stroh als brennstoff: einfluss der strohqualität auf den
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Stroh als Brennstoff: Einfluss der Strohqualität
auf den Anlagenbetrieb und Grundlagen eines
Brennstoff-Qualitätsmanagements
Mitteldeutscher Bioenergietag 05.11.15 “Heizen mit Stroh – Wertschöpfung für Landwirtschaft und Kommunen” Dipl.-Ing. Th. Hering, TLL, Jena
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Inhaltsverzeichnis
Qualitätsmanagement Stroh Bereitstellung
Qualitätsmanagement Stroh Konversionsanlage
Einfluss der Strohqualität auf Anlagenbetrieb
Klassifizierung von Halmgut
Dipl. Ing. Thomas Hering
Brennstoffcharakteristik Stroh
09.11.2015
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Brennstoffcharakteristik
Stroh …
Dipl. Ing. Thomas Hering
Winterweizenstroh Triticalestroh Rapsstroh Leinstroh
… trockene Halme und Stengel und Blätter, der ausgedroschenen Getreidearten, Hülsenfrüchte, Öl- und Faserpflanzen (Quelle: Brockhaus ABC Landwirtschaft, Band 2, Brockhaus Verlag Leipzig, 1974)
StrohbrikettsStrohpelletsStrohhäcksel
Ballen
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• physikalisch-mechanische Eigenschaften
• chemisch-stoffliche Eigenschaften
A Anforderungen bei Bereitstellung
z.B. Ernte, Bergung, Transport, Umschlag, Lagerung
B Anforderungen bei Konversion
z.B. Beschickungs-, Feuerungstechnik, Emissionsverhalten
C Anforderungen bei Entsorgung
z.B. Ascheverwertung
Brennstoffcharakteristik Stroh
Dipl. Ing. Thomas Hering
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Chemisch-stoffliche Brennstoffeigenschaften z.B.• Aschegehalt ⇒ Auslegung Austragsystem• Stickstoff ⇒ NOx-Emissionen• Schwefel ⇒ SOx-Emissionen, Korrosion• Chlor ⇒ HCl-,PCDD/F-Emissionen, Korrosion• Kalium, Natrium ⇒ Ascheschmelzverhalten, Korrosion• Calzium, Magnesium ⇒ Ascheschmelzverhalten• aerosolbildene Stoffe, z.B. S, Cl, K ⇒ Staubemission• div. Schwermetalle, z.B. Cd ⇒ Ascheverwertung nach DVO
Physikalisch-mechanische Brennstoffeigenschaften z.B.• Wassergehalt ⇒ Lagerungsfähigkeit, ~verluste
⇒ Heizwert, Effizienz, Emissionen• Applikationsform (Ballen, Häcksel, ⇒ Auslegung Zuführungstechnologie
Kompaktate) ⇒ Störanfälligkeit , Energiedichte• Schütt-, Press-, Lagerdichte ⇒ Ballengröße, Auflösbarkeit
⇒ Lagerkapazitäten, Transportkosten
Brennstoffcharakteristik Strohphysikalisch-mechanische bzw. chemisch-stoffliche Parameter
Dipl. Ing. Thomas Hering
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Inhaltsverzeichnis
Qualitätsmanagement Stroh Bereitstellung
Qualitätsmanagement Stroh Konversionsanlage
Einfluss der Strohqualität auf Anlagenbetrieb
Klassifizierung von Halmgut
Dipl. Ing. Thomas Hering
Brennstoffcharakteristik Stroh
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Dipl. Ing. Thomas Hering
Brennstoffcharackteristik Stroh
Wasser / Feuchtegehalte von Quaderballen
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Brennstoffcharakteristik Stroh
Pressdichten von Quaderballen
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Brennstoffcharakteristik Stroh
Form Art / Sorte Dichte kg/m³
Häcksel Stroh 50 - 70Rundballen Stroh 100 - 120Quaderballen Gräser 120 - 180Quaderballen Stroh 130 - 160Quaderballen Getreideganzpflanzen 150 - 230Hobelspäne Holz 80 - 100Hackgut Fichte 160 - 170Sägemehl Holz 160 - 180Hackgut Buche 250 - 260Pellets Holz u. Stroh 400 - 700Getreidekörner Hafer 500 - 550Getreidekörner Gerste 600 - 650Getreidekörner Weizen/Roggen 700 - 750
Vergleich der Press- und Schüttdichten (bei 85 % TS-Gehalt)
Dipl. Ing. Thomas Hering
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Brennstoffcharakteristik Stroh
Ergebnisse Kompaktierungsversuche (Praxis), Schüttdichten
PNr. 1 PNr. 4-6 PNr. 3 PNr. 2, 7 - 9
BD600 ≥ 600kg/m³
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Brennstoffcharakteristik Stroh
Ergebnisse Kompaktierungsversuche (Praxis) Abrieb (Mechanische Festigkeit)
DU97,5 ≥ 97,5 %
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- Strohnutzung möglichst in Jahren vor Vorratsdüngung (Schlagkarteien)- bei Strohnutzung möglichst kein Einsatz von Wachstumsregulatoren- abgereiftes (graues) Stroh verwenden (Weizen, Triticale)- evtl. Stroh-„waschen“ auf dem Feld (Tag und
