2010-02-03 Geeignete Biomasse-Heizkesseltechnik für lw ... · Dipl.-Ing. Th. Hering ALB Hessen,...

1

Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft

Geeignete Biomasse-Heizkesseltechnik für die Verwertung von Rohstoffen aus landwirtschaftlicher

ProduktionDipl.-Ing. Th. Hering

ALB Hessen, Baulehrschau03.02.2010, Eichhof

A Anforderungen an Feuerungsanlagen

B Untersuchungen

C Neue rechtliche Rahmenbedingungen

D Ergebnisse der Feldtests

E Wirtschaftlichkeit und Ausblick

InhaltsverzeichnisEinleitung

Dipl.-Ing. Th. Hering Alternative Brennstoffe in Anlagen < 1 MW

Anteile Erneuerbarer Energien an der Energiebereitstellung in Deutschland (Stand Juni 2009)

Anteile erneuerbarer Energien an der Energiebereitstellung in Deutschland

3,1 3,5

0,2

2,1

9,5

15,1

7,4

4,85,9

7,03)

124)

141)

182)

mind.301)

0

5

10

15

20

25

30

35

Anteile EE am gesamtenEndenergieverbrauch

(Strom, Wärme, Kraftstoffe)

Anteile EE am gesamtenBruttostromverbrauch

Anteile EE an der gesamtenWärmebereitstellung

Anteile EE am gesamtenKraftstoffverbrauch

Anteile EE am gesamtenPrimärenergieverbrauch

[%]

1998 2000

2002 2004

2006 2007

2008

2020 Ziele der Bundesregierung

1) Quellen: Erneuerbare-Energien-Gesetz, (EEG 2009) vom 25.10.2008 und Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) vom 7.8.2008; 2) Quelle: Neue EU-Richtlinie zur Förderung der Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen

3) Anteil Primärenergieverbrauch berechnet nach (der offiziellen) Wirkungsgradmethode; nach Substitutionsmethode: 9,2 %; 4) Ziel: 12 % energetisch; Quelle: Nationaler Biomasseaktionsplan für Deutschland

EE: Erneuerbare Energien; Quelle: BMU Publikation "Erneuerbare Energien in Zahlen – nationale und internationale Entwicklung", KI III 1; Stand: Juni 2009; Angaben vorläufig


Energieeffizienzen der verschiedenen Nutzungspfade

0

20

40

60

80

100

Wärme KWK Kraftstoff Strom

Ener

giee

ffizi

enz

in %

(Quelle: Biomasseaktionsplan der Bundesregierung)



B Untersuchungen






Rechtliche Rahmenbedingungen fürHalmgutfeuerungsanlagen

Anlagengröß e relevante Bezugs -Vors chrift s auers toff CO S taub Ges .-C NOx S O2

Vol. % g/m3n mg/m3

n mg/m3n mg/m3

n g/m3n

< 15 kW 15 - 50 kW 1.BImS chV 13 4 150 - - -

50 - 150 kW 1.BImS chV 13 2 150 - - -150 - 500 kW 1.BImS chV 13 1 150 - - -

500 - 1000 kW 1.BImS chV 13 0,5 150 - - - 1 - 2,5 MW TA-Luft 11 0,15 100 10 250 2,0 2,5 - 5 MW TA-Luft 11 0,15 50 10 250 2,0 5 - 50 MW TA-Luft 11 0,15 20 10 250 2,0

< 15 kW 15 - 100 kW 1.BImS chV 13 4 150 - - -

100 - 1000 kW TA-Luft 11 0,25 50 50 500 2,0 1 - 50 MW TA-Luft 11 0,25 20 50 400 2,0

Emis s ions grenzwerte

Emis s ions grenzwerte bei der Verfeuerung von unbehandeltem Holz

Bes ondere Regelung beim Eins atz von S troh und ähnliche m pflanzliche n Mate ria lkein Eins atz von Halmgut erlaubt

keine Emis s ions bes chränkungen


2

Grenzwerte für Brennstoffe nach § 3 Nr. 8 der 1. BImSchV

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

CO

[g/N

m³,

tr.; 1

3 %

O2]

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

Stau

b [g

/Nm

³, tr.

; 13

% O

2]

CO Staub

FNR-Projekt „Energetische Verwertung von Getreide und Halmgut


Voraussichtliche Entwicklung der Grenzwerte für Brennstoffenach § 3 Nr. 8 der 1. BImSchV

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

CO

[g/N

m³,

tr.; 1

3 %

O2]

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

Stau

b [g

/Nm

³, tr.

