Hackschnitzelheizungen - Grundlagen

Hauptbestandteile einer Hackschnitzelfeuerung

Hackschnitzelheizungen sind vollwertige Heizungssysteme und sehr komfortabel. > Bild Hackschnitzelanlage mit Federkernaustragung (Quelle HDG)

- Hackschnitzelkessel mit Beschickungseinheit

  Es kommen verschiedene Feuerungssysteme zu Einsatz.

- Silo mit Raumaustragung

z. B. Lagerraum mit Federkernaustragung für die automatische Kesselbeschickung

- Lagerfläche für Jahresvorrat

z. B. je nach Möglichkeit Überdachung, Bunker, Halle etc.

- Technik für die Lagerbefüllung

z. B. Kopflader, Förderband, Kipper etc.

Unterschied zu Pelletheizungen

Im Vergleich zu Pellets erfordern Hackschnitzel eine relativ große Lagerfläche und leistungsstärkere Lageraustragessysteme (Fördereinrichtungen mit Förderschnecken, Federkernaustragung etc.) sowie Lagereintragesysteme (Radlader etc.).

Hochwertige Anlagen können feuchte Holzbrennstoffe bis zu einer Feuchte von 40% verbrennen.

Automatisierung und Kosten

Durch die automatische Beschickung, Zündung und z. T. auch Ascheaustragung sind die Investkosten ca. 2-3x teuerer als Ölheizungen. Dafür ist der Energiepreis wesentlich niedriger.

Auswahl

Für eine richtige Auswahl der Anlage ist eine Fachberatung bzw. Planung erforderlich. Eine Entscheidung allein über Kostenvoranschläge ist nicht zu empfehlen.

Geeignete Brennstoffe

In speziellen Hackschnitzelanlagen können zusätzlich auch die weiteren Brennstoffe verbrannt werden:

- Holzreste

alle Holzreste aus der Industrie gemäß 1. BImSchV

- Briketts aus Holzresten

Bei Holzresten mit sehr hohen Feinanteil empfiehlt sich eine Brikettierung.

- Industriepellets

Größere und kostengünstige Pellets mit Rindenanteil für größere Gebäude, Wärmeverbund etc.

- 6 mm Qualitätspellets

Durch hohe Dichte, hohen Heizwert, geringste Feuchte und guten Fließverhalten der ideale Brennstoff.

- Hobel- und Sägespäne

Einsatzempfehlung

ab ca. 30 kW sinnvoll, für kleinere Anlagen sind evtl. Pelletheizungen besser.

Besonders bei kleinen Anlagen ist ein Nachweis der Wirtschaftlichkeit zu empfehlen.

Brennstofftrocknung und Lagerung

Hackschnitzel haben waldfrisch eine Feuchtigkeit von ca. 40%, sofern man das frisch geschlagene Holz ca. 6 Monate im Wald belässt und danach erst weiter verarbeitet.

Eine Vortrocknung auf Werte < 40% ist aber immer empfehlenswert, da sonst bei der Verbrennung ein Teil der Energie für die Verdampfung des Wassers benötigt wird.

Außerdem wird damit ein Vergammeln (Schimmel etc.) bei der weiteren Lagerung vermieden.

Trockenes Hackgut benötigt eine wesentlich kleinere Lagerfläche.

Für den gleichen Energiegehalt benötigen Holzhackschnitzel etwa den dreifachen Lagerraum wie Öl.

Bei hochwertigen Verbrennungsanlagen ist in d. R. eine Verbrennung von feuchten Hackgut bis 40% Feuchte ohne Probleme möglich.

Die Trocknung erfolgt meist in Kombination mit der Lagerung und Bevorratung.

Dazu gibt es mehrere Möglichkeiten:

- Aktive Belüftung (hohe Investitions- und Betriebskosten),

- passive Belüftung und

- biologische Trocknung*.

*) Wenn waldfeuchte Hackschnitzel als Schüttung gelagert werden, dann erwärmt sich der Haufen und es findet eine biologischen Trocknung (Selbsttrocknung) innerhalb von ca. 2 bis 3 Monaten statt.

Dabei werden ca. 8 % des Holzenergiegehaltes verbraucht.

Weitere Möglichkeiten sind

- Vorschaltung eines Vortrockners > Bild

zwischen Querförderschnecke und Kesseleinschubschnecke.

