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Komptech/KWB – Akademietag „Biomasse – der Weg bis 2020“ KWB – Vortrag: „Anforderungen an die Materialqualität von Biomasse, im Hinblick auf optimale Verbrennung“

15. Juni 2009

Dipl. -Ing. (FH) Ch. Urschler

KWB GmbH

KWB – Kraft und Wärme aus Biomasse GmbH Inhaltsübersicht • Brennstoffe/Materialqualität • •

Normungen Anforderungen

• Biomasseverbrennung • • •

Prozess Inhaltsstoffe Problembrennstoffe

• Biomassefeuerungen • •

Bauarten Charakteristiken

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KWB – Kraft und Wärme aus Biomasse GmbH

Brennstoffe/Materialqualität • Normungen/Qualität/Kontrolle • Anforderungen

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Hackgut – Qualitätsmanagement und Kontrolle

• Warum Qualitätsmanagement und –kontrolle • Kostengünstige Erzeugung von qualitativ hochwertigem Brennstoff • Störungsfreier Betrieb • Geringe Emissionen • Wie funktioniert Qualitätsmanagement und – kontrolle ?

• Eigen und Fremdkontrolle nach z.B. M 7133 bzw. in Zukunft prCEN/TS 14961 (EU - weit) 4

Normungen In Österreich im Wesentlichen zwei Normungen für Biomassebrennstoffe (Hackgut/Pellets) •

Die Unterteilung des Hackgutes erfolgt in Fein-, Mittel- bzw. Grobhackgut nach den ÖNORMEN M 7132 sowie M 7133.

•

Die Anforderungen an den Pelletsbrennstoff sind in der ÖNORM M 7135/1 festgelegt.

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Hackgut - Normung

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Zusammenhang - Wassergehalt zu unterem Heizwert

[kWh/kg FS] 6,00

Unterer Heizwert Hu von Holz in Abh채ngigkeit vom Wassergehalt Ho (oberer Heizwert, Brennwert)

5,00 4,6 4,00

Hu (unterer Heizwert) 3,00 HolzPellets

2,00

Holz

1,00

2- 3 Jahre gelagert

Holz waldfrisch

0,00 0

5

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

Wassergehalt [%] 7

Pellets - Normung

Pellets werden aus Holz- bzw. Sägespänen, welche in der Holz verarbeitenden Industrie anfallen, erzeugt.

• Die Anforderungen an den Pelletsbrennstoff sind in der ÖNORM M 7135/1 festgelegt.

• Der Hu des Pelletsbrennstoffes beträgt in etwa 4,9 kWh/kg.

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Pellets - Normung

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Pellets – Normung - Merkmale

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KWB – Kraft und Wärme aus Biomasse GmbH

Biomasseverbrennung • Verbrennungsprozess/Grundlagen • Inhaltsstoffe • Problembrennstoffe

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Biomasseverbrennung - Grundlagen Grundlagen Abgas

Luft Thermochemische Umwandlung

W채rmetauscher Asche

Brennstoff Asche

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Verbrennungsprozess - Grundlagen

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Verbrennungsprozess - Grundlagen

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Verbrennungsprozess - Luftüberschuss •

Der richtige Luftüberschuss ist der wichtigste Parameter bei der Regelung der Verbrennung

•

Mit sinkendem Luftüberschuss Verbrennungstemperatur an

•

Ein zu geringer Luftüberschuss < 1 führt zur unvollständigen Verbrennung

•

Ein zu großer Luftüberschuss > 2,5 verringert die Verbrennungstemperatur und der CO-Gehalt steigt

•

Die Zunahme der Holzfeuchte bedingt eine Abnahme der Feuerungsleistung und ein Absinken der Verbrennungs- und Rauchgastemperatur im Brennraum

steigt

die

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Verbrennungsprozess - Luftüberschuss Verbrennungstemperatur als Funktion der Luftüberschusszahl/kein Wärmeaustausch mit Umgebung

w w 16 w 28 w 45 w

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λ 16

Verbrennungsprozess - Inhaltsstoffe CxHy Kohlenwasserstoffe Die Belastung des Menschen durch Kohlenwasserstoffe ist schwieriger zu klassifizieren, da es sich dabei um keine definierte Verbindung, sondern um Verbindungsklassen handelt. Zu den Verbindungsklassen gehören auf der einen Seite Substanzen, die für den Menschen als ungefährlich betrachtet werden (Methan, Ethan, Ethen), jedoch als Treibhausgase das Klima beeinträchtigen.

