Wärmenutzungsmöglichkeiten, Technologien und Brennstoffe. Dr. Annett Pollex

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1 Wärmenutzungsmöglichkeiten, Technologien und Brennstoffe Dr. Annett Pollex

2 Wärmebedarf verschiedener Einsatzbereiche kw Holzhackschnitzel Brauerei Molkerei Maschinenbau Kunststofffertigung Elektronikfertigung Stadthaus Gewerbebau Hotel Kaufhaus Verwaltung 10 Holzpellets FORUM BIOENERGIE enertec 2

3 Technologien Holzfeuerung Unterschubfeuerung Rostfeuerung Quelle: Kaltschmitt 2009 FORUM BIOENERGIE enertec 3

4 Biomassebrennstoffe im Wärmesektor Scheitholz regionaler Brennstoff preiswert aber keine automatisierbare Zuführung hohe Anforderungen an das Nutzerverhalten Holzhackschnitzel meist regional preiswert mit vielseitiger Herkunft dosierbar aber mit Neigung zur Brückenbildung Holzpellets überregional teurerer aber hochqualitativer Brennstoff hohe Nutzerfreundlichkeit FORUM BIOENERGIE enertec 4

5 Alternative Brennstoffe Miscanthus derzeit noch begrenzte Verfügbarkeit vergleichsweise gute Brennstoffeigenschaften Heu vergleichsweise hohe, regionale Verfügbarkeit schwierige Brennstoffeigenschaften Mandelschalen Verfügbarkeit insbesondere im mediterranen Raum holzartiger Brennstoff FORUM BIOENERGIE enertec 5

6 Brennstoffeigenschaften Brennstoff Heizwert Aschegehalt N S Cl Si K Ca MJ/kg wf Ma.-% wf Holz (Fichte) [3] 19,32 0,33 0,210 0,004 0,010 n.n. 0,05 0,08 Rinde (Fichte) [1] n.a. 3,2 0,097 0,097 0,030 0,091 0,19 1,65 Miscanthus [3] 17,5 5,57 0,380 0,064 0,154 1,050 0,79 0,17 Rohrglanzgras [1] n.a. 8,9 1,370 0,140 0,055 3,530 0,22 0,21 Heu [4] 17,15 7,05 0,730 0,103 0,331 0,880 2,13 0,68 Weizenstroh [3] 16,66 7,29 0,610 0,104 0,276 1,780 1,45 0,43 Rapsstroh [1] n.a. 4,7 0,480 0,095 0,030 0,890 0,53 1,03 Mandelschalen [2] 18,28 2,2 0,30 0,22 0,06 n.a. n.a. n.a. Quellen: [1] Stanislav V. Vassileva, David Baxter, Lars K. Andersen, Christina G. Vassileva: An overview of the chemical composition of biomass, Fuel Volume 89, Issue 5, May 2010, Pages [2] Roberto García, Consuelo Pizarro, Antonio G. Lavín, Julio L. Bueno: Characterization of Spanish biomass wastes for energy use, Bioresource Technology Volume 103, Issue 1, January 2012, Pages [3] Abschlussbericht zum BMBF Forschungsvorhaben 03SF0347B (unveröffentlicht) [4] 4. Zwischenbericht zum BMU Forschungsvorhaben FKZ 03KB035 (unveröffentlicht) 6

7 Alternative Brennstoffe Anforderungen an die Feuerungstechnologie hoher Aschegehalt erfordert leistungsstarkes Ascheaustragssystem Verhinderung der Bildung und Anhaftung größerer Schlackebrocken durch Bewegungselemente im Glutbett oder Begrenzung der Glutbetttemperatur mittels wassergekühlter Rostsysteme oder Brennmulden Verhinderung von Verschmutzungen des Wärmetauschers durch regelmäßige bzw. automatische Wärmetauscherreinigung Einsatz besonders verschleißbeständiger Materialien zur Verhinderung von Korrosionen: Feuerfestmaterialien (SiC oder ZrO 2 ) im Feuerraum, Wärmetauscher aus korrosionsbeständigem Edelstahl FORUM BIOENERGIE enertec 7

8 Verbrennungstechnologie für halmgutartige Brennstoffe Halmgutfeuerungen Schüttgutfeuerung Ganzballenfeuerungen Vorschubrost Schubboden (wassergekühlt) Brenner (wassergekühlt) Ballenvergaser Feuerung mit Ballenteiler Zigarrenabbrandfeuerung FORUM BIOENERGIE enertec 8

