Allgemeines über Feuerungen für Halmgut

Genehmigungspflicht

Im Gegensatz zu naturbelassenen Holzbrennstoffen, die bei < 1000 kW Nennleistung ohne emissionsschutzrechtliche Genehmigung errichtet werden können, gilt für Halmgüter (Stroh, Getreidekörner, Raps etc.) die Genehmigungspflicht bereits ab > 100 kW.

Bei Anlagen < 100 kW ist die Zulässigkeit von Körnern in nicht genehmigungspflichtigen Anlagen noch nicht eindeutig geklärt.

Es besteht aber die Möglichkeit einer Ausnahmegenehmigung durch das Landratsamt/ Kreisverwaltungsbehörde (1.BImSchV §20).

Halmgutbrennstoffe wie Stroh, Wiesenheu, Ganzpflanzengetreide, Getreidekörner etc. weisen wesentlich höhere Schadstoffemissionen auf, wie Holzbrennstoffe.

Gesetzliche Emissionsbegrenzungen für NOx gelten jedoch erst ab 100 kW Feuerungswärmeleistung (TA-Luft).

Bei Anlagen < 100 kW Feuerungswärmeleistung existiert allerdings nach der 1.BISchV für Kleinfeuerungsanlagen kein Grenzwert für NOx.

Noch höher sind die Staubemissionen.

Halmgutaschen sind sehr feinkörnig und haben eine geringe Dichte, so dass sie im Abgasstrom leicht mitgetragen werden.

Feuerungen für schüttfähige und aschereiche Halmgutbrennstoffe (Häckselgut, Strohpellets, Getreidekörner etc.) sind auch für Holzhackschnitzel und Holzpellets geeignet. Umgekehrt ist dies nicht möglich.

Halmgutfeuerungen weisen hinsichtlich

- Asche- und Schlackeabtrennung (Verschlackung),

- Temperaturführung,

- Brennstoffvorbehandlung,

- Emissionsbegrenzungen,

- Korrosion

einige technische Besonderheiten auf, die mit entsprechenden technischen Maßnahmen mehr oder weiniger gelöst werden können.

Maßnahmen, um die Nachteile gegenüber Holzbrennstoffen in den Griff zu bekommen:

- Unterschubfeuerungen sind ohne leistungsstarke Entaschung für Halmgüter nur bedingt geeignet

- Die hohe Verschlackungsneigung durch Ascheerweichung kann durch eine Begrenzung der Verbrennungstemperaturen im Glutbettbereich mittels Rostkühlung, wassergekühlten Brennraumoberflächen etc. vermieden werden.

Auch das Bewegen von Brennstoff und Asche (z. B. Vorschubrost, Ascheschieber etc.) oder die Verwendung von Zuschlagsstoffen (Branntkalk) zum Brennstoff verhindern ebenfalls das Anbacken der Asche.

- Verwendung von korrosionsbeständigen Bauteilen

  (die Haltbarkeit kann geringer sein als beim Einsatz von Holzbrennstoffen)

- Die Einhaltung der Emissionsgrenzen bei Staub kann oftmals nur durch den Einbau aufwändiger Abgasreinigungsanlagen (mit Gewebefiltern) erreicht werden.

Eine ganze Reihe von Pellet- und Hackschnitzelkessel mit Schubfeuerungen und beweglichen Rosten sind nur theoretisch auch zur Getreideverbrennung geeignet.

Den meisten fehlt z. Z. die notwendige Herstellerbescheinigung sowie eine konstruktive Anpassung an den Brennstoff Getreide zur Getreideverbrennung.

Als Brennstoffkombinationen sind entweder Pellets/Getreide oder Hackschnitzel/Getreide möglich.

Eine Hackschnitzel-/ Getreide-Kombination ist auch für Pellets geeignet.

Kombinationen sind zu empfehlen, da Getreide allein evtl. Risiken (Preis, Menge etc.) mit sich bringt.

 !  Mehr Infos über Kesselhersteller, Kosten etc. erhalten Sie im Rahmen einer persönlichen > Fachberatung!

Kessel mit halbautomatischer Feuerung

für Pellets und Getreidekörner haben ein angebautes Brennstoffmagazin. Das Magazin wird von Hand beschickt.
In d. R. ist wird hier aus Kostengründen eine normale Unterschubfeuerung ohne Rost und Ascheaustragung verwendet.
Die Schlacke ist einmal täglich aus dem Brennraum manuell zu entfernen, die Zündung erfolg meistens per Handzündung.  Kesselschnittbild

Kessel mit vollautomatischen Feuerungen

Für mehr Komfort müssen die auch teueren vollautomatischen Feuerungen (automatische Beschickung, Zündung und Entaschung) gewählt werden.

