Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Der Optimierung der St\u00fcckholzverbrennung durch Verbrennungsluftregelung auf der Basis der senso-risch erfassten Abgasparameter Verbrennungstemperatur, Restsauerstoffkonzentration und CO\/HC-Gehalt sind durch konstruktive Gegebenheiten der Verbrennungsanlage Grenzen gesetzt. Eine ganzheit-liche Betrachtung unter Einbeziehung des zu prognostizierenden Energiebedarfs ist notwendig, um ver-brennungstechnisch optimierte Verbrennungsbedingungen im Alltagsbetrieb realisieren zu k\u00f6nnen.
\nZielsetzung: Entwicklung eines St\u00fcckholz-Heizkessels, der unter praxisnahen Betriebsbedingungen hin-sichtlich der Emissionen von Schadgasen (CO, VOC, PAK etc.) und Feinst\u00e4uben neue Ma\u00dfst\u00e4be setzt.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden\u0095\tKonstruktive Optimierung der Brennr\u00e4ume hinsichtlich Durchl\u00fcftung des Brenngutes (Prim\u00e4rkammer) und Durchmischung der Pyrolysegase mit der Sekund\u00e4rluft (Sekund\u00e4rbrennkammer).
\n\u0095\tVerbrennungsluftregelung basierend auf den Parametern Verbrennungstemperatur, Restsauerstoff-konzentration (ROC) und CO\/HC-Gehalt.
\n\u0095\tEvaluation und Weiterentwicklung der Gassensorik.
\n\u0095\tVerbrennungsprozess-Monitor zur Prozessregelung und W\u00e4rmebedarfsbilanzierung<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Durch Modifizierung eines Heizkessels aus der Serie des Verbundpartners Bosch Thermotechnik in Ko-operation mit dem IFK (verteilte Verbrennungsluftzufuhr \u00fcber \u00d6ffnungen in den Roststegen; seitlich an-gebrachte, neu konstruierte Nachbrennkammer; Verbrennungsluftzuf\u00fchrung \u00fcber zwei separat regelbare Gebl\u00e4se) konnten Hohlbrandsituationen g\u00e4nzlich vermieden werden. Die Nachverbrennung der Pyroly-segase ist mit einer am IFK entwickelten Verwirbelungstechnik mit der Verbrennungsluft exzellent. In der station\u00e4ren Hochtemperatur (HT)-Verbrennungsphase wurden CO-Konzentrationen von unter 20mg\/m3 und PM-Emissionen von 10-14 mg\/m3 (beide Werte bezogen auf 13%ROC) gemessen.
\nMit der ISIS-Verbrennungsluftregelung wurden \u00e4hnlich niedrige Emissionswerte in der HT-Verbren-nungsphase erzielt. Mit speziellen Algorithmen f\u00fcr die Z\u00fcnd- und die Nachlegephase auf vorhandene Glut k\u00f6nnen beide instation\u00e4re, bekannterweise von erh\u00f6hten Emissionen begleitete Phasen, sehr kurz gehalten werden (3-4min.bzw. <2min). Station\u00e4rer Teillastbetrieb ist mit der momentanen Version des Musterkessels (noch) nicht m\u00f6glich. Hierzu sind weitere konstruktive Modifikationen der Prim\u00e4r-Brenn-kammer notwendig. Experimente am ISIS zum automatisierten Teillastbetrieb zeigten allerdings, dass bei Absenkung der Verbrennungstemperatur auf Werte unter 920\u00b0C die Emissionen deutlich zunehmen. \u0096 Dies unterstreicht die Notwendigkeit einer W\u00e4rmebedarfsprognose f\u00fcr die St\u00fcckholzfeuerung.\nDrei verschiedene Sensorprinzipien zur kontinuierlichen Messung der Restsauerstoffkonzentration (ROC) wurden am ISIS untersucht. Sowohl die Sonde MFO10-O (Dittrich Elektronic, Baden-Baden), als auch die Sonde LSU 4.9 (Bosch) sind f\u00fcr Anwendungen in Holzfeuerungsprozessen gut geeignet.