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

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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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