Abscheidung von Feinstaub aus ...Ausführung der Filter in Taschenform •Funktionsweise Radialventilator saugt Rauchgas durch Filtertaschen Wechsel der Filtereinheit nach Beladung

Abscheidung von Feinstaub aus Biomassekleinfeuerungsanlagen mit Tiefenfiltern

Prof. Dr.-Ing. Peter Quicker, Dipl.-Ing. Daniel Wohter

Lehr- und Forschungsgebiet Technologie der Energierohstoffe

RWTH Aachen University

FNR Vortragsveranstaltung Biomasseheizungen 2015

AGRITECHNICA

11. November 2015 in Hannover


Peter Quicker | Daniel Wohter

FNR Vortragsveranstaltung Biomasseheizungen 2015 | 11.11.2015 in Hannover

Inhalt

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I. Projektüberblick

II. Phase 1

i. Grundlagenuntersuchungen

ii. Prototypenentwicklung

III. Phase 2

i. Langzeittests

ii. Überführung in die Serienreife

Projektüberblick




Entwicklungshistorie Feinstaubfilter

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Phase 1 06/2011 – 05/2013

• Ansatz

Feinstaubabscheidung durch

Tiefenfiltration

Entwicklung Prototyp

• Ergebnis

Installation und Erprobung erster

Prototypen in der Praxis

Sicheres Einhalten der Grenzwerte

der 2. Stufe 1.BimSchV

• Team

Phase 2 11/2014 – 10/2016

• Ziel

Markfähigkeit

• Erweiterung Projektkonsortium





Projektziele bei Entwicklungsbeginn

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• Entwicklung eines Staubabscheiders auf Basis der Tiefenfiltration





Filterprinzipien

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Quelle: https://www.groz-beckert.com

Tiefenfiltration (Deposition) Oberflächenfiltration (Abreinigung)





Projektziele bei Entwicklungsbeginn

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• Entwicklung eines Staubabscheiders auf Basis der Tiefenfiltration

Sehr niedriger Reingaskonzentration

Sichere Deposition

• Angestrebte Eigenschaften

Hohe Staubabscheideleistung

Kostengünstig in

- Anschaffung und Montage

- Betrieb und Wartung

Betriebssicher auch bei Störungen (z.B. Schwarzfall) keine Blockade Rauchgasweg

Leicht integrierbar in vorhandene Feuerungen und Bausubstanz

Hohe Beladung – akzeptable Filterwechselintervalle

• Untersuchung anorganischer Fasern und Naturfasern

Grundlagenuntersuchung und Prototypenentwicklung

1. Projekthase




Grundlagenuntersuchungen

Filtermaterialien

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• Glaswolle

Temperaturbeständig

Chemisch inert

Feuchteunempfindlich

Faserdurchmesser 3 bis 6 µm

Preisgünstig

• Naturfasern

Temperaturbeständigkeit ungenügend

Ausreichende Stabilität gegenüber saurem Rauchgaskondensat

(Baumwolle und Flachs)

Deutlich gröbere Fasern im Vergleich zu Glaswolle

Glaswolle

Baumwolle

Hanf





Naturfasern

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Alpaka

Baumwolle Hanf

(Textilstoff)

Heidschnucke Herdwick

Shropshire Scottish Blackface

Merino Rhön

Leinen Hanf

(Dämmstoff)

0 50 100

Baumwolle

Hanf (Dämmstoff)

Hanf (Textilstoff)

Leinen

Heidschnucke

Herdwick

Merino

Rhön

Scottish Blackface

Shropshire

Alpaka

Faserdurchmesser (Mittelwert)





Thermische Beständigkeit von Naturfasern

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• Achttägige thermische Belastung jeweils 8 Stunden pro Tag

Baumwolle

Flachs

Wolle (Rhön)

25 °C 170 °C 200 °C 230 °C





Teststand

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P-1 P-1

G-1 M

P-3

TI

E-2 E-2 E-2

V-1

P-1

P-1 P-1

FI

P-2

E-1

PDI

P-2 P-2

P-2 P-2 P-2

TI

FI

TI

FI

XI XI XI

FITI

P-1

PDI PDI

XI

F-1

P-1





Teststand

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Staubeinlagerung im Glaswollefilter – Technikum

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Rohgas

4 c

m





Staubgehalte im Reingas – Glaswollefilter Technikum

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0

1

2

3

4

5

6

7

8

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Rohg

as

15 m

m

15 m

m

20 m

m

25 m

m

25 m

m

25 m

m

25 m

m

25 m

m

25 m

m

25 m

m

25 m

m

50 m

m

50 m

m

50 m

m

50 m

m Filt

erf

lächenbela

stu

ng [

m³/

(m²·

min

)]

Sta

ub

ge

ha

lt [

mg

/m³ i

.Tr.

, 13 V

ol-

% O

2]

Stärke Glaswolle

Reingasstaubgehalte Filterflächenbelastung




Entwicklung des Prototyps

Auslegung

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• Konzept

Staubabscheider als Kaminaufsatz

Keine Behinderung des natürlichen Rauchgaswegs

Ausführung der Filter in Taschenform

• Funktionsweise

Radialventilator saugt Rauchgas durch Filtertaschen

Wechsel der Filtereinheit nach Beladung

• Parameter

Filterfläche: 1 bis 2 m²

Max. Differenzdruck: 4 mbar





Aufbau der Prototypen

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a

b

c

d

• Strömungsführung

Blau: Rauchgasweg im Regelbetrieb

Rot: Rauchgasweg bei einer Störung

• Abmessung ca. 0,5 x 0,5 x 0,5 m





Filtereinheiten des Prototyps

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Staubgehalte im Reingas – Glaswollefilter Praxistest

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0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Filt

erf

läch

en

be

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ng

[m

³/(m

²·m

in)]

Sta

ub

ko

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ntr

atio

n [m

g/m

³ i.T

r., 13 V

ol-%

O2]




Zwischenfazit

Fazit Projektphase 1

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• Filtermaterial

Naturfasern im angestrebten Temperaturbereich ungeeignet

Glaswolle prinzipiell geeignetes Filtermedium

• Erfolgreiche Praxistests

• Hoher Abscheidungsgrad > 95 %

• Staubkonzentrationen unter 1 mg/m³ im Reingas möglich

• Patentanmeldung

Projekthase 2

Überführung in die Serienreife




Phase 2

Projektziele

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• Weiterentwicklung Steuerung

• Konstruktive Optimierung

Vereinfachter Medienwechsel

Kostenreduktion

Optik

• Standzeit

Optimaler Reglungsalgorithmus

Erhöhung der Filteroberfläche

Erhöhung des Staubaufnahmevermögens

• Praxistests

Identifizierung der Filterwechsel- und Wartungsintervalle

Nachweis Langzeitstabilität




Phase 2

Filtermaterial

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• Verbesserung Staubaufnahmefähigkeit

Screening weiterer Filtermaterialien

Erprobung asymmetrischer Mehrschichtfilter

Einfluss Konstruktion und Strömungsführung




Phase 2

Aktueller Stand

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• Untersuchung weiterer Filtermedien

(Material und Bauform)

Abscheidung abhängig von

Anströmung

Partikelgröße

Porosität Filter

Faserstärke…

• Überarbeitung Konstruktion & Steuerung

• Praxistest Winter 1015/16

an rund 10 Standorten

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Prof. Dr.-Ing. Peter Quicker

RWTH Aachen University

52056 Aachen

www.teer.rwth-aachen.de

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