Fachtagung des Schweizer Bundesamts für Umwelt (BAFU): Staubabscheidesysteme für Holzfeuerungen <70 kw Staubabscheidesysteme - Studien und Erfahrungen aus Deutschland Vortrag am 8. November 2011 in Ittingen/Bern Hans Folie 1
Gliederung Technologieüberblick zu kleinen Staubabscheidern Feldversuch mit 3 Abscheidertypen Ergebnisse der Messungen am Prüfstand Zusammenfassung und Ausblick Folie 2
Überblick über Abscheidertypen Typ Vorteil Nachteil Elektroabscheider Filternde Abscheider (z.b. Gewebefilter) geringer Druckverlust, kostengünstig gute Abscheidung Probleme bei organischen Stäuben hoher Druckverlust, hoher Aufwand Fliehkraftabscheider kostengünstig geringe Wirkung bei feinen Stäuben Wäscher Abgaskondensation möglich hoher Aufwand, mittlere Abscheidung Abgaskondensation zusätzlicher Wärmegewinn geringe Abscheidung Katalysator Wirkung auf Gase, geringere org.-c-belastung der Partikel sehr geringe Staubminderung Folie 3
Bauformen elektrostatischer Abscheider Abscheider als Schornsteinaufsatz Abscheider für den Rauchrohreinbau (Wohnräume) Abscheider für Zentralheizungskessel Schornsteinabscheider Folie 4
Schornsteinaufsatz: Applied Plasma Physics (APP, Norwegen) Typ: APP R esidential ESP Schornsteinaufbau und -reinigung Abscheiderlänge: ca. 1 m Hochspannung bis 33 kv keine aktive Abreinigung Status: Entwicklung Hochspannungskabel Abscheider innerhalb der Kaminmündung Elektrode Werkbild APP Abscheider innerhalb des Kamins Photos:TFZ Folie 5
Heizkesselanbau: Spanner SFF (Spanner Re², Neufahrn) Typen: Spanner SFF 20 / SFF50 / SFF100 Anbau an Kessel (im Heizkeller) Hochspannung 15 kv aktive Abreinigung (Vibration, ca.1x/tag) Spülluftgebläse zur Elektrodenreinigung Druckverlust 40 pa Status: Feldtests 4 Abscheiderohreingänge mit Elektrodenhalterungen Rohgas Elektrodenreinigung Spüllufthülse Elektrode Reingas Rohr-Abreinigung (Vibration) Abscheide rohre Spüllufthülse Staubbehälter Photos: TFZ Werkbild : Spanner Folie 6
Rauchrohreinbau: Zumikron (Rüegg, Schweiz) Typ: Zumikron Entwicklung: Fa. Rüegg, Schweiz, Herstellung: Kutzner+Weber hauptsächlich für Einzelraumfeuerungen Spülluftgebläse zur Elektrodenreinigung manuelle Staubentnahme Status: marktverfügbar Photo / Werkbilder: Fa. Rüegg Folie 7
Schornsteinabscheider: Feinstaubkiller (TH-Alternativ-Energie) Typ: Feinstaubkiller ( Spülschornstein ) Elektrode über gesamte Schornsteinlänge, automatische, periodische Reinigung durch Spülwasserkreislauf aus Ausgleichsbehälter Partikelentnahme als Schlammablagerung Status: Einzelherstellung bzw. Einzelabnahme Photos: TFZ Werkbild: TH-Alternativ-Energie Folie 8
Durchführung der Feldtests am TFZ Auswahl 10 geeigneter Betreiber mit Unterstützung der Kaminkehrer Einbau der Filter mit automatischer Datenerfassung (Stromverbrauch, Betriebszeiten) Einweisung der Betreiber Probebetrieb der Filter während der Heizperiode 2008/2009 Reinigung und Beurteilung durch Kaminkehrer Erfassung der Staub / Aschemengen sowie des Brennstoffeinsatzes Folie 9
