Projekt 15340/01

Untersuchung von Möglichkeiten zur Reinigung des Rauchgases holzbefeuerter Biomasse-Stirling-BHKW

Projektträger

Innovations- und Transferinstitut Bingen GmbHan der Fachhochschule Bingen
Berlinstr. 107 a
55411 BingenZielsetzung und Anlass des Vorhabens Im Forst und bei der Verarbeitung von Holz fallen Resth√∂lzer an, die nicht weiter genutzt werden k√∂nnen. Die Nutzung dieses Restholzes f√ľr Energiezwecke schlie√üt den nat√ľrlichen Kreislauf, wobei die gekoppelte Energieumsetzung von Biomasse in W√§rme und Strom in kleinen dezentralen Anlagen eine noch zu l√∂sende Aufgabe ist. Hier bietet der Einsatz von Stirling-Motoren interessante M√∂glichkeiten zur Kraft-W√§rme-Kopplung, da g√ľnstigere Investitions- und Betriebskosten sowie bedeutend g√ľnstigere Wartungsintervalle als bei BHKW mit Otto- oder Dieselmotoren zu erwarten sind. Problematisch ist die Verschmutzungsneigung des Stirling-Erhitzerkopfes, die bisher den Betrieb einer solchen Anlage verhinderte. Im Rahmen dieses Projektes wurden Reinigungsm√∂glichkeiten von Rauchgasen aus Biomassefeuerungen zum Betrieb eines Stirlingmotors untersucht und L√∂sungskonzepte f√ľr einen Dauerbetrieb eines Biomasse-Stirling-BHKW erarbeitet. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenUm die f√ľr einen Betrieb des Stirlingmotors erforderlichen hohen (1.000¬įC-1.200¬įC) Rauchgastemperaturen zu erreichen, wurde die vorhandene Holzhackschnitzelfeuerung schrittweise modifiziert. Die Ursachen und das Ausma√ü der Verschmutzungen am Stirling-Erhitzerkopf wurden in entsprechenden Ver-suchen dargestellt. Daraufhin wurde durch Einsatz von verschiedenen Keramikfiltern versucht, die hei√üen Rauchgase zwischen Feuerung und Stirling-Erhitzerkopf zu reinigen. Parallel hierzu wurde ein keramischer Abgasw√§rmetauscher sowie ein alternativer Stirling-Erhitzerkopf mit verschmutzungsresistenter Geometrie entwickelt und in Versuchen getestet. Ergebnisse und Diskussion Nachdem das Rauchgas der modifizierten Holzhackschnitzelfeuerung auf das f√ľr den Betrieb des Stirling-BHKW notwendige Temperaturniveau gebracht werden konnte, wurde nachgewiesen, dass eine Reinigung der Rauchgase im f√ľr einen wirtschaftlichen Betrieb der Anlage angestrebten Temperaturbereich nicht mit unter √∂konomischen Aspekten vertretbarem Aufwand zu leisten ist. Daher wurden, um das Ziel eines Dauerbetriebes zu erreichen, alternative L√∂sungsans√§tze weiterverfolgt. In Kooperation mit dem Forschungsinstitut f√ľr anorganische Werkstoffe - Glas/Keramik - GmbH (FGK) wurde ein ke-ramischer Abgasw√§rmetauscher entwickelt, der die W√§rme der Feuerung auf zirkulierende Reinluft √ľber-tr√§gt, mit der das Stirling-BHKW unter Beibehaltung des serienm√§√üigen Erhitzerkopfes betrieben werden kann. Nachteile dieser L√∂sung sind die im Verh√§ltnis zur Gesamtanlage zu hohen Kosten (ca. 40% der Kosten f√ľr Stirling-BHKW), sowie die Anf√§lligkeit der Keramik gegen anhaftende Verschmutzungen aus aufgeschmolzenem Staub. Parallel hierzu wurde ein neuer Stirling-Erhitzerkopf konstruiert, der zum Betrieb mit durch Asche kontaminierten Rauchgasen geeignet ist. Durch √Ąnderung der Geometrie, der Str√∂mungsverh√§ltnisse und der verwendeten Materialien konnte ein W√§rmetauscher entworfen werden, der kosteng√ľnstig herstellbar ist und zus√§tzlich den Vorteil besitzt, lokale Temperaturspitzen √§u√üerst effektiv abzubauen. Hierdurch ist es erstmalig m√∂glich, mit nur einem Stirlingerhitzerkopf die W√§rme verschiedenster Energiequellen (Sonne, Gas, Biomasse,..) auch im bivalenten Betrieb zu nutzen. √Ėffentlichkeitsarbeit und Pr√§sentation Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden vorgestellt in folgenden Vortr√§gen: -Entwicklungsschritte beim HolzStirling Blockheizkraftwerk der Fachhochschule Bingen European Stirling Forum, 18.und 19.September 2002, Osnabr√ľck. -Kraft-W√§rme-Kopplung mit Holzpellets Energietag Rheinland-Pfalz, 19. September 2002, Bingen. -Kraft-W√§rme-Kopplung mit Holz VWEW-Fachtagung: Regionale Anwendungen von effizienten Energieumwandlungstechniken, 29. Oktober 2002, Bingen. -Das Holz-Stirlingmotor Blockheizkraftwerk an der Fachhochschule Bingen Regenerative Energienutzung in Rheinland-Pfalz im Rahmen der Europ√§ischen Biomassetage, 2. Oktober 2002, Bingen. Die Anlage ist in die Demonstrationsanlagen des Kompetenzzentrums f√ľr rationelle und regenerative Energienutzung an der Fachhochschule Bingen integriert, und ist somit dauerhaft in Pr√§sentationen im Rahmen von Veranstaltungen eingebunden. Fazit In dieser Entwicklungsarbeit konnte gezeigt werden, dass eine Reinigung der hei√üen Rauchgase zwischen Feuerung und Stirling-Erhitzerkopf auch unter Verwendung von Keramikbauteilen nicht m√∂glich ist. Des Weiteren hat sich herausgestellt, dass der Brennstoff Holzpellets auf Grund seiner sehr genau spezifizierten Eigenschaften besser zur Befeuerung eines Stirlingmotors der verwendeten Leistungsklasse geeignet ist als Holzhackschnitzel. Um das Ziel eines Dauerbetriebes eines holzbefeuerten Stirling-BHKW dennoch erreichen zu k√∂nnen, war es notwendig, den Erhitzerkopf so zu modifizieren, dass keine anhaftenden Verschmutzungen mehr auftreten k√∂nnen. Der neu entwickelte Erhitzerkopf eignet sich auf Grund seiner hervorragenden W√§rmeabfuhr auch zum Einsatz in solaren Anwendungen. Durch eine entsprechende Anpassung der Bauform ist ein bivalenter Betrieb mit Holz und Sonne m√∂glich. Hierdurch k√∂nnte eine optimale Kopplung regenerativer Energietr√§ger erreicht werden, da so auch bei Weg-fall der solaren Einstrahlung ein kontinuierlich regenerativer Betrieb eines auf diesem W√§rmetauscher basierenden Stirling-BHKW m√∂glich ist. In einem weiteren Entwicklungsschritt k√∂nnte nun eine entsprechende Anlage zur energetischen Kopplung von Holz und Sonne unter Verwendung des neu entwickel-ten und zum Patent angemeldeten Erhitzerkopfes aufgebaut und untersucht werden.

√úbersicht

Telefon

06721/409-141

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Bundesland

Rheinland-Pfalz

Fördersumme

79.761,53 ‚ā¨

Förderzeitraum

28.05.2001 - 31.07.2003

Internet

www.tsb.fh-bingen.de