; 13

% O

2]

CO Staub


10 FNR-Projekte zur „Genehmigungsfähigkeit von Halmgutanlagen“



B Untersuchungen



E Wirtschaftlichekit und Ausblick



Koordination

F&E

Feldtests

Koordination FNR/TLL

weitere FelduntersuchungenTLL/TLUG/ILK (5 Anlagen) FH Köln (5 Anlagen), DEULA (1), FBZ (1) Zwischenergebnisse !

FuE-Vorhabenprimäre/sekundäre EmissionsminderungenILK DresdenTLL Dornburg

FBZ e.V. Merseburg

TFZ Straubing

DEULA SH

FH Köln

FNR Gülzow

FH Bingen

ATZ Sulzbach Rosenberg

IVD Stuttgart

WKI Braunschweig

TU Hamburg-Harburg

Paul Künzel GmbH Prisdorf

FH Amberg-Weiden

Grimm GmbH Amberg


Untersuchte Brennstoffe

Pellet Ballen/Häcksel Winterweizen (Referenz) Winterweizen (Referenz) Winterweizen (Referenz) HolzpelletsWintergerste (Referenz) Winterroggen (Referenz) Winterweizen (grau) Triticale-GP PelletsWinterweizen Triticale Triticale GrüngutpelletsWintergerste GNP PelletsWinterroggen Rapspresskuchen PelletsTriticale

StrohGetreidekörner Sonstige

Untersuchte Feuerungsanlagen (Feldtests)Getreide

[kWth] Pellet Ballen/HäckselReka HKRST 30 30 Vorschubrostfeuerung X X TLLReka HKRST 60 60 Vorschubrostfeuerung X TLLReka HKRST 100 98 Vorschubrostfeuerung X X DEULAPassat C4 40 Brennmuldenfeuerung X X FH KölnBiokompakt AWK 45 SI 45 Unterschubfeuerung X X FBZ, FH KölnHeizomat HSK-RA 60 60 Kettenumlaufrost X X FH KölnÖkotherm C1L 120 Brennmuldenfeuerung X X FH KölnAgroflamm Agro 40 40 Unterschubfeuerung X X TLL, FH Köln, IVD/TFZGuntamatic Powercorn 30 30 Rostfeuerung X TLL, FH Köln, TFZLinka Linka-H 400 400 Brennmuldenfeuerung X TLLHerlt HSV 145 145 Ganzballenvergaser X TLL

Hersteller InstitutionFeuerungsprinzipTypLeistung Brennstoffe

Stroh


Neuartige und konventionelle Feuerungsanlagen


3

Vorschubrostfeuerung Fa. REKA - Reka-HKRST 60, 54 kWth



Ballenvergaser 145 kW/Herlt und Brennmuldenfeuerung 600 kW/Linka

Kontinuierliche Messung von:

O2, CO, CO2, SO2, NOx, N2O, Ges-C

Diskontinuierliche Messung von:

Staub, Feinstaub

PCDD/F, HCl

PAK (Benzo(a)pyren)

BTEX (Benzol) Dipl.-Ing. Th. Hering Alternative Brennstoffe in Anlagen < 1 MW


B Untersuchungen








Brennstoffe nach Nr. 8 § 3 der 1. BImSchV (NEU)

Grenzwerte (Typenprüfung) für Anlagen und Brennstoffe nach Nr. 8 § 3 der 1. BImSchV (Bezugs O2 13 %)


4

Voraussichtliche Entwicklung der Grenzwerte für Brennstoffenach § 3 Nr. 8 der 1. BImSchV

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

CO

[g/N

m³,

tr.; 1

3 %

O2]

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

Stau

b [g

/Nm

³, tr.

; 13

% O

2]

CO Staub



10 FNR-Projekte zur „Genehmigungsfähigkeit von Halmgutanlagen“

Grenzwerte (Praxismessung) für Anlagen und Brennstoffe nach Nr. 8 § 3 der 1. BImSchV (Bezugs O2 13 %; Quelle: BMU/UBA)


A Anforderungen an Halmgutfeuerungsanlagen

B Untersuchungen



E Ausblick



0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

CO

[mg/

Nm

³, tr.