Nachttemperaturunterschiede nutzen)- beim Bergen auf das Auslassen von Nassstellen, Fremdanteilen
(Beikraut, Störstoffe, etc. ) achten- Wassergehalte möglichst < 15 aber mind. < 20 %- gleichmässige Pressdichte generieren, Ballenpressen mit
Feuchtigkeitssensor
Qualitätsmanagement Stroh BereitstellungFeld
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Ballentransport mit LKW
Einsatz von Heston-Ballenpresse
und Ballensammelwagen
Ablage der Ballen in Reihen
Qualitätsmanagement Stroh BereitstellungErnte, Bergung, Transport
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Balleneinlagerung mit Teleskoplader
neue Lagerhalle
herkömmliche Lagerhalle
Lagerung im Freien
Qualitätsmanagement Stroh BereitstellungLagerung
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Stroh – Lagerung
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/ Verluste
Qualitätsmanagement Stroh Bereitstellung
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Gleiche Ballenbreite und ~ höhe
FG < 20 %, keine Feuchtenester
Gleiche Ballenlänge
Exakte Ballenmaße z.B. 1,20 x 1,30 x 2,20 m (Z3150)
Gleichmäßige Pressdichte > 120 kg/m³
Geringer Beikrautanteil, < 10 %
Qualitätsmanagement Stroh Bereitstellung
Physikalisch-mechanische Parameter von Halmgutballen
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Inhaltsverzeichnis
Qualitätsmanagement Stroh Bereitstellung
Qualitätsmanagement Stroh Konversionsanlage
Einfluss der Strohqualität auf Anlagenbetrieb
Klassifizierung von Halmgut
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Brennstoffcharakteristik Stroh
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Qualitätsmanagement Stroh Konversionsanlage
Massebestimmung - Heizwerkeingang
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Qualitätsmanagement Stroh Konversionsanlage
Wassergehaltsbestimmung Heizwerkeingang
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Qualitätsmanagement Stroh Konversionsanlage
Sichtkontrolle und Messungen – Aussortierung Rückgabe
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Inhaltsverzeichnis
Qualitätsmanagement Stroh Bereitstellung
Qualitätsmanagement Stroh Konversionsanlage
Einfluss der Strohqualität auf Anlagenbetrieb
Klassifizierung von Halmgut
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Brennstoffcharakteristik Stroh
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0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
Sti
cksto
ffg
eh
alt
[%
d.
TM
]
M AX 1,97 2,59 2,22 2,18 2,27 3,85 1,13 0,93 1,27 1,13 1,49 1,42 1,22 2,66 0,28
M IN 1,51 2,10 1,59 1,66 1,54 3,21 0,33 0,28 0,29 0,22 0,42 0,38 0,19 0,11 0,07
M W 1,72 2,36 1,96 1,91 1,87 3,51 0,59 0,58 0,63 0,53 0,76 1,06 0,56 0,49 0,14
n = 25 n = 23 n = 25 n = 15 n = 5 n = 14 n = 52 n = 55 n = 51 n = 46 n = 47 n = 42 n = 288 n = 55 n = 41
Wi - Roggen
Wi - Weizen
Wi - Gerste
Wi - Trit icale
Hafer Wi - Raps
Wi - Roggen (Avant i)
Wi - Weizen (Batis)
Wi - Gerste
(Theresa)
Hafer (Flämlings-
lord)
Wi - Raps (Express)
Trit icale - GP
Pappel Laubholz Nadelholz
Körner HolzStroh
Gan
zp
flan
ze
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BrennstoffcharakteristikVergleich Stickstoffgehalte
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y = 385,47x0,254
R2 = 0,7819
0
100
200
300
400
500
600
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5Stickstoffgehalt Brennstoff [% d. TM]
NO
x [
mg
/Nm
³, t
r.;
11
% O
2]
NOx-Emissionen in Abhängigkeit vom Stickstoffgehalt imBrennstoff, Anlage UTSW360, TLL, Dornburg
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y = 2590,9x1,3555
R2 = 0,9399
0
50
100
150
200
250
300
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18SchwefelgehaltBrennstoff [% d. TM]
SO
2 [
mg
/Nm
3,
tr.;
13
% O
2]
WWSP
GTP
MP WWSP/HP
MP GTP/HP
HP
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SO2-Emissionen in Abhängigkeit vom Schwefelgehalt imBrennstoff bei Anlagen im Leistungsbereich < 100 kW
