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KWB GmbH15. Juni 2009

Komptech/KWB – Akademietag

„Biomasse – der Weg bis 2020“

KWB – Vortrag:

„Anforderungen an die Materialqualität von Biomasse, im Hinblick auf optimale

Verbrennung“

Dipl. -Ing. (FH) Ch. Urschler

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KWB – Kraft und Wärme aus Biomasse GmbH

Inhaltsübersicht

• Brennstoffe/Materialqualität

• Normungen• Anforderungen

• Biomasseverbrennung

• Prozess• Inhaltsstoffe• Problembrennstoffe

• Biomassefeuerungen

• Bauarten• Charakteristiken

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KWB – Kraft und Wärme aus Biomasse GmbH

Brennstoffe/Materialqualität

• Normungen/Qualität/Kontrolle• Anforderungen

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Hackgut – Qualitätsmanagement und Kontrolle

• Warum Qualitätsmanagement und –kontrolle

• Kostengünstige Erzeugung von qualitativ hochwertigem Brennstoff

• Störungsfreier Betrieb

• Geringe Emissionen

• Wie funktioniert Qualitätsmanagement und –kontrolle ?

• Eigen und Fremdkontrolle nach z.B. M 7133 bzw. in Zukunft prCEN/TS 14961 (EU - weit)

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Normungen

In Österreich im Wesentlichen zwei Normungen für Biomassebrennstoffe (Hackgut/Pellets)

• Die Unterteilung des Hackgutes erfolgt in Fein-, Mittel- bzw. Grobhackgut nach den ÖNORMEN M 7132 sowie M 7133.

• Die Anforderungen an den Pelletsbrennstoff sind in der ÖNORM M 7135/1 festgelegt.

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Hackgut - Normung

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Zusammenhang - Wassergehalt zu unterem Heizwert

Unterer Heizwert Hu von Holz in Abhängigkeit vom Wassergehalt

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

Wassergehalt [%]

4,6

Holz2- 3 Jahregelagert

Holz

waldfrisch

Ho (oberer Heizwert, Brennwert)

Hu (unterer Heizwert)

[kWh/kg FS]

Holz-Pellets

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Pellets - Normung

Pellets werden aus Holz- bzw. Sägespänen, welche in der Holz verarbeitenden Industrie anfallen, erzeugt.

• Die Anforderungen an den Pelletsbrennstoff sind in der ÖNORM M 7135/1 festgelegt.

• Der Hu des Pelletsbrennstoffes beträgt in etwa 4,9 kWh/kg.

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Pellets - Normung

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Pellets – Normung - Merkmale

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KWB – Kraft und Wärme aus Biomasse GmbH

Biomasseverbrennung

• Verbrennungsprozess/Grundlagen• Inhaltsstoffe• Problembrennstoffe

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Biomasseverbrennung - Grundlagen

ThermochemischeUmwandlung

Brennstoff

Luft

Wärme-tauscher

Asche

Asche

Abgas

Grundlagen

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Verbrennungsprozess - Grundlagen

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Verbrennungsprozess - Grundlagen

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Verbrennungsprozess - Luftüberschuss

•• Der richtige LuftDer richtige Luftüüberschuss ist der wichtigsteberschuss ist der wichtigsteParameter bei der Regelung der VerbrennungParameter bei der Regelung der Verbrennung

•• Mit sinkendem LuftMit sinkendem Luftüüberschuss steigt dieberschuss steigt dieVerbrennungstemperatur an Verbrennungstemperatur an

•• Ein zu geringer LuftEin zu geringer Luftüüberschuss < 1 fberschuss < 1 füührt zurhrt zurunvollstunvollstäändigen Verbrennungndigen Verbrennung

•• Ein zu groEin zu großßer Lufter Luftüüberschuss > 2,5 verringert dieberschuss > 2,5 verringert dieVerbrennungstemperatur und der COVerbrennungstemperatur und der CO--Gehalt steigtGehalt steigt

