Neuheiten und interessante Lösungen

 Neu! Co-Firing (Beifeuerung) von Biomasse-Pellets in Kohlekraftwerken

1. Direktes Co-Firing

Bei Kraftwerken mit Kohlestaubfeuerung muss die zur Beifeuerung verwendete Biomasse (optimal z. B. Industriepellets) auf Partikelgrößen < 2 mm gemahlen werden.

Bis zu 30 % Biomasse können zusammen mit der Kohle im gleichen Kessel verbrannt werden.

Nachteil:

Anteil Biomasse zur Beifeuerung begrenzt (max. 30 %)

Vorteil:

Keine zusätzlichen Investitionen notwendig.

2. Indirektes Co-Firing

2.1. Ein Biomassevergaser vergast einen festen Brennstoff in ein Produktgas, dieses wird dann im Kohlekessel mit verbrannt.

2.2. Eine weitere Möglichkeit ist, das ein separater Biomassekessel in das Dampfsystem integriert wird.

Nachteil:

Indirektes Co-Firing erfordert hohe Investitionen.

Vorteil:

Eine breite Paillette von Lignocellulose-Biomasse kann eingesetzt werden.

Thermisch vorbehandelte Biomasse-Pellets

Torrefizierung:

Thermische Behandlung von Biomasse unter Luftabschluss bei 260 bis 300 °C durch eine pyrolytische Zersetzung (Mittelding zwischen Trocknung und Pyrolyse).

Dabei werden die Zellulosestrukturen aufgebrochen (gecrackt), was besonders die Mahleigenschaften und die Rohstoffflexibilität verbessert sowie auch einen höheren Biomasseanteil zur Beifeuerung ermöglicht.

Neben Holz können auch Stroh, Heu, Palmölrückstände und fasrige Zuckerrohrreste (Bagasse) aufbereitet werden.

Die Energiedichte von torrefizierten Biomasse-Pellets ist doppelt so hoch wie die von Standardpellets.

Entwicklungsstand

Weltweit waren 2011 mehr als 10 Torrefizierungsanlagen im Bau oder in der Einführungsphase.

Führend sind die Niederlande, Belgien und Dänemark, da hier im Gegensatz zu Deutschland, auch das Co-Firing über die Einspeisevergütung stark gefördert wird.

In Deutschland werden höhere Einspeisetarife nur für Strom aus reinen Biomassefeuerungen gezahlt.

Quelle: VDI Nachrichten, 10.6.11 Nr. 23, Autor: Christian Dany

Pelletkessel mit Brennwerttechnik

Nach Gas und Öl wurde die Brennwerttechnik jetzt erstmalig auch für Holzpellets marktreif entwickelt und im Herbst 2005 auf dem Markt eingeführt.

Die Holzpellets enthalten als Brennstoff bis zu 6% Feuchtigkeit, also deutlich mehr als Öl und Gas.

Der Taupunkt der Abgase liegt bei Pelletfeuerungen unter 55°C. Damit lassen sich bei Fußboden- oder Wandheizungen Kesselwirkungsgrade von ca. 103% realisieren.

Das Pelletkondensat besitzt einen pH-Wert von 4 bis 5.

Funktion

Die Abgase werden in einem speziellen Abgas-Wärmetauscher aus Edelstahl bis auf dem Taupunkt abgekühlt. Die gewonnene Wärme wird dann dem System wieder zugeführt (RL-Anhebung) > Schnittbild.

Heizkostenersparnis

10 bis 13%, je nach Rücklauftemperatur des Heizsystems.

Mehrkosten für die Anschaffung

ca. 15% gegenüber normalen NT-Pelletkessel

Einsatzempfehlung

optimal in Verbindung mit Flächenheizsystemen

Anforderungen an den Schornstein

- unempfindlich gegen Feuchtigkeit (Edelstahl, Keramik)

- rußbrandgeprüft

Probleme

Am Wärmetauscher entsteht ein klebriger Teerfilm und zusätzliche Staubablagerungen. Eine Reinigung ist unbedingt erforderlich.

Maßnahmen:

z. B. automatische Frischwasserspülung einmal täglich etc.

Quelle:Ökofen

Unsere Einschätzung

Ob die Brennwerttechnik sich in der Praxis schnell durchsetzen wird, ist z. Z. schwer einzuschätzen.

Das Gesundheitsrisiko des Feinstaubes, der lediglich aus organischen Stoffen besteht (im Gegensatz zu Diesel und Heizöl) ist noch nicht nachgewiesen.

Abgaswärmetauscher und Wäscher (Beispiel)

Anwendung

Der Hydrocube* (Hydrobox) dient der Abgaswärmenutzung mit gleichzeitiger Abgasreinigung und kann für alle kleinen bis mittleren Kesselleistungen (15-1000 kW) eingesetzt werden.

Er ist sowohl für Biomasse- als auch Öl- und Gaskessel geeignet und wird zwischen Abgasstutzen des Kessels und dem Schornstein montiert.

Das System ist nicht wie bei Brennwertkesseln in den Kessel integriert und kann somit bei allen Kesseln auch nachgerüstet werden.

Funktion

1. Wärmerückgewinnung

Die Abgase werden in einem speziellen Abgas-Wärmetauscher aus Edelstahl bis auf dem Taupunkt abgekühlt (Brennwerttechnik).

