Stand der Abgasnachbehandlungstechnik bei Kleinfeuerungsanlagen. Tobias Ulbricht, Dr. Ingo Hartmann

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1 Stand der Abgasnachbehandlungstechnik bei Kleinfeuerungsanlagen Tobias Ulbricht, Dr. Ingo Hartmann

2 Das DBFZ Entwicklung, Auftrag, Struktur Entwicklung: Gegründet am 28. Februar 2008 in Berlin als gemeinnützige GmbH Alleiniger Gesellschafter: Bundesrepublik Deutschland, vertreten durch Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) Bis Ende 2013: konstanter Ausbau von Mitarbeiterzahl und Infrastruktur Auftrag: Der Auftrag des DBFZ ist es, die effiziente Integration von Biomasse als wertvolle Ressource für eine nachhaltige Energiebereitstellung wissenschaftlich im Rahmen angewandter Forschung zu unterstützen. Struktur: Rund 220 Mitarbeiter bis 12/2013 in Verwaltung und vier Forschungsbereichen. Geschäftsführung: Prof. Dr. mont. Michael Nelles (Wissenschaftlich) Daniel Mayer (Administrativ) Abb.: DBFZ 2

3 Funktionsprinzipien Das ist eine globale Fußzeile --- DEMO 3

4 Funktionsprinzipien elektrostatischer Abscheider Isolator Der Abscheider besteht aus der Sprühelektrode und der Niederschlagselektrode Als herkömmliches Kompaktgerät mit eingebauter Sprüh- und Niederschlagselektrode Als Einbaulösung in Metallschornsteine, wobei nur die Sprühelektrode eingesetzt wird. Als Niederschlagselektrode wird der Schornstein genutzt Hochspannungsaggregat Rohgas Reingas Sprühelektrode Niederschlagselektrode Belastungsgewicht Staubaustrag Nach: Baum, Fritz: Luftreinhaltung in der Praxis; Verlag: Oldenbourg; München; Wien;

5 Funktionsprinzipien elektrostatischer Abscheider Die Partikel werden an der Sprühelektrode aufgeladen und an der Niederschlagselektrode abgeschieden. Korona neutrales Gasmolekül negatives Ion (ionisiertes Gasmolekül) Sprühelektrode (Kathode) freies Elektron aufgeladener Staubpartikel abgeschiedener Staubpartikel + - Hochspannungserzeuger Niederschlagselektrode (Anode) + Nach: Baum, Fritz: Luftreinhaltung in der Praxis; Verlag: Oldenbourg; München; Wien;

6 Funktionsprinzipien - Fliehkraftabscheider Das Rohgas wird im Fiehkraftabscheider auf eine Kreisbahn gezwungen. Dadurch werden die Partikel durch ihre Trägheit an die Wand gezwungen. Im unteren Teil des Zyklons wird der Gasstrom nach oben abgezogen, wodurch die Partikel aus dem Gasstrom abgetrennt werden. Nach: Baum, Fritz: Luftreinhaltung in der Praxis; Verlag: Oldenbourg; München; Wien;

7 Funktionsprinzipien - Schwerkraftabscheider Die Partikel werden aufgrund der Masse aus dem Gasstrom entfernt. Dies kann durch weiterer Wirkprinzipien z.b. der Trägheit der Partikel bei Gasstromumlenkungen unterstützt werden Nach: Baum, Fritz: Luftreinhaltung in der Praxis; Verlag: Oldenbourg; München; Wien; 1988 Das ist eine globale Fußzeile --- DEMO 7

8 Funktionsprinzipien filternde Abscheider Schlauchfilter Taschenfilter Nach: Baum, Fritz: Luftreinhaltung in der Praxis; Verlag: Oldenbourg; München; Wien;

9 Funktionsprinzip filternde Abscheider Abscheidung durch: Siebeffekt Sperreffekt Trägheitskräfte Diffusion elektrostatische Kräfte nach: Baum, Fritz: Luftreinhaltung in der Praxis; Verlag: Oldenbourg; München; Wien 9

