Low-Particl-Pelletfeuerung

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: 100373

Schlüsselwörter (Deutsch)

TP0070;F-Holz

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Low-Particl-Pelletfeuerung

Schlussbericht (Deutsch)

Die Verbrennung von Biomasse führt zu relativ hohen Partikelemissionen. In einem vorgängigen Forschungsprojekt wurde die Partikelbildung bei der Holzverbrennung analysiert und ein neues Konzept zur Reduktion der Partikelemissionen entwickelt (Low-Particle-Konzept) [Oser et al. 2003]. Dabei wurde gezeigt, dass die Partikel von automatischen Holzfeuerungen hauptsächlich aus Salzen bestehen und der Anteil an organischen Verbindungen unter 5 Massen-% liegt, falls eine quasi-vollständige Verbrennung erreicht wird. Die anorganischen Partikel (Salze) werden hauptsächlich über den Fest-Dampf-Partikel-Pfad, also durch Kondensation von verdampften Holzbestandteilen, gebildet.Das Low-Particle-Konzept basiert in erster Linie auf einer ausgeprägten Sauerstoffarmut im Glutbett, welche die Oxidation von salzförmigen Holzbestandteilen zu leichter-flüchtigen Komponenten vermindert, die in der Abkühlphase wieder zu Partikeln werden. Weiter führt ein tiefer Gesamt-Luftüberschuss zu einer Verstärkung der Koagulation und damit zu einer Reduktion der Partikelanzahl.Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit ist die Umsetzung des Low-Particle-Konzepts an einer Holzpelletfeuerung im Leistungsbereich zwischen 100 und 500 kW. Dabei sollen Partikelkonzentrationen im Rohgas von deutlich unter 50 mg/mN 3 (13 Vol.-% O2) erreicht werden. Dazu wurde eine 100 kW Prototyp-Feuerung entworfen, realisiert und optimiert. Um die Low-Particle-Betriebsanforderungen selbst bei wechselndem Leistungsbedarf in einem automatischen Betrieb aufrechterhalten zu können, wurde ein spezielles Regelungskonzept mit insgesamt 4 PI-Reglern entworfen und umgesetzt. Geeignete Reglergrössen wurden mit dem Ziegler-Nichols-Verfahren evaluiert.Unter Verwendung der Low-Particle-Betriebsbedingungen konnten im gesamten Lastbereich von 20% bis 100% Partikelemissionen zwischen 6 und 11 mg/mN 3 (13 Vol.-% O2) erreicht werden. Dabei lag der Glutbett-Luftüberschuss zwischen 0.33 und 0.37 und die CO-Emissionen betrugen stets weniger als 70 mg/mN 3 (13 Vol.-% O2). Im Vergleich dazu führte der Betrieb mit einem Glutbett-Luftüberschuss von 0.68 zu Partikelkonzentrationen von 30 mg/mN 3 (13 Vol.-% O2). Dies bestätigt das Reduktionspotential für Partikelemissionen mit Hilfe des Low-Particle-Konzepts von etwa 70% bis 80%. Bei der optimierten Feuerungsgeometrie konnte sowohl für die Partikelemissionen als auch für die CO-Emissionen keine eindeutige Abhängigkeit von der Kesselleistung (20% bis 100%) gefunden werden.Mit der in diesem Projekt entwickelten Regelung können die Low-Particle-Bedingungen auch bei wechselndem Leistungsbedarf kontinuierlich eingehalten werden. Weiter ermöglicht die Regelung deutlich geringere Schwankungen des Luftüberschusses, so dass die Betriebsbedingungen präziser eingestellt werden können. Ein wesentlicher Vorteil des verwendeten Regelungskonzepts ist, dass sowohl der Gesamt- als auch der Primär-Luftüberschuss als Sollwert eingegeben werden kann und die entsprechenden Zuluft-Volumenströme automatisch eingeregelt werden.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
VERENUM

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Nussbaumer,Thomas
Oser,Michael
Müller,Peter
Köchli,David
Meier,Kurt

Zugehörige Dokumente

• Low-Particle-Pelletfeuerung im Leistungsbereich von 100 bis 500 kW - Schlussbericht [PDF] 154 kB