Dabei wird über einen Wärmetauscher auf 80°C erwärmte Luft eingeblasen.

- Trocknungsanlagen

für den stationären als auch den mobilen Hackguttrocknungseinsatz. Die Energiekosten liegen je nach Energiekosten bei ca. 3 bis 5 &€;/Srm. Durch die Trocknung erhöht sich der Heizwert und damit vermindert sich der Brennstoffeinsatz.

Lagerung größerer Mengen zur Bevorratung

Hackschnitzel erfordern eine relativ große Lagerfläche (nach Möglichkeit überdacht).

Die richtige Lagerhöhe und eine gute Durchlüftung ist zu beachten (Selbstentzündungsgefahr).

Größere Mengen ohne aktive Belüftung sollten unbedingt öfters ungeschichtet werden.

Eine Temperaturüberwachung mit einer Sonde ist immer zu empfehlen.

Hackschnitzel-Lagerraum

Form

Die Form des Raumes sollte möglichst quadratisch oder rund und mit doppelten Boden ausgestattet sein, um eine vollständige Entleerung zu gewährleisten.

Lagerraumgröße

Für die Größe des Lagerraumes gilt für Hackschnitzel als Faustformel: pro kW Heizlast 1,6 - 2 m³ Vorratsraum für einen Jahresbedarf.

Sind aus bautechnischen Gründen nur kleinere Lagerräume möglich, muss öfters nachgefüllt werden.

Die günstigste Lage ist gleich neben dem Heizraum.

Brandschutz

Die bautechnischen Brandschutzanforderungen sind einzuhalten (FeuV).

Unbedingt notwendige Elektroinstallationen sollten bei sehr trockenen und staubhaltigen Brennstoffen explosionsgeschützt ausgeführt werden.

Weitere Einzelheiten berücksichtigen wir bei der Planung/ Projektierung der Anlagen.

Ausführungen

Je nach Größe der Anlage gibt es verschiedene Ausführungen von Hackschnitzellagern:

- Oberirdisches Rundsilo

- oberirdische, gut durchlüftete Lagerhalle aus Holz

- unterirdischer Lagerraum

- Wechselcontainer

Rüttelcontainer mit vibrierenden Boden (VIBRAFLOOR^®)

Eine elegante und vielseitige Lösung bei den Wechselcontainern sind Rüttelcontainer:

Abholung, Transport, Lieferung, Lagerung und kontinuierliche automatische Beschickung des Heizkessels.

Anwendung für Heizkessel  mit kleineren bis mittleren Leistungen.

Quelle: VIBRAFLOOR^® > www.silexport.com

Lagerein- und Lageraustragesysteme

Lagereintragesysteme

Für  die Brennstoffzuführung ins Lager sind je nach Gegebenheit unterschiedliche Lagereintragesysteme möglich:

Transportfahrzeug, Kopflader, Förderband,

Schnecken- und Trog- bzw. Kratzkettenförderer etc.

Lageraustragesysteme - Raum- und Siloaustragungen

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

> mehr zu Lageraustragesystemen

Die Wahl des Feuerungssystems für den Kessel hängt von der Anlagengröße und der Form der vorhandenen Biomasse ab (z. B. Späne, Häcksel, Pellets usw.).

Hackschnitzel und Pellets können in nahezu allen Feuerungssystemen (Schachtfeuerungen, Vorofenfeuerungen. Unterschubfeuerungen etc.)  verbrannt werden.

 > mehr zu Feuerungssystemen

Rauchgasentstaubung

(Multi-)Zyklon

Einsatz von Rauchgasentstaubungsanlagen

Die Notwendigkeit bei Anlagen < 100 kW ist u. a. von Feinanteilen im Brennstoff und den gewählten Feuerungssystemen etc. abhängig.

Für Kleinfeuerungsanlagen kann unter bestimmten Voraussetzungen auf eine Rauchgasentstaubung verzichtet werden.

Klärung in unseren Fachberatungen oder bei der Anlagenplanung.

Bei Biomasse-Anlagen > 100kW, die der TA-Luft  unterliegen, ist eine Rauchgasentstaubung meistens erforderlich.

Die Rauchgasentstaubungsanlage wird in d. R. über ein zusätzliches Rauchgasgebläse dem Kessel nachgeschaltet.

