Physikalisch-mechanische Brennstoffeigenschaften Signifikanz und Standarduntersuchungsmethoden

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1 Physikalisch-mechanische Brennstoffeigenschaften Signifikanz und Standarduntersuchungsmethoden Hans Hartmann Technology and Support Centre of Renewable Raw Materials TFZ Straubing, Germany Markku Herranen ENAS Oy, Jyväskylä Finland Eija Alakangas, VTT, Finland

2 Inhalt 1. Überblick 2. Relevanz der Parameter und Analysemethoden Feuchtegehalt Aschegehalt Schüttdichte Abriebsfestigkeit von Pellets/Briketts Korngrößenverteilung 3. Zusammenfassung

3 Qualitätscharakteristika in der Normung a) Verbrennungsbezogene Eigeschaften Feuchtegahalt EN Heizwert EN Flüchtige Bestandteile EN Aschegehalt EN Ascheschmelzverfahren EN b) Mechanische Eigenschaften Schüttdichte/Partikeldichte EN 15103/15150 Korngrößenverteilung EN Abriebsfestigkeit EN 15210

4 Feuchtegehalt Effekte der Feuchte Heizwert (pro Masseneinheit) und Energieinhalt (pro Volumseinheit) Gewichtsverlust/Brennstoffverlust (trockene Masse) Pilzwachstum und Sporenemissionen (Gesundheit) Eignung zur Verbrennung (priv. Bereich) Risiko der Selbstenzündung Effekte auf die Schüttdichte

5 Lagerung grüner Hackschnitzel: Gefahr der Selbstentzündung

6 Bestimmung des Feuchtegehalts Normative Methode EN 14774: Feste Biomassebrennstoffe Methoden zur Bestimmung des Feuchtegehalts Verfahren der Ofentrockung Teil 1: Gehalt an Gesamtwasser Referenzverfahren Teil 2: Gehalt an Gesamtwasser Vereinfachtes Verfahren Teil 3: Wassergehalt in gewöhnlichen Analyseproben Methode: Ofentrockung - Trockenschrank Probenmasse >300 g (Teil 1&2) Trocknungstemperatur: 105 ± 2 C Trocknungszeit: bis zur Gewichtskonstanz (16 24 h) Messgenauigkeit der Waage: 0,1 g

7 Aschegehalt Effekte des Aschegehalts Aschemenge zur Deponierung Boilerdesign Partikelemissionen im Abgas Heizwert (wf/waf)

8 Aschegehalt Einfluss des Aschegahlts auf Staubemissionen (49 kw Hackgutkessel) 700 mg/nm 3 (13 % O 2 ) Staubemissionen Hackgut und Pellets Halmartige und körnige Brennstoffe Regression für Holzbrennstoffe: y = 13,3 + 22,7 A R² = 0,67 (N = 79) Aschegehalt (A) (wf) %

9 Bestimmung des Aschegehalts Normative Methode EN 14775: "Feste Biobrennstoffe Verfahren zur Bestimmung des Aschegehaltes Methode: Berechnung auf Basis der Rückstände nach der Veraschung Probeneinwaage > 1 g Definierte Temperaturanstieg (5 /min) (RT -> 250 C in 50 min, für 60 min, 250 C -> 550 C in 60 min, für 120 min) Ofentemperatur: 550 ± 10 C Kühlung im Exikator Messgenauigkeit der Waage: 0,1 mg = 0,0001 g

10 Bestimmung des Aschegehalts

11 Bestimmung der Schüttdichte Normative Methode EN 15103: "Feste Biobrennstoffe Verfahren zur Bestimmung der Schüttdichte" Methode: - Das Volumen der Probe wird in einem zylindrischen Container nach Stoßeinwirkung bestimmt - Stoßeinwirkung durch Fallenlassen aus 150 mm Höhe auf eine Holzplatte (3 mal + Auffüllen) - Messgenauigkeit der Waage: 1 g / 10 g Kompaktierung 5 L Einebnen 50 L Wiegen

