stand der felduntersuchungen an kleinfeuerungsanlagen mit...
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Stand der Felduntersuchungen an Kleinfeuerungsanlagen mit Biobrennstoffen
Dipl.-Ing. Th. Hering, Dipl.-Ing. (FH) D. Peisker, Dr. A. Vetter
Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft
Seminarveranstaltung AG “Alternative Biobrenstoffe
Landesvertretung Thüringen, 11.05.2006, Berlin
A Inhalte der Untersuchungen
B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen
C Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen
D Zusammenfassung
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Untersuchungen an verschiedenen Stroh- und Getreide-feuerungsanlagen < 1 MWth
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
„Voraussetzungen zur Standardisierung von biogenen Festbrennstoffen“ (1998 – 2002) Verbundprojekt mit IER, Stuttgart
„Energetische Verwertung von Getreide und Halmgutpellets“ (2002 – 2005) (TLL / TLUG, Jena und IE, Leipzig - 5 Anlagen)
„Untersuchungen zum Emissionsverhalten getreide- und halmguttauglicher Feuerungsanlagen (2004 – 2007) (TLL / TLUG und ILK, Dresden - 5 Anlagen + Filtertechnik)
eigene Untersuchungen im Rahmen von FNR-Projekten:
Felduntersuchungen im Rahmen der Projekte der FH Köln (5 Anlagen), DEULA (1), FBZ (1) Zwischenergebnisse !
Untersuchungen der SLUG / UBG
Europäische Anbieter von Heizanlagen für Getreide & Halmgüter
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Untersuchte BrennstoffePellet 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
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Getreide[kWth] Pellet Ballen/Häcksel
Reka 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 KölnLinka Linka-H 400 400 Brennmuldenfeuerung X TLLHerlt HSV 145 145 Ganzballenvergaser X TLL
Hersteller InstitutionFeuerungsprinzipTypLeistung Brennstoffe
Stroh
Kontinuierliche Messung von:
O2, CO, CO2, SOx, NOx, N2O, Ges-C
Diskontinuierliche Messung von:
Staub, Feinstaub
PCDD/F, PAK, HCl
Benzol Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
A Inhalte der Untersuchungen
B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen
C Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen
D Zusammenfassung
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Brennstoffeigenschaften - Vergleich Rohaschegehalte
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
Roh
asch
egeh
alt
[% d
. TM
]
MAX 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
MIN 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
MW 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 = 2 5 n = 2 3 n = 2 5 n = 15 n = 5 n = 14 n = 52 n = 55 n = 51 n = 46 n = 47 n = 42 n = 2 88 n = 12 n = 51
Wi - Rog gen
Wi - Weizen
Wi - Gers te
Wi - Trit icale
Hafer Wi - Raps
Wi - Ro g gen (Avanti)
Wi - Weizen (Batis )
Wi - Gers te
(Theresa)
Hafer (Flämling s-
lord )
Wi - Rap s (Exp ress )
Trit icale -GP
Pap pel Laubho lz Nadelholz
Körner HolzStroh
Gan
zpfla
nze
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Brennstoffeigenschaften - Vergleich Stickstoff
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
Stic
ksto
ffgeh
alt
[% d
. TM
]
MAX 1,9 7 2 ,59 2 ,2 2 2 ,18 2 ,27 3,8 5 1,13 0 ,93 1,2 7 1,13 1,49 1,42 1,2 2 2 ,6 6 0 ,2 8
MIN 1,51 2 ,10 1,59 1,6 6 1,54 3,2 1 0 ,3 3 0 ,28 0,2 9 0 ,2 2 0 ,4 2 0 ,3 8 0 ,19 0 ,11 0,0 7
MW 1,72 2 ,3 6 1,96 1,91 1,8 7 3 ,51 0 ,59 0 ,58 0,6 3 0,53 0 ,76 1,06 0 ,56 0 ,4 9 0,14
n = 2 5 n = 2 3 n = 2 5 n = 15 n = 5 n = 14 n = 52 n = 55 n = 51 n = 46 n = 4 7 n = 4 2 n = 2 8 8 n = 55 n = 41
Wi - Rog g en
Wi - Weizen
Wi - Gers te
Wi - Trit icale
Hafer Wi - Raps
Wi - Ro g gen (Avant i)
Wi - Weizen (Batis )
Wi - Gers te
(Theresa)
Hafer (Flämling s-
