Institut für Luft- und Kältetechnik Dresden ggmbh

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1 Institut für Luft- und Kältetechnik Dresden ggmbh Maßnahmen zur Emissionsminderung im praktischen Betrieb Dipl.- Ing. Ralf Heidenreich

2 Übersicht Entstehung von Emissionen bei der Verbrennung Primäre Emissionsminderung Abscheidung von Schadstoff- Partikeln Praktische Möglichkeiten und neue Entwicklungen

3 Grundsatzproblematik: Brennstoff / Kesselbetrieb

4 Brennstoffzufuhr über Ballenauflöser

5 Kesselanlage für Häcksel- Stroh und Pellets

6 Staubfreisetzung beim Verbrennungsprozess Aerosolbildung bei der Verbrennung von Koks/Asche Partikeln

7 Wege der Partikelentstehung durch Kalium KOH ( g ) + HCl KCl ( g ) KCl( l, g ) K 2CO3,( g ) + + SO2 K 2SO + SO3 K 2SO (g) - gaseous, gasförmig; (l) - liquid, flüssig; (s) - solid, fest 3,( 4,( HCl s) + HCl + HCl g, s) möglichen chemischen Verbindungen für eine Partikelentstehung durch Kalium: Betonung der Pfade, die zu KCl und K 2 SO 4 führen bei der Abkühlung des Rauchgases - Umwandlungen in Klammern - mögliche Reaktionsprodukte

8 Emissionsarme Verbrennung

9 Kaliumbilanz eines Roggenbrennstoffs

10 Partikelgrößenverteilungen

11 Korrosion an Luftdüsen - Auswirkung CO - Konzentration [mg/m N ³ i.tr.abg.] CO - Konzentration [mg/m N ³ i.tr.abg.] :10 20:10 21:10 22:10 Messzeit [hh:mm] :30 14:30 15:30 Messzeit [hh:mm]

12 Beeinflussung der Partikelentstehung Feinstaub bei der Verbrennung von Stroh, entsteht im wesentlichen durch die Bildung von Kaliumchlorid und Kaliumsulfat Halmgut- Brennstoffe enthalten bis zu 10 mal mehr Kalium als Holz und mehr Chlor ( bis Faktor 60) Maßnahmen primärseitig zur Verhinderung der Partikelentstehung, Einbindung durch geeignete Zusatzstoffe, oder Entfernen aus dem Rauchgas

13 Primärseitige Maßnahmen Pflanzenbauliche Maßnahmen - verlängerte Feldliegezeiten verringern den Alkali- und Chlorgehalt um 70 % (Sächs. Landesanstalt) Brennstoffaufbereitung/ Pelletierung und Zugabe geeigneter Additive (Tonmineralien) - Emissionsminderung um % (ILK) Verbrennung mit Low- Particle- Konzept (Nussbaumer)

14 Feinstaerosole aus Verbrennungs-/ Sublimationsprozessen Extremes Haftungsverhalten Enges Partikelgrößenspektrum Minimale Sinkgeschwindigkeiten Starkes Agglomerationsverhalten Aggregation im abgeschiedenen Zustand Komprimierung auf Filtermedien

15 Einfluss des Press- Verfahrens und der Zuschlagstoffe auf die Pellets 1 : 5 Pressverhältnis 1 : 5,9 P1 Teilversuch P2 76 kg/h Durchsatz 30 kg/h 32,9 kwh/t Stromaufnahme 93,3 kwh/t Querrisse, matt, geringer Feinanteil Pelletqualität blank, keine Feinanteile Ansicht

16 Spezifische Emissionen von Strohpellet- Brennstoffen WMK 8.1 RMK % ROK % BW2 g/kwh BW4 Roggen- Durchschnittsboden BR4 Norm-Holzpellets 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

17 Leistungsfähigkeit von Staubabscheideverfahren 0,0001 0,001 0,01 0,10 1,00 10,00 100, ,00 E+253 Viren Keime Haare E+252 E+252 Staubarten Ru / Kfz Molekle Tabakrauch Aerosole lnebel Sublimationsrauch Asche/ Flugasche Sporen Pollen sinkender Staub E+252 E+252 E+000 Abscheidung Absetzkammer Zyklone Hochleistungs - Zyklone Wirbel - Wscher Venturi - Wscher Filternde Abscheider Elektrische Abscheider 0,0001 0,001 0,01 0,10 1,00 10,00 100, ,00 Partikeldurchmesser in µm

18 Elektrostatische Abscheider Beschichtete Niederschlagselektrode Integrierte Vorabscheidung Impulsabreinigung der Wandflächen und der Sprühelektrode Abscheideleistung: 95,8 % bei 155 mg/nm³ Rohgasstaubgehalt Reingas< 10 mg/ Nm³

