Aufrufe
vor 4 Monaten

01-02 | 2018

Energie Verbrennung von

Energie Verbrennung von zerkleinerten Holzbriketts in automatisch beschickten Kleinfeuerungsanlagen In einem gemeinsamen Projekt der RUF GmbH und der DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH wurden Untersuchungen zur kontinuierlichen Beschickung eines Kessels mit Holzbriketts durchgeführt. Dazu wurde ein Beschickungskonzept von zerkleinerten Holzbriketts erarbeitet und Emissionsmessungen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die automatische Beschickung eines Kessels mit Holzbriketts eine interessante Alternative zur Befeuerung mit Holzpellets und Hackschnitzeln darstellt. Dabei sind die Emissionen aus der Brikett - verbrennung an Staub und Kohlenstoffmonoxid vergleichbar mit den Werten aus der Verbrennung von Pellets und Hackschnitzeln. Durch die energetische Verwertung von festen Brennstoffen biogener Herkunft kann ein wichtiger Beitrag zur regenerativen Wärmeversorgung geleistet werden. Ein Teil dieser Brennstoffe sind Holzbriketts, die aus unbehandeltem Holz (Säge-, Hobelspäne in der Holz-, Sägewerks- wie der Möbelindustrie) hergestellt werden. Im Gegensatz zur Pelletherstellung ist die Herstellung von Holzbriketts einfach, flexibel, dezentral an der Anfallstelle umsetzbar und deutlich kostengünstiger. Allerdings können Kessel bisher nicht automatisch mit Briketts beschickt werden. Im Projekt sollte der Vorteil der günstig herzustellenden Holzbrikett auch für eine automatische Beschickung in Feuerungsanlagen genutzt werden. Die Grundidee war, dies durch eine einfache Einrichtung zur Zerkleinerung der Briketts zu erreichen. Die Zerkleinerungseinrichtung sollte die Briketts in ein durch eine Schnecke förderbares Format bringen. Somit wären die Vorteile der Briketts – kostengünstige und flexible Herstellung – mit dem Vorteil der Förderbarkeit von standardisiert kompaktierten Brennstoffen wie Pellets kombinierbar. Die Aufgabenstellung Einerseits sollte die Machbarkeit der kontinuierlichen Brikettverbrennung bewertet werden. Andererseits ist die Verbrennung von biogenen Festbrennstoffen im Vergleich mit konventionellen Energieträgern wie Gas oder Öl mit höheren Emissionen an Luftschadstoffen, insbesondere Staub, verbunden. Um dazu entsprechend die benötigten Brikettbrecher zur kontinuierlichen Beschickung eines Kessels mit brikettiertem Holz. Emissionsminderungsmaßnahmen auszuwählen und zu adaptieren, wurde in einer Forschungsarbeit die Technik von Kleinfeuerungsanlagen für brikettierte Festbrennstoffe aus Holz untersucht. Zudem erfolgten Untersuchungen zur Verbrennung von maschinell zerkleinerten Holzbriketts in einer kontinuierlich beschickten Kleinfeuerungsanlage. Die Versuche wurden am DBFZ in Leipzig auf einem Technikumsprüfstand durchgeführt. Die Beschickung des Versuchskessels erfolgte mit zerkleinerten Briketts aus einem Zerkleinerungsaggregat, das von RUF ausgelegt und zur Verfügung gestellt wurde. Als Verbrennungsanlage wurde ein Kessel der A.P. Bioenergietechnik GmbH des Typs C0 mit 49 kW Nennleistung verwendet. Folgende Aufgaben wurden bearbeitet: – Recherche zum Stand der Technik der Verbrennung von Briketts aus Holz in automatisch beschickten Feuerungsanlagen, – Durchführung von Verbrennungsversuchen mit zerkleinerten Holzbriketts an einer vorhandenen Kleinfeuerungsanlage, – Messung, Auswertung und Vergleich der Abgasemissionen unter Variation der Brennstoffe aus Holz und Braunkohle. 32 UmweltMagazin Januar - Februar 2018

