Neue Wege der Abgasreinigung und Wärmerückgewinnung von Kleinanlagen

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1 Neue Wege der Abgasreinigung und Wärmerückgewinnung von Kleinanlagen Fachtagung Weg vom Öl Die Zukunft dezentraler Wärmesysteme Januar 2007 Landwirtschaftszentrum Haus Düsse 1

2 Gliederung - Einleitung und Aufgabenstellung - Aufbau des Systems HydroCube - Energetische Beurteilung im Labor- und Feldtest - Staubminderungspotential -Ausblick biogene Brennstoffe - Zusammenfassung der Ergebnisse 2

3 Einführung in die Thematik Endliche fossile Energievorräte erfordern Energieeinsparung Feinstaubbelastung erfordert zusätzliche Staubabscheidung Brennwertnutzung bei Öl- und Gasfeuerungen in Europa Stand der Technik Inzwischen auch für Biomasse-Feuerungen bei 35 C Abgastemperatur mit ca. 12% Energiegewinn Steigerung bis 16% durch Senken der Abgastemperatur auf 25 C möglich infolge Hintereinanderschaltung von Wärmetauscher und Kühlwäscher Nassabscheidung bewirkt zusätzlich bis 70% Staubabscheidung 3

4 Aufgabenstellung Mit der HydroCube hat Schräder ein System zur Ausstattung von Feuerungen mit Warmwasser-Bereitung entwickelt Der Prototyp wurde an der FH Gelsenkirchen hinsichtlich Staubabscheidung und Abgasreinigung sowie Leistungssteigerung bei unterschiedlichen Betriebszuständen untersucht und in mehreren Entwicklungsstufen bis zur Markteinführung optimiert 4

5 Schräder HydroCube Kombination aus Abgas-Wärmetauscher und -Wäscher Trockener Kreuz-Gegenstrom-Wärmetausch Abgas Heizungsrücklauf 180 Umlenkung mit Tropfschutz Feuchter Wärme- und Stoffaustausch im Kühlwäscher Staubabscheidung Brennwert-Nutzung für Warmwasser 5

6 Schräder HydroCube (Sicht von oben) Tropfenabscheider Abtropfschutzblech für Wärmetauscher 6

7 Schräder HydroCube (Sicht von oben, geöffneter Tropfenabscheider) Abgasstutzen zum Abgassystem Düsen Umlaufwasser -ablauf Abtropf- Schutzblech Rippenrohr 7

8 Funktionsschema Gesamtsystem Wärmetauscher im Heizungsrücklauf Umlaufwasser-Kühlwäscher (20-50 C) Kondensatrücklauf (30-50 C) KondensatBox Trinkwassereintritt (ca. 10 C) Wärmetauscher Kondensatbox Abkühlung Umlaufwasser Vorwärmung Trinkwasser 8

9 Ansicht Gesamtsystem 9

10 KondensatBox 10

11 Temperaturmessstellen Abgas vor HydroCube Abgas nach HydroCube Rücklauf vor HydroCube Rücklauf nach HydroCube Kondensatrücklauf Kondensateindüsung Kaltwasser vor Kondensatbehälter Kaltwasser nach Kondensatbehälter 11

12 Ermittlung der Leistungssteigerung Heizung: Temperaturzunahme Rücklauf Warmwasser: Temperaturzunahme Kaltwasser Praxisrelevante Rücklauftemperaturen C Untersuchung der beiden Grenzfälle: - Dauerzapfung von Warmwasser - ohne Zapfung von Warmwasser 12

13 Leistungssteigerung in % der Nenn-Kesselleistung 15 kw Leistungssteigerung mit/ohne Zapfung 20 17,2 16, , Heizung und Warmwasser Dauerzapfung ,7 8 4,9 ohne Zapfung 6 4 nur Heizung 2 3, Rücklauftemperatur in ºC 13