lo rd )
Wi - Rap s (Exp ress )
Trit icale -GP
Pap p el Laub holz Nad elho lz
Körner HolzStroh
Gan
zpfla
nze
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Brennstoffeigenschaften - Vergleich Chlor
0,000,200,400,600,801,001,201,401,601,802,00
Chl
orge
halt
[% d
. TM
]
MAX 0,0 9 0 ,10 0 ,18 0 ,07 0 ,12 0 ,0 7 0 ,73 0 ,67 1,56 1,69 1,83 0 ,53 0 ,11 0 ,07 0 ,0 2
MIN 0,0 3 0 ,0 7 0 ,0 8 0 ,03 0 ,0 5 0 ,0 2 0 ,03 0 ,02 0 ,03 0 ,06 0 ,06 0 ,0 1 0 ,00 0 ,0 1 0 ,0 0
MW 0,0 7 0 ,0 8 0 ,13 0 ,05 0 ,10 0 ,0 4 0 ,24 0 ,23 0 ,43 0 ,64 0 ,58 0 ,16 0 ,02 0 ,02 0 ,0 1
n = 25 n = 23 n = 25 n = 15 n = 5 n = 14 n = 52 n = 55 n = 51 n = 4 6 n = 4 7 n = 4 2 n = 2 88 n = 4 4 n = 3 6
Wi - Rogg en
Wi - Weizen
Wi - Gerste
Wi - Trit icale
Hafer Wi - Raps
Wi - Ro ggen (Avant i)
Wi - Weizen (Batis)
Wi - Gers te
(Theresa)
Hafer (Flämling s-
lo rd)
Wi - Rap s (Express )
Trit icale -GP
Pap pel Laubholz Nadelho lz
Körner HolzStroh
Gan
zpfla
nze
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
A Inhalte der Untersuchungen
B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen
C Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen
D Zusammenfassung
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Brennmuldenfeuerung Firma Linka (DK), Linka H-400, 400 kWth
Brennmuldenfeuerung Firma Linka (Dk), Linka H-400, 400 kWth
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
CO
, NO
X, S
OX,
Ges
.-C [m
g/N
m³,
tr.; 1
1 %
O2 ]
MAX 925 10074 388 479 25 28 33 303MIN 258 2052 332 347 5 6 5 30MW 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
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Grenzwerte
(gemessen durch ILK, 2005)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Ges
amts
taub
(Roh
- u. R
eing
as),
HC
l [m
g/N
m³,
tr.; 1
1 %
O2 ]
MAX 359 26 1158 20 1 12
MIN 296 25 1149 11 1 1
MW 328 25 1153 15 1 5
Staub Rohgas: n = 2 Staub, Reingas: n = 2 Staub Rohgas: n = 2 Staub, Reingas: n = 4 HCl: n = 9 HCl: n = 27
Weizenstroh Weizenstroh Triticalestroh Triticalestroh Weizenstroh Triticalestroh
Ergebnisse der diskontinuierlichen Messungen
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Brennmuldenfeuerung Firma Linka (Dk), Linka H-400, 400 kWth
Grenzwerte
(gemessen durch ILK, 2005)
Vorschubrostfeuerung Fa. REKA (DK) - Reka-HKRST 60, 54 kWth
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
REKA 56 kW, Wi-Weizenstrohhäcksel (Referenz)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
CO
, NO
X, SO
2, G
es.-C
, Sta
ub [m
g/N
m³,
tr.; 1
3 %
O2 ]
MAX 264 456 135 6 67MIN 49 386 111 2 29MW 98 423 120 3 48
CO NOX SO2 Ges.-C Staubn = 11 n = 11 n = 11 n = 10 n = 10
GW: 4 g/m³
(gemessen durch ILK, 2006)
diskontinuierliche Stroh-Ganzballen-Vergasung (Rundballen)
Firma Herlt (D)
Nachlege-automatik
HSV 145, 145 kWth
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
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
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Stroh-Ganzballen-Vergasung Firma Herlt (D) HSV 145, 145 kWth
GW: 500 m g/m³
Getreidefeuerungsanlagen
Emissionsergebnisse
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Kohlenmonoxid-Emissionen – Ferro (DK), BIOMAT FB 23L - 23 kWth
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
(gemessen durch IE, 2003-05)
Staub-Emissionen – Ferro (DK), BIOMAT FB 23L - 23 kWth
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
(gemessen durch IE, 2003-05)
Stickoxid-Emissionen – Ferro (DK), BIOMAT FB 23L - 23 kWth
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
(gemessen durch IE, 2003-05)
Vorschubrostfeuerung im Leistungsbereich 20 kWth bis 5 MWthFirma REKA (Dk)
laut Hersteller geeignet für:
Stroh, Holzhackschnitzel, Pellets, Getreide, etc.