; 13

% O

2]

MAX 22 37 54 38 106 361 321 264 140 588 344 182MIN 3 2 39 2 6 11 21 49 9 148 45 170MW 6 6 48 6 34 109 110 98 33 260 157 175

TLL FBZ TFZ TLL FBZ TFZ TLL TLL FH Köln FH Köln FH Köln TFZAgro 40 AWK SI

45Powercorn

30Agro 40 AWK SI

45Powercorn

30Agro 40 HKRST

60RHK–AK

60Agro RHK–AK

60Powercorn

30

Feldtest Feldtest Prüfstand Feldtest Feldtest Prüfstand Pellet Feldtest

Häcksel Feldtest

Pellet Feldtest

Feldtest Feldtest Prüfstand

n = 156 n = 73 n = 3 n = 171 n = 69 n = 4 n = 23 n = 11 n = 66 n = 6 n = 6 n = 3

Wintergerstenkörner WinterroggenstrohpelletsWinterweizenstrohpelletsWinterweizenkörner

Nov. 1. Stufe

Nov. 2. Stufe

1. BImSchV

Kohlenmonoxid-Emissionen - Vergleich Referenzbrennstoffe


Gesamtstaub-Emissionen – Vergleich Referenzbrennstoffe

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Stau

b [m

g/N

m³,

tr.; 1

3 %

O2]

MAX 65 104 70 34 132 176 44 67 28 143 232 302

MIN 19 72 55 27 102 138 24 29 16 93 145 245MW 30 85 65 31 114 150 36 48 21 118 192 267

FH Köln FBZ TFZ TLL FBZ TFZ TLL TLL FH Köln FH Köln FH Köln TFZ

Agro 40 AWK SI 45

Powercorn 30

Agro 40 AWK SI 45

Powercorn 30

Agro 40 HKRST 60

RHK–AK 60

Agro 40 RHK–AK 60

Powercorn 30

Feldtest Feldtest Prüfstand Feldtest Feldtest Prüfstand Pellet Feldtest

Häcksel Feldtest

Pellet Feldtest

Feldtest Feldtest Prüfstand

n = 6 n = 6 n = 3 n = 3 n = 3 n = 4 n = 3 n = 10 n = 6 n = 6 n = 6 n = 3

Wintergerstenkörner WinterroggenstrohpelletsWinterweizenstrohpelletsWinterweizenkörner

Nov. 2. Stufe

Nov. 1. Stufe

1. BImSchV


0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

10:1

0

11:1

0

12:1

0

13:1

0

14:1

0

15:1

0

10:5

8

11:5

8

12:5

8

9:46

10:4

6

11:4

6

12:4

6

13:4

6

PCD

D/F

[ng

TE/N

m³,

tr.; 1

1 %

O2]

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

CO

[mg/

Nm

³, tr.

; 11

% O

2]

PCDD/F CO

1. Messung 3. Messung 2. Messung

PAK (16 EPA): 118 µg/Nm³, tr.; 11% O2

Benzo[a]pyren: 0,33 µg/Nm³, tr.; 11% O2

PAK (16 EPA): 483 µg/Nm³, tr.; 11% O2


PAK (16 EPA): 304 µg/Nm³, tr.; 11% O2


Blindwert PCDD/F, PAK: n b

0,010 0,011

0,028

Unterschubfeuerung Fa. Agroflamm – Agro 40, 36 kWth (WG RB)


5

Vorschubrostfeuerung Fa. REKA - Reka-HKRST 60, 54 kWth

2,5 3,1

94,4

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

[%]

PM 10 PM 2,5 PM < 2,5

REKA 56 kW, Wi-Weizenstrohhäcksel (Referenz)

n = 7 Wi-Weizenstrohhäcksel (Referenz)


Brennmuldenfeuerung Firma Lin-Ka (Dk), 400 kWth

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

CO

, NO

X, S

OX, G

es.-C

[mg/

Nm

³, tr.

; 11

% O

2 ]

MAX 925 10074 388 479 25 28 33 303MIN 258 2052 332 347 5 6 5 30

MW 623 5572 356 417 13 18 15 148

CO: n = 9 CO: n = 27 NOX: n = 9 NOX: n = 27 SOX: n = 9 SOX: n = 27 Ges.-C: n = 9 Ges.-C: n = 27Weizenstroh Triticalestroh Weizenstroh Triticalestroh Weizenstroh Triticalestroh Weizenstroh Triticalestroh

Ergebnisse der kontinuierlichen Messungen


Einziger deutscher Hersteller Fa. Herlt, Vielist (Wiesenburg)

Weizenstroh (Rund-Ballen)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

CO

, NO

X, G

es.-C

, Sta

ub, H

Cl [

mg/

Nm

³, tr.