Die im Feldtest eingesetzten Abscheider (1) APP R esidential ESP, betrieben nach einem Kaminofen (6 kw) Photos: TFZ Folie 10
Die im Feldtest eingesetzten Abscheider (2) K&W Zumik on, betrieben an einem Küchenherd (ca. 6 kw) Photo: TFZ Photo: TFZ Folie 11
Die im Feldtest eingesetzten Abscheider (3) Spanner SFF 20 Betrieb an einem Scheitholzkessel, 15 kw Reinigungsmechanismus auf Knopfdruck Photos: Ritt Folie 12
Zusatzversuch: Schornsteinabscheider der TH-Alternativ Energie Werkbild: TH-Alternativ-Energie Photo: TFZ Folie 13
Versuchsdurchführung am Prüfstand Auswahl von 2 geeigneten Kaminöfen (Baumarkt, Qualitätsprodukt) Betrieb von 2 Abscheidern (K&W Zumik on, APP R esidential ESP ) an beiden Kaminöfen 4 Versuche Betrieb des Spanner SFF20 Staubabscheiders an einem Scheitholzkessel einfacher Bauart Versuchsdauer von 5 6 Wochen für jeden Versuch Wöchentliche Messung der Abscheideleistung durch Messungen im Roh- und Reingas (gravimetrische Bestimmung) Dokumentation der Anlagenfunktion Folie 14
Beobachtungen im Feldtest Beobachtete Störungen: Spannungsüberschläge Ausfall der Elektrodenspülluft Durchbrennen der Elektrosicherung Displayausfälle Elektrodenbruch Befestigungsprobleme Sensordefekte Hochspannungsausfall Kaminzugprobleme Regenwassereintritt Abstimmungsprobleme mit der Feuerung Lärmbelästigung Folie 15
Ergebnisse Feldtest: Berechnete Minderung der Staubemission Teilnehmer Feuerung Abscheider Brennstoff Erfasste Staubmasse b) Theoretische Minderung der Staubemissionen c) 1 Kaminofen K&W Zumikron Scheitholz 0,18 kg 9 mg/m³ 2 Kaminofen K&W Zumikron Scheitholz 2,38 kg 54 mg/m³ 3 a) Küchenherd K&W Zumikron Scheitholz 0,06 kg 5 mg/m³ 4 Kaminofen APP Residential ESP Scheitholz 0,30 kg 17 mg/m³ 5 2 Kaminöfen APP Residential ESP Scheitholz 0,36 kg 52 mg/m³ 6 Kachelgrundofen APP Residential ESP Scheitholz 0,83 kg 25 mg/m³ 7 Scheitholzkessel Spanner SFF 20 Scheitholz 3,60 kg 122 mg/m³ 8 Pelletkessel Spanner SFF 20 Holzpellets 0,15 kg 5 mg/m³ 9 Hackschnitzelkessel Spanner SFF 50 Holzhackschnitzel 18,59 kg 158 mg/m³ a Umfasst nur die Asche aus Rauchrohr und Filter, da noch weitere Feuerungen am Schornstein angeschlossen sind b Masse des Staubes in Abscheider, Rauchgasrohr und Schornstein c Berechnet aus der Brennstoffmasse und dem spezifischen Abgasvolumen bei 13 % O 2 Folie 16
Untersuchungen zum PAK-Gehalt in Staubproben (Feldtest) PAK (Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe): Zubereitungen (Gemische) werden gemäß Gefahrstoffrichtlinie ab einem Gehalt von 0,0005 % bzw. 50 ppm PAK als krebserregend eingestuft. Einstufung ab einem Gehalt von 0,1 % bzw. 1 g/kg als gefährlicher Abfall PAK-Gehalte der abgeschiedenen Stäube im Abgasweg (Rauchrohr, Abscheider, Schornstein) Teilnehmer 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Feuerung Herd Kaminofen Kaminofen Kachelofen Kaminofen Kaminofen Kachelofen Scheitholzkessel Pelletkessel Hackschnitzelkessel Abscheider K & W K & W K & W K & W APP APP APP Spanner Spanner Spanner Summe PAK 183ppm 744ppm 1344ppm 922ppm 66ppm 470ppm 1713ppm 380ppm 21ppm 197ppm Folie 17