19 Abscheideraufstellung hohes Staubaufkommen

20 Staubkonzentration im Abgas in Abhängigkeit der angelegten Spannung

21 Fraktionsabscheidegrad - Messwerte

22 Abscheiderinnenraum - Schüttschicht- Filter

23 Abscheideraufstellung im Heizraum Emissionswerte - Normzustand trocken - Normzustand mg/m³ i.n.tr. 70 trocken bez. auf mg/m³ 13%O Staubmassenstro 2 i.n.tr. 62 m g/h 10

24 Filternde Abscheider: Vergleich von Filterelementen Einheit Filterschlauch Metall- Filterpatrone Filterplatte Verbund- Filterplatte max. Temperatur C Abmessung mm x x985 Filterfläche/ Länge m²/m 0,5 1,7 2,0 3,0 Filterflächenbelastung m³/m²h erf. Rohgasraum m³/10 3 m³h -1 1,56 0,94 0,81 0,6 spez. Preis /10 3 m³h , , , ,-

25 Filternde Abscheider Rückstand in % Flugasche Holzfeuerung Zary Siebanalyse /Laserbeugungsspektrometer Zyklonbunkerstaub 800 m 3 /h 1350 m 3 /h 1600 m 3 /h Filterpatronenstaub 800 m 3 /h 1350 m 3 /h 1600 m 3 /h Ma-%-Anteil im Trennsystem , ,8 Partikelgröße in μm Eintrittsgeschwindigkeit =24 m/s Zyklon Filterpatrone 94,3 92, Arsen Cadmium Chrom-ges. Kupfer Quecksilber Mangan Nickel Blei Zink

26 Ergebnisse Glasgewebe Messreihe Mittlere Staubkonzentration Abscheidegrad Rohgas Reingas Nr. mg/m³ i.b. mg/m³ i.b. % ,40 99, ,35 99, ,17 99, ,10 99, ,40 99, ,10 99,95 φk ROH = 252 mg/m³ i.b. k REIN = 0,25 mg/m³ i.b. η = 99,90 %

27 Filternder Abscheider mit Metallpatronen Druckverlust der Filterelemente in Pa Neuzustand Erprobungsende; Off-line Regenerierung nach mechanischem Abklopfen Volumenstrom in m³ h -1

28 Ergebnisse Metallgewebe 5,5 Mittelwert Normal 3,3 5 Normal 5,1 4 Intervall 6,4 3 Intervall 4,7 2 Normal 8,1 1 Betriebszustand Staubgehalt im Rohgas in mg/m³ i.n.tr. Messreihe 104 Mittelwert Normal 92 5 Normal Intervall Intervall 73 2 Normal Betriebszustand Staubgehal t im Rohgas in mg/m³ i.n.tr. Messreihe

29 Filterplatten aus Vliesstoff-Metall- Verbund-Material Rohgas mg/m³ i.n. Reingas mg/m³ i.n. Abscheidung %

30 Anforderungen an das Filtergerät Staubabscheidung für heiße Gase - max. Temp. 240 C geringer Druckverlust und Energieverbrauch - < 250Pa gute Abscheideleistung für Feinstaub - < 10mg/m³ gute Handhabung Platzbedarf, Wartungsaufwand, Preis.

31 Neues Abscheidegerät mit hohem Gasdurchsatz

32 Druckverhalten Strohpellet- Verbrennung Druckdifferenz in Pa Druckverhalten Heißgasfiltergerät Filtertasche: V Tasche Brennstoff: Strohpellets 1.Messkampagne 1.Grundregenerierung 2.Messkampagne Druckdifferenz Filtergerät Druckdifferenz Filtertasche 2.Grundreg. 3.Messkamp. 3.Grundregenerierung Rohgas: 60 mg/m³ Reingas: 3 mg/m³ Abscheidung: 90% 50 Betriebsregenerierungen Betriebsregenerierungen Betriebsregenerierungen Messzeit in min

33 Zusammenfassung Pflanzenbauliche Maßnahmen - verlängerte Feldliegezeiten verringern den Alkali- und Chlorgehalt um 70 % (Sächs. Landesanstalt) Brennstoffaufbereitung/ Pelletierung und Zugabe geeigneter Additive (Tonmineralien) - Emissionsminderung um % (ILK) Wichtig: Wartungszustand des Kessels überprüfen Staubabscheidung: Elektrostatisch oder Filter gute Abscheidegrade aber kaum serienreife Lösungen Große Variabilität der Brennstoffe individuelle Einstellung und Abstimmung von Brennstoff Kessel Filter Konzept Neues Abscheiderkonzept verspricht guten Erfolg für Anlagen über 100 kw - Strohfeuerung

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