10 Funktionsprinzipien - Wäscher Der Gasstrom wird mit einer Waschflüssigkeit in Kontakt gebracht. Abscheidung durch: Bindung der Partikel an den Waschflüssigkeitströpfchen Auswaschen löslicher Bestandteile nach: Baum, Fritz: Luftreinhaltung in der Praxis; Verlag: Oldenbourg; München; Wien;

11 Funktionsprinzipien - Kondensator Heiße Abgase werden an einem gekühlten Wärmeübertrager unter die Taupunkttemperatur abgekühlt. Abscheidung durch: Partikel wirken als Kondensationskeime und werden so in die Tröpfchen eingebunden Bindung der Partikel an die entstehenden Tröpfchen Auswaschen löslicher Bestandteile Quelle: 11

12 Funktionsprinzipien - Katalysator Die Abgase kommen mit katalytisch aktiven Oberflächen in Kontakt. Durch diese wird z.b. die notwendige Temperatur für Oxidationsvorgänge herabgesetzt, so dass bei den vorherrschenden Temperaturen ein oxidativer Abbau ermöglichen. 12

13 Funktionsprinzipien Funktionsprinzipien Fliehkraftabscheider Schwerkraftabscheider filternder Abscheider elektrostatischer Abscheider Wäscher Kondensator Katalysator Wirkt vorrangig auf gasförmige Komponenten 13

14 Abgas aus Biomassefeuerungen 14

15 Abgas aus Biomassefeuerungen Partikelgrößenverteilung im Abgas aus Biomassefeuerungen dm / d log dp 10 nm nm dp in mm Partikelgrößenverteilung verändert sich: je nach Brennstoff je nach Verbrennungsphase (Anzündvorgang, quasikontinuierliche Verbrennung und Ausbrand) je nach Lastanforderung 15

16 Abgas aus Biomassefeuerungen 10 nm nm Anorganische Salz-Partikel: d p < 100 nm (Ultrafeinstaub) Alkali-Salze aus den Komponenten K +, Na +, SO 4 2-, Cl -, OH -, CO 3 2-, NO 3 - Anorganische Ruß-Partikel und OC: d p 100 nm (Feinstaub) Ruß Anlagerung von Organik-Komponenten wie PAK, Phenole und andere semi- bzw. schwerflüchtige OC sowie PCDD/F durch Adsorption Anorganische Aschepartikel und unverbrannte Brennstoffpartikel: d p > nm Erdalkali-/Übergangsmetall-Verbindungen (Ca, Mg, Al, Fe als Oxide, Sulfate, Silikate, Phosphate) Kohlenstoff-Verbindungen Anorganische oxidische Partikel: 100 nm < d p < nm Oxide von Schwermetallen (Zn, Fe, Mn u.a. in Spuren wie Cr, Cu, Pb, Cd) Kondensation von Alkali-Komponenten 16

17 Funktionsprinzipien Partikelmasse / Partikelgröße Grobpartikelabscheider Grobpartikelabscheider Funktionsprinzipien Fliehkraftabscheider Schwerkraftabscheider filternder Abscheider Elektrostatischer Abscheider Partikelzusammensetzung Anlagenkonfiguration + - (hohe Druckverluste) (Abreinigung) + + (Beeinflussung) - (hohe Druckverluste) Wäscher (Anlagenaufwand) Kondensator (Temperaturen) Katalysator Partikelabbau stark begrenzt - (Temperaturen) + 17

18 Marktübersicht 18

19 Marktübersicht Staubabscheider zur Nachrüstung sind ungeregelte Bauprodukte allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (DIBt) Zulassung nach Einzelfallprüfung (Genehmigungsbehörde) Staubabscheider welche Bestandteil einer Feuerung sind, werden zusammen mit der Feuerung geprüft und zugelassen 19

20 Marktübersicht elektrostatische Abscheider Produkt Hersteller Bauartzulassung AL-Top Schräder Z Zumikr n Rüegg / K&W Z OekoTube OT2 OekoSolve Z Future Refine Schräder Z Quelle: Schraeder AL-Top Quelle: Rüegg Zumikr n Quelle: Ökosolve Ökotube / Future Refine 20

21 Marktübersicht - Katalysatoren Produkt Hersteller Bauartzulassung in eine Feuerung integriert nicht relevant ChimCat RETRO Dr Pley Environmental Z Quelle: dr-pley enviromental ChimCat RETRO 21

