = 2 5 n = 2 3 n = 2 5 n = 15 n = 5 n = 14 n = 52 n = 55 n = 51 n = 46 n = 4 7 n = 4 2 n = n = 55 n = 41 Wi - Roggen Wi - Weizen Wi - Gerste Wi - Trit icale Hafer Wi - Raps Wi - Roggen (Avanti) Wi - Weizen (Batis) Wi - Hafer Wi - Raps Gerste (Flämlingslo rd (Express) (Theresa) ) Trit icale - GP Pappel Laubholz Nadelholz MAX 1,97 2,59 2,22 2,18 2,27 3,85 1,13 0,93 1,27 1,13 1,49 1,42 1,22 2,66 0,28 MIN 1,51 2,10 1,59 1,66 1,54 3,21 0,33 0,28 0,29 0,22 0,42 0,38 0,19 0,11 0,07 MW 1,72 2,36 1,96 1,91 1,87 3,51 0,59 0,58 0,63 0,53 0,76 1,06 0,56 0,49 0,14

11 Brennstoffcharakteristik Vergleich Ascheschmelzverhalten Temperatur [ C] Schmelztemperatur ST ET SphäT HKP FT Wi-Roggen Wi-Weizen Wi-Gerste* Haf er Wi-Raps Triticale-GP Wi-Roggenstroh Wi-Weizenstroh Wi-Gerstenstroh Haf erstroh Wi-Rapsstroh Laubholz* Nadelholz*

12 Inhaltsverzeichnis Einleitung A Brennstoffeigenschaften B Rechtliche Rahmensituation C Feuerungstechniken für Getreide D Zusammenfassung

13 B Rechtliche Rahmenbedingungen Relevante Emissionsgrenzwerte beim Einsatz von festen Bioenergieträgern (nach 4. BImSchV [TA-Luft] bzw. 1. BImSchV) Anlagengröße relevante Bezugs- Emissionsgrenzwerte Einsatz von Getreide bzw. Ganzpflanzen in Anlagen der 4.BImSchV möglich Vorschrift sauerstoff CO Staub Ges.-C NO x SO 2 Vol. % g/m 3 n mg/m 3 n mg/m 3 n mg/m 3 n g/m 3 n Emissionsgrenzwerte bei der Verfeuerung von unbehandeltem Ho lz ab 100 < 15 kw nach Ziffer 1.3 d. keine Anhanges Emissionsbeschränkungen der 4. BImSchV genehmigungsbedürftig kw 1.BImSchV kw 1.BImSchV kw 1.BImSchV kw 1.BImSchV 13 0, ,5 MW TA-Luft 11 0, ,0 2,5-5 MW TA-Luft 11 0, , MW TA-Luft 11 0, ,0 Vereinfachtes Verfahren bis 1 MW th nach 19 BImSchG Förmliches Verfahren ab 1 MW th nach 10 BImSchG Besondere Regelung beim Einsatz von Stroh und ähnlichem pflanzlichen Material < 15 kw kein Einsatz von Halmgut erlaubt ab 50 MW nach Ziffer 1.1 d. Anhanges der 4. BImSchV genehmigungsbedürftig kw 1.BImSchV kw TA-Luft 11 0, , MW TA-Luft 11 0, ,0 Zusätzlich können weitere Grenzwerte aus den allgemeinen Anforderungen der TA- Luft herangezogen werden. Dies betrifft neben bestimmten Staubinhaltsstoffen auch weitere organische und anorganische Komponenten u.a. HCl, PCDD/F

14 Kein Einsatz von Getreide bzw. Ganzpflanzen in Anlagen der 1.BImSchV möglich Ausnahmen nach BImSchV bislang: Bayern (BSUGV): Baden-Württemberg (UmBW): nur Getreide von Flächen auf welchen mind. 1 Jahr kein chlorhaltiger Mineraldünger eingesetzt wurde Anlagen auf Prüfstand (13 % O 2 ) NOx < 500 mg/m³ und Staub 75 mg/m³ Anlagen in Praxis (13 % O 2 ) nur in Betrieben der Land- und Forstwirtschaft, Gartenbau sowie agrargewerblichen Sektor bis 50 kw: Staub 100 mg/m³ CO 1,0 g/m³ über kw: Staub 75 mg/m³ CO 0,5 g/m³ nur bauartgeprüfte Anlagen von kW Anlagen auf Prüfstand (13 % O 2 ) NOx < 500 mg/m³ und Staub 75 mg/m³ 15 bis 50 kw: CO 0,5 g/m³ über kw: CO 0,25 g/m³ Anlagen in Praxis (13 % O 2 ) in Betrieben der Land- und Forstwirtschaft, Gartenbau sowie agrargewerblichen Sektor 15 bis 50 kw: Staub 100 mg/m³ CO 1,0 g/m³ über kw: Staub 75 mg/m³ CO 0,5 g/m³ in sonstigen Fällen 15 bis 50 kw: Staub 20 mg/m³ CO 1,0 g/m³ über kw: Staub 20 mg/m³ CO 0,5 g/m³

15 Ausnahmen nach BImSchV für: NRW (MUNLV): nur Getreidekörner und Bruchkörner einsetzbar, welche nicht als Nahrungsmittel verwendbar sind kein Einsatz von Getreideganzpflanzen und Getreidereinigungsresten nur bauartgeprüfte Anlagen von kw Anlagen auf Prüfstand (13 % O 2 ) NOx < 500 mg/m³, Staub 75 mg/m³, CO 15 bis 50 kw: 0,5 g/m³, kw: 0,25 g/m³ Anlagen in Praxis (13 % O 2 ) 15 bis 50 kw: Staub 130 mg/m³ über kw: Staub 110 mg/m³ CO 1,0 g/m³ CO 0,5 g/m³ nur in Betrieben der Land- und Forstwirtschaft, Gartenbau sowie dem agrargewerblichen Sektor Feuerungsanlage ist mit Pufferspeicher zu betreiben Ausnahmeregelungen gelten unter Vorbehalt der Novellierung der 1. BImSchV!