Ergebnisse Prüfstand: K&W Zumikron an einem Kaminofen einfacher Bauart 800 mg/nm³ (13% 700 O 2 ) Staubemission 600 500 400 300 200 100 0-100 0 Rohgas Reingas Abscheidegrad 9 2 18 20 19 70 Mittlerer Abscheidegrad:11 % 10 8 7-5 - 2 37 33 29 80 70 % 60 50 40 30 20 10 0-10 Abscheidegrad -200-15 - 20-300 - 30-400 -500-45 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Versuch - 40-50 Folie 18
Ergebnisse Prüfstand: APP Residential ESP an einem Kaminofen einfacher Bauart 1.000 mg/nm³ (13% 800 O 2 ) Staubemission 600 400 51 Rohgas Reingas Abscheidegrad 48 54 69 79 88 89 93 78 Mittlerer Abscheidegrad: 55 % 48 44 41 50 58 29 100 80 % 60 40 Abscheidegrad 200 11 20 11 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Versuch 0 Folie 19
Ergebnisse Prüfstand: Spanner SFF 20 an einem Scheitholzkessel einfacher Bauart 250 mg/nm³ (13% 200 O 2 ) 150 100 37 66 40 69 80 50 86 96 61 55 94 88 100 % 80 60 40 50 11 20 Staubemission 0-50 -100-150 -200-250 - 41-89 Mittlerer Abscheidegrad:25 bzw. 80 % Rohgas Reingas Abscheidegrad 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0-20 - 40-60 - 80-100 Abscheidegrad Betrieb ohne Bypass Betrieb mit Bypass Folie 20
Ergebnisse Prüfstand: TH Feinstaubkiller an einem Scheitholzkessel mg/nm³ 240 (13% O 2 ) Staubemission 300 180 120 26 90 81 32 89 Mittlerer Abscheidegrad:64 % 46 Rohgas Reingas Abscheidegrad 59 94 61 100 % 80 60 40 Abscheidegrad 60 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Versuch 0 Folie 21
Zusammenfassung Drei von vier Filtern zeigen sowohl im Prüfstand als auch im Feldversuch teilweise gute Staubminderungsleistungen. Eine aktive Reinigung ist für den zuverlässigen Betrieb erforderlich. Der Einbau im unmittelbaren Wohnbereich wird nicht akzeptiert. Umgang und Entsorgung der Stäube ist aufgrund der PAK-Gehalte zu regeln. Für die Bestimmung der Abscheideleistung ist eine verlässliche Methode noch zu entwickeln. Folie 22
Ausblick (1): Erarbeitung einer Prüfnorm für Elektroabscheider Zuständig: Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Anfang 2011: Gründung eines Normungsauschusses Seit ca. 10 Monaten: Erarbeitung der Prüfnorm DIN 33999 Normentitel: Emissionsminderung Kleine und mittlere Feuerungsanlagen (1. BImSchV) Prüfverfahren zur Ermittlung der Abscheidewirkung von nachrüstbaren und nachgeschalteten Einrichtungen zur Staubminderung Folie 23
Ausblick (2): Neue Feldversuchskampagne am TFZ Abscheidertyp: Ruff-Kat Anzahl: 5 Dauer: 2 Heizperioden (2011-2013) je Abscheider: 6-malige Bestimmung der Abscheideleistung vor Ort Gravimetrische Messungen Betriebsdatenaufzeichnung mit Datenfernübertragung Staubbilanzen begleitende Prüfstandsmessungen Folie 24
Download des vollständigen Forschungsberichtes: (TFZ-Bericht Nr. 23) www.tfz.bayern.de Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Folie 25