Diese Kessel verfügen meistens über mehr geeigneten Einrichtungen zur problemlosen Getreideverbrennung.

 > Bild.

Sicherheitseinrichtungen

Rückbrandsicherungen

Automatische Biomassefeuerungen müssen über eine Absicherung gegen Rückbrand im Zuführungssystem verfügen.

In d. R. geschieht das in Kombination mit der Fallstufe zwischen Austragschnecke (Schnecke vom Lager/ Silo) und Stokerschnecke (Schnecke zum Brenner).

- Löschwassersystem

Die Fallstufe allein kann einen Rückbrand nicht vermeiden. Es ist mindestens ein Löschwassersystem vorzusehen.

In der Praxis kann es an einigen Löschwassersystemen zu Undichtigkeiten kommen, die den Brennstoff durchnässen.

Preisgünstige Kessel verfügen in d. R. nur über ein Löschwassersystem.

Löschwassersysteme werden in der Praxis häufig mit weiten Sicherungssystemen kombiniert:

- Absperrklappen oder Absperrschieber

- Zellradschleusen

Unterdruckregelung

Das Austreten giftiger Gase in den Heizungsraum kann durch einen konstanten Unterdruck im Feuerraum verhindert werden.

Überhitzungsschutz

Durch einen eingebauten Sicherheitswärmetauscher im Kessel in Verbindung mit einer thermischen Ablaufsicherung kann der Kessel im Notfall abgekühlt werden.

Regelung

Automatisch beschickte Anlagen sind in d. R. teillastfähig und benötigen somit eine Leistungsregelung.

Leistungsregelung

Sie ermöglicht einen automatischen Betrieb entweder bei mehreren fest voreingestellten Leistungsstufen oder eine stufenlose Leistungsanpassung.

Es werden die Brennstoff- und Verbrennungsluftzufuhr variiert.

Regelgröße ist meistens die Kesseltemperatur.

Der Regelungsbereich liegt meistens zwischen 100% (Volllast) und 50% (Teillast).

Unterhalb der kleinsten Wärmeleistung, die im kontinuierlichen Betrieb noch erbracht werden kann, arbeiten die Anlagen im Ein-Aus-Betrieb in Verbindung mit einer automatischen Zündeinrichtung oder einer Glutbetterhaltung.

Verbrennungsregelung (Feuerungsregelung)

Das ist eine zusätzliche Funktion zur Leistungsregelung. Sie garantiert eine hohe Ausbrandqualität und einen hohen Wirkungsgrad.

Regelgröße ist die Einstellung eines optimalen Brennstoff-/ Luft- Verhältnisses.

Bei Getreidefeuerungen wird z. B. die Lambda-Regelung häufig eingesetzt.

Die Lambda-Sonde (Messfühler) misst den Luftüberschuss im Abgasstrom.

Kombinierte Leistungs- und Verbrennungsregelung > Regelschema

Das Zusammenspiel beider Regelkreise erfolgt als Kaskade, in welcher die Leistungsregelung als übergeordneter, langsamer Regelkreis die Leistung (Wärmeabgabe) beeinflusst und gleichzeitig Vorgabewerte an die Verbrennungsregelung als inneren, schnellen Regelkreis liefert.

Weitere Regelsysteme

Zur Steuerung der Brennstoffzufuhr (z. B. Drehzahl der Stokerschnecke) und auch für die vollautomatische Lageraustragung (z. B. Lichtschranke) sind weitere Regelsysteme erforderlich.

Die Erkennung verschiedener Brennstoffe (Holzpellets, Getreidekorn etc.) sollte automatisch erfolgen oder zumindest über die Regelung wählbar sein!

Heizungsregelung, Pufferregelung etc. sind in d. R. analog den > Regelsystemen für Holzheizungen.

Pufferspeicher

Getreide verbrennt wie Pellets oder trockenes Holz ohne störende Gerüche oder Rauchentwicklung.

Im Unterschied zu Pellets kann man eine Getreideflamme aber nicht soweit herunterdrosseln, dass durch Glimmen eine Art "Stand-By-Betrieb" des Kessels erreicht wird.

Damit der Kessel auch bei geringem Wärmebedarf noch im optimalen Bereich bleibt, ist der Einbau von ausreichend dimensionierten Pufferspeichern dringend anzuraten.

