Final report
(German)
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Erneuerbare Energie, welche aus Biomasse gewonnen werden kann, soll vermehrt gefördert werden. Neben Holz können auch andere Biomassesortimente genutzt werden, u.a. aus der landwirtschaftlichen Produktion bzw. aus nachgelagerten Verarbeitungsbetrieben. Im Vergleich zu Holz stellen diese Brennstoffe höhere Anforderungen an eine zuverlässige, emissionsarme Nutzung. Als Weiterführung der im Jahr 2005 auf der Anlage Villiger durchgeführten Verbrennungsversuche (Beschreibung der Anlage und Versuchsergebnisse in [1]), sollen mit weiteren Verbrennungsversuchen das Verbrennungsverhalten weiterer, anspruchsvoller Biomassebrennstoffen untersucht werden. Aus verschiedenen Gründen konnte nur ein Teil des vorgesehenen Versuchsprogramms durchgeführt werden. Im November und Dezember 2006 wurden Versuche mit den Brennstoffsortimenten «Riedstreu + Hackschnitzel» und «Pferdemist + Hackschnitzel + Riedstreu» durchgeführt. Die Versuche zeigen, dass unter optimalen Bedingungen die beiden Brennstoffsortimente mit tiefen Emissionen und ohne wesentliche Schlackenbildung energetisch genutzt werden können. Ein optimaler, stabiler Betrieb konnte aber nur schwer erreicht werden. Mit der automatischen Regelung allein konnte kein stabiler Verbrennungszustand gehalten werden. Manuelle Eingriffe (wiederholte Anpassung der Regelparameter) während der Versuche waren unumgänglich. Trotzdem konnte Lochfrass und ungenügende Rostbelegung nicht immer verhindert werden. Zudem musste bei beiden Brennstoffsortimenten während der ganzen Versuchszeit ein Mitarbeiter die Austragung aus dem Silo, die Querförderung und die Mischung im Mischschacht überwachen und immer wieder händisch eingreifen. Auf den im Versuchsplan vorgesehenen unüberwachten mehrtägigen Dauerbetrieb musste daher verzichtet werden.
Die Folgerungen aus den Verbrennungsversuchen mit schwieriger Biomasse sind:
– Bei einem Dauerbetrieb muss die Regelung der Holzfeuerung in der Lage sein, die auftretenden Schwankungen in den Verbrennungsbedingungen auszugleichen. Dies ist aber nur in einem beschränkten Schwankungsbereich der Verbrennungsbedingungen möglich. Wenn schwierig zu verbrennende Biomasse als Zusatzbrennstoff zu Holz in einer Holzfeuerung eingesetzt werden soll, so ist ein Dauerbetrieb nur möglich, wenn der Anteil der schwierigen Biomasse nie grösser als 1/4 ist.
– Dabei müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:
• Das Mischen des Zusatzbrennstoffes darf die Stückigkeit der Hackschnitzel nicht reduzieren. Der Holzanteil sollte bei der Beschickung des Rostes noch in grober Form vorhanden sein. Wenn möglich sollten Hackschnitzel mit der Stückgrösse von mindestens P63 eingesetzt werden, die ihre Stückigkeit bis zur Beschickung auf dem Rost beibehalten. Das Vormischen in der Mischart des Futtermischers ist nicht geeignet. Eine Lösung könnte das abwechselnde Einbringen und gleichmassige Verteilen von groben Hackschnitzeln und Riedstreu (oder anderen halmartigen Brennstoffen) sein.
• Die Transporteinrichtungen müssen für die spezielle Form der Brennstoffe geeignet sein.
• Die Mischeinrichtung von Zusatzbrennstoff mit dem Hauptbrennstoff muss so ausgelegt und dimensioniert sein, dass eine Brückenbildung vermieden wird. Ein gewünschtes Mischverhältnis kann nicht auf volumetrischer Basis (z.B. mittels Verhältnis von Schneckenlaufzeiten) erreicht werden. Die Brennstoffmenge im geförderten Volumen kann schwanken und daraus können grosse Schwankungen in der Brennstoffzusammensetzung resultieren. Eine Lösungsmöglichkeit wäre, dass die zugeführte Brennstoffmenge gewogen wird und das Mischverhältnis auf Gewichtsbasis eingestellt werden kann.
– Die Versuche haben gezeigt, dass bezüglich des Einsatzes und der Wirksamkeit des Elektrofilters nicht nur beim Verbrennen von schwieriger Biomasse noch viele Fragen offen sind, sondern auch beim Einsatz von Holz als Brennstoff. Um diese Fragen zu klären, sind weitergehende, systematische Untersuchungen erforderlich.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Verenum
Umwelt & Energie
Ingenieurbüro Hersener
ardens GmbH
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Bühler,Ruedi
Hersener,Jean-Louis
Jenni,Andres
Klippel,Norbert
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Final report
(English)
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Renewable energy should be further enhanced. Besides wood also other biomass can be used, e.g. agricultural waste. Clean and reliable combustion of these waste materials is more difficult to achieve than with wood. As continuation of the test performed in 2005 at the plant of Villiger (Description of the plant in [1]), further test with challenging biomass were planned for 2006. For different reasons, only part of the anticipated test program could be accomplished. In November and December 2006 tests with the fuel mixtures «sedge + chipped wood» and «horse manure + sedge + chipped wood» were conducted. The tests show that with optimal conditions, these fuel mixtures can be used as biomass fuel, leading to low emissions and neglect able slagging. But stable combustion conditions very difficult to achieve. Automatic control alone was not sufficient for stable combustion conditions. Manual intervention (repeated adjustment of the control parameters) was necessary. Nevertheless, burning of holes in the combustion bed and insufficient cover of the grate could not always be avoided. In addition, manual intervention in the feeding and mixing devices was necessary.
Therefore the planned unattended duration test of several days was not possible. The conclusions of the tests are:
– For continuous operation, the automatic control system of the wood boiler has to balance the fluctuations in combustion conditions. This is only possible in a limited range. If one wants to add challenging biomass as described above to woody biomass in a wood boiler, and operate the plant unattended, then maximum ¼ of this material can be added.
– Thereby, the following conditions have to be fulfilled:
• Mixing of the fuel must not decrease the size of the woodchips. The size of the woodchips preferably should be of P63 and maintain this size up to the grate. Mixing with the mixing trolley used in the test is not applicable. Another solution could be to charge the two different fuels in intervals and spread it equally in the silo.
• The transport systems have to appropriate to the special shape of the fuel
• The mixing of the fuel components has to be designed that bridging is avoided. A mixing system, which operates on a volumetric basis, is not applicable. A possible solution could be to define the mixing ration on weight basis.
– As regards the application of an electrical precipitator, the test showed that many questions are still open, also for applications for woody biomass. To answer these questions, further systematic investigations are necessary.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Verenum
Umwelt & Energie
Ingenieurbüro Hersener
ardens GmbH
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Bühler,Ruedi
Hersener,Jean-Louis
Jenni,Andres
Klippel,Norbert
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