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0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80
2,00
Ch
lorg
eh
alt
[%
d. T
M]
M AX 0,09 0,10 0,18 0,07 0,12 0,07 0,73 0,67 1,56 1,69 1,83 0,53 0,11 0,07 0,02
M IN 0,03 0,07 0,08 0,03 0,05 0,02 0,03 0,02 0,03 0,06 0,06 0,01 0,00 0,01 0,00
M W 0,07 0,08 0,13 0,05 0,10 0,04 0,24 0,23 0,43 0,64 0,58 0,16 0,02 0,02 0,01
n = 25 n = 23 n = 25 n = 15 n = 5 n = 14 n = 52 n = 55 n = 51 n = 46 n = 47 n = 42 n = 288 n = 44 n = 36
Wi - Roggen
Wi - Weizen
Wi - Gerste
Wi - Trit icale
Hafer Wi - Raps
Wi - Roggen (Avant i)
Wi - Weizen (Bat is)
Wi - Gerste
(Theresa)
Hafer (Flämlings-
lord)
Wi - Raps (Express)
Trit icale - GP
Pappel Laubholz Nadelholz
Körner HolzStroh
Gan
zp
flan
ze
BrennstoffcharakteristikVergleich Chlorgehalte
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y = 215,03x + 13,734
R2 = 0,656
0
30
60
90
120
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40
ChlorgehaltBrennstoff [% d. TM]
HC
l [m
g/N
m3,
tr.;
13
% O
2]
WWSP
GTP
MP WWSP/HP
MP GTP/HP
HP
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HCl-Emissionen in Abhängigkeit vom Chlorgehalt imBrennstoff bei Anlagen im Leistungsbereich < 100 kW
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BrennstoffcharakteristikVergleich Rohaschegehalte
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
Ro
hasch
eg
eh
alt
[%
d. T
M]
M AX 2,0 1,9 3,0 2,1 4,9 4,8 8,4 12,8 9,3 10,9 12,0 7,6 4,5 1,2 2,2
M IN 1,5 1,3 1,9 1,6 3,0 4,1 2,6 3,2 3,0 4,8 4,0 3,4 0,6 0,3 0,2
M W 1,7 1,6 2,5 2,1 3,5 4,4 5,5 6,3 6,5 8,0 8,0 5,0 2,0 0,6 0,8
n = 25 n = 23 n = 25 n = 15 n = 5 n = 14 n = 52 n = 55 n = 51 n = 46 n = 47 n = 42 n = 288 n = 12 n = 51
Wi - Roggen
Wi - Weizen
Wi - Gerste
Wi - Trit icale
Hafer Wi - Raps
Wi - Roggen (Avanti)
Wi - Weizen (Batis)
Wi - Gerste
(Theresa)
Hafer (Flämlings-
lord)
Wi - Raps (Express)
Trit icale - GP
Pappel Laubholz Nadelholz
Körner HolzStroh
Gan
zp
flan
ze
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Ergebnisse Kompaktierungsversuche (Praxis)
Chemisch stoffliche Eigenschaften
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y = 4,1398x0,4951
R2 = 0,7409
0
100
200
300
400
500
600
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000
AEB Brennstoff [mg/kg d. TM]
Sta
ub
[m
g/N
m³,
tr.
; 11
% O
2]Rohgasstaubgehalte in Abhängigkeit von den aerosolbildenden Elementen der Brennstoffe (AEB)
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AEB (Aerosolbildner = Σ [K, Na, Zn, Pb, S, Cl])
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Ergebnisse Kompaktierungsversuche (Praxis)
Ascheschmelzverhalten
,
,
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Brennstoffcharakteristik Stroh
Ergebnisse Kompaktierungsversuche (Praxis), Schüttdichten
,
,
PNr. 1 PNr. 4-6 PNr. 3 PNr. 2, 7 - 9
BD600 ≥ 600kg/m³
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Brennstoffcharakteristik Stroh
Ergebnisse Kompaktierungsversuche (Praxis) Abrieb (Mechanische Festigkeit)
DU97,5 ≥ 97,5 %
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Versuche mit Winterweizenstrohpellets
(07.03.2012, UTSW 360, Fa. Schmid AG, Dbg, WWSP ABW)
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Versuche mit Winterweizenstrohpellets
(26.04.2012, UTSW 360, Fa. Schmid AG, Dbg, WWSP PTG 05)
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Qualitätsmanagement Stroh Bereitstellung
Qualitätsmanagement Stroh Konversionsanlage
Einfluss der Strohqualität auf Anlagenbetrieb
Klassifizierung von Halmgut
Dipl. Ing. Thomas Hering
Brennstoffcharakteristik Stroh
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Klassifizierung von Biomasse allgemein
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Klassifizierung von Halmgut
Dipl. Ing. Thomas Hering
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Normative Anforderungen - Halmgutpellets
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Normative Anforderungen - Halmgutballen
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weitere Informationen unter: www.tll.de/ainfo bzw. thomas.hering@tll.thueringen.de
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