Varianten für die hydraulische Einbindung von Pufferspeichern

Puffer als hydraulische Weiche > Schema

Vorteile:

- Hydraulische Entkopplung bei unterschiedlichen Volumenströmen

- Kesselkreis verfügt immer über eine konstante Durchflussmenge

- Sanfte Regelung (hoher Wirkungsgrad, geringste Emissionen)

- Hohe Leistungsspitzen der Verbraucher möglich

- Geringer Aufwand für Regelung, preiswerte Lösung

Nachteile:

- Keine Funktion als Wärmespeicher

- Bei Kombination mit Holz nur reduzierter Betrieb möglich

Vorteile:

- Funktion als Wärmespeicher bzw. Lastausgleichsspeicher

- Verringerung der Brennerstarts

- Verschleißminderung von Brenner und Beschickung

- Ideal bei Kombination mit Stückholzkessel (Komforterhöhung)

Nachteile:

- Höherer Regelungsaufwand (Be- und Entladeregelung

- Größerer Kostenaufwand

1. Diskontinuierliche Ganzballenfeuerungen (Beispiel)

Holz-Strohballen-Vergaser 85-400 kW

Rund- und Quaderballen können z. B in einem Ballenvergaser (> Schema, > Längsschnitt) verbrannt werden.

Der Aufbau ist im Prinzip ähnlich wie ein Scheitholzvergaser.

Im oberen bereich befindet sich ein großer keramisch ausgekleideter und gut isolierter Füll- und Vergaserraum mit großer Fülltür. Die Temperatur liegt bei max. 700°C.

Zur Steuerung der Verbrennung und bzgl. des hohen Aschanteils befindet sich im Vergaserraum ein Ventilator.

Die hoch isolierte Wirbelbrennkammer ermöglicht eine lange Verweilzeit der Brenngase bei ca. 1000°C. mit sauberer Verbrennung und einen Wirkungsgrad > 90%.

Der Wärmetauscher ist ist als Zyklon-Staubabscheider ausgeführt (Staub ca. 20 mg/Nm³).

Schlackebildung tritt nicht auf, da das Brenngas durch die keramische Auskleidung auf < 600°C abgekühlt wird.

Das Anheizen muss immer mit Holz erfolgen und es dauert ca. eine halbe Stunde bis die Brennkammer glüht.

Als Brennstoff eignen sich alle Stroharten, Getreideganzpflanzen mit Körnern, Öll3ein, Hanf, Miscanthus, Wiesenheu und evtl. auch Rapsstroh.

Die Beschickung erfolgt mit bei kleineren Anlagen (bis 200 kW) ballenweise mit Frontader, bei 400 kW wird auch eine automatische Beschickung angeboten.

Von der Kesselregelung wird angezeigt, wenn die Verbrennung abgeschlossen ist und der nächste Strohballen aufgelegt werden kann.

Quelle: D. I. C. Herlt

 !  Mehr Infos erhalten Sie im Rahmen einer persönlichen > Fachberatung!

Feuerungssysteme

Schubfeuerungen

Sie besitzen ein ausreichend großes Brennstoffmagazin, das ca. z. B. 2 bis 3 mal pro Woche von Hand gefüllt werden muss.

Automatische Beschickung des Brennstoffmagazins, Zündung und Entaschung sind aus Kostengründen in d. R. nicht vorhanden.

Der Schutz gegen Chlorkorrosion bei Getreide (größere Materialdicken der Wärmetauscher bzw. auch Edelstahl) ist nicht immer ausreichend berücksichtigt.

Für den Vorteil des relativ günstigen Preises dieser Kessel, müssen einige Nachteile in Kauf genommen werden:

- Die Asche/Schlacke muss bei der Verbrennung von Getreide einmal

  täglich entfernt werden

- Z. T. Anzünden per Hand

- Handbeschickung des Brennstoffmagazins

- höherer Reinigungsaufwand

- ausreichend dimensionierter Puffer erforderlich

In d. R. werden diese Kessel für den Hauptbrennstoff Holzpellets oder Hackschnitzel eingesetzt und zum Beiheizen von Strohpellets oder Getreide. Kombination mit Öl/Gas ist ebenfalls möglich.

Schubrostkessel

Rostlose Schubbodenfeuerung

Halmgüter (Strohpellets, Triticalekörner  etc.) können in einem Kessel mit bewegbarem Rost > Bild mit hoher Verbrennungsqualität (wenig CO) verbrannt werden. Die großen Mengen von Schlacken bei Getreide sind ohne Bedeutung, da sie vom bewegbaren Rost ausgeschoben werden.