Halmguteinsatz in Kombination mit:
Ballenauflöser und Abscheidetechnik
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Kohlenmonoxid-Emissionen, Reka (DK), HKRST-FSK 20 - 25 kWth
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
(gemessen durch IE, 2003-05)
Staub-Emissionen, Reka (DK), HKRST-FSK 20 - 25 kWth
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
(gemessen durch IE, 2003-05)
Stickoxid-Emissionen, Reka (DK), HKRST-FSK 20 - 25 kWth
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
(gemessen durch IE, 2003-05)
Brennmuldenfeuerung Firma Baxi (DK) Multi-Heat 2,5 – 23 kWth
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Kohlenmonoxid-Emissionen – Baxi (DK), Multi-Heat 2,5 – 23 kWth
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
GW: 4 g/m³
(gemessen durch TLUG, 2003/04)
Staub-Emissionen – Baxi (DK), Multi-Heat 2,5 – 23 kWth
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
(gemessen durch TLUG, 2003/04)
Stickoxid-Emissionen – Baxi (DK), Multi-Heat 2,5 – 23 kWth
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
(gemessen durch TLUG, 2003/04)
Thüringer Lehr-, Prüf- und Versuchsgut (Buttelstedt)Wärmeversorgung der SozialgebäudeBrennstoffe:
Stroh- und GrüngutpelletsGetreideHolzpellets
Leistung: 40 kWth
Umrüstung von:
250 kWthÖlfeuerung
auf
40 kWthBiomasse
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Kohlenmonoxid-Emissionen – Fa. Agroflamm (D) Agro 40, 40 kWth
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
GW: 4 g/m³
(gemessen durch TLUG, 2005)
Staub-Emissionen – Fa. Agroflamm (D) Agro 40, 40 kWth
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
GW: 150 mg/m³
(gemessen durch TLUG, 2005)
Stickoxid-Emissionen– Fa Agroflamm (D) Agro 40, 40 kWth
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
(gemessen durch TLUG, 2005)
Kohlenmonoxid-Emissionen - Vergleich Referenzbrennstoffe
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
CO
[mg/
Nm
³, tr.
; 13
% O
2 ; 15
min
MW
]
MAX 2626 1 1578 60 900MIN 56 0 663 1 300MW 262 0 1185 5 650
TLL FH Köln FH Köln FBZ DEULA
n = 52 n = 6 n = 6 n = 146 n = 6
C 4(1. BImSchV)
AWK 45 SI(TA Luft)
Wintergerste Korn (RB)
HKRST 30(TA Luft)
HKRST 100(1. BImSchV)
Agro 40(1. BImSchV)
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Zwischenergebnisse der aktuellen Felduntersuchungen (Stand Mai 2006, Deula, FH Köln, FBZ, TLL)
Kohlenmonoxid-Emissionen - Vergleich Referenzbrennstoffe
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
CO
[mg/
Nm
³, tr.
