Wie Biomasseanlagen für neue Brennstoffe optimiert werden

3. Dezember 2016, 18:52
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Sensorgesteuerte Regelungstechnik verbessert Verfeuerung unterschiedlicher Materialien

Wien – Vollständige Verbrennung, geringe Emissionen und hoher Wirkungsgrad – das sind Eigenschaften, die für eine möglichst effiziente Verfeuerung von Biomasse erstrebenswert sind. Bei einer Holzpelletsheizung hilft etwa ein genormter Brennstoff mit genau definierten Eigenschaften beim Erreichen dieser Ziele. Doch wie kann der Verbrennungsvorgang optimiert werden, wenn verschiedene Arten von Biomasse in einem Heizkessel verfeuert werden?

Im Rahmen des Projekts "Emil – Emission Limited Biomass Combustion" forschen Techniker der Forschung Burgenland – ein Tochterunternehmen der FH Burgenland – und der TU Wien gemeinsam mit Heiztechnikunternehmen an neuer Regelungstechnik für Biomasseheizkraftwerke im mittleren Leistungsbereich, die etwa Wohngebiete mit Wärme versorgen. "Die Entwicklung soll das Brennstoffspektrum erweitern. Wir wollen bisher nicht nutzbare Biomassearten als erneuerbare Brennstoffe einsetzen", so Projektleiter Jürgen Krail, der sich an der FH Burgenland mit regenerativen Energiesystemen beschäftigt.

Künftig könnten beispielsweise auch Olivenkerne, Mandelschalen oder Pressrückstände, die bei der Produktion von Sonnenblumenöl anfallen, effizient in diesen Anlagen verfeuert werden. Das Projekt wird durch den Klima- und Energiefonds sowie die Förderagentur FFG mit Mitteln von Verkehrs- und Umweltministerium gefördert.

Die Grundidee: Die Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft soll automatisch auf Basis der Zusammensetzung der Abgase geregelt werden. Aktuell werden bereits sogenannte Lambdasonden eingesetzt, die den Restsauerstoffgehalt in den Abgasen messen, erklärt Krail. "Möchte man Sonderbrennstoffe einsetzen, reichen Lambdasonden aber in vielen Fällen nicht aus."

Um die Verfeuerung weiter zu optimieren, lohne es sich, auch noch weitere Emissionsbestandteile zu berücksichtigen. So sollen zusätzlich etwa Sensoren für Stickstoffoxid und Kohlenmonoxid implementiert werden. Ein Rechenmodell, das auf Basis der Sensorik und systematischer Tests zum Kesselverhalten entwickelt wird, soll durch eine sogenannte modellprädikative Regelung selbsttätig die optimalen Einstellungen finden – unabhängig davon, welcher Brennstoff gerade verfeuert wird.

"Die Zusammensetzung eines Biomassebrennstoffs variiert schon allein durch den Wassergehalt, der von Erntezeitpunkt und Zwischenlagerung abhängig ist", erklärt Krail. Mit der Regelung passen sich die Brennstoff- und Luftzufuhr laufend den konkreten Eigenschaften des aktuellen Verbrennungsvorgangs im Kessel an.

Fokus auf Feinstaub

Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts liegt in einer integrierten Feinstaubabscheidung: Die Feinstaubemissionen der Biomasseverfeuerung versucht man gewöhnlich durch elektrostatische Abscheider in den Griff zu bekommen, die die Abgase nach dem Kessel filtern. Krail und Kollegen versuchen nun die Abscheider, die die Partikel durch ein elektrostatisches Feld aufladen und auf diese Art "einfangen" können, bereits in den Kessel zu integrieren.

Von den Strömungsverhältnissen im Kessel über die hohen Temperaturen bis zur Frage, wie die Abscheider gereinigt werden können, gilt es dabei eine ganze Reihe von Faktoren zu berücksichtigen. Am Ende könnte ein Konzept stehen, das zeigt, wie man den Verbrennungsvorgang sauberer gestalten kann. (pum, 30.11.2016)

  • Wie Biomasseheizkraftwerke optimiert werden können, wird im  Projekt "Emil" von FH Burgenland und TU Wien erforscht.
    foto: fh burgenland

    Wie Biomasseheizkraftwerke optimiert werden können, wird im Projekt "Emil" von FH Burgenland und TU Wien erforscht.

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