Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Gasf\u00f6rmige und partikelgebundene Schadstoffe, insbesondere Chlorbenzole und chlorierte PAK, sollen in Abh\u00e4ngigkeit von Brenngut und Betriebszust\u00e4nden an Anlagen zur Verbrennung von Stroh erfasst werden. Diese Messungen werden online mit einem mobilen Me\u00dfsystem, basierend auf einem Gaschromatograph-Massenspektrometer (GC-MS), durchgef\u00fchrt. Mit dieser neuen Messtechnik werden auch diskontinuierliche Prozesse analysiert, so dass die Verbrennungsanlagen bez\u00fcglich ihrer Emissionen besser charakterisiert werden k\u00f6nnen. Ziel der Messungen ist die Optimierung bestehender Anlagen bez\u00fcglich ihrer toxischen Emissionen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenGegenstand des Projektes ist die Online-Erfassung gasf\u00f6rmiger und partikelgebundener Schadstoffe im Abgas von Strohfeuerungen bei unterschiedlichen Betriebszust\u00e4nden. Dazu werden die Verbindungen angereichert und mit einer anschlie\u00dfenden Thermodesorption mit einem GC-MS System analysiert. Durch die Automatisierung der Probenahme- und Analysenschritte k\u00f6nnen die Messungen online, d.h. alle 5 bis 10 Minuten durchgef\u00fchrt werden.
\nNach einer Optimierung der Analyseparameter im Labor, werden an drei Feuerungsanlagen Messkampagnen durchgef\u00fchrt. Dabei werden folgende Parameter untersucht:
\n1.\tEinfluss unterschiedlicher Stroharten auf die Emission, insbesondere der chlororganischen Verbindungen.
\n2.\tVergleich der Emissionswerte zwischen kontinuierlicher und diskontinuierlicher F\u00f6rderung des Brenngutes.
\n3.\tEinfluss einiger Betriebsparameter (z.B. Temperatur, Sauerstoffzufuhr) und Optimierung der Feuerungsanlage bez\u00fcglich ihrer Emission.
\n4.\tAbgaszusammensetzung in unterschiedlichen Temperaturzonen der Abgasanlage.
\nDie Online-Messungen sollen durch stichprobenartige Parallelmessungen mit klassischen Verfahren erg\u00e4nzt werden, so dass eine Vergleichbarkeit mit den diskontinuierlichen Labormessungen gegeben ist.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
In diesem Vorhaben sind erstmals chlorierte PAK (Cl-PAK) an verschiedenen Biomassefeuerungsanlagen bei der Verbrennung von Halmg\u00fctern wie Weizenstroh, Heu und Getreide nachgewiesen worden. Es gibt Hinweise, dass einige chlorierte PAK stark mutagene Eigenschaften aufweisen. Im Rahmen des Projektes sind diesbez\u00fcglich auch Untersuchungen zur Toxizit\u00e4t der St\u00e4ube in Auftrag gegeben worden. Die Ergebnisse zeigen, dass den St\u00e4uben eine h\u00f6here dioxinartige Wirkung zuzuschreiben ist, als deren PAK und PCDD\/PCDF Gehalt vermuten l\u00e4sst. Die zus\u00e4tzliche Wirkung kann durch die in ungew\u00f6hnlich hoher Konzentration auftretenden chlorierten PAK verursacht werden.
\nUm Zusammenh\u00e4nge zwischen Brenngut, Betriebszust\u00e4nden und der Emission zu erkennen, sind massenspektrometrische Messungen vor Ort durchgef\u00fchrt worden. Dabei sind automatisierte Probenahmetechniken mit Glasfaserfilterb\u00e4ndern als Anreicherungsmedium f\u00fcr die partikelgebundenen Verbindungen eingesetzt worden. Parallel ist eine quasikontinuierliche Probenahmetechnik zur Erfassung des Chlorbenzolgehaltes eingesetzt und kontinuierliche Messungen der Hauptabgas-Bestandteile durchgef\u00fchrt worden. Monochlor Anthracen\/Phenanthren und Monochlor Fluoranthen\/Pyren liegen in f\u00fcnf- bis drei\u00dfigfach geringerer Konzentration wie die entsprechenden nicht chlorierten PAK vor. Chlorbenzol ist mit mittleren Konzentrationen von ca. 40 \u00b5g\/Nm\u00b3 bis 80 \u00b5g\/Nm\u00b3, Monochlor Fluoranthen\/Pyren ist mit mittleren Konzentrationen von ca. 5 \u00b5g\/Nm\u00b3 bis 20 \u00b5g\/Nm\u00b3 gemessen worden. HCl ist in sehr hohen Konzentrationen (50 bis 150mg\/Nm\u00b3) ermittelt worden.
