Increased combustion stability in modulating biomass boilers for district heating systems

• Forschungsstelle: EU FRP
• Projektnummer: 97.0375
• Projekttitel Englisch: Increased combustion stability in modulating biomass boilers for district heating systems

Schlüsselwörter (Englisch)

Wood combustion; wood chips; air staging; vortex; particulate emission; acoustic excitation; power modulation

Alternative Projektnummern (Englisch)

EU project number: JOR3-CT98-0278

Forschungsprogramme (Englisch)

EU-programme: 4. Frame Research Programme - 5.1 Nonnuclear energies

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Siehe Abstract

Partner und Internationale Organisationen (Deutsch)

Coordinator: Lulea University of Technology (S)

Abstract (Deutsch)

Moderne Biomasse-Feuerungssysteme können heute bei definierter Leistung effizient und schadstoffarm betrieben werden. Bei einem erweiterten Leistungsbereich ist die Verbrennungsstabilität nicht mehr gewährleistet. Mit dem vorliegenden Projekt wird untersucht, wie die Emissionswerte insbesondere von Fein-Partikeln bei einer Leistungsmodulation zwischen 1 : 10 bis ca. Faaktor 10 tief gehalten werden können, dies einerseits durch konstruktive Massnahmen an der Brennraumgeometrie, Flammenführung und Luftzufuhr, sowie anderseits durch externe akustische Anregung der Flamme, wodurch die Emissionswerte insbesondere von Fein-Partikeln bei einer Leistungsmodulation zwischen 1 : 10 tief gehalten werden können.
In einer ersten Phase wurde in einem einfachen Rijke-Rohr der Einfluss von Schall auf verschiedene Gasflammen untersucht. Mit diesem autoresonanten System konnten verschiedene erhebliche Einflüsse auf eine konstant brennende Flamme beobachtet werden. Die Frequenzen und Schalldrücke bildeten sich auf Grund der Rohrgeometrien und der Gas- und Luftzufuhrleitungen aus. Mit einer zweiten Testeinrichtung wurden verschiedene Gas- und Petrolflammen seitlich und phasengleich mit aktiv generiertem Schall von variabler Frequenz und Intensität beschallt. Dabei konnte ein deutlicher Einfluss auf die Homogenität der Flamme beobachtet werden. Insbesondere niederfrequenter, kompressiver Schall vermochte den ursprünglich homogenen Flammraum in eine Vielzahl kleinerer Flammspitzen aufzuteilen. Während bei optimaler Zufuhr von Propan- oder Erdgas und Verbrennungsluft kaum ein Einfluss von Schall auf die gas- und partikulären Emissionswerte festgestellt werden konnte, wurde nach Reduktion der Verbrennungsluft teilweise eine deutliche Verminderung der Anzahlkonzentrationen von Partikeln festgestellt. Diese Resultate deuten auf eine durch Schall intensivierte Durchmischung der reaktiven Gase im Flammraum.
Ensprechend diesen Erfahrungen wurde ein analoger Versuchsbrenner für Holz-Pellets gebaut. Da insbesondere die Zuführung dieses Brennstoffes wie auch die Ausgestaltung des Glutbettes nicht gleich kontinuierlich betrieben werden konnte, zeigte dieser Versuchsofen anfänglich insbesondere bei niedriger Leistung beträchtliche Instabilitäten bezüglich Kohlenmonoxid- (CO)- und Partikelemissionen. Diese konnten aber mit besonderen Massnahmen der gestuften Luftzufuhr sowie einer thermisch gut isolierten, speziell ausgestalteten sekundären Brennkammer erheblich verbessert werden. Mit diesem Versuchsofen wurden über einen Leistungsbereich von 1 : 4 Faktor 4 hervorragende, sehr geringe CO- und Partikelemissionswerten gemessen. Die Applikation von Schall vermochte hingegen kaum mehr eine Verbesserung der Emissionswerte zu bewirken.
Aufbauend auf diesen Erfahrungen wurde nun, gemeinsam mit dem Industriepartner Schmid AG, das Design eines industriellen Prototyps mit einer Leistung von 150 kW für Hackschnitzel entworfen. Diese Versuchsanlage soll Ende Juli 2000 in Betrieb genommen werden.

Datenbankreferenzen (Englisch)

Swiss Database: Euro-DB of the
State Secretariat for Education and Research
Hallwylstrasse 4
CH-3003 Berne, Switzerland
Tel. [phone]
Swiss Project-Number: 97.0375