Projekt 10140/01

Emissionsminderung bei direkt befeuerten Holzbacköfen

Projektträger

Buchauer Holzofenbäckerei
Lehm 6
91257 PegnitzZielsetzung und Anlass des Vorhabens Die Buchauer Holzofenb√§ckerei betreibt derzeit 5 direkt beheizte Holzback√∂fen mit insgesamt 9 Herden, in denen Holzofenbrot gebacken wird. Als Brennstoff zur Beheizung der Back√∂fen wird Restholz verwendet. Bei den handwerklich gesetzten Back√∂fen treten, bei geringen feuerungstechnischen Wirkungsgraden, hohe bis sehr hohe Emissionen von Produkten unvollst√§ndiger Verbrennung auf. Die Vorhabensziele bestehen in einer Emissionsminderung von Produkten unvollst√§ndiger Verbrennung (Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe, Partikel) sowie in einer Steigerung des feuerungstechnischen Wirkungsgrades der installierten Back√∂fen. Hierdurch soll eine Abnahme der Bel√§stigung in der Nachbarschaft der B√§ckerei erreicht und der Brennstoffbedarf verringert werden. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Minderung von Produkten unvollst√§ndiger Verbrennung soll vor allem durch eine Verbesserung der Verbrennungsbedingungen erreicht werden, wodurch sich auch der feuerungstechnische Wirkungsgrad erh√∂ht, da sowohl die chemischen als auch die thermischen Verluste abnehmen. Durch die Einbindung der Kooperationspartner Backofenbau R. Kn√∂rrlein GmbH und des Institutes f√ľr Verfahrenstechnik und Dampfkesselwesen (IVD) der Universit√§t Stuttgart sowie des Steinbeis Transfer-zentrums Kraftwerks- und Feuerungstechnik, Luftreinhaltung in Stuttgart als Auftragnehmer ist gew√§hrleistet, dass die Erkenntnisse des Vorhabens bei anderen Betreibern von Holz- oder Pizzaback√∂fen auch direkt umgesetzt werden k√∂nnen. Au√üerdem sind damit die wissenschaftlichen und technischen Grundlagen und Ergebnisse des Vorhabens allgemein zug√§nglich. Ergebnisse und Diskussion Zur Erreichung der Vorhabensziele wurde in einem ersten Schritt exemplarisch an einem Herd dessen Betriebs- und Emissionsverhalten im realen Backbetrieb untersucht. Die wesentlichen Ergebnisse aus den Messungen am untersuchten Herd, die als Grundlage zur Entwicklung eines Konzeptes zur Emissionsminderung und Wirkungsgradsteigerung dienen, lassen sich wie folgt zusammenfassen: Emissionsverhalten des Herdes: Bei Holzaufgabemengen √ľber 26 kg entstehen durch sehr ung√ľnstige Verbrennungsbedingungen hohe bis sehr hohe Emissionen von Produkten unvollst√§ndiger Verbrennung. Die Temperatur des Abgases nimmt in den Abgasz√ľgen sehr schnell ab, chemische Reaktionen finden dort kaum noch statt. Somit m√ľssen prim√§rseitige Ma√ünahmen im Herd selbst wirksam werden. Holzaufgabemenge: Bei den in der Praxis eingesetzten Holzaufgabemengen ergibt sich eine gro√üe Bandbreite von 20 bis etwas 100 kg. Bei dieser gro√üen Bandbreite von 1:5 ist eine feuerungstechnische Optimierung nur mit gro√üem Aufwand m√∂glich. Einfachere prim√§rseitige Ma√ünahmen, wie z.B. Optimierung der Luftzugabeorte, Schaffung einer definierten Nachverbrennungszone, Abstimmung der Verbrennungsluft-Teilstr√∂me, Brennstoffanpassung reichen hier nicht aus. Thermisches Verhalten des Backofens: Der Holzverbrauch nahm w√§hrend der Messkampagne sowohl w√§hrend eines Betriebstages als auch w√§hrend der Betriebswoche kontinuierlich ab. Ein wesentlicher Energieanteil wird f√ľr die Aufheizung der gesamten Masse des Backofens, der aus zwei √ľbereinander liegenden Herde besteht, ben√∂tigt. Feuerungstechnischer Wirkungsgrad: Aufgrund der prozessbedingten hohen Abgastemperaturen und der relativ geringen CO2-Konzentrationen liegen die feuerungstechnischen Wirkungsgrade bei den Chargenabbr√§nden lediglich bei rund 62 %. An den Verlusten haben die thermischen Abgasverluste den gr√∂√üten Anteil. Wegen der schlechten Verbrennungsbedingungen sind aber auch die chemischen Verluste durch CO und VOC nicht unbedeutend. Das vorgeschlagene Minderungskonzept besteht darin, dass zur Deckung des Spitzenw√§rmebedarfs nach einem Wochenend- bzw. Tagesstillstand der Herde Fl√ľssig- oder Erdgas eingesetzt wird. Die Energie, die f√ľr den eigentlichen Backvorgang notwendig ist wird weiterhin durch die Verfeuerung von Holz-brennstoffen erzeugt, wobei die Holzaufgabemenge maximal 26 kg betragen sollte. Dieses Minderungskonzept wurde an einem Herd realisiert und in einer praktischen Erprobungsphase bei guten Backergebnissen getestet. Zur Umsetzung des Minderungskonzeptes wurden Simulationsrechnungen der Str√∂mungs-, Temperatur- und Konzentrationsverteilungen im Herd beim Einsatz von zwei bzw. drei Gasbrennern durchgef√ľhrt. Mit Hilfe der Simulationsrechnungen sollten, bez√ľglich der Temperaturverteilung und des Betriebsverhaltens der Brenner, optimale Brennerleistungen und Einbauorte der Gasbrenner in der Seitenwand des Herdes festgelegt werden. Die Ergebnisse der Berechnungen haben sich in der Praxis voll best√§tigt. Die Wirksamkeit des Konzeptes wurde durch erneute Emissions- und Temperaturmessungen nachgewiesen. F√ľr die CO- und VOC-Emissionen ergibt sich demnach eine maximale Minderung von 72 bzw. 93 %. Hierbei ergibt sich eine Reduzierung des Energieverbrauchs durch die Steigerung des feuerungstechnischen Wirkungsgrads um ca. 15 %. Erg√§nzende Untersuchungen √ľber die Wirksamkeit einer Sekund√§rluftzuf√ľhrung durch √Ėffnungen im Herdbereich f√ľhrten bei praxis√ľblichen Holzaufgabemengen und den damit verbundenen ung√ľnstigen Verbrennungsbedingungen zu keinem messbaren Erfolg. √Ėffentlichkeitsarbeit und Pr√§sentation Ver√∂ffentlichung der Vorhabensergebnisse in Fachzeitschriften. Pr√§sentation durch Kooperationspartner und Auftragnehmer. Fazit Die Wirksamkeit des vorgeschlagenen Konzeptes zur Emissionsminderung und Wirkungsgradsteigerung wurde, bei guten Backergebnissen, durch Praxismessungen nachgewiesen. F√ľr die CO- und VOC-Emissionen ist, bei einer Reduzierung des Energieverbrauchs um 15 %, eine maximale Minderung von 72 bzw. 93 % an den installierten Back√∂fen erreichbar.

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09241/720627

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Bundesland

Bayern

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53.583,39 ‚ā¨

Förderzeitraum

13.12.1997 - 17.01.2002