Energie Eine Produkt- und Patentrecherche ergab, dass derzeit keine marktfertigen Produkte oder Erfindungen zur automatisch kontinuierlichen Beschickung einer Kleinfeuerungsanlage mit gebrochenen Holzbriketts vermarktet werden oder als Patent angemeldet sind. Jedoch konnten zwei Systeme ermittelt werden, die sich mit der automatischen Zuführung von Briketts befassen: – Patent DE 102010015121 A1: Automatische Beschickung von Holzheizkesseln mit paraffinierten Holzbriketts, – Patent DE 102012108771 A1: Schneckenförderer sowie dessen Verwendung und Brennkesselsystem (für Braunkohlebriketts). Patent DE 102010015121 A1 beschreibt eine Beschickung mit Briketts, bei der je nach Bedarf ein Holzbrikett automatisch dem Speicher entnommen und als Ganzes der Verbrennung zugeführt wird. Dieses Verfahren ist als diskontinuierliche Brennstoffzuführung anzusehen, da ein Holzbrikett aufgrund seiner Masse im Vergleich mit dem Brennstoffeintrag mittels Pellets oder Hackschnitzeln eine deutlich größere Energiemenge in Form von Brennstoff für einen längeren Zeitraum bereitstellt. Patent DE 102012108771 beschreibt eine Technologie, mit der ein Heizkessel mit Braunkohlebriketts automatisch und kontinuierlich beschickt wird. Dieses Prinzip ließe sich wahrscheinlich auch auf Holzbriketts übertragen, jedoch wurden bisher keinen grundlegenden Untersuchungen und Entwicklungen zu Holzbriketts dazu durchgeführt. Das Konzept Um Holzbriketts in kontinuierlich gespeisten Feuerungsanlagen einzusetzen, muss das als Stückgut vorliegende Ausgangsmaterial in ein förderbares Brennstoffformat umgewandelt werden. Für die Umsetzung dieser Brennstoffformatänderung wurde von RUF eine Zerkleinerungsanlage (siehe Aufmacherfoto), nachfolgend Brikettbrecher genannt, entwickelt und gebaut. Beim Brikettbrecher handelt es sich um einen für Testzwecke entwickelten Prototypen bestehend aus mehreren Komponenten. Die Brechwerkzeuge sind zwei elektrisch angetriebene, langsam laufende (n = 15,75 min −1 ) gegenläufige Wellen, die sich im Inneren der Anlage befinden. Die Brechorgane sind Anlagenschema unter Verwendung der Symbolik aus EN ISO 10628. radial auf den Wellen angeordnete, gegenüberliegend versetzt verschweißte, bezahnte Ringe. Die Zähne erfassen eingeworfene Briketts und drücken sie an die gegenüberliegende Welle. Der Prozess der Zerkleinerung lässt sich bei der zu untersuchenden Anlage als reißendes, respektive quetschendes Zerkleinerungsverfahren einordnen. Zur Steuerung und Überwachung der Antriebseinheit wurde eine SPS des Typs Logo vom Hersteller Siemens eingesetzt. Ein grafisch dargestelltes Anlagenschema unter Verwendung der Symbolik aus EN ISO 10628 zeigt die Grafik. Um einen Bedarf an Brennstoff im Zwischenspeicherbehälter steuerungstechnisch zu registrieren, können Füllstandsensoren zum Einsatz kommen. Ein Sensor soll den minimalen, ein zweiter den maximalen Füllstand des Speicherbehälters erkennen. Aufgrund der hohen Staubbelastung durch den Feinanteil des Brennstoffes ist zum Aufnehmen des Füllstandes ein kapazitives Messsystem einem optischen (beispielsweise einer Lichtschranke) vorzuziehen. Die Steuerung des Brikettbrechers könnte den Füllstand an Schneckeneingang sowie an der Oberkante des Speicherbehälters mit einem kapazitiven Näherungsschalter überwachen. Bilder: DBFZ Brennstoff Die zur Umwandlung zu Brikettfragmenten verwendeten Briketts sind von RUF nach dem Presskammerverfahren hergestellt worden. Das Ausgangsmaterial sind Reststoffe aus der holzverarbeitenden Industrie. Die Zusammensetzung der Briketts variiert und ist damit abhängig von der laufenden Produktion verschiedener Zulieferer, beispielsweise Sägewerke, Tischlerei- oder Forstbetriebe. In äußerlichen Betrachtungen ist zu erkennen, dass die Briketts aus einer Mischung aus Sägemehl, Hobelspänen oder Schleifstaub zusammengesetzt sind. Teilweise befinden sich in ihnen auch Holzsplitter, die Holzhackschnitzeln ähneln. Ebenfalls werden verschiedene Holzarten in den Briketts verarbeitet. Das vorliegende Material setzt sich aus Weich- und Hartholz zusammen. Daten zum Mischungsverhältnis liegen nicht vor. Die Briketts haben einen rechteckigen (15,3 cm × 6,3 cm) Querschnitt mit abgerundeten Ecken und eine Höhe von 9 cm. Ein Brikett hat eine Masse von etwa 840 g. RUF-Briketts haben nach Herstellerangaben einen Heizwert von etwa 5,0 kWh/kg. Mittels Brennstoffanalyse wurden die chemischen Eigenschaften der Holzbriketts im Analyselabor des DBFZ bestimmt. Bedeutende Parameter für die Verbrennung werden nachfolgend aufgeführt. – Aschegehalt: 0,46 % (DIN EN 14775), – Wassergehalt: 12,5 % (DIN EN 14774– 1, DIN EN 14346), – Heizwert (Hu): 18 720 kJ/kg (DIN EN 14918), – Kohlenstoff: 50,8 % (DIN EN 15104), – Schwefel: 0,09 % (DIN EN 15104), – Stickstoff: 0,16 % (DIN EN 15104), – Wasserstoff: 5,93 % (DIN EN 15104). UmweltMagazin Januar - Februar 2018 33

Ausgabenübersicht