Neue Wege der Abgasreinigung und Wärmerückgewinnung von Kleinanlagen Fachtagung Weg vom Öl Die Zukunft dezentraler Wärmesysteme Januar 2007 Landwirtschaftszentrum Haus Düsse 1
Gliederung - Einleitung und Aufgabenstellung - Aufbau des Systems HydroCube - Energetische Beurteilung im Labor- und Feldtest - Staubminderungspotential -Ausblick biogene Brennstoffe - Zusammenfassung der Ergebnisse 2
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
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
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
Schräder HydroCube (Sicht von oben) Tropfenabscheider Abtropfschutzblech für Wärmetauscher 6
Schräder HydroCube (Sicht von oben, geöffneter Tropfenabscheider) Abgasstutzen zum Abgassystem Düsen Umlaufwasser -ablauf Abtropf- Schutzblech Rippenrohr 7
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
Ansicht Gesamtsystem 9
KondensatBox 10
Temperaturmessstellen Abgas vor HydroCube Abgas nach HydroCube Rücklauf vor HydroCube Rücklauf nach HydroCube Kondensatrücklauf Kondensateindüsung Kaltwasser vor Kondensatbehälter Kaltwasser nach Kondensatbehälter 11
Ermittlung der Leistungssteigerung Heizung: Temperaturzunahme Rücklauf Warmwasser: Temperaturzunahme Kaltwasser Praxisrelevante Rücklauftemperaturen 30-50 C Untersuchung der beiden Grenzfälle: - Dauerzapfung von Warmwasser - ohne Zapfung von Warmwasser 12
Leistungssteigerung in % der Nenn-Kesselleistung 15 kw Leistungssteigerung mit/ohne Zapfung 20 17,2 16,1 18 15,7 16 14 Heizung und Warmwasser Dauerzapfung 12 10 6,7 8 4,9 ohne Zapfung 6 4 nur Heizung 2 3,3 0 25 30 35 40 45 50 55 Rücklauftemperatur in ºC 13
Wirkungsgrade mit/ohne Zapfung 110 105,5 104,5 104,2 Wirkungsgrad in % der Nenn- Feuerungsleistung 16,7 kw 105 100 95 90 85 Heizung und Warmwasser 96,0 nur Heizung 94,4 Kessel ohne HydroCube (QK =15 kw) η K = 90% Dauerzapfung ohne Zapfung 93,0 80 25 30 35 40 45 50 55 Rücklauftemperatur in C 14
Verdunstung/Kondensation in ml/h 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Kondensation und Verdunstung 1200 Kondensation mit Zapfung 960 920 870 510 700 Verdunstung ohne Zapfung Q K =15 kw 25 30 35 40 45 50 55 Rücklauftemperatur in C 15
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
Vergleich Labor- und Feldtest 110 Wirkungsgrad in % der realen Feuerungswärmeleistung 105 100 95 90 85 105,9 104,5 102,2 Gesamtwirkungsgrad Heizung und Warmwasser - Dauerzapfung Vergleich 15 kw Q K,NWL = 15 kw und Q K,NWL = 60 kw 60 kw 103,3 102,7 80 25 30 35 40 45 50 55 Rücklauftemperatur in C 17
Gravimetrische Staubmessung (in Anlehnung an VDI 2066 Blatt 1) Staubmessgerät STE 4 der Fa. Stroehlein für isokinetische Probenahme mit Sonde, Gaszähler und Kompressor 18
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 % 5,97 0 18-23 1-4 7-9 10-13 13-17 25-27 19
Ausblick biogene Brennstoffe DIN-plus Holzpellets Graspellets 20
Ausblick biogene Brennstoffe Staubemissionen vor Hydrocube 700 0 % Holz 100 % Gras 600 Partikelbeladung in mg/m 3 500 400 300 200 75 % Holz 25 % Gras 50 % Holz 50 % Gras 279 25 % Holz 75 % Gras 322 518 100 Grenzwert 1.BImSchV 96 0 1-3 4-6 7-9 10-12 21
Staubemissionen nach HydroCube 700 600 Partikelbeladung in mg/m 3 500 400 300 200 75 % Holz 25 % Gras 50 % Holz 50 % Gras 25 % Holz 75 % Gras 0 % Holz 100 % Gras 100 Grenzwert 1.BImSchV 185 197 0 53 91 HC 1-3 HC 4-6 HC 7-9 HC 10-12 22
Staubminderung durch Einsatz der Hydrocube 700 Partikelbeladung in mg/m 3 600 500 400 300 200 75 % Holz 25 % Gras 45% Minderung 279 50 % Holz 50 % Gras 67 % Minderung 322 25 % Holz 75 % Gras 43 % Minderung 0 % Holz 100 % Gras 62 % Minderung 518 100 0 96 185 197 91 53 1-3 HC 1-3 4-6 HC 4-6 7-9 HC 7-9 10-12 HC 10-12 23
Veraschung und Verschlackung einer Abwurffeuerung beim Betrieb mit Graspellets 24
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
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 26
Taupunkt von Holzfeuerungen 60 Taupunkttemperatur in C 55 50 45 40 35 30 p = 101325 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
Staubminderung durch Einsatz der Hydrocube 700 0 % Holz 100 % Gras 600 Partikelbeladung in mg/m 3 500 400 300 200 Grenzwert 1.BImSchV 75 % Holz 25 % Gras 279 50 % Holz 50 % Gras 322 25 % Holz 75 % Gras 518 100 0 96 185 197 91 53 1-3 HC 1-3 4-6 HC 4-6 7-9 HC 7-9 10-12 HC 10-12 28