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
Abscheidung von Feinstaub aus Biomassekleinfeuerungsanlagen mit Tiefenfiltern
Peter Quicker | Daniel Wohter
FNR Vortragsveranstaltung Biomasseheizungen 2015 | 11.11.2015 in Hannover
Inhalt
2 von 29
I. Projektüberblick
II. Phase 1
i. Grundlagenuntersuchungen
ii. Prototypenentwicklung
III. Phase 2
i. Langzeittests
ii. Überführung in die Serienreife
Projektüberblick
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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
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Entwicklungshistorie Feinstaubfilter
Projektziele bei Entwicklungsbeginn
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• Entwicklung eines Staubabscheiders auf Basis der Tiefenfiltration
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Entwicklungshistorie Feinstaubfilter
Filterprinzipien
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Quelle: https://www.groz-beckert.com
Tiefenfiltration (Deposition) Oberflächenfiltration (Abreinigung)
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Entwicklungshistorie Feinstaubfilter
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
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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
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Grundlagenuntersuchungen
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)
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Grundlagenuntersuchungen
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
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Grundlagenuntersuchungen
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
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P-2 P-2
P-2 P-2 P-2
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P-1
PDI PDI
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P-1
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Grundlagenuntersuchungen
Teststand
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Grundlagenuntersuchungen
Staubeinlagerung im Glaswollefilter – Technikum
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Rohgas
4 c
m
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Grundlagenuntersuchungen
Staubgehalte im Reingas – Glaswollefilter Technikum
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50
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Rohg
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15 m
m
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m
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25 m
m
25 m
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25 m
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50 m
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50 m
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Stärke Glaswolle
Reingasstaubgehalte Filterflächenbelastung
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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
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Entwicklung des Prototyps
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
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Entwicklung des Prototyps
Filtereinheiten des Prototyps
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Entwicklung des Prototyps
Staubgehalte im Reingas – Glaswollefilter Praxistest
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0,5
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3
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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
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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
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Phase 2
Filtermaterial
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• Verbesserung Staubaufnahmefähigkeit
Screening weiterer Filtermaterialien
Erprobung asymmetrischer Mehrschichtfilter
Einfluss Konstruktion und Strömungsführung
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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