; 11

% O

2 ]

MAX 378 445 7 133 10MIN 17 190 4 34 2MW 86 286 5 67 6

CO: n = 12 NOX: n = 12 Ges.-C: n = 12 Staub: n = 10 HCl: n = 9

Quelle: Messbericht UBG, April 2005


Erprobung innovativer Feuerungsysteme TLL – TZNR Dornburg/Jena

IHT-Anlage wassergekühlte Vorschubrostfeuerung mit Rauchgasrezirkulation

weitere Entwicklungen - Voruntersuchungen


Hering, Th.; Bickel, H. Stand der Halmgutverbrennung

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

CO

[mg/

Nm

³, tr.

; 13

% O

2]

MAX 765 249 366 81 142 81 44,2 43,5MIN 32 50 28 37 20 29 31,5 6,9MW 90 88 33 49 46 37 38,3 20

n = 15 n = 15 n = 13 n = 12 n = 18 n = 12 n = 12 n = 9

RBWWSP RBWRSP GTP BK RBWWSP RBWRSP GTP DIN-HP

Modifizierter LuftringKonventioneller Luftring

Vergleich der CO-Emissionen IHT GE 30 (30 kW)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

NO

x[mg/

Nm

³, tr.

; 13

% O

2]

MAX 291 345 366,1 348 402 369 396,7 137,9MIN 259 261 325,0 286 292 311 318,6 57,8MW 271 298 348,3 330 333 344 343,0 119,1

n = 15 n = 15 n = 13 n = 12 n = 18 n = 12 n = 12 n = 9RBWWSP RBWRSP GTP BK RBWWSP RBWRSP GTP DIN-HP

Konventioneller Luftring Modifizierter Luftring

Vergleich der NOx-Emissionen IHT GE 30 (30 kW)

Hering, Th.; Bickel, H. Stand der Halmgutverbrennung

6




B Untersuchungen






Preisentwicklung von Holz und Heizöl


Preisentwicklung von Getreide


0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

25 kW 25 kW 25 kW 25 kW 25 kW 25 kW 25 kW 25 kW 25 kW 25 kW

55 ct/l 75 ct/l 95 ct/l 150 €/tTS 242 €/tTS 170 €/tTS 102 €/tTS 102 €/tTS 102 €/tTS 102 €/tTS

150 60 150 60 100 60 60

m.F. k.T.; m.F. n.T.; o.F. n.T.; m.F. n.T.; m.F. - 30 % Förd.

Heizöl Heizöl Heizöl Hackschnitzel Holzpellets Strohpellets Getreide Getreide Getreide Getreide

Ant

eile

an

den

Wär

meg

este

hung

skos

ten

[ct/k

Wh]

Kapitalkosten Betriebskosten Brennstoffkosten

Wirtschaftlichkeitsvergleich von 25 kWth Anlagen (o.MWSt.)


7

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

500 kW 500 kW 500 kW 500 kW 500 kW 500 kW 500 kW 500 kW 500 kW 500 kW

55 ct/l 75 ct/l 95 ct/l 138 €/tTS 242 €/tTS 65 €/tTS 40 €/tTS 102 €/tTS 102 €/tTS 102 €/tTS

öff.Liegenschaft;

öff.Liegenschaft

m.F. k.T.; m.F. k.T.; m.F. k.T.; m.F. k.T.; m.F.

Heizöl Heizöl Heizöl Hackschnitzel Holzpellets Strohballen Getreidereste Getreide Getreide Getreide

Ante

ile a

n de

n W

ärm

eges

tehu

ngsk

oste

n [c

t/kW

h]

Kapitalkosten Betriebskosten Brennstoffkosten

Wirtschaftlichkeitsvergleich von 500 kWth Anlagen (o.MWSt.)


Klassifizierung von Brennstoffen


Entwicklung von Produktnormen für Halmgüter bzw. Getreide z.B. analog Holzpellet-Normen


Entwicklung von Designbrennstoffen


Entwicklung von Energie-, Emissionseffiziensklassenfür Feuerungsanlagen


Entwicklung und Erprobung von Elektrostatischen Abscheidern


8

Erprobung Brennwerttechniken


/ Metallgewebefilter

Weitere Informationen unter

www.tll.de/nawaro bzw.

[email protected]

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