Die gewonnene Wärme wird dann dem System wieder zugeführt (RL-Anhebung).

Im Kondensatbehälter befindet sich ein zusätzlicher Wärmetauscher (Kondensat-WT).

Die gewonnene Wärme wird dem WW-Speicher  zugeführt.

2. Abgasreinigung

Die Abgase werden in einem Abgaswäscher durch Kondensateindüsung gewaschen. Russpartikel und Stäube werden dabei bis zu > 70% beseitigt.

Energiegewinn für Heizung und Warmwasser

bis zu 16% in Neuanlagen, in Altanlagen wesentlich mehr, je nach Rücklauftemperatur des Heizsystems.

Die Kosten für die Anschaffung von ca. 2.550 Euro für Kessel bis 20 kW amortisieren sich mittelfristig.

Anforderungen an den Schornstein

- unempfindlich gegen Feuchtigkeit (Edelstahl, Keramik)

- rußbrandgeprüft

Reinigung

Am Abgas-Wärmetauscher (AWT) entsteht ein klebriger Teerfilm und zusätzliche Staubablagerungen.

Über Revisions- und Reinigungsöffnungen kann der AWT auch während des Betriebes gereinigt werden.

Einsatzempfehlung

optimal in Verbindung mit Flächenheizsystemen und zur Senkung der Staubemissionen, besonders bei Biomasse.

Unsere Einschätzung

Sofern die Feinstaubproblematik bei Holz-, Pellets- und Hackschnitzelanlagen weiter hochgespielt wird, bietet diese Lösung, neben der Heizkostenreduzierung, eine echte Alternative, um die Feinstaubemissionen wesentlich zu reduzieren.

*) Hydrocube wurde 2010 durch den Partikelabscheider "AL-Top" und den Abgaswärmetauscher "AWT-Top" ersetzt.

Quelle: Fa. Schräder, Abgastechnologie

Entwicklungsbedarf und -aktivitäten für Pelletfeuerungen

Allgemeine Entwicklungsschwerpunkte

- Verbesserung der Feuerungsgeometrie

Verweilzeitoptimierung, Turbulenz- und Beruhigungszonen, Staubfangzonen.

- Strömungsoptimierung der Brennkammer

Hierzu sind allgemein zugängliche Simulationswerkzeuge zu entwickeln, damit das Strömungsverhalten, die Temperaturverhältnisse etc. in der Brennkammer simuliert werden können.

- Verbesserter Ascheausbrand

- Geräuschminderung

von elektrischen Antrieben und Magazinbeschickung.

- Minderung der Abstrahlverluste

durch durch verbesserte Isolierung von Kessel, Pumpen und Verteilerbalken.

- Einbau von Datenschnittstellen für den Kundendienst

zur Minderung des Diagnose- und Wartungsaufwands.

Spezielle Entwicklungsschwerpunkte

Weitere Verbesserung der Regelungstechniken

Sie betreffen weniger die technische Durchführung (Hardware), sondern vielmehr die hinterlegte Logik bzw. die Regelmodelle (Software) bei Kleinfeuerungsanlagen.

1. Adaptive Regelung

Hier misst der Prozessrechner mehrere Prozessvarible und regelt den Prozess nach anfänglich einprogrammierten Sollwerten und Entscheidungsregeln, die dem Prozessverlauf dynamisch angepasst werden.

2. Fuzzy-Logik-Regelung (unscharfe Logik)

Auch hier misst der Prozessrechner mehrere Prozessvariable und regelt den Prozess nach anfänglich einprogrammierten Standartwerten und Regeln, die dem Prozessverlauf dynamisch angepasst werden.

Dabei stehen jedoch die Prozessvariablen nicht in einem mathematisch definierten Zusammenhang, sondern sind über das eingebrachte Expertenwissen empirisch gekoppelt.

Die beiden Regelungstechniken ermöglichen eine verbesserte Anpassung an wechselnde Brennstoffeigenschaften (Art, Wassergehalt, Stückigkeit Aschegehalt etc.)

Nutzung von Nicht-Holz-Pellets

Die weitere Verbreitung und Konkurrenzfähigkeit der Pelletheizung gegenüber konventionellen Heizungssystemen wird weniger von der technischen Weiterentwicklung der Feuerungssysteme abhängen, als vielmehr von der weiteren Preisentwicklung bei den Holzpellets.

Nahe liegend wäre die zusätzliche Nutzung von z. T. wesentlich billigeren Halmgut, Getreidekörnern, Ölsaaten-Presskuchen etc. mit ähnlicher Schüttdichte und ebenso günstigen Fließeigenschaften.

Für die weitere Entwicklung der Nicht-Holzbrennstoffe im Pelletmarkt werden drei Aspekte entscheidend sein:

- Minderung des erhöhten Staubgehaltes

- Vermeidung von Verschlackungen

- Minderung des NOx-Ausstoßes

Gleichzeitig sollte aber eine generelle Klarstellung über die Zuordnung der genannten landwirtschaftlichen Brennstoffe erfolgen.

Quelle: Schriftenreihe Nachwachsende Rohstoffe, vom Bundesministerium und FNR

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

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