Um den Anteil der Biomasse an der Energieerzeugung im dezentralen Bereich auch in Zukunft weiter auszubauen, wird es notwendig sein, neben den bereits heute genutzten hochwertigen Biomassen, wie z. B. Holzpellets und Holzhackschnitzel, auch minderwertigere Biomassen und biogene Reststoffen einzusetzen. Diese biogenen Reststoffe unterscheiden sich aber mitunter in erheblichem Maße in ihrem physikalischen und chemischen Eigenschaften von Holz und können daher nicht ohne weiteres in konventionellen Feuerungsanlagen genutzt werden, ohne im Betrieb zu Problemen oder erhöhten Schadstoffemissionen zu führen.
Ziel der Arbeit war es daher, eine für den Einsatz von Holzhackschnitzeln geeignete Vorofenfeuerung, auch für den Betrieb mit biogenen Reststoffen zu adaptieren. Hierfür sollte ein Brenner für biogene Schwachgase basierend auf der Flammlosen Oxidation (FLOX® - eingetragenes Warenzeichen der Fa. WS Wärmeprozesstechnik GmbH) entwickelt und in die Vorofenfeuerung integriert werden, um die energetische Nutzung von Biomassen mit minderer Qualität bei gleichzeitig geringen Schadstoffemissionen zu ermöglichen.
Bei der Verbrennung von minderwertigen Biomassen können die stark wechselnden Brennstoffqualitäten (z. B. Heizwert und Wassergehalt) zu einer unzureichenden Flammenstabilität und hohen Emissionen in Verbrennungsanlagen führen. Durch Einsatz eines FLOX®-Brenners könnten diese Probleme bei der energetischen Nutzung von biogenen Reststoffen im Leistungsbereich kleiner 1 MW th überwunden werden.
Im Rahmen der Arbeit wurde zunächst untersucht, inwieweit eine konventionelle Vorofenfeuerung, die das Konzept der gestuften Verbrennung realisiert und für die Verbrennung von Holzhackschnitzeln ausgelegt wurde, bereits für den Einsatz von biogenen Reststoffen geeignet ist. Hierbei wurden Optimierungsmöglichkeiten identifiziert, die eine Nutzung biogener Reststoffe in einer Vorofenfeuerung verbessern können. Anschließend wurde ein FLOX®-Brenner für die im Vorofen entstehenden Entgasungsgase entwickelt und getestet, um das Potential der FLOX®-Technik für die Nutzung biogener Reststoffe in einer Vorofenfeuerung zu bewerten. Der Fokus lag hierbei auf der Minderung der NOx-Emissionen bei Einsatz stickstoffreicher Biomassen. Möglichkeiten zur Optimierung des FLOX®-Brennerdesigns und -betriebs hinsichtlich der Verbrennungsstabilität und Schadstoffemissionen wurden identifiziert und unter Verwendung von rechnergestützten Simulationsrechnungen und experimentellen Ergebnissen untersucht.