\nEs ist eine direkte Abh\u00e4ngigkeit von der Cl-PAK-Konzentration im Abgas und der Chlorid-Konzentration im Halmgut festgestellt worden. Eine Korrelation zwischen Cl-PAK-Konzentration und HCl-Konzentration im Abgas ist vorhanden, allerdings haben andere Parameter, wie Temperatur, bzw. Temperaturverteilung im Feuerungsraum und Abgasstrang einen gr\u00f6\u00dferen Einfluss. So sind z.B. wesentlich h\u00f6here CL-PAK-Konzentrationen bei einer Temperaturerh\u00f6hung im Feuerungsraum, bzw. im Abgasstrang beobachtet worden.
\nKurzfristige \u00c4nderungen in der Brennstoffzufuhr, welche z.B. bei der Beladung mit neuen Strohballen verursacht werden, haben deutliche Auswirkungen auf die Abgaszusammensetzung. Insbesondere steigt dann auch im Normalbetrieb die Naphthalin- und PAK-Konzentration um mindestens eine Gr\u00f6\u00dfenordnung. Der Anstieg der chlorierten PAK f\u00e4llt w\u00e4hrend dieser Phasen nicht so ausgepr\u00e4gt aus. Eine naheliegende Interpretation ist, dass chlorierte PAK nicht direkt in der Verbrennung entstehen.
\nDie Anwesenheit von HCl im Abgas und eine erh\u00f6hte Temperatur f\u00f6rdert die Neubildung der chlorierten Aromaten, so dass hier, \u00e4hnlich wie bei den chlorierten Dioxinen, auch eine de-Novo Synthese wahr-scheinlich ist. Die beobachtete Temperaturabh\u00e4ngigkeit, das zeitliche Verhalten bei kurzfristigen St\u00f6rungen und der Anstieg der Cl-PAK Konzentration w\u00e4hrend der Anheizphase bis hin zur Nennlastphase belegen diese Vermutung.
\nEs hat sich herausgestellt, dass die Biomassefeuerungsanlagen hinsichtlich ihrer Abgase zu optimieren sind. Es ist z.B. festgestellt worden, dass in der Nennlastphase bei allen Anlagen keine konstanten Bedingungen im Brennraum vorliegen, welches sich durch Schwankungen der CO- und insbesondere der PAK-, bzw. Cl-PAK- Konzentrationen \u00e4u\u00dfert. Ursache hierf\u00fcr ist neben nicht optimaler Einstellung der Regelparameter f\u00fcr die Verbrennung, eine diskontinuierliche Brennstoffzufuhr. Eine gleichm\u00e4\u00dfige Zufuhr des Brennstoffes f\u00fchrt zu einer deutlichen Verringerung der PAK Konzentration. So wird z.B. bei der Anlage in Schk\u00f6len beim Beladen mit einem neuen Strohballen, durch den Vorschub des brennenden Ballens bis zum mechanischen Strohfrontanzeiger, die mittlere Emission der PAK erheblich vergr\u00f6\u00dfert. Betreiber der Biomassefeuerungsanlagen sollten darauf achten, dass Brennstoffe mit geringem Chlorid-Gehalt verfeuert werden. Falls m\u00f6glich, sollten nur eingeregnete Halmg\u00fcter als Brennstoff verwendet werden. Weiterhin ist zu empfehlen, dass die Anlagen m\u00f6glichst immer durchg\u00e4ngig und ohne Brennstoffwechsel betrieben werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Ergebnisse sind in Form von Beitr\u00e4gen in der Fachliteratur, Vortr\u00e4gen und Postern bei Tagungen und Messen ver\u00f6ffentlicht worden<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Bei der Verbrennung von Weizenstroh, Heu und Getreide werden chlorierte PAK gebildet. Eine Korrelation zwischen Cl-PAK-Konzentration und Chlorid Gehalt im Brennstoff ist vorhanden. Die Anwesenheit von HCl im Abgas und eine erh\u00f6hte Temperatur f\u00f6rdert die Neubildung der chlorierten Aromaten. Hinweise zur Minimierung der toxischen Verbindungen, sowohl f\u00fcr Hersteller und Betreiber, lassen sich anhand der Messergebnisse ableiten. Weitere Untersuchungen zur Aufkl\u00e4rung der Bildungsmechanismen und der Toxizit\u00e4t der CL-PAK sind zu empfehlen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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