9 Kesselbeispiel Vorschubrost FORUM BIOENERGIE enertec 9

10 Kesselbeispiel Schubbodenfeuerung Quelle: Launhardt, 2002 FORUM BIOENERGIE enertec 10

11 Schnecke Sekundärluft Primärluft Ascheschieber FORUM BIOENERGIE enertec 11

12 Kesselbeispiel Brenner Quelle: FORUM BIOENERGIE enertec 12

13 Emissionsgrenzwerte 1. BImSchV Brennstoff Leistungsbereich [kw NWL ] Staub [g/m³] Kohlenmonoxid [g/m³] naturbelassenes Holz (Nr. 4,5) 4 < 500 > 500 0,1 (0,02**) 0,1 (0,02**) 1,0 (0,4**) 0,5 (0,4**) Holzpellets (Nr. 5a) 4 < 500 > 500 0,06 (0,02**) 0,06 (0,02**) 0,8 (0,4**) 0,5 (0,4**) Stroh und ähnliche pflanzliche Stoffe (Nr. 8*) & sonstige nachwachsende Rohstoffe (Nr. 13) 4 < 100 0,1 (0,02**) 1,0 (0,4**) Emissionsgrenzwerte bez. auf 13 Vol.-% O 2 im Normzustand und trockenes Abgas * nach novellierter Fassung auch nicht als Lebensmittel bestimmtes Getreide wie Getreide-GP, Getreidekörner, -bruchkörner, Getreideausputz, -spelzen, -halmreste sowie Pellets aus den vorgenannten Brennstoffen ** gültig für Anlagen, die nach errichtet werden 13

14 4. BImSchV: TA Luft Leistungsbereich [MW NWL ] Staub [mg/m³] Kohlenmonoxid [mg/m³] NO x a [mg/m³] Dioxine / Furane [Ng/m³] naturbelassenes Holz (Nr. 4,5) 1 - <2,5 2, behandeltes Holz 1 - <2,5 2, Stroh und ähnliche pflanzliche Stoffe 0, b b 400 c ,1 Emissionsgrenzwerte bez. auf 11 Vol.-% O 2 im Normzustand und trockenes Abgas a Angegeben als NO 2 b Bis 2,5 MW gilt der Emmisionsgrenzwert nur bei Betrieb mit Nennlast c Für Altanlagen gilt ein Grenzwert von 500 FORUM BIOENERGIE enertec 14

15 Brennstoffeigenschaften Brennstoff Heizwert MJ/kg wf Aschegehalt N S Cl Si K Ca Ma.-% wf Holz (Fichte) [3] 19,32 0,33 0,210 0,004 0,010 n.n. 0,05 0,08 Rinde (Fichte) [1] n.a. 3,2 0,097 0,097 0,030 0,091 0,19 1,65 Miscanthus [3] 17,5 5,57 0,380 0,064 0,154 1,050 0,79 0,17 Rohrglanzgras [1] n.a. 8,9 1,370 0,140 0,055 3,530 0,22 0,21 Heu [4] 17,15 7,05 0,730 0,103 0,331 0,880 2,13 0,68 Weizenstroh [3] 16,66 7,29 0,610 0,104 0,276 1,780 1,45 0,43 Rapsstroh [1] n.a. 4,7 0,480 0,095 0,030 0,890 0,53 1,03 Maiskolben [2] 17,69 2,4 0,220 0,210 n.a. n.a. n.a. n.a. Quellen: [1] Stanislav V. Vassileva, David Baxter, Lars K. Andersen, Christina G. Vassileva: An overview of the chemical composition of biomass, Fuel Volume 89, Issue 5, May 2010, Pages [2] Roberto García, Consuelo Pizarro, Antonio G. Lavín, Julio L. Bueno: Characterization of Spanish biomass wastes for energy use, Bioresource Technology Volume 103, Issue 1, January 2012, Pages [3] Abschlussbericht zum BMBF Forschungsvorhaben 03SF0347B (unveröffentlicht) [4] 4. Zwischenbericht zum BMU Forschungsvorhaben FKZ 03KB035 (unveröffentlicht) 15

16 Emissionen Quelle: Eigene Messungen am DBFZ

17 Emissionen Quelle: Eigene Messungen am DBFZ 17

18 Emissionen Grenzwert 1. BImSchV für Typprüfung, 2.Stufe Quelle: Eigene Messungen am DBFZ 18

19 Emissionen Quelle: Eigene Messungen am DBFZ 19

20 Emissionen Grenzwert 1. BImSchV, 1.Stufe Quelle: Eigene Messungen am DBFZ 20

21 Maßnahmen zur Emissionsminderung Emissionsminderung Primäre Maßnahmen Sekundäre Maßnahmen Brennstoffeigenschaften Feuerungskonstruktion Regelungstechnik Abscheider Wäscher Katalysatoren FORUM BIOENERGIE enertec 21

22 Technologien Staubabscheidung Zyklon/Multizyklon Abscheidung nur für Partikel >2µm, geringe Abscheidegrade Elektroabscheider ausgereifte Produkte für Holzfeuerungen Gewebefilter für Leistungsbereich ab 100 kw verfügbar FORUM BIOENERGIE enertec 22

23 Forschung für die Energie der Zukunft Wir laden Sie ein! Ansprechpartner Dr. Annett Pollex Tel. +49 (0) DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH Torgauer Straße 116 D Leipzig Tel.: +49 (0)