NEVIRO – System zur Energieeffizienzsteigerung und Staubabscheidung für Holzfeuerungen mit nassem Brennstoff

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/501558

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Zahlreiche Biomassefeuerungen werden mit feuchtem Brennstoff betrieben. Um die Effizienz trotz nassem Brennstoff hoch zu halten und die Emissionen zu vermindern, wird mit dem NEVIRO die Energie, die sich im Abgas befindet, dazu genutzt, den Brennstoff zu trocknen. Dem Bandtrockner nachgeschaltet ist ein Nasselektrofilter.

Die Analyse der Energiebilanz beim Prototyp, der auf einer 2 MW-Anlage funktioniert, zeigt eine Energiegewinnung von mind. 10%. Im integrierten Nasselektroabscheider wird der Feinstaub anschliessend unter den Emissionsgrenzwerte reduziert. Die Verfügbarkeit des Systems ist über 95%.

Das Projekt beinhaltet die Konstruktion einer Anlage für zwei 2 MW-Kessel. Ziel ist das Produkt zu kon-struieren, produzieren und in Betrieb zu nehmen um das System zu erproben. Ein Monitoring während zwei Heizsaisons prüft den Energiehaushalt, die Betriebssicherheit und die Emissionen.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Der Wärmeertrag von Holzheizwerken ist umso grösser, je trockener der Brennstoff ist. Deshalb wird frisches, feuchtes Holz vor der Verbrennung in der Regel längere Zeit gelagert und so vorgetrocknet. Ein alternativer Weg besteht darin, das Holz mit den heissen Abgasen aus dem Holzheizwerk zu trocknen. Ein BFE-Demonstrationsprojekt in St-Aubin-Sauges (NE) führt das Potenzial und die Erfolgsbedingungen dieses Ansatzes vor Augen.

Zugehörige Dokumente

• Fachartikel "Trockenes Holz erzeugt mehr Wärme" [PDF] 4'514 kB

Publikationen / Ergebnisse (Französisch)

Plus la biomasse est sèche, plus le rendement calorifique des centrales thermiques à bois est élevé. Pour cette raison, le bois frais et humide est généralement stocké pendant une période plus longue avant la combustion et donc préséché. Une autre solution consiste à sécher le bois avec les gaz effluents de la centrale de chauffage au bois. Un projet de démonstration de l'OFEN à St-Aubin-Sauges (NE) démontre le potentiel et les conditions de succès de cette approche.

Zugehörige Dokumente

• Article spécialisé "LE BOIS SEC GÉNÈRE PLUS DE CHALEUR" [PDF] 4'678 kB

Schlussbericht (Deutsch)

Der Trockner-Elektrofilter kombiniert Wärmerückgewinnung und Feinstaubfilter in einem System. Mit der Rückführung der Kesselabgase wird das Hackgut vor getrocknet und führt somit zu einer Brennstoffeinsparung. Gleichzeitig werden durch einen nachgeschalteten Elektrofilter die Feinstaubemissionen unter den gesetzlichen Grenzwert reduziert, sodass die Anlage LRV-konform betrieben werden kann und die Umwelt geschont wird. Die erste Anlage wurde in St. Aubin/NE realisiert. In der neuen Heizzentrale des Fernwärmenetzes BeroCAD sind zwei Kesselanlagen mit einer Gesamtleistung von 4 MW installiert und mit einem Trockner-Elektrofilter ausgerüstet. Ziele des Projekts waren, die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte, Funktion des Trockner-Elektrofilters bei jeder Kessellast und dass durch die Trocknung rund 10% Brennstoff eingespart wird. Der bestehende Wärmeverbund wurde bereits im Jahr 2016 mit einem reinen Brandtrockner für einen 2 MW-Kessel ausgerüstet. Dieser Prototyp wurde 2017 mit einem Elektrofilter nachgerüstet und diente somit als Basis für den neu entwickelten Trockner-Elektrofilter, welcher im Rahmen des Ausbaus des Wärmeverbunds entwickelt und installiert wurde. Nach der Montage und Inbetriebnahme des Trockner-Elektrofilters im Jahr 2018, fand im Rahmen des Projekts im Jahr 2019-2020 das Monitoring statt. Aus diesen Erkenntnissen wurden Optimierungsarbeiten an Mechanik, Brennstoffmanagement und Software abgeleitet. Zum einen konnte dadurch die Zuverlässigkeit des Brennstofftransports optimiert werden und zum anderen wurden Erfahrungen gesammelt, um den Wartungsplan zu gestalten. Der Trocknungseffekt wurde sowohl in der Winter- und Sommersaison evaluiert. Im Sommer 2019 war der Durchschnittswassergehalt vor dem Trockner bei 30.6%, nach dem Trockner bei 6.9%. Im Winter war der Durchschnittswassergehalt vor dem Trockner bei 38.6%, nach dem Trockner bei 19.8%. Durch die Trocknung kann eine Brennstoffeinsparung von durchschnittlich 8% erzielt werden. Aufgrund der niedrigen Auslastung des Wärmeverbundes von 6‘650 MWh in der Heizperiode 2018/19 ist der Betrieb des Trockner-Elektrofilters allerdings mit einem Defizit von 4‘706 CHF auszuweisen. Im Jahr 2020/21 sollte die kritische Energiemenge von 9‘044 MWh erreicht werden, damit der Trockner-Elektrofilter kostenneutral betrieben werden kann. Durch den weiteren geplanten Ausbau des Wärmeverbunds wird der Wärmebedarf bis im Jahr 2024/25 auf voraussichtlich 16‘400 MWh steigen und es wird mit einem Ertrag von rund 14‘000 CHF/a gerechnet werden.

