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1
Verbrennung von Getreidekorn in kleinen Feuerungsanlagen
Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft
Dipl.-Ing. Th. Hering, 05.03.2007
Messe Leipzig
TerraTec / enertec 2007
A Inhalte der Untersuchungen
B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen
C Rechtliche Rahmenbedingungen
D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen
E Perspektiven
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
2
Untersuchungen an verschiedenen Stroh- und Getreide-feuerungsanlagen < 3,15 MW th
3. „Prüfung d. Gebrauchstauglichkeit von Non-Food Getreide und dessen Eignung für die thermische Verwertung (2001) (ILK)
4. „Energetische Verwertung von Getreide und Halmgutpellets“ (2002 – 2005) (TLL / TLUG / IE - 5 Anlagen)
1. „Untersuchungen zum Einfluß der Brennstoffart und ~qualität auf die Zusammensetzung der Reststoffe und deren Verwertung am Strohheizwerk Schkölen zur Sicherung der Umweltverträglichkeit“ (1993 – 1996) (TLL/TLU - 1 Anlage) 2. „Voraussetzungen zur Standardisierung von biogenenFestbrennstoffen“ (1998 – 2002) (TLL/TLU - 3 Anlagen)
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
5. „Untersuchungen zum Emissionsverhalten getreide- und halmguttauglicher Feuerungsanlagen (2004 – 2007) (TLL / TLUG / ILK - 5 Anlagen + Filtertechnik)
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
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
3
Europäische Anbieter von Heizanlagen für Getreide ( < 100 kWth)
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
Europäische Anbieter von Heizanlagen für Getreide ( < 100 kWth)
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
4
A Inhalte der Untersuchungen
B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen
C Rechtliche Rahmenbedingungen
D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen
E Perspektiven
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
Kontinuierliche Messung von:
O2, CO, CO2, SOx, NOx, N2O, Ges-C
Diskontinuierliche Messung von:
Staub, Feinstaub
PCDD/F, PAK, HCl
Benzol Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
5
A Inhalte der Untersuchungen
B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen
C Rechtliche Rahmenbedingungen
D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen
E Perspektiven
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
Chemisch-stoffliche Brennstoffeigenschaften z.B.• Stickstoff ⇒ NOx-Emissionen• Schwefel ⇒ SOx-Emissionen, Korrosion• Chlor ⇒ HCl-,PCDD/F-Emissionen, Korrosion• Kalium ⇒ Ascheschmelzverhalten, Korrosion• Natrium ⇒ Ascheschmelzverhalten, Korrosion• Calzium ⇒ Ascheschmelzverhalten
Physikalisch-mechanische Brennstoffeigenschaften z.B.• Schüttdichte ⇒ Transport, Lagerdichte• Wassergehalt ⇒ Lagerung, Heizwert, Ausbrand• Aschegehalt ⇒ Auslegung Austragsystem, Staubemission• Spelzanteil ⇒ Schüttdichte , Zündverhalten,
Ascheschmelzverhalten
B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
6
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 = 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 - Triticale
Hafer Wi - Raps
Wi - Roggen (Avanti)
Wi - Weizen (Batis)
Wi - Gerste
(Theresa)
Hafer (Flämlings-
lord)
Wi - Raps (Express)
Triticale - GP
Pappel Laubholz Nadelholz
Körner HolzStroh
Gan
zpfl
anze
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
Brennstoffeigenschaften - Vergleich Stickstoff
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
Sti
ckst
off
geh
alt
[% d
. TM
]
MAX 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
MIN 1,51 2,10 1,59 1,66 1,54 3,21 0 , 3 3 0,28 0 , 2 9 0,22 0,42 0,38 0,19 0,11 0 , 0 7
MW 1,72 2,36 1,96 1,91 1,87 3,51 0,59 0,58 0 , 6 3 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 - Triticale
Hafer Wi - Raps
Wi - Roggen (Avanti)
Wi - Weizen (Batis)
Wi - Gerste
(Theresa)
Hafer (Flämlings-
lord)
Wi - Raps (Express)
Triticale - GP
Pappel Laubholz Nadelholz
Körner HolzStroh
Gan
zpfl
anze
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
7
Brennstoffeigenschaften - Vergleich Chlor
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80
2,00
Ch
lorg
ehal
t [%
d. T
M]
MAX 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
MIN 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
MW 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 - Triticale
Hafer Wi - Raps
Wi - Roggen (Avanti)
Wi - Weizen (Batis)
Wi - Gerste
(Theresa)
Hafer (Flämlings-
lo rd)
Wi - Raps (Express)
Triticale - GP
Pappel Laubholz Nadelholz
Körner HolzStroh
Gan
zpfl
anze
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
Brennstoffcharakteristik Vergleich Ascheschmelzverhalten
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
Sintertemperatur Erweichungstemperatur Sphärischtemperatur Halbkugelpunkt Fließtemperatur
Tem
per
atu
r [°
C]
Nacktgetreide Spelzgetreide Triticale-GP
Getreidestroh Miscanthus Waldholz
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
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A Inhalte der Untersuchungen
B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen
C Rechtliche Rahmenbedingungen
D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen
E Perspektiven
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
Einsatz von Getreide bzw. Ganzpflanzen in Anlagen der 4.BImSchV möglich !!!
