Die Auswahl der Anlagen für die Prüfstandsmessung erfolgte gemäß der Vorgaben der Beprobung von Feuerungsstätte auf dem neuesten Stand der Technik. Im Folgenden werden kurz die verwendeten Feuerungen, die eingesetzten Brennstoffe und der Versuchsplan mit Betriebsvariationen vorgestellt (s. Tabelle 5). Die in den Tabellen 6 bis 10 verwendeten Daten und Angaben stammen aus Herstellerangaben, aus Beschreibungen von den Homepages der Firmen und durch Augenscheinnahme der Geräte (freundliche Mitteilung per Mail von Turowski P. (TFZ) 2011).
Tabelle 5: Auswahl der untersuchten Feuerungen
Bezeichnung Hersteller Typ Brennstoff Nennwärmeleistung
NWL in kW
Pelletfeuerung 1 Wodtke Ivo.tec Fichtenpellets 13
Pelletfeuerung 2 KWB Easyfire USP 25 Fichtenpellets 25
Stückholzfeuerung 1 Buderus Blueline Nr. 12 Fichtenscheitholz, Buchenscheitholz
8
Hackschnitzel-feuerung
Guntamatic Powerchip 20/30 Fichten-
holzhackschnitzel 30 Pelletfeuerung 3 Guntamatic Powerchip 20/30 Winterweizen-
strohpellets
30 Pelletfeuerung 4 Guntamatic Powerchip 20/30 Miscanthuspellets 30 Stückholzfeuerung 2 HDG Bavaria Navora Fichtenscheitholz,
Buchenscheitholz 30
Pelletkessel: Als Pelletkessel wurde eine Unterschubfeuerung der Firma KWB (St.
Margarethen, Österreich) des Typs Easyfire USP 25 verwendet (s. Abbildung 15). Die Nennwärmeleistung beträgt 25 kW und die minimale Kesselleistung im kontinuierlichen Betrieb liegt bei 8 kW. Der Kessel ist mit einer Lambdaregelung, einer automatischen Zündung und Abgasturbulatoren zur automatischen Reinigung der Wärmetauscherflächen ausgestattet. In der Unterschubretortenfeuerung wird der Brennstoff im Primärverbrennungsbereich über eine Schneckenförderung von unten auf den Brennteller geschoben und eine geringe Strömungsgeschwindigkeit der Primärluft sorgt für ein ruhiges Brennstoffbett. Der Ausbrand der freigesetzten Gase erfolgt im aufgesetzten Nachverbrennungsraum. Die Merkmale und technischen Daten der Feuerung sind in Tabelle 6 zusammengestellt.
Abbildung 15: Querschnitt vom KWB Easyfire 25 (Bild: KWB). Kleines Bild: Kessel aufgebaut am TFZ, Straubing.
Tabelle 6: Anlagentechnische Merkmale KWB Easyfire USP 25 Anlagenkomponente Ausführung
Feuerung
Anlagenart Pelletfeuerung
Bauart Feuerung in Kessel integriert Nennwärmeleistung 25 kW mit Holzpellets kleinste Wärmeleistung 8 kW mit Holzpellets
Feuerungsprinzip Unterschub mit Flammrohrbrenner und Teilstromrezirkulation Brennstoffzufuhr automatisch über Schnecken und/oder Pneumatik
Zündung automatisch mit Zündgebläse
Entaschung manuell
Wärmetauscher
Form Rohrwärmetauscher stehend
Reinigung automatisch
Verbrennungsluft
Primärluftzufuhr durch den Rost (Brennteller) Sekundärluftzufuhr Nachverbrennungsring im Flammrohr
Gebläse Druckgebläse
Luftmengenregelung Drehzahlregelung der Gebläse Leistungsregelung
Regelgrößen Kesselwasser- und Abgastemperatur Stellgrößen Brennstoffmenge und Primärluftregelung Verbrennungsregelung
Regelgrößen Abgastemperatur
Stellgrößen Verbrennungsluftmenge (Sekundärluftregelung) Betriebsdaten
Betriebsdruck 3,5 bar Betriebstemperatur 90 °C Wasserinhalt 104 l Rauchrohrdurchmesser 150 mm
el. Leistungsaufnahme max. 1983 W (einschließlich Fördersystem)
Hackschnitzelkessel: Die Messungen wurden an einem Hackschnitzelkessel