Schlussbericht
(Deutsch)
|
Ziel dieser Arbeit ist, das Startverhalten von Stückholzkesseln zu untersuchen, den Anteil der während der Startphase emittierten Schadstoffe an der Gesamtfracht zu bestimmen und eine Einbindung der Startphase in die Prüfung nach EN 303-5 als Zusatzanforderung für das Qualitätssiegel zu überprüfen. Zur Berücksichtigung in der EN ist von Interesse, welche Schadstoffe in der Startphase von Bedeutung sind und welche Leitgrössen zur Messung in Frage kommen, wozu die Korrelationen unter den verschiedenen Schadstoffgruppen untersucht werden sollen.
Zur Durchführung der Messungen wurden drei moderne, mit dem Qualitätssiegel ausgestattete Stückholzkessel sowie ein alter, nicht mehr dem Stand der Technik entsprechenden Stückholzkessel bei verschiedenen Betriebsbedingungen ausgemessen. Erfasst wurden die gasförmigen Emissionen an Kohlenmonoxid (CO), Stickoxiden (NOX) und flüchtigen organischen Verbindungen (VOC), letztere aufgeteilt in Methan und Nicht-Methan-Verbindungen (NMVOC). Im Weiteren wurden der gravimetrische Gesamtstaub im heissen Abgas nach VDI, die kondensierbaren organischen Verbindungen nach EPA (Condensable Organic Compounds, COC) und die Anzahlkonzentration und Korngrössenverteilung der Partikel mittels SMPS und OPC bestimmt.
Die Startphase erfolgte durch Befüllung der Kessel mit Anfeuern aus kaltem und aus betriebswarmem Zustand, wobei die Kessel beim Start aus kaltem Zustand mit Rücklaufhochhaltung betrieben wurden. Im Anschluss an die Startphase ist eine Messung nach heutiger EN 303-5 durch Auflegen von Holz auf die Grundglut möglich. Dieses Verfahren hat sich bewährt und es verlängert die Betriebszeit des Kessels zur Durchführung der Prüfung nicht zwingend, wenn die Startmessung zur Erstellung der Grundglut genutzt wird. Allerdings muss die Abgasmessung bereits ab Kesselstart einsatzbereit und kalibriert sein. Wenn die Zeit zur Erstellung der Grundglut sonst zur Einrichtung der Messtechnik genutzt wird, führt dies zu einer längeren Vorbereitung der Messung.
Ein Vergleich zwischen Start der Kessel aus durch aktive Auskühlung während 12 Stunden erreichtem kalten Zustand und aus lediglich durch passive Auskühlung ohne wasserseitige Wärmeabfuhr erreichtem Zustand zeigt, dass einer der drei Kessel bei Start aus warmem Zustand wesentlich tiefere Emissionswerte erzielte als aus kaltem Zustand. Da in der Praxis ein Start des vollständig ausgekühlten Kessels der Regelfall ist, wird vorgeschlagen, dass vor Messung des Startverhaltens ein kalter Zustand sicher zu stellen ist, wozu vorliegend eine aktive Auskühlung von 12 Stunden erfolgte.
Die Bestimmung der Emissionen zeigt, dass die Startphase bei modernen Kesseln für den Grossteil der Fracht an organischen Verbindungen verantwortlich ist. Da diese Schadstoffe besonders gesundheitsrelevant sind und in der Startphase ausserdem rund viermal mehr organische Kondensate als Russ und andere Feststoffe emittiert werden, wird die Begrenzung der organischen Schadstoffe in der Startphase als vordringlich beurteilt. Dazu kommt die Messung von VOC in Frage, da diese bereits heute für die Prüfung nach EN 303-5 für Holzkessel vorgeschrieben ist und da NMVOC während der Startphase über 70% der VOC ausmachen. Daneben kann während der Startphase aber auch ein gleichläufiges Verhalten von CO mit VOC, NMVOC und COC nachgewiesen werden, so dass auch eine einfachere Messung von CO in der Startphase als Indikator für die organischen Verbindungen in Frage kommt. Da die Fracht an Feststoffen im Gegensatz zu der organischen Fracht nicht durch die Startphase dominiert wird, wird eine Staubmessung während der Startphase nicht als zwingend notwendig erachtet. Bezüglich Kaminzug wird vorgeschlagen, zur Einführung der Startphase entweder vorerst eine konstante Vorgabe von 12 Pa einzuhalten oder eine aufgrund von Untersuchungen noch festzulegende praxisnahe Vorgabe zu definieren. Als vereinfachte Methode zur Auswertung der Messdaten ohne kontinuierliche Messung des Abgasvolumenstroms wird empfohlen, zuerst die Mittelwerte der Messdaten zu bestimmen und diese anschliessend auf den Bezugs-Sauerstoffgehalt zu normieren. Bei drei von vier Kesseln ergaben sich mit dieser Methode nur geringe Fehler von maximal 6%, bei einem Kessel ergab dies allerdings Fehler von über 30% im Vergleich zu mit dem Volumenstrom gewichteten Daten. Der Fehler war jedoch in allen Fällen kleiner als durch Normierung und anschliessende Mittelwertbildung. Für den Einbezug der Startphase werden im Bericht Vorschläge für Grenzwerte an CO und VOC gemacht. Basis dazu bilden die Mittelwerte der Messintervalle von 0 bis 30 Minuten und von 0 bis 60 Minuten ab Kesselstart. Als erste Stufe werden für CO wird ein Grenzwert von 4000 mg/mn 3 bei 13 Vol.-% O2 und für VOC ein Grenzwert von 15% des COGrenzwerts vorgeschlagen. Diese Werte werden von allen drei Stückholzkesseln erreicht, sofern keine Fehlstarts auftreten. Als weitere Stufen können die Grenzwerte um 25% oder um 50% der für die Einführungsphase vorgeschlagenen Grenzwerte reduziert werden. Der strengste Vorschlag wäre in der Untersuchung von einem der drei Kessel erreicht worden und kann als Zielwert für künftige Entwicklungen gelten.
Einer einfachen Einbindung der Startphase in die Typenprüfung steht aufgrund der vorliegenden Untersuchung allerdings die schlechte Reproduzierbarkeit des Startverhaltens entgegen, die in den durchgeführten Messungen erkennbar wurde. So ergaben sich bei über 30% der Starts als schlechte Starts bezeichnete Anfahrbedingungen, bei denen rund fünfmal höhere Emissionen als bei guten Starts auftraten. Da unklar ist, ob dieses Verhalten typisch oder aussergewöhnlich ist, müsste diese Frage geklärt oder bei Einbindung der Startphase in die Typenprüfung berücksichtigt werden, indem zum Beispiel in einer Einführungsphase eine ausreichend grosse Anzahl Messungen durchgeführt würde. Ausserdem müsste sichergestellt werden, dass abgebrochene Starts dokumentiert werden, da die Aussagekraft einer Prüfung durch Selektion der guten Starts in Frage gestellt wird.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Hochschule Luzern - Technik und Architektur
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Good,Jürgen
Nussbaumer,Thomas
Zugehörige Dokumente
|