•• Die Zunahme der Holzfeuchte bedingt eineDie Zunahme der Holzfeuchte bedingt eineAbnahme der Feuerungsleistung und ein AbsinkenAbnahme der Feuerungsleistung und ein Absinkender Verbrennungsder Verbrennungs-- und Rauchgastemperaturund Rauchgastemperaturim Brennraum im Brennraum

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Verbrennungsprozess - Luftüberschuss

w

w 16

w 28

w 45

w 55

λ

Verbrennungstemperatur als FunktionVerbrennungstemperatur als Funktionder Luftder Luftüüberschusszahl/kein Wberschusszahl/kein Wäärmeaustausch mit Umgebungrmeaustausch mit Umgebung

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Verbrennungsprozess - Inhaltsstoffe

CxHyCxHy KohlenwasserstoffeKohlenwasserstoffe

Die Belastung des Menschen durch Kohlenwasserstoffe ist schwieriDie Belastung des Menschen durch Kohlenwasserstoffe ist schwieriger zu klassifizieren, da ger zu klassifizieren, da es sich dabei um keine definierte Verbindung, sondern um Verbindes sich dabei um keine definierte Verbindung, sondern um Verbindungsklassen handelt. Zu ungsklassen handelt. Zu den Verbindungsklassen gehden Verbindungsklassen gehöören auf der einen Seite Substanzen, die fren auf der einen Seite Substanzen, die füür den Menschen als r den Menschen als ungefungefäährlich betrachtet werden (Methan, Ethan, hrlich betrachtet werden (Methan, Ethan, EthenEthen), jedoch als Treibhausgase das ), jedoch als Treibhausgase das Klima beeintrKlima beeinträächtigen.chtigen.

CxHyCxHy �� unvollstunvollstäändige Verbrennungndige Verbrennung

CxHyCxHy �� GeruchsbelGeruchsbeläästigungstigung

CxHyCxHy �� polyzyklische, aromatischepolyzyklische, aromatischeVerbindungen; einige sind Verbindungen; einige sind krebserregendkrebserregend

ZerstZerstöörung durch Oxidation (Luftrung durch Oxidation (Luftüüberber--schussschuss) )

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Verbrennungsprozess - Inhaltsstoffe

Bildung von Dioxine,Bildung von Dioxine, FuraneFurane

•• Anwesenheit von Chlor (z.B. Anwesenheit von Chlor (z.B. AmmoniumchloridAmmoniumchloridin Spanplatten, Altholz)in Spanplatten, Altholz)

•• Unverbrannter Kohlenstoff (RuUnverbrannter Kohlenstoff (Rußß,,kohlenstoffhkohlenstoffhäältige Stltige Stääube)ube)

•• Metalle, insbesondere KupferMetalle, insbesondere Kupfer

•• Temperaturen zwischen ca. 180 und 500Temperaturen zwischen ca. 180 und 500°°CC

•• Anwesenheit von Sauerstoff: DioxinemissionenAnwesenheit von Sauerstoff: Dioxinemissionenbei Sauerstoffgehalt unter 11 Vol% sind vielbei Sauerstoffgehalt unter 11 Vol% sind vielgeringer als geringer als üüber 11 Vol%.ber 11 Vol%.

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Verbrennungsprozess - Inhaltsstoffe

Vermeidung von Dioxine, Vermeidung von Dioxine, FuraneFurane

Feuerungstechnik:Feuerungstechnik:

max. max. AusbrandAusbrand der Kohlenwasserstoffe und Stder Kohlenwasserstoffe und Stääube;ube;ein Luftein Luftüüberschuss unter 2; berschuss unter 2; eine gute Durchmischung der brennbaren Gaseeine gute Durchmischung der brennbaren Gasemit der Verbrennungsluft; mit der Verbrennungsluft; falls notwendig, eine Verlfalls notwendig, eine Verläängerung der Verweilzeitngerung der Verweilzeitin der heiin der heißßen Zone;en Zone;Verhinderung des MitreiVerhinderung des Mitreißßens von Staubpartikeln;ens von Staubpartikeln;

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Verbrennungsprozess - Inhaltsstoffe