Kessel mit einem bewegbaren Rost (Schubrost/Treppenrost) im Boden eignen sich für mehr Brennstofftypen als Kessel mit festem Boden oder Kessel mit Verbrennung in einem Rohr.

Rostlose Schubbodenfeuerung (Einschubfeuerung) mit Wasserkühlung unter dem Glutbett haben gute Vorraussetzungen für die Verbrennung von Halmgütern.

Durch die Glutbettkühlung wird die Schlackebildung gemindert.

> Schema (Bildquelle: Ökotherm)

Brennstoff-Lagerung für automatische Beschickung

Silos

Lagerraum

- Gewebesilos (Sacksilo)

Für eine Lagerung an der Feuerungsanlage im Haus können Platz sparend  hängende Gewebesilos in einem geeigneten trockenen Raum aufgestellt werden.

Als Siloauslauf werden ein Drehschieber, Abfüllstutzen oder ein Schneckenkasten benötigt.

Es gibt UV-Silos (starr) und Hubsilos > Bild mit wesentlich mehr Kapazität auf gleichen Raum.

- Blech- oder Betonsilos

Für eine Lagerung im Freien sind Blechsilos in runder oder eckiger Form geeignet. Die Befüllung erfolgt über Förderbänder, Schnecken, Kratzkettenförder oder Fördergebläse.

- Wechselcontainer/ Rüttelcontainer

mehr über > Wechselcontainer

Als Lagerraum im Haus ist ein trockener und evtl. staubdichter Raum geeignet.

Der Lagerraumboden kann bei kleineren Anlagen z. B. als ist als Schrägboden ausgeführt werden.

Die Befüllung erfolgt je nach Gegebenheiten über Silopumpwagen, Lader, Förderband, Schnecke etc.

Es können ohne besondere Genehmigung bis zu 15 t Brennstoff im Haus gelagert werden.

Im Lagerraum sollten sich nach Möglichkeit keine E-Installationen befinden.

Für die Lagerung außer Haus gibt viele weitere Möglichkeiten, z. B. überdachte Fläche, Scheune etc.

Ausführungshinweise für den Brennstofflagerraum (für Getreide und Pellets)

Nähere Angaben dazu erhalten Sie bei der Realisierung der Anlage.

- Wände

Lagerraum muss dicht und massiv ausgeführt sein. Umfassungswände und Decke müssen der entsprechenden Brandwiderstandsklasse entsprechen.

- E-Installationen

Im Lagerraum dürfen keine E-Installationen, offene Leitungen und Sicherungskästen sein. Allenfalls notwendige E-Installationen müssen explosionsgeschützt ausgeführt sein.

- Wasserführende Leitungen

Wasserführende Leitungen sollten wegen Kondenswasserbildung und der Gefahr von Rohrbruch im Lagerraum vermieden werden.

- Türen bzw. Einstiegsöffnungen

Türen bzw. Einstiegsöffnungen müssen nach außen aufgehen, dicht sein und als Brandschutztür ausgeführt werden.

- Z-Winkel

An der Innenseite der Türöffnung sind bauseits Holzbretter anzubringen, damit die Pellets nicht gegen die Tür drücken. Die Bretter werden in Z-Winkeln geführt.

Die Z-Winkel sind nicht bis zur Decke zu montieren, damit die Bretter nacheinander demontierbar sind.

- Wandschrägen

Bauseits sind zwei stabile staubdichte Wände aus gehobelten Holzbrettern, beschichteten Spanplatten etc. im Winkel von ca. 30-45° über die Länge des Lagerraumes anzubringen.

- Prallplatte

Eine Prallplatte muss mit einem Abstand > 10 cm zur Wand an der Mauer gegenüber dem Befüllstutzen angebracht werden. Beim Einblasen prallen damit die Pellets nicht auf die Mauer und werden dadurch geschont.

Die Hinweise gelten für Getreide und Pellets, nicht für Hackgut.

Entnahme- und  Beschickungssysteme (Lageraustragung)

Fördersysteme für Getreide und Pellets

Schneckensysteme

Einfachste Lösung. Lagerraum muss direkt neben Kesselhaus und mit schrägem Boden versehen sein. Angeboten werden gerade, geknickte und biegsame Förderschnecken.

Je weniger starr die Schnecken sind, desto besser können sie den Raumbedingungen angepasst werden und um so höher ist auch der Verschleiß.