Bei Anlagen, die der TA-Luft (> 100kW) unterliegen, werden deshalb die Multizyklone als Vorabscheider eingesetzt und eine Feinabscheidung nachgeschaltet.

Funktion

Zyklone sind Fliehkraftabscheider, bei dem in einem senkrechten, nach unten konisch sich verjüngenden Zylinder das Rauchgas tangential zugeführt und somit in eine Drehbewegung versetzt wird.

Durch die auf die Staubpartikel wirkende Fliehkraft werden diese zur Außenwand geschleudert, dort abgebremst und sinken in den darunter liegenden Staubabscheideraum.

In d. R. werden mehrere Zyklone hintereinander geschaltet (Multi-Zyklon).

Vor- und Nachteile

Die Lösung ist relativ kostengünstig, die Abscheidewirkung ist jedoch relativ gering

Reststaubgehalte 50-200 mg/Nm³).

Gewebefilter

Rauchgaskondensationsanlagen

Funktion

Rauchgaskondensationsanlagen zur Wärmerückgewinnung können auch zur Partikelabscheidung genutzt werden.

So wirken die Staubpartikel als Kondensationskeime und werden mit dem Kondensat an den Wärmetauscherflächen abgeschieden.

Pufferspeicher für Hackschnitzelanlagen?

Prinzipiell ist nach Aussagen der meisten Hersteller für Kessel < 100 kW mit vollautomatischer Beschickung theoretisch kein Pufferspeicher notwendig.

Da es aber auch unterschiedliche Brenner- und Zündsysteme, Brennstoffqualitäten etc. gibt, kann ein Puffer verschiedene Verbesserungen bringen, auf jeden Fall reduziert er die Brennerintervalle und den Verschleiß bei allen Kesseln und Fördersystemen.

Auslegung

Das evtl. erforderliche Puffervolumen ist nach den jeweiligen Gegebenheiten und eingesetzten Kessel im Rahmen der Anlagenplanung zu berechnen.

Die Notwendigkeit und Größe von Pufferspeicher ist also von Fall zu Fall neu zu entscheiden.

Sie können aber kleiner wie bei Holzanlagen ausgelegt werden.

Die wichtigsten Entscheidungskriterien sind:

- Brenner-, Feuerungs-, Zünd- und Beschickungssystem,

- Brennstoffqualität

- örtliche Randbedingungen

- Wassermenge im Heizungssystem

  (z. B. bei großen Heizwerken mit Fernwärmenetz kann auf Puffer u. U.

   verzichtet werden)

Puffer als hydraulische Weiche

Bei Anlagen > 100 KW werden Puffer i. d. Regel immer als hydraulische Weiche eingesetzt.

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

Besonderheiten bei Großfeuerungsanlagen (Biomasse-Heizwerke > 1.000 kW)

Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen

Carmen e. V. hat 111 Biomasse-Heizwerke in Bayern mit Daten von 2008 ausgewertet.

Preisbasis Hackschnitzel 2008: ca. 20 €/MWh.

Nach der Auswertung von Herrn G. Krapf sind die folgenden Hinweise für die Planer zu beachten:

- Heizlast, Jahresenergie- und Temperaturverlauf

sollten möglichst genau unter Vermeidung von Pauschalansätzen ermittelt werden

- Vorplanung

Hier sind Standort, Trägerschaft, Genehmigung, Durchleitungsrechte und die Verantwortlichkeiten in 6 Projektphasen zu klären.

- Technische Planung Feuerungssystem

Mono- oder bivalente Auslegung festlegen. Die Regel sind bivalente Anlagen, bei denen der Biomassekessel die Grundlast abdeckt.

Bei der Dimensionierung der Wärmeerzeuger sollte ca. 80% der Wärme aus Biomasse bereitgestellt werden.

- Laufzeiten und Wärmegestehungskosten

Monovalente Anlagen sollten mit > 2.000 Vollbetriebsstunden ausgelegt werden, bivalente Anlagen mit  > 2.500 h und mit Wärmespeicher > 3.000 h.

Je höher die Laufzeiten (größere Auslastung), desto niedriger die Wärmegestehungskosten:

Bei Anlagen, die 2008 weniger als 2.500 h erreichten, lagen die mittleren Wärmegestehungskosten bei 90 €/MWh (Schnitt aller Heizwerke nur 71 €/MWh!!!),

Anlagen mit > 3.500 h lagen nur bei 66 €/MWh

Inzwischen haben sich die Brennstoffpreise stark verteuert und auch die Baukosten sind gestiegen.