\nZur Bestimmung des CO\/HC-Gehaltes und zur Verbrennungsluftregelung wurde der CarboSen-Misch-potentialsensor (Lamtec GmbH) eingesetzt. Nach einem speziellen Kalibrierverfahren wurde im Prozess eine sogenannte CO\/H2-\u00e4quivalente Konzentration der unverbrannten Kohlenwasserstoffe gemessen, die recht gut die gasf\u00f6rmigen Emissionen beschreibt. Die Signalstabilit\u00e4t weist allerdings noch zu hohe Exemplarstreuung auf. Vom IRS wurde ein Kombisensor auf der Basis des CarboSen entwickelt, der sowohl CO\/HC als auch ROC mit einem Chip zu messen vermag. Ein \u00e4hnliches Kombiprinzip hat auch die Dittrich GmbH, basierend auf der Kombination einer Nernst- mit einer Coulombschen Pumpzelle, entwickelt. Die Signalabh\u00e4ngigkeit sowohl von ROC als auch von CO- bzw. H2-Gaskonzentrationen ist gut reproduzierbar, jedoch ist die Signalauswertung noch weiterzuentwickeln.\nZur Erstellung von W\u00e4rmebedarfsprognosen ist die aktuelle Kenntnis des Holz-Vorrates im Kessel von Bedeutung. Es wurde ein spezielles W\u00e4geprinzip entwickelt, mit dem die Bestimmung der Brennstoff-masse mit einer Genauigkeit von ca. ?1kg m\u00f6glich ist.\nExperimente zur Reduzierung der gasf\u00f6rmigen Emissionen durch katalytisch gest\u00fctzte Nachverbrennung waren geplant, konnten aber wegen Zeitknappheit und technischer Abstimmungsprobleme nicht durch-gef\u00fchrt werden.\nEs wurde ein Feuerungsprozess-Monitor konzipiert, der aus einem Modul zur Verbrennungsregelung im Kessel mit Human-Interface und einem Wohnraum-Bedienelement (Kommunikationsprozessor) besteht. Letztere Einheit dient zur Visualisierung der wichtigsten aktuellen Feuerungsprozess-Parameter, zur Kommunikation der Verbrennungsqualit\u00e4t und zur numerischen Simulation der W\u00e4rmebedarfsprognose um den Betreiber \u00fcber den aktuellen Brennstoff-Nachlegebedarf zu informieren.\n\n\n\n\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation\n\nH. Kohler, S. Brunner, P. Butschbach, D. Glesing; Sensorik und Abgas-Katalyse zur Reduktion der Emissionen von Klein-Holzfeuerungsanlagen, Konferenz \u0084Energetische Biomassenutzung \u0096 Neue Tech-nologien und Konzepte f\u00fcr die Bioenergie der Zukunft\u0093, Berlin, 5. Nov. 2012, Konferenzband Energeti-sche Biomassenutzung, S. 80 (2013) ISSN 2192-1806\nJ. Brodbeck, M. Struschka; Entwicklung eines feuerungstechnisch optimierten Holzvergaserkessels, Vortrag Workshop \u0084Feuerungstechnik trifft Sensorik\u0093, Hochschule Karlsruhe, 15. Feb. 2013.\nH. Kohler, S. Brunner, P. Butschbach, D. Glesing; Sensorik und Abgaskatalyse zur Minderung der Emis-sionen von Holzverbrennungsanlagen kleiner Leistung, Vortrag Workshop \u0084Feuerungstechnik trifft Sen-sorik\u0093, Hochschule Karlsruhe, 15. Feb. 2013.\nJ. Brodbeck, M. Struschka; Entwicklung eines feuerungstechnisch optimierten Holzvergaserkessels, VDI - KrdL Expertenforum, Betrieb von Biomasse-Kleinfeuerungsanlagen \u0096 Umwelt- und Sicherheitsaspekte, 16. April 2013\n\n\n\nFazit\n\nDas sehr ambitionierte Ziel, einen sowohl konstruktiv als auch regelungstechnisch optimierten, extrem emissionsarmen St\u00fcckholzheizkessel zu entwickeln, konnte im Projektzeitraum nicht ganz erreicht wer-den. Es wurden aber einige sehr innovative Teilergebnisse erzielt, die bei Fortsetzung des Projektes in einer zweiten Stufe sehr gute Aussichten auf Zielerreichung versprechen.\n<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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