- Achslose Förderspirale

Geignet für gebogene Förderwege und für trockene, leicht rieselfähige Brennstoffe (Pellets, Körner)

- Rohrschnecke, Trogschnecke

Reinigung durch Rückwärtslauf. Geignet für leicht geneigte, gerade Strecken und für trockene, leicht rieselfähige Brennstoffe (Pellets, Körner)

Pneumatische Förderung mit Gebläse

Anwendung nur für rieselfähige und trockene Schüttgüter.

Austragsysteme

Lageraustragung, Raumaustragungen

Bei automatischen Feuerungen werden der Brennstoff durch Austragungssysteme vom Lager zum Kessel transportiert.

Der Brennstoff wird entweder über einem größeren Vorrats- oder kleineren Zwischenlagerbehälter (Brennstoffmagazin) der Brennkammer zugeführt

oder direkt über eine Zellradschleuse.

- Austragungsschnecken

Einfachste Lösung z. B. Trogschnecke. Lagerraum muss direkt neben Kesselhaus und mit schrägem Boden versehen sein. Bei Vielstoffbrennern nicht für Hackgut geeignet

- Blattfederrührwerke

In Verbindung mit einem Schrägboden werden häufig bei kleineren Anlagen Blattfederrührwerke mit Schneckenaustrag verwendet.

Unterhalb der Rotationsebene befindet sich die Entnahmeschnecke.

- Drehschnecken

Sie bewerkstelligen neben der Lockerungsarbeit auch den radialen Transport. Auch für feuchte Brennstoffe geeignet. Anwendung bei runden Silos.

- Konusschnecken

Sie arbeiten in geneigter Stellung und erfüllen eher eine Rührwerksfunktion für für den selbsttätig nachrutschenden und trockenen Brennstoff. Anwendung bei runden Silos.

- Schubböden

Eignen sich für rechteckige Lager und größere Feuerungsanlagen.

Sie besitzen eine oder mehrere Schubstangen mit Mitnehmern, die horizontal vor- und zurück bewegt werden.

Die Schubstangen werden von Hydraulikzylindern angetrieben, die außerhalb des Lagerraumes arbeiten.

Durch die keilförmige Form der Mitnehmer wird der Brennstoff in Richtung einer stirnseitig oder mittig verlaufenden Querrinne geschoben, in der sich z. B. ein Schnecken- oder Kettenförderer befindet.

- Pneumatische Austragung mit Gebläse

Der Lagerraum kann bis 25 m entfernt sein. Zu beachten ist der etwas höhere Geräuschpegel, ansonsten die eleganteste und auch preiswertere Lösung für Getreidekörner (Schüttgut).

Lagereintrageysteme (Befüllung des Lagerraumes)

Mechanische Systeme

- Radlader, Kipper

- Förderbänder

- Schnelllaufende Kornschnecke mit Einfülltrichter

Pneumatische Systeme

- Gebläse (Hochdruck)

Die besondere Eignung von Getreidefeuerungen auch für andere landwirtschaftliche Abfallprodukte

Optimierte und weiter entwickelte Getreidefeuerungen werden zukünftig eine enorme Bedeutung als Vielstofffeuerungen erlangen, da neben Holzbrennstoffen und Getreidekorn so gut wie alle energiehaltigen landwirtschaftlichen Abfallprodukte zur Energiegewinnung eingesetzt werden können, wie z. B.:

- Pellets aus Holz, Getreideabfällen, Siebresten etc.

- Hackgut

- Stroh-, Heu-, Miscanthuspellets

- Ölkuchenpellets (Rapskuchen etc.)

- Tresterpellets (Traubentrester)

- Pellets aus Pferdemist u. a.

Die Landwirtschaft verfügt über ein bedeutendes, bisher ungenutztes Potenzial an Flächen zur Energieerzeugung.

Leider haben die meisten Hersteller und besonders die Politiker bisher in einigen Ländern z. B. bei der Einführung der Holzpelletanlagen diese Entwicklung z. Z. noch nicht genügend beachtet, da diese eben nur für Holzpellets geeignet sind.

Mit der evtl. zukünftigen Verknappung des Rohmaterials Sägespäne als preiswertes Abfallprodukt und der damit verbundenen Preissteigerung, wird das für den Verbraucher unangenehme Folgen haben, besonders bzgl. der Amortisation der teuren Holzpelletanlagen.

Möglichkeiten der thermischen Verwertung von landwirtschaftlichen Abfallprodukten > mehr...

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