Die Wärmepreise der Holzheizwerke mit durchschnittlich ca. 70,60 €/MWh lagen damit im Bereich der üblichen Fernwärmepreise.

Unter diesen Voraussetzungen arbeiteten die meisten untersuchten Holzheizwerke hart an der Grenze der wirtschaftlichen Rentabilität.

Quelle: VDI Nachrichten 6.5.11 Nr. 18; Herr Krapf, Carmen e. V.

Beispiel Hackschnitzelheizwerk

Anlagentechnik:

3-Zug-Biomassekessel Kohlbach mit Vortrockner und ausgemauerter Brennkammer, Bj. 2003, Heizleistung 1.200 kW, 3.000 l WW-Speicher, kein Puffer.

Verbrennungstemperatur ca. 950°C;

Spitzenlast Gaskessel 560 kW

Auslegung:

80-85% des jährlichen Wärmebedarfs (Hackgut)

Betrieb:

nur in der kalten Jahreszeit (kein Sommerbetrieb)

Medium:

Heizwasser 75°C;

Wasserinhalt Kessel und Rohrnetz ca. 10.000 l.

Die 1,4 km Fernleitung besteht aus Edelstahl-Spiralrohr, welches die Luft aus der Hydraulik entfernt und somit keine Lüftungstöpfe erforderlich sind.

Wegen der großen Wassermenge kann auf einen Pufferspeicher verzichtet werden.

Brennstoffverbrauch:

Hackgut ca. 1.500 bis 1.600 t/a (Abfallholz aus Nutzeinschlag)

Brennstoffversorgung:

aus Umland mit ca. 14.000 ha Wald

Hackgutlager:

Fassungsvermögen ca. 200 t, reicht für ca. 3 Wochen (könnte größer sein)

Lageraustragung:

Schubboden, Fassungsvermögen 60 t, Beladung alle 5-6 Tage

Asche (Sondermüll):

2x jährlich Abfuhr zur Sondermülldeponie; aus 1.600 t Hackgut entstehen ca. 8 t Asche.

Feinstaub:

Anfall am elektrostatischen Feinstaubfilter ca. 200 l/Woche bei Volllast

Automatische Reinigung der Rauchzüge:

mehrmals am Tag Ausblasen mit Druckluft

Stromanschluss:

für Pumpen und Hilfsaggregate 42 kW

Brennstoffqualität:

Zu trockenes Holz < 20% Feuchte ist grundsätzlich für ausgemauerte Kessel ungünstig.

Zu nasses Holz fordert zu viel Wärme ab, Fördereinrichtung schiebt zu viel Holz nach, Kessel schaltet wegen Überfüllung automatisch ab.

Auch zu weiches Holz (Pappel, Weide), Getreide oder Stroh bilden Schlacken (Ascheschmelzpunkt 700 °C), die dann manuell vom Rost entfernt werden muss.

(für diese Brennstoffe ist dieser Biomassekessel allerdings auch nicht ausgelegt!)

Fördermittel

1. Bundesförderung

Hackschnitzelanlagen werden z. Z., sofern Mittel zur Verfügung stehen, über Bundesfördermitten bezuschusst.

Aktuelle Daten > www.bafa.de

Über KfW-Energiesparprogramme sind auch zinsgünstige Kredite möglich.

mehr unter > Fördermittel

2. Länderförderprogramme

z. B.: Landesförderung Bayern

Förderung von kleinen Biomasseheizwerken von 100-500 kW in Bayern (BioHeiz500)

gilt seit dem 1.9. 2001 und unterstützt die erstmalige Errichtung von Anlagen mit automatisch beschickten Biomassekesseln und damit verbundene Nahwärmeversorgungseinrichtungen zwischen 100 und 500 kW.

Auskunft über die Programme gibt das Technologie- und Förderzentrum im Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe, Schulgasse 18, 94315 Straubing, Tel.: 09421/300-214, Fax: -211. Dort sind auch die Antragsformulare abzufragen.

Für wesentlich mehr Informationen stehen wir Ihnen mit einer persönlichen Fachberatung jederzeit gerne zur Verfügung.

Beispiele für Pilot- und Referenzanlagen > Pilotanlagen