Biomasse 14.08.2009, 19:42 Uhr

Wirbelfeuerung verbrennt problemlos Reststoff aus Biomasse  

In vielen Industrie- und Gewerbebetrieben fallen biogene Reststoffe an, die zwar einen hohen Energieinhalt haben, bei der Verbrennung mit herkömmlichen Methoden jedoch Probleme verursachen. Die Lösung kann eine neue Wirbelfeuerung sein. VDI nachrichten, Düsseldorf, 14. 8. 09, swe

Die thermische Verwertung von Holzhackschnitzeln und Holzpellets ist ein etabliertes Verfahren und wird bundesweit in Tausenden von Anlagen unterschiedlicher Größe praktiziert. Anders sieht es bei anderen biogenen Reststoffen aus: Stroh, Gärreste, Treber, Sonnenblumenkernschalen, Reste von Baumwollpflanzen, Dinkelspelzen, Weizenkleie oder auch Schleifstaub. Solche Materialien fallen in verschiedenen Industriebranchen und Gewerbebetrieben zum Teil in großen Mengen an.

„Jeder dieser Stoffe wirft bei herkömmlichen Verbrennungsverfahren Probleme auf“, weiß Eva Hamatschek vom ATZ Entwicklungszentrum in Sulzbach-Rosenberg. „Mal entstehen große Mengen an Asche, mal liegt der Ascheschmelzpunkt sehr niedrig oder das Material hat einen hohen Chlorgehalt, was zu Korrosion in der Brennkammer und im Kessel führt“, berichtet die auf thermische Verfahren spezialisierte Wirtschaftsingenieurin.

Um den Energiegehalt der genannten Rest- und Abfallstoffe dennoch zu erschließen, forscht das ATZ seit dem Jahr 2004 am Konzept der Wirbelfeuerung. „Als Verbrennungstechnik sehr gut bekannt und häufig eingesetzt ist die Wirbelschichtfeuerung. Diese kann allerdings in dem von uns anvisierten, vergleichsweise kleinen Leistungsbereich von rund 200 kW nicht wirtschaftlich arbeiten“, erläutert Hamatschek. „Deshalb haben wir mit unserem patentierten Verfahren eine Möglichkeit gefunden, auf das Wirbelbettmaterial zu verzichten, was die Betriebskosten entscheidend reduziert.“

Bei der Wirbelfeuerung wird der schüttfähige Brennstoff mit einer Korngröße bis zu 50 mm durch ein vertikales Rohr von oben in die Brennkammer dosiert. Das Rohr ist umgeben von einem weiteren Rohr, das Luft in die Brennkammer bläst. Auch in der Gegenrichtung, vom Boden des Reaktors, wird durch eine Lochplatte Luft mit hoher Geschwindigkeit eingedüst.

Im Inneren des Brennraums teilen zwei Strömungsleitplatten den Reaktorraum in drei Zonen auf. Die Luftströmungen lassen das Material in diesen Kammern zirkulieren. Die Aufwärtsbewegung in den beiden äußeren Kammern bildet in dem sich nach oben verbreiternden Querschnitt des Reaktors eine Wirbelzone aus. Hier findet bei Temperaturen zwischen 750 °C und 1100 °C die hauptsächliche Verbrennung statt.

Die Partikel bleiben vom Luftstrom getragen so lange in diesem Bereich, bis sich ihre Größe und ihr Gewicht so weit reduziert haben, dass sie durch die Luftbewegung im Brennraum in eine vertikale Kreisbewegung geraten. Durch die so erzeugte Turbulenz und die entstehende Luft- und Temperaturverteilung wird ein guter Ausbrand gewährleistet. Dies minimiert die Emissionen an Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen.

Ausgebrannte, sehr kleine Aschepartikel werden mit dem Abgasstrom aus der Hauptverbrennungszone in eine Nachbrennkammer befördert und dort oder in einem nachgeschalteten Filter abgetrennt. Größere Brennstoffpartikel werden nicht mit dem Abgas ausgetragen, sondern bleiben bis zum vollständigen Ausbrand in fluidisiertem Zustand in der Hauptbrennzone.

Das ATZ hat seit dem Jahr 2007 auf einer 100-kW-Versuchsanlage eine Reihe unterschiedlicher Brennstoffe erfolgreich getestet. Mit Hilfe des Umweltclusters Bayern kam die Spanner RE2 GmbH aus Neufahrn als Industriepartner und Lizenznehmer ins Boot. Der Anlagenbauer bringt Know-how bei der Fertigung von Biomasseheizungen ein. Er stellt bisher schon Pelletheizsysteme, Hackschnitzelheizungen und Kaminofeneinsätze her.

„Aktuell arbeiten wir an einer 200-kW-Wirbelfeuerung, mit der wir ab kommendem Jahr schrittweise in den Markt gehen werden“, erläutert Thomas Bleul, Geschäftsführer bei Spanner RE2. Seine Zielkunden sind zum Beispiel kleine Industrie- oder Gewerbebetriebe, bei denen in der Produktion biogene Reststoffe anfallen und die gleichzeitig einen Wärmebedarf haben.

Bei der 200-kW-Anlage überträgt ein korrosionsbeständiger Wärmetauscher die Energie des Rauchgases auf einen Wasserkreislauf. „Bei größerer Dimensionierung könnte der Wirbelfeuerung auch ein Dampfprozess nachgeschaltet werden“, ergänzt Eva Hamatschek.

Einer der Vorteile der Wirbelfeuerung ist die Möglichkeit, die Betriebsparameter unkompliziert so anzupassen, dass ein breites Spektrum unterschiedlicher Brennstoffe verfeuert werden kann. Ein wichtiges Argument für die ökonomische Nische, die das Verfahren anvisiert.

„Die Anlagentechnik der Wirbelfeuerung ist in etwa doppelt so teuer wie eine herkömmliche Hackschnitzelheizung. Deshalb sollten hauptsächlich nicht-standardisierte Roh- und Reststoffe eingesetzt werden, deren Preis möglichst unter 100 €/t liegt“, erklärt Thomas Bleul. Dann rechneten sich die höheren Investitionen für den Kunden. Spanner RE2 sucht derzeit noch Anwender für eine Pilotanlage. HELMUTH ZIEGLER

Von Helmuth Ziegler
Von Helmuth Ziegler

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