22 Marktübersicht Abgaskondensation / Wäscher Produkt Hersteller Bauartzulassung Carbonizer Bschor Z AWT Schräder Z und andere Es steht die Brennwertnutzung im Vordergrund. Quelle: Bschor Quelle: Schräder Carbonizer AWT 22

23 Marktübersicht filternde Abscheider Produkt Hersteller Bauartzulassung ECOplus (I) HARK nicht relevant MAHLE Pure Heat MAHLE Z ECOplus Quelle: Hark 23

24 Rahmenbedingungen 1. BImSchV 24

25 Rahmenbedingungen 1. BImSchV Grundöfen und bestehende ERF 4 (5) Grundöfen, die nach dem 31. Dezember 2014 errichtet und betrieben werden, sind mit nachgeschalteten Einrichtungen zur Staubminderung nach dem Stand der Technik auszustatten. Satz 1 gilt nicht für Anlagen, bei denen 4 (6) Die nachgeschalteten Einrichtungen zur Staubminderung nach Absatz 5 dürfen nur verwendet werden, wenn ihre Eignung von der zuständigen Behörde festgestellt worden ist oder eine Bauartzulassung vorliegt.. 26 (2) Kann ein Nachweis über die Einhaltung der Grenzwerte bis einschließlich 31. Dezember 2013 nicht geführt werden, sind bestehende Einzelraumfeuerungsanlagen [ ] mit einer Einrichtung zur Reduzierung der Staubemissionen nach dem Stand der Technik nachzurüsten oder außer Betrieb zu nehmen: 25

26 Rahmenbedingungen 1. BImSchV Anlagen mit wiederkehrender Überwachung Festbrennstofffeuerungen (automatisch oder handbeschickt), ausgenommen Einzelraumfeuerungsanlagen, werden einmal in zwei Kalenderjahren geprüft. Regelungen zur wiederkehrenden Überwachung enthält die VDI 4207 Messen von Emissionen an Kleinfeuerungsanlagen - Messen an Anlagen für feste Brennstoffe Messung erfolgt nach dem Abscheider, aber: - Messstelle muss zugänglich sein (Dachtritte nicht geeignet) - Messstelle muss / sollte im Gebäude liegen (derzeit keine bekanntgegebenen Messgeräte für den Außeneinsatz) - Messung muss gefahrlos erfolgen können (evtl. Hochspannung vorhanden) 26

27 Rahmenbedingungen Art der Feuerung Forderung der 1.BImSchV Anforderungen an Installation Grundofen Bestands- Einzelraumfeuerung Kessel Neue Einzelraumfeuerung Abscheider nach Stand der Technik (Bauartzulassung) Grenzwerteinhaltung bei wiederkehrenden Messungen Grenzwerteinhaltung bei der Typprüfung keine Im Gebäude mit geeigneter Messstelle 27

28 Normen DIN SPEC 33999: Emissionsminderung - Kleine und mittlere Feuerungsanlagen (gemäß 1. BImSchV) - Prüfverfahren zur Ermittlung der Wirksamkeit von nachgeschalteten Staubminderungseinrichtungen VDI 3670 Abgasreinigung - Nachgeschaltete Staubminderungseinrichtungen für kleine und mittlere Kleinfeuerungsanlagen für feste Brennstoffe 28

29 Ausblick 29

30 Sturzbrandkaminofen NEKO (DBU-Förderung) AZ: 28412/02 Emissionen bei 13 % O2, im Normzustand Staub unter 10 mg/m³ CO unter 200 mg/m³ VOC (Org.-C) unter 20 mg/m³ Ausgründung am DBFZ (Ingenieurbüro): ETE EmTechEngineering GmbH Homepage: Flyer lzzum Donwload: 30

31 Sturzbrandkaminofen NEKO (DBU-Förderung) AZ: 28412/02 NEKO-Prototyp am Feldstandort in Coswig/Dresden bei privatem Betreiber 31

32 Forschung für die Energie der Zukunft Wir laden Sie ein! Ansprechpartner Dr. Ingo Hartmann Tel. +49 (0) Tobias Ulbricht Tel. +49 (0) DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Straße 116 D Leipzig Tel.: +49 (0)