Zugehörige Dokumente

• Schlussbericht_deutsch [PDF] 4'556 kB

Schlussbericht (Englisch)

The dryer-electrostatic precipitator combines heat recovery and flue gas treatment in a single system. The energy contained in the flue gases is directly recovered by the drying process of the wet wood chips. What is new is that the flue gas is passed directly through the wood chips layer on the drying belt. This pre-drying process saves combustible. After passing through the wet wood chips layer, the flue gases, which have cooled to below the dew point, pass through the precipitator. The fine dust is precipitated here, thus ensuring that the emission levels required by the Air Pollution Control Ordinance (OAPC) are met. This system was installed in St Aubin/NE in the new heating plant of the BeroCAD municipality heating network. The installed capacity is 4 MW. Two 2 MW boilers are fuelled with wood chips pre-dried by the electrostatic precipitator dryer. The objectives of the project were on the one hand to reach a below standard emission level whatever the load of the boilers and on the other hand to save 10% of combustible thanks to the pre-drying of the fuel. By 2016, the heating network operator had already equipped the old 2 MW boiler with a belt dryer. In 2017, this prototype had been equipped with an electrostatic precipitator. This installation formed the basis for the development of the new dryer-precipitator. It was installed in the new boiler room of the BeroCAD heating network:
After the installation and commissioning of the dryer-precipitator in 2018, a monitoring campaign was carried out as part of the project for the years 2019 and 2020. Feedback from this campaign has made it possible to optimise the mechanical components, the management of fuel transport and the software, as well as to finalise the maintenance plan. The fuel drying rate was evaluated during the summer and winter periods. In the summer of 2019, the moisture content at the dryer inlet was 30.6% and at the dryer outlet was 6.9%. In winter, these rates were 38.6% and 19.8%. The observed drying rates lead to a combustible saving of 8%. Since the heating network is not yet at its maximum extension and therefore the installed capacity is not fully utilised (6,650 MWh for the 2018/19 heating season), the deficit related to the dryer-electrostatic precipitator for this period is CHF 4,706. For 2020/2021, the energy demand is expected to reach 9'044 MWh, which will make the installation cost-neutral. From 2024/2025, the energy available for the heating network is expected to reach 16,400 MWh, with an efficiency of CHF 14,000 per year.

Zugehörige Dokumente

• Final Report_german [PDF] 4'556 kB

Schlussbericht (Französisch)

Le sécheur-électrofiltre combine dans un seul système la récupération de chaleur et le traitement des gaz de fumée. L’énergie contenue dans les gaz effluents est directement récupérée par le processus de séchage du combustible humide. La nouveauté consiste à faire passer les gaz effluents directement à travers la couche de combustible se trouvant sur la bande de séchage. Ce processus de préséchage permet d’économiser du combustible. Après avoir passé la couche de combustible, les gaz effluents, qui se sont refroidis et sont au-dessous du point de rosée, traversent l’électrofiltre. Les poussières fines y sont précipitées, ce qui permet de respecter les taux d’émission exigés par l’Ordonnance sur la protection de l’air OPair. Ce système a été installé à St Aubin/NE dans la nouvelle centrale de chauffage du réseau de chaleur à distance BeroCAD. La puissance installée est de 4 MW. Deux chaudières de 2 MW sont alimentées en combustible préséché par le sécheur-électrofiltre. Les objectifs du projet étaient d’une part d’atteindre un niveau d’émission en dessous des normes quelle que soit la charge des chaudières et d’économiser 10% de combustible grâce au préséchage de celui-ci. Le gestionnaire du réseau de chaleur à distance avaient déjà équipé en 2016 l’ancienne chaudière de 2 MW avec un sécheur à bande. En 2017, ce prototype avait été équipé d’un électrofiltre. Cette installation a constitué la base pour le développement du nouveau sécheur-électrofiltre. Il a été installé dans la nouvelle chaufferie du réseau de chaleur à distance BeroCAD :
Après le montage et la mise en service du sécheur-électrofiltre en 2018, une campagne de monitoring a été conduite dans le cadre du projet sur les années 2019 et 2020. Les retours d’expériences ont permis d’optimiser les composantes mécaniques, la gestion du transport du combustible et le logiciel ainsi que de finaliser le plan de maintenance. Le taux de séchage du combustible a été évalué pendant les périodes estivales et hivernales. En été 2019, le taux d’humidité en entrée de sécheur était de 30.6% et en sortie de 6.9%. En hiver, ces taux étaient de 38.6% et de 19.8%. Les taux de séchage observés conduisent à une économie de 8% de combustible. Du fait que le réseau de chaleur n’est pas encore à son extension maximale et donc que la puissance installée n’est pas utilisée complètement (6'650 MWh pour la saison de chauffe 2018/19), le déficit lié au sécheur-électrofiltre pour cette période est de 4'706 CHF. Pour 2020/2021, la demande en énergie devrait atteindre 9‘044 MWh, ce qui rendra l’installation neutre au niveau des coûts. À partir de 2024/2025, l’énergie mise à disposition pour le réseau de chaleur à distance devrait atteindre 16‘400 MWh, avec un rendement de 14'000 CHF/a.

Zugehörige Dokumente

• Rapport Final_allemand [PDF] 4'556 kB