CxHy unvollständige Verbrennung CxHy Geruchsbelästigung CxHy polyzyklische, aromatische Verbindungen; einige sind krebserregend Zerstörung durch Oxidation (Luftüberschuss)

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Verbrennungsprozess - Inhaltsstoffe Bildung von Dioxine, Furane • Anwesenheit von Chlor (z.B. Ammoniumchlorid in Spanplatten, Altholz) • Unverbrannter Kohlenstoff (Ruß, kohlenstoffhältige Stäube) • Metalle, insbesondere Kupfer • Temperaturen zwischen ca. 180 und 500°C • Anwesenheit von Sauerstoff: Dioxinemissionen bei Sauerstoffgehalt unter 11 Vol% sind viel geringer als über 11 Vol%.

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Verbrennungsprozess - Inhaltsstoffe Vermeidung von Dioxine, Furane Feuerungstechnik: max. Ausbrand der Kohlenwasserstoffe und Stäube; ein Luftüberschuss unter 2; eine gute Durchmischung der brennbaren Gase mit der Verbrennungsluft; falls notwendig, eine Verlängerung der Verweilzeit in der heißen Zone; Verhinderung des Mitreißens von Staubpartikeln; 19

Verbrennungsprozess - Inhaltsstoffe

S Schwefel • SO2, Produkt der Verbrennung • S-Gehalt des Brennstoffs sehr gering; Eintrag des Schwefels primär durch Umwelteinflüsse • Einbindung des Schwefels in die Asche wie bei Cl

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Verbrennungsprozess - Inhaltsstoffe N Stickstoff - Thermisches NOx wird bei 체ber 1.100째C aus dem Luftstickstoff und Sauerstoff in der Nachreaktionszone nach der Flammenfront gebildet - Promptes NOx wird bei Anwesenheit von Kohlenwasserstoff-Radikalen in der Flammenfront aus Luftstickstoff und Luftsauerstoff gebildet - Stickstoffoxide entstehen aus dem im Brennstoff befindlichen Stickstoff 21

Verbrennungsprozess - Inhaltsstoffe

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Verbrennungsprozess â&#x20AC;&#x201C; Auszug Problembrennstoffe

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Brennstoffe - Ascheschmelzverhalten

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Brennstoffe - Ascheschmelzverhalten

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KWB – Kraft und Wärme aus Biomasse GmbH

Biomassefeuerungen • Bauarten • Charakteristiken

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Biomassefeuerungen Ziel:

hoher Wirkungsgrad, geringe Schadstoffemissionen

•

Verbrennungszone in Glutbett und Nachbrennkammer gliedern

•

Glutbett: Kohlenstoffvergasung Nachbrennkammer: Gasphasenoxidation

•

Gasphasenoxidation (3-T-Regel) [Time-Temperature-Turbulence]

•

Um die Ziele zu erreichen, ist die Brennraumgestaltung besonders wichtig 27

Biomassefeuerungen St체ckholzkessel (unterer Abbrand) - Flamme brennt nach unten

Saug-Zug-Gebl채sekessel Brennstoff rutsch von selbst nach Prim채rverbrennungszone Sekund채rverbrennungszone

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KWB Classicfire 20 â&#x20AC;&#x201C; 50 kW

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Biomassefeuerungen Schematische – Darstellung - Unterschubfeuerung

Primär für Hackgut G30/W30, und Pellets Ruhiges Brennstoffbett Rascher Anfahrbetrieb nach dem Abstellen der Feuerung

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KWB Multifire 15 â&#x20AC;&#x201C; 100 kW

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KWB Powerfire 130 â&#x20AC;&#x201C; 300 kW

3t - Regel

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KWB Powerfire Strรถmungsverlauf in der Anlage, O2 Konzentration:

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KWB Powerfire CO Konzentration:

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CleanStGas GmbH (KWB GmbH – Ebner GmbH)

Im Überblick • • • • •

Hochreines teerfreies Gas Nutzung in Gasmotoren Hohe Stromausbeute > 30% Abwärme für Heizzwecke u. WW-Bereitung Bei z. B. Brennstoffwärmeleistung 300 kW – können ca.

70 kW el sowie 150 – 200 kW th erzeugt werden • Gesamtwirkungsgrad 85 % • 50 kW el bis 250 kW el

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CleanStGas GmbH - Prozesschaubild KWK – Kraft- Wärme Kopplung

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Diskussion/Fragerunde

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