12 Abriebsfestigkeit von Pellets & Briketts Effekte unzureichender Abriebsfestigkeit - Erhöhter Feinanteil und Staubemissionen während des Transports und der Lagerung (Gesundheit) - Staubexplosionen - Störung des Befüllungsprozesses (pneumatische Förderung)

13 Bestimmung der Abriebsfestigkeit von Pellets & Briketts Normative Methode EN 15210: "Feste Biobrennstoffe Verfahren zur Bestimmung der mechanischen Festigkeit von Pellets und Briketts" Teil 1: Pellets Teil 2: Briketts Methoden (Pellets): Die Probe wird in einer rotierenden Testkammer bewegt, die Masse des abgeriebenen Feinanteils wird bestimmt Absiebung vor der Prüfung bei 3,15 mm Probenmasse 500 g Rotationszeit 10 min / 500 Umdrehungen Absiebung nach der Beanspruchung bei 3,15 mm Rundloch

14 Equipment zur Bestimmung der Abriebsfestigkeit

15 Korngröße und Korngrößenverteilung Mechanische Effekte einer ungünstig Korngrößenverteilung - Verstopfung oder Beschädigungen des Systems zur Brennstoffförderung bzw. -transport - Störung des kont. Materialstroms - Brückenbildung im Lager und im Fördersystem - Erhöhter Luftwiderstand (z.b. bei der Trocknung) - Ungünstige Brennstoffverteilung am Ofenrost - Staubbildung beim Transport Die Pelletlänge ist nicht durch Siebung bestimmbar!

16 Brückenbildung Aus der Brückenbildung folgern mehrere Phänomene Bildung stabiler Brücken über Öffnungen Inhomogene horizontale Verteilung oder vertikaler Materialstrom Verstopfung während des Förderprozesses Einflussfaktoren auf die Brückenbildung Korngrößenverteilung Maximale Partikellänge Mitteler Größen/Längen Verhältnis Partikelform Feuchte Dichte

17 Bestimmung der Korngrößenverteilung Normative Methode EN 15149: "Feste Biobrennstoffe Verfahren zur Bestimmung der Teilchengrößenverteilung Teil 1: Rüttelsiebverfahren mit Sieb- Lochgrößen von 3,15 mm und darüber Teil 2: Rüttelsiebverfahren mit Sieb- Lochgrößen von 3,15 mm und darunter

18 Bestimmung der Korngrößenverteilung Methode (Rüttelsiebung) - Partikeltrennung durch Siebung, Größenklassenanteil wird gewogen - Min. Probengröße: 8 l (Teil 1) oder 50 g (Teil 2) - Probenfeuchte: < 20 % - Min. Siebgröße: 1200 cm² (Teil 1) oder 250 cm² (Teil 2) - Lochgeometrie: rund (Teil 1) oder quadratisch/rund (Teil 2) - Lochgrößen: 3,15/8/16/45/63 mm (Teil 1); 0,25/0,5/1/1,4/2/2,8/3,15 mm (Teil 2) - Zeit: 15 min oder Analysenzeit (wird durch Vortests festgelegt)

19 Zusammenfassung (1) Abhängigkeitsverhältnisse bei phy./mech. Eigenschaften Brückenbildung Heizwert (wf) Aschegehalt Korngrößenverteilung Feuchte Verunreinigungen Abriebsfestigkeit (der Pellets) Schüttdichte Ascheschmelzverhalten Partikeldichte

20 Zusammenfassung (2) Feuchte hat den größten Einfluss auf andere physikalische Eigenschaften. Maßnahmen zur Veränderung der phys.-mech.-eigenschaften beinflussen immer andere Parameter. Dei meisten Methoden zur phys. Charakterisierung von Brennstoffen sind normiert. Die Normen sind derzeit in Revision. Es gibt noch immer nur wenig Erfahrung in der praktischen Anwendung. Die Liste der Normmethoden ist noch nicht vollständig. Weitere Brennstoffparameter sollten eingeführt werden, um mehr Informationen über die Brennstoffmechanik zu erlangen (z.b. Partikelformfaktoren).

21 Danke für Ihre Aufmerksamkeit!