Möglichkeiten zur Herstellung standardisierter Biomassepellets

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1 Marktfähige Nutzungskonzepte für alternative Biomassemischpellets Leipzig am 25. Mai 2011 Möglichkeiten zur Herstellung standardisierter Biomassepellets Volker Lenz, Nadja Weller, Thomas Zeng, Andreas Pilz

2 Inhalt Einleitung Grundlagen und Voraussetzungen Umsetzung Fazit und Ausblick

3 Einleitung Ziel der Standardisierung von Biomassenbrennstoffen: Herstellung eines definierten Produktes mit gleichbleibenden Eigenschaften zur Verwendung in Anlagen die dem Stand der Technik entsprechen Vorteile: Gleichbleibende Qualität Homogenisierung des Brennstoffs Gezielte und einheitliche Beeinflussung der Eigenschaften Vereinfachung im Handel, Vergleichbarkeit für Kunden Anpassung von Brennstoff an Kesselanlage, oder umgekehrt, wird vereinfacht Hohe Energiedichte sowie gutes Dosier- und Fließverhalten

4 Grundlagen und Voraussetzungen Umsetzung Brennstoffklassifizierung: Einordnung von Produkteigenschaften durch Qualitätsparameter ohne definierte Anforderungen an das Produkt Produktstandards: Definition von Grenzwerten für bestimmte Qualitätsparameter (Norm) Gütezeichen: Überprüfung bzw. Sicherung der Produktstandards und Qualitätsparameter Beispiel Holzpellets: DBFZ, 2011

5 Grundlagen und Voraussetzungen pren : Produktstandard für Pellets aus nichtholzartigen Biomassen für die Verwendung im nichtindustriellen Bereich (Vornorm, Veröffentlichung für Ende 2011 geplant) Eigenschaften Getreidestrohpellets Miscanthuspellets Schilf /Rohrglanzgras Quelle und Herkunft a) b) Dimension, D and L c) 6, 8 oder 10 mm (L 40 mm) Wassergehalt, M (w-%) 10% 12 % Aschegehalt, A (w-% d.b.) c) 6 % oder >6% 4 % oder 6 % 8 % oder > 8 % Mechanische Festigkeit 97,5 % 96,5 % Feinanteil, F (< 3,15 mm) 1 % bei Auslieferung loser Ware ab Werk und bei Abfüllung bzw. bei Auslieferung von BigBags und für Sackware (bis 20 kg) Schüttdichte, BD 600 kg/m³ 580 kg/m³ 550 kg/m³ Heizwert, Q minimaler Heizwert ist zu dokumentieren 14,5 MJ/kg ( 4,0 kwh/kg) Additive (w-% d.b.) Art und Menge sind anzugeben Stickstoff, N (w-% d.b.) 0,7 % 0,5 % 0,1% Schwefel, S (w-% d.b.) 0,10 % 0,05 % 0,20 % Chlor, Cl (w-% d.b.) 0,10 % 0,08 % 0,10 % Ascheschmelzverhalten, DT (deformation temperature) ist zu dokumentieren (keine Standardwerte vorgegeben) a) Strohteile b) Gräser, Ganzpflanzen c) tatsächliche Klasse ist anzugeben

6 Umsetzung Verfahrensschritte Herstellung standardisierter Biomassepellets, am Beispiel Miscanthus, mit den Zielstellungen: Erhöhung der Energiedichte Verbesserung des Dosier- und Fließverhaltens Bereitstellung eines homogenen Brennstoffes, Möglichkeit der Zugabe von Zuschlagstoff Saugzuggebläse Zyklonabscheider Abluft Reinluft Abluftfilter Materialaufgabe Vorlagebehälter Staubrückführung Feinanteilrückführung Durch geringfügige Anpassung der Anlagen ist die Verarbeitung versch. Rohstoffe möglich Trockner Vorzerkleinerer Hammermühle Konditionierer Lagersilo Pelletpresse Kühler Sieb Vermarktung

7 Umsetzung Pelletiertechnik Ringmatrizenpelletierung - typisches Verfahren für die Herstellung von Pellets Quelle: Kaltschmitt: Energie aus Biomasse, 2009 Firma MÜNCH-Edelstahl GmbH, Typ RMP 250 Aufbereitungstechnikum DBFZ Leistung: 15 kw Durchsatz: kg/h* * Angaben für die Pelletierung von Miscanthus und je nach Prozessparametern

8 Umsetzung Rohstoff- und Prozessparameter Die Vielzahl der rohstoff- und prozessbedingten Parameter erfordert eine flexible Anpassung bei der Verarbeitung verschiedener Ausgangsmaterialen Ziel:

9 Umsetzung Ausgewählte Versuche und Ergebnisse Pelletierung von Miscanthus - Variation von Prozessparametern Erhöhung der Matrizenumfangsgeschwindigkeit: von 0,7 m/s auf 1,9 m/s Abriebfestigkeit und auch Schüttdichte Durchsatzsteigerung um > 50 % und Senkung spezifischer Energieeintrag um bis zu 40 % Matrize mit längerem Presskanal Energieeintrag längere Verweilzeit im Presskanal positive Auswirkungen auf physikalisch-mechanische Eigenschaften Erhöhung der Zuführmenge: von 30 kg/h auf 85 kg/h Abriebfestigkeit und auch Schüttdichte Durchsatzsteigerung um 60 % und Senkung des spezifischen Energieeintrag um bis zu 50 %

10 Umsetzung Ausgewählte Versuche und Ergebnisse Pelletierung von Miscanthus - Variation von Rohstoffparametern Beeinflussung des Ascheschmelzverhaltens und Einbindung von Chlor oder Schwefel in die Asche durch Zugabe von calciumbasierten Additiven Auswirkung der Ca(OH) 2 - und Wasserzugabe auf die Abriebfestigkeit der Pellets Auswirkung der CaCO 3 - und Wasserzugabe auf die Abriebfestigkeit der Pellets Die Zugabe von Ca(OH) 2 - im Vergleich zu CaCO 3 benötigt einen höheren Wassergehalt des Ausgangsmaterials um die gleichen physikalisch-mechanischen Eigenschaften zu erreichen, dies hat entscheidende Auswirkungen auf den Endwassergehalt der Pellets

11 Fazit Einheitliche physikalisch-mechanische Eigenschaften von Pellets ermöglichen die Standardisierung Die Herstellung normgerechter Pellets erfordert eine passende Kombination der Rohstoff- und Prozessparameter in Abhängigkeit vom Rohmaterial Normierte Brennstoffe erleichtern die Entwicklung von Feuerungsanlagen für alternative Brennstoffe

12 Ausblick Untersuchung des Anbau-Einfluss auf die brennstofftechnischen Kriterien bei Energiepflanzen Optimierung und Anpassung des Herstellungsverfahren Einhaltung von Emissionsgrenzwerten: Optimierung der Verbrennungsund Kesseltechnik Technische Voraussetzungen zur Einführung alternativer Brennstoffe sind gegeben Ziel: kostengünstige und zielführende Entwicklung neuer Normbrennstoffe

13 Dr.-Ing. Volker Lenz Bereich Thermo-chemische Konversion (TK) Deutschsches BiomasseForschungsZentrum ggmbh Tel.: +49-(0)341 / volker.lenz@dbfz.de Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!