14 Wirkungsgrade mit/ohne Zapfung ,5 104,5 104,2 Wirkungsgrad in % der Nenn- Feuerungsleistung 16,7 kw Heizung und Warmwasser 96,0 nur Heizung 94,4 Kessel ohne HydroCube (QK =15 kw) η K = 90% Dauerzapfung ohne Zapfung 93, Rücklauftemperatur in C 14

15 Verdunstung/Kondensation in ml/h Kondensation und Verdunstung 1200 Kondensation mit Zapfung Verdunstung ohne Zapfung Q K =15 kw Rücklauftemperatur in C 15

16 HydroCube 60 kw im Feldtest Erste Ergebnisse Zus. Kühlwasser Heizsystem der Fa. Döpik: Hallenheizung, Büro, Warmwasser-Bereitung Zusätzlicher Wärmetauscher HydroCube Abgas Wärmemengen- Zähler KondensatBox Heizomat RHK-AK 60 Eintritt Trinkwasser 10 C 16

17 Vergleich Labor- und Feldtest 110 Wirkungsgrad in % der realen Feuerungswärmeleistung ,9 104,5 102,2 Gesamtwirkungsgrad Heizung und Warmwasser - Dauerzapfung Vergleich 15 kw Q K,NWL = 15 kw und Q K,NWL = 60 kw 60 kw 103,3 102, Rücklauftemperatur in C 17

18 Gravimetrische Staubmessung (in Anlehnung an VDI 2066 Blatt 1) Staubmessgerät STE 4 der Fa. Stroehlein für isokinetische Probenahme mit Sonde, Gaszähler und Kompressor 18

19 Grenzwert 1.BImSchV 150 mg/m 3 Staubmessergebnisse HydroCube 20 18,92 Partikelbeladung in mg/m 3 10 Kessel ohne Wäscher 7,55 7,23 7,9 8,75-68 % 5,

20 Ausblick biogene Brennstoffe DIN-plus Holzpellets Graspellets 20

21 Ausblick biogene Brennstoffe Staubemissionen vor Hydrocube % Holz 100 % Gras 600 Partikelbeladung in mg/m % Holz 25 % Gras 50 % Holz 50 % Gras % Holz 75 % Gras Grenzwert 1.BImSchV

22 Staubemissionen nach HydroCube Partikelbeladung in mg/m % Holz 25 % Gras 50 % Holz 50 % Gras 25 % Holz 75 % Gras 0 % Holz 100 % Gras 100 Grenzwert 1.BImSchV HC 1-3 HC 4-6 HC 7-9 HC

23 Staubminderung durch Einsatz der Hydrocube 700 Partikelbeladung in mg/m % Holz 25 % Gras 45% Minderung % Holz 50 % Gras 67 % Minderung % Holz 75 % Gras 43 % Minderung 0 % Holz 100 % Gras 62 % Minderung HC HC HC HC

24 Veraschung und Verschlackung einer Abwurffeuerung beim Betrieb mit Graspellets 24

25 Zusammenfassung Schräder HydroCube für Biomasse Feuerungen interessante Option zur Optimierung von Systemeffizienz mit Wirkungsgraden bis zu 106 % und Umweltschutz durch Staubabscheidung bis zu 70 % Noch Handlungsbedarf bei aschereicher Biomasse hinsichtlich Staubanreicherung im Umlaufwasser Klärung durch weitere Untersuchungen im Rahmen des FNR- Förderschwerpunktes Staubemissionsminderung 25

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 26

27 Taupunkt von Holzfeuerungen 60 Taupunkttemperatur in C p = Pa u: Holzfeuchte in % 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 Luftzahl λ u=30% u=20% u=10% u=0% 27

28 Staubminderung durch Einsatz der Hydrocube % Holz 100 % Gras 600 Partikelbeladung in mg/m Grenzwert 1.BImSchV 75 % Holz 25 % Gras % Holz 50 % Gras % Holz 75 % Gras HC HC HC HC