16 Inhaltsverzeichnis Einleitung A Brennstoffeigenschaften B Rechtliche Rahmensituation C Feuerungstechniken für Getreide D Zusammenfassung

17 C Feuerungsanlagen Einzelsyteme Kombinierte Systeme mit Hackschnitzeln bzw. mit Holzpellets z.t. mit Scheitholz

18 Kohlenmonoxid-Emissionen Ferro, 23 kw th

19 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

20 Kohlenmonoxid-Emissionen Reka, 25 kw th

21 Holzpelletanlage in Kombination mit Scheitholzanlage als getreidetauglich ausgewiesene Holzpelletanlage der Firma Baxi (Dk) 23 kw th

22 Zündung von Getreide erfolgt bei ca. 400 C später als bei holzartigen Brennstoffen

23 Kohlenmonoxid-Emissionen Baxi, 23 kw th

24 Rückstandscharakteristik - Aschegehalt / Schlacke Asche- und Schlackeanteile [m-% vom Brennstoff] 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 Wi-Roggen Wi-Roggen markiert Getreide Brennstoffmischung Wi-Roggen / DIN-HP Pellets WWKP Raps Wi-R a ps Sonstige Wi- Trit ic a le Wi-Weizen Wi-Gerste Hafer Industrieholzpellets DIN-HP Strohpellets Getreideabgänge Getreidestaub Asche 0,99 1,27 0,98 2,41 2,08 3,17 0,25 0,93 0,80 4,77 2,67 2,67 1,73 1,70 Schlacke 0,81 0,80 0,63 0,37 0,31 0,12 0,25 0,00 0,10 3,18 4,80 0,67 0,92 1,80 Schlacke Asche

25 Getreide mit höherem Ascheanfall (2,5 %) gegenüber holzartigen Brennstoffen (1%) aber niedriger als bei Stroh (6 %) Verschlackung von Getreideaschen erfolgt ab ca. 700 C vor allem bei Nacktgetreidearten wie Roggen, Weizen oder Triticale

26 NO x -Emissionen in Abhängigkeit vom Stickstoffgehalt im Brennstoff (Baxi, 23 kw th, 13 % O 2, TLL) 1200 NO2 [mg/nm³, tr.; 13 % O2] Holzhackschnitzel/Holzpellets Industrieholzpellets Mischungen Getreidekörner Rapskörner Mühlennebenprodukte y = 233,45Ln(x) + 686,7 R 2 = 0,8579 Korrelationskoeffizient: 0, ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 Stickstoffgehalt Brennstoff [% d. TM]

27 SO x -Emissionen in Abhängigkeit vom Schwefelgehalt im Brennstoff (Baxi, 23 kwth, 13 % O 2, TLL) 500 Holzhackschnitzel/Holzpellets Industrieholzpellets Mischungen 400 Getreidekörner Rapskörner Mühlennebenprodukte SO2 [mg/nm³, tr.; 13 % O2] y = 824,38x + 41,992 R 2 = 0,76 Korellationskoeffizient: 0, ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 Schwefelgehalt Brennstoff [% d. TM]

28 Thüringer Lehr-, Prüf- und Versuchsgut (Buttelstedt) Wärmeversorgung der Sozialgebäude Brennstoffe: Stroh- und Grüngutpellets Getreide Holzpellets Leistung: 40 kw th Umrüstung von: 250 kw th Ölfeuerung auf 40 kw th Biomasse

29 Kohlenmonoxid-Emissionen Agro 40, 40 kw th

30 Inhaltsverzeichnis Einleitung A Brennstoffeigenschaften B Rechtliche Rahmensituation C Feuerungstechniken f. Getreide & Halmgutpellets D Zusammenfassung

31 D. Zusammenfassung 1. Technik für die Ernte, Aufbereitung, Transport und Lagerung von Getreide, Stroh, Ganzpflanzen und Strohpellets ist etabliert und weitestgehend optimiert 2. Energetische Verwertung von Getreide und Halmgutpellets in Kleinfeuerungsanlagen ist technisch möglich. Herkömmliche Anlagen weisen z.t. Probleme beim Emissionsverhalten bzw. Verschlacken auf Lösungsansätze und Prototypen existieren! Hier ist mit erhöhten Investitionskosten besonders für die Aufbereitung des Brennstoffes, Entaschung und die Abreinigung des Rauchgases zu rechnen 3. Anlagen für die Vergasung von Getreide und Halmgutpellets sind in der Markteinführungsphase und weisen ein sehr gutes Emissionsverhalten auf (CO-, Staub-, NO x -Emissionen)

32 D. Zusammenfassung 4. Förderungen sind beim BMWI (Markt- und Anreizprogramm) bzw. den Wirtschaftsministerien der Länder zu beantragen jedoch fast ausschließlich für holzartige Alternativbrennstoffe 5. Getreide als Brennstoff bedarf der Einordnung als Regelbrennstoff der 1. BImSchV Markt schafft Entwicklung Erste Vorschläge sind erarbeitet! Genehmigungsverfahren und Überwachung für rechtlich zugelassene größere Anlagen für Getreide nach TA Luft, erfordern höhere Invest-, Verwaltungs- und Betriebskosten Je inhomogener der Brennstoff umso höher die Anforderungen an die Feuerungsanlage bzw. je einfacher die Feuerungsanlage umso höher die Anforderungen an die Homogenität des Brennstoffes.

33 Weitere Informationen unter bzw.

34