Projekt 20364/01

Entwicklung eines Verfahrens zur Brennwertnutzung und Rauchgaswäsche in Holzfeuerungen

Projektträger

Bomat Heiztechnik GmbH
Rengoldshauser Str. 4
88662 Überlingen
Telefon: 07551/8099-70

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes soll auf der Basis bekannter Technologien ein Abgaswärmetauscher für Holzfeuerungen entwickelt werden, mit dem die Nutzung der latenten Wärme (Brennwertnutzung) möglich ist. Der zu realisierende Abgaswärmetauscher auf Keramikbasis soll neben der Energieausnutzung auch eine Reduktion der Staubkonzentration im Abgas ermöglichen. Hierzu dient zum einen die Kondensation von Wasserdampf, die zu einer Agglomeration von Staubpartikeln führen kann, die schließlich aus dem Gasstrom ausgewaschen werden. Auf der anderen Seite soll eine Möglichkeit der Einspritzung von zusätzlicher Flüssigkeit zum Optimieren des Auswaschens der Staubpartikel aber auch zur Rauchgaswäsche untersucht werden. Durch das neu zu entwickelte Verfahren des Abgaswärmetauschers bei Holzfeuerungen soll somit zum einen die Energieausbeute deutlich verbessert und zum anderen die Staubbelastung im Abgas deutlich reduziert werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAP 1: Definition der Anfangsspezifikationen und Randbedingungen.
AP 2: Realisierung des Verfahrens in Detailversuchen.
AP 3: Entwicklung/Konstruktion + Bau eines Prototypen.
AP 4: Test und Analyse des Prototypen
AP 5: Gesamtauswertung und Redesign.


Ergebnisse und Diskussion

Folgende Ziele konnten im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsvorhaben realisiert werden: Es wurde ein technisch überzeugender Abgaswärmetauscher entwickelt, der nach bisherigem Kenntnis-stand eine außerordentlich lange Standzeit (vergleichbar dem des Kessels) haben wird. Die mittlere energetische Anlagenoptimierung beträgt ca. 18% und es wird zukünftig möglich sein auch feuchte (bis 40%) Hackschnitzel und Pellets effizient einzusetzen. Das Anwendungsspektrum konnte somit ausgeweitet werden. Es ist gelungen, eine anlagenspezifische Staubemissionsreduzierung in der Größenordnung von 20 bis 37% durch die Kondensation des Wasserdampfs im Rauchgas nachzuweisen. Die Rauchgaswäscherfunktion hat sich als nicht praktikabel und nicht wirkungsvoll erwiesen. Durch eine integrierte Wäschereinrichtung wird eine problemlose und einfache Reinigung des Wärmetauschers realisiert. Darüber hinaus wurde der Nachweis geführt, dass sich eine nicht unerhebliche Menge an kanzerogenen Rückständen im Kondensat befindet, was wiederum belegt, dass eine deutliche Verbesserung der Emissionen erzielt werden konnte. Somit lässt sich festhalten, dass die Zielsetzungen des Forschungsvorhabens erreicht wurden und ein neues Produkt realisiert werden konnte.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Der erste öffentliche Auftritt fand auf der intherm in Nürnberg statt. Eine große Resonanz sowohl seitens ders Fachhandwerks als auch seitens der Hersteller konnte festgestellt werden.
Die technisch überzeugende Lösung hat inzwischen zwei Hersteller von Holz-Feuerungsanlagen veranlasst, mit dem Modul von Bomat eigene Versuche zu fahren, mit dem Ziel, dieses Konzept als integralen Bestandteil ihrer Pelletsanlagen zu vermarkten. Damit gelingt es zum einen auch im Markt mit hohen Stückzahlen ein preislich interessantes Produkt zu platzieren, das auch betriebswirtschaftlich sinnvoll ist. Die Lösung eines separaten Wärmetauschers für Kesselleistungen ab 40 kW kann systemabhängig außerordentlich wirtschaftlich sein, insbesondere wenn hohe Laufzeiten zu erwarten sind.
Es wurden Fachartikel veröffentlicht und in Kooperation mit dem Technologie- und Förderzentrum im Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe Vorträge erarbeitet für
· 2nd World Conference and Technology Exhibition on Biomass for energy, Industry and Climate Protection in Rome, Italy, 10-14.May 2004
· die OTTI-Tagung am 25/26.11.2004
· allg. Schulungen für das Fachhandwerk.


Fazit

Der Einsatz eines Sekundärwärmetauschers für den Abgaskondensationsbetrieb stellt eine interessante Option zur Verbesserung
des Systemwirkungsgrades und zur Minderung der Staubemissionen bei Holz-feuerungen dar. Das gilt sowohl bei Holzhackschnitzel mit ihrem vergleichsweise hohen Brennstoffwassergehalt als auch bei Pellets mit relativ hohen Staubemissionen. Bei der Minderung des Staubaus-stoßes kann davon ausgegangen werden, dass die hier gemessenen Abscheidegrade am unteren Ende der technischen Möglichkeiten liegen.
Die Zielsetzung, einen Abgaswärmetauscher zu entwickeln, der einen zuverlässigen dauerhaften Betrieb gewährleistet, wurde erreicht. Die mittlere energetische Optimierung beträgt 18% und die Staubemissionen konnten mit 20% bis 37% deutlich reduziert werden.
Für die Anwendung des Sekundärwärmetauschers in der breiteren Praxis ist eine Verwendung der gewonnenen Niedertemperaturwärme erforderlich. Insbesondere bei den Betreibern von Hackschnitzelfeuerungen, die für trockene Ware relativ teure Bezugsquellen haben, kann der Wärmetauscher - neben den ökologischen Vorteilen - durchaus wirtschaftlich sein. Chancen für einen wirtschaftlichen Einsatz eines Zusatzwärmetauschers bestehen auch bei kleinen und bei größeren Pelletheizungen, bei denen relativ teurer Brennstoff durch die Wirkungsgradsteigerung eingespart werden kann und bei denen Niedertemperaturanwendungen durch die häufig vorhandene Energiesparbauweise begünstigt wird.
Ein praxisnaher Betrieb des Sekundärwärmetauschers im Langzeitbetrieb unter einer längeren Holzabgasbelastung konnte erfolgreich demonstriert werden. Die Verschmutzungstoleranz ist hoch, der Reinigungsaufwand sehr gering.