; 13
% O
2 ; 15
min
MW
]
MAX 962 4 1227 141 200MIN 42 1 223 5 100MW 215 2 510 35 133
TLL FH Köln FH Köln FBZ DEULA
n = 46 n = 6 n = 5 n = 137 n = 6
C 4(1. BImSchV)
AWK 45 SI(TA Luft)
Winterweizen Korn (RB)
HKRST 30(TA Luft)
HKRST 100(1. BImSchV)
Agro 40(1. BImSchV)
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Staub-Emissionen - Vergleich Referenzbrennstoffe
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Stau
b [m
g/N
m³,
tr.; 1
3 %
O2 ;
15 m
in M
W]
MAX 225 65 161 105 330
MIN 180 19 104 72 50
MW 206 30 134 85 240
TLL FH Köln FH Köln FBZ DEULA
n = 3 n = 6 n = 6 n = 6 n = 6
C 4(1. BImSchV)
AWK 45 SI(TA Luft)
Wintergerste Korn (RB)
HKRST 30(TA Luft)
HKRST 100(1. BImSchV)
Agro 40(1. BImSchV)
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Staub-Emissionen - Vergleich Referenzbrennstoffe
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Stau
b [m
g/N
m³,
tr.; 1
3 %
O2 ;
15 m
in M
W]
MAX 232 94 171 132 240
MIN 175 5 73 102 120
MW 199 29 120 115 198
TLL FH Köln FH Köln FBZ DEULA
n = 4 n = 6 n = 5 n = 3 n = 6
C 4(1. BImSchV)
AWK 45 SI(TA Luft)
Winterweizen Korn (RB)
HKRST 30(TA Luft)
HKRST 100(1. BImSchV)
Agro 40(1. BImSchV)
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Stickoxid-Emissionen - Vergleich Referenzbrennstoffe
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
NO
X al
s N
O2 [
mg/
Nm
³, tr.
; 11
% O
2 ; 30
min
MW
]
MAX 446 997 660 838
MIN 261 977 573 621
MW 327 990 624 748
TLL FH Köln FH Köln FBZ
n = 26 n = 3 n = 3 n = 73
C 4(Woehler A 97)
AWK 45 SI(TA Luft)
Wintergerste Korn (RB)
HKRST 30(TA Luft)
Agro 40(Woehler A 97)
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Stickoxid-Emissionen - Vergleich Referenzbrennstoffe
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
NO
X al
s N
O2 [
mg/
Nm
³, tr.
; 11
% O
2 ; 30
min
MW
]
MAX 369 1352 1025 990
MIN 252 1349 589 264
MW 319 1351 807 821
TLL FH Köln FH Köln FBZ
n = 20 n = 3 n = 2 n = 69
C 4(Woehler A 97)
AWK 45 SI(TA Luft)
Winterweizen Korn (RB)
HKRST 30(TA Luft)
Agro 40(Woehler A97)
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
D. Zusammenfassung1. Technik für die Ernte, Aufbereitung, Transport und Lagerung von
Getreide, Stroh und Ganzpflanzen ist etabliert und optimiert. Strohpelletierung bedarf hinsichtlich der energetischen Verwertung weiterer Entwicklung.
2. Stand konventioneller Verbrennungstechnik für Getreide und Halmgüter: – Verbrennung technisch möglich (ca. 40 Hersteller europaweit) – einige Anlagen erfüllen Anforderungen der 1. BImSchV
weitere Forschungsansätze: Optimierung vorhandener Verbrennungstechniken (Steuerung) Entwicklung von Sekundärmaßnahmen (Abscheidetechniken)
3. Neuartige Anlagen für die Verbrennung von Getreide und Halmgut-pellets werden entwickelt bzw. sind in der Markteinführungsphaseund zeigen deutliche Emissionminderungspotentiale – CO-, Staub- und z.T. NOx-Emissionen – Dauerbetrieb muss nachgewiesen werden
D. Zusammenfassung4. Getreide als Brennstoff bedarf der Einordnung als
Regelbrennstoff der 1. BImSchV um Anlagenherstellern Investitionssichereit zu geben – Markt schafft Entwicklung –
5. Förderung der Markteinführung durch Aufnahme von Getreide undHalmgütern in die Förderprogramme des Bundes (z.B. MAP)
Genehmigungsverfahren und Überwachung für kleine (100 bis 1.000 kWth) genehmigungsbedürftige Anlagen nach 4. BImSchV, erfordern deutlich höhere Invest-, Verwaltungs- und Betriebskosten, welche bisher eine Markteinführung und Anlagenentwicklung derartig erschwerten, dass ausschließlich Pilotanlagen umgesetzt wurden !
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin
Th. Hering Stand der Felduntersuchungen bei Halmgutkleinfeuerungsanlagen 11.5.06, Berlin