Entwicklung eines Schwachgasbrenners basierend auf der flammlosen Oxidation zur Optimierung einer Vorofenfeuerung und thermischen Verwertung von biogenen Reststoffen im dezentralen Bereich

Dissertation von Anja Schuster
Universität Stuttgart, 2011

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.
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