S SchwefelS Schwefel

•• SOSO22, Produkt der Verbrennung , Produkt der Verbrennung

•• SS--Gehalt des Brennstoffs sehr gering;Gehalt des Brennstoffs sehr gering;Eintrag des Schwefels primEintrag des Schwefels primäär durch Umweltr durch Umwelt--einfleinflüüssesse

•• Einbindung des Schwefels in die Asche wieEinbindung des Schwefels in die Asche wiebei Clbei Cl

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Verbrennungsprozess - Inhaltsstoffe

N StickstoffN Stickstoff

-- Thermisches NOThermisches NOxx wird bei wird bei üüber 1.100ber 1.100°°C aus dem C aus dem Luftstickstoff und Sauerstoff in der NachreaktionsLuftstickstoff und Sauerstoff in der Nachreaktions--zonezone nach der Flammenfront gebildetnach der Flammenfront gebildet

-- Promptes NOPromptes NOxx wird bei Anwesenheit von Kohlenwird bei Anwesenheit von Kohlen--wasserstoffwasserstoff--RadikalenRadikalen in der Flammenfront ausin der Flammenfront ausLuftstickstoff und Luftsauerstoff gebildetLuftstickstoff und Luftsauerstoff gebildet

-- Stickstoffoxide entstehen aus dem im BrennStickstoffoxide entstehen aus dem im Brenn--stoffstoff befindlichen Stickstoff befindlichen Stickstoff

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Verbrennungsprozess - Inhaltsstoffe

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Verbrennungsprozess – Auszug Problembrennstoffe

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Brennstoffe - Ascheschmelzverhalten

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Brennstoffe - Ascheschmelzverhalten

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KWB – Kraft und Wärme aus Biomasse GmbH

Biomassefeuerungen

• Bauarten• Charakteristiken

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Biomassefeuerungen

Ziel:Ziel: hoher Wirkungsgrad, hoher Wirkungsgrad, geringe Schadstoffemissionengeringe Schadstoffemissionen

•• Verbrennungszone in Glutbett und NachVerbrennungszone in Glutbett und Nach--brennkammerbrennkammer gliederngliedern

•• Glutbett: Glutbett: KohlenstoffvergasungKohlenstoffvergasungNachbrennkammer: Nachbrennkammer: GasphasenoxidationGasphasenoxidation

•• Um die Ziele zu erreichen, ist die Um die Ziele zu erreichen, ist die Brennraumgestaltung besonders wichtigBrennraumgestaltung besonders wichtig

•• Gasphasenoxidation (3Gasphasenoxidation (3--TT--Regel)Regel)[[TimeTime--TemperatureTemperature--TurbulenceTurbulence]]

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Biomassefeuerungen

StStüückholzkessel (unterer Abbrand)ckholzkessel (unterer Abbrand)

-- Flamme brennt nach untenFlamme brennt nach unten

Saug-Zug-Gebläsekessel

Brennstoff rutsch von selbst nach

Primärverbrennungszone

Sekundärverbrennungszone

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KWB Classicfire 20 – 50 kW

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Biomassefeuerungen

Schematische Schematische –– Darstellung Darstellung -- UnterschubfeuerungUnterschubfeuerung

Primär für Hackgut G30/W30, und PelletsRuhiges BrennstoffbettRascher Anfahrbetrieb nach dem Abstellen der Feuerung

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KWB Multifire 15 – 100 kW

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KWB Powerfire 130 – 300 kW

3t - Regel

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KWB Powerfire

Strömungsverlauf in der Anlage, O2 Konzentration:

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KWB Powerfire

CO Konzentration:

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CleanStGas GmbH (KWB GmbH – Ebner GmbH)

• Hochreines teerfreies Gas

• Nutzung in Gasmotoren

• Hohe Stromausbeute > 30%

• Abwärme für Heizzwecke u. WW-Bereitung

• Bei z. B. Brennstoffwärmeleistung 300 kW – können ca. 70 kW el sowie 150 – 200 kW th erzeugt werden

• Gesamtwirkungsgrad 85 %

• 50 kW el bis 250 kW el

Im Überblick

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CleanStGas GmbH - Prozesschaubild

KWK – Kraft- Wärme Kopplung

Wir geben Energie für´s Leben!

KWB GmbH15. Juni 2009

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