ab 100 kW nach Ziffer 1.3 d. Anhanges der 4. BImSchV jedoch genehmigungsbedürftig
• Vereinfachtes Verfahren bis 1 MWth nach § 19 BImSchG
• Förmliches Verfahren ab 1 MWth nach § 10 BImSchG
C Rechtliche RahmenbedingungenRelevante Emissionsgrenzwerte beim Einsatz von festen Bioenergieträgern (nach 4. BImSchV [TA-Luft] bzw. 1. BImSchV)
Anlagen < 100 kW im Geltungsbereich der 1. BImSchV
Getreide noch kein Regelbrennstoff – Aufnahme mit der Novellierung geplant – Anforderungen unklar !Zusätzlich können weitere Grenzwerte aus den allgemeinen Anforderungen der TA-Luft herangezogen werden. Dies betrifft neben bestimmten Staubinhaltsstoffen auch weitere organische und anorganische Komponenten u.a. HCl, PCDD/F
Anlagengröße relevante Bezugs-Vorschrift sauerstoff CO Staub Ges.-C NOx S O2
Vol. % g/m3n mg/m3
n mg/m 3n mg/m3
n g/m3n
< 15 kW 15 - 50 kW 1.BImSchV 13 4 150 - - -
50 - 150 kW 1.BImSchV 13 2 150 - - -150 - 500 kW 1.BImSchV 13 1 150 - - -
500 - 1000 kW 1.BImSchV 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.BImSchV 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
Emissionsgrenzwerte
Emissionsgrenzwerte bei der Verfeuerung von unbehandeltem Holz
Besondere Regelung beim Einsatz von Stroh und ähnlichem pflanzlichen Materialkein Einsatz von Halmgut erlaubt
keine Emissionsbeschränkungen
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
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in sonstigen Fällen 15 bis 50 kW: Staub 20 mg/m³
CO 1,0 g/m³ über 50-100 kW: Staub 20 mg/m³
CO 0,5 g/m³
Baden-Württemberg:• nur bauartgeprüfte Anlagen von 15-100kW
• Anlagen auf Prüfstand (13 % O2) NOx < 500 mg/m³ und Staub 75 mg/m³ 15 bis 50 kW: CO 0,5 g/m³ über 50-100 kW: CO 0,25 g/m³
• Anlagen in Praxis (13 % O2)
• in Betrieben der Land- und Forstwirtschaft, Gartenbau sowie agrargewerblichen Sektor
15 bis 50 kW: Staub 100 mg/m³ CO 1,0 g/m³
über 50-100 kW: Staub 75 mg/m³ CO 0,5 g/m³
Bayern & Thüringen:• nur Getreide von Flächen auf welchen mind. 1 Jahr kein chlorhaltiger Mineraldünger eingesetzt wurde
• Anlagen auf Prüfstand (13 % O2) NOx < 500 mg/m³ und Staub 75 mg/m³
• Anlagen in Praxis (13 % O2)
• nur in Betrieben der Land- und Forstwirtschaft, Gartenbau sowie agrargewerblichen Sektor
bis 50 kW: Staub 100 mg/m³ CO 1,0 g/m³
über 50-100 kW: Staub 75 mg/m³ CO 0,5 g/m³
Kein Einsatz von Getreide bzw. Ganzpflanzen in Anlagen der 1.BImSchV möglich Ausnahmen nach § 20 1. BImSchV bislang:
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
• nur in Betrieben der Landwirtschaft, Gartenbau sowie Getreidehandel und ~mühlen inkl. zugehöriger Wohnstätten
• Einsatz von Getreideganzpflanzen und Getreide (N: 1,5/2,5; Cl: 0,4/0,2)
• minderwertiges sowie nicht backfähiges Getreide, welche nicht als Nahrungsmittel verwendbar sind
Ausnahmen nach § 20 1. BImSchV - Sachsen (SMUL): :
• nur bauartgeprüfte Anlagen von 15-100 kW
• Anlagen auf Prüfstand (13 % O2 und in Anlehnung an DIN EN 303 Teil 5)
• NOx < 800 mg/m³, sowie Dioxine/Furane 0,1 ng/m³ - Bescheinigung Kesselhersteller
• Anlagen in Praxis (13 % O2) 15 bis 100 kW: Staub 75 mg/m³; CO 0,5 g/m³
• § 6 Absatz 3 der 1. BImSchV ist anzuwenden (handbeschickten Betrieb – Volllast – Pufferspeicher bzw. Emissionswerte bei Teillast)
• Überwachung nach §§ 14 und 15
Ausnahmeregelungen gelten unter Vorbehalt - Novellierung der 1. BImSchV !
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
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A Inhalte der Untersuchungen
B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen
C Rechtliche Rahmenbedingungen
D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen
E Perspektiven
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
Kohlenmonoxid-Emissionen - Vergleich Referenzbrennstoffe
Zwischenergebnisse der aktuellen Felduntersuchungen (Deula, FH Köln, FBZ, TLL)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
CO
[mg/
Nm
³, tr
.; 13
% O
2 ; 1
5 m
in M
W]
MAX 962 4 1227 141 200
MIN 42 1 223 5 100
MW 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)
EPP UBA
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
§ 20 1. BImSchV
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Staub-Emissionen - Vergleich Referenzbrennstoffe
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Sta
ub
[mg/
Nm
³, tr
.; 13
% O
2; 15
min
MW
]
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)
EPP UBA 1. Stufe
EPP UBA 2. Stufe
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
§ 20 1. BImSchV
Wirtschaftlichkeit
Wirtschaftlichkeitsvergleich von 25 kW th Anlagen (o.MWSt.)
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
Erdga
s 5,7 C
t/kWh
Kos
ten
in C
ent/k
Wh
Kapitalkosten Cent/kWh Betriebsgebundene Kosten Cent/kWh Brennstoffkosten Cent/kWh
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
12
Wirtschaftlichkeit
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
Heizöl 55 ct/l Industrie-Holzhackschnitzel 50
€/tTS
Wald-Holzhackschnitzel 90
€/tTS
Industrie-Holzpellets120 €/tTS
DIN-Holzpellets 195€/tTS
Strohballen 65 €/tTSm.F.
Getreide 110€/tTSk.T.; m. F.
Kos
ten
in C
ent/k
Wh
Kapitalkosten Cent/kWh Betriebsgebundene Kosten Cent/kWh Brennstoffkosten Cent/kWh
Kostenkalkulation für 500 kWt h Anlagen ohne bauliche Einrichtungen frei Heizwerk
Wirtschaftlichkeitsvergleich von 500 kW th Anlagen (o.MWSt.)
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
A Inhalte der Untersuchungen
B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen
C Rechtliche Rahmenbedingungen
D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen
E Perspektiven
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
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E Perspektiven - weitere Entwicklungen
1. Optimierung bzw. Weiterentwicklung von konventionellen Feuerungssystemen
Fa. Heizomat
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
2. Entwicklung von neuen Feuerungssystemen (Forschung)
Wassergekühlter Vorofen
E Perspektiven - weitere Entwicklungen
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
14
3. Entwicklung von Abscheidetechnologien – Brennwerttechnik
E Perspektiven - weitere Entwicklungen
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
4. Entwicklung von Abscheidetechnologien – elektrostatische Abscheider (Praxisreife Prototypen)
EMPA, Zürich
Bioenergie-Technik, Starnberg
ILK, Dresden; TLL Jena
E Perspektiven - weitere Entwicklungen
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
15
5. Entwicklung von Abscheidetechnologien– Forschung
ALPHA-Filter Schüttschichtfilter
Ausziehbare Metallschublade
Schüttschicht
Schwenkbares Lochblech
Rauchgas aus Kessel
Gereinigtes Abgas zum Kamin
Schubladengriff
Schwenkhebel
E Perspektiven - weitere Entwicklungen
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
6. Entwicklung von neuen Feuerungssystemen (Forschung)
Entwicklung einer Low-NOx-Feuerung zur Verbrennung von Getreide und Halmgütern nach dem FLOX-PrinzipQuelle: Fachhochschule Bingen
E Perspektiven - weitere Entwicklungen
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
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7. Erprobung innovativer Brennstoffe, Feuerungsysteme und Abscheidetechniken
größte Getreidefeuerungsanlage DeutschlandsTLL – TZNR Dornburg bei Jena
E Perspektiven - weitere Entwicklungen
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung
Weitere Informationen unter
www.tll.de/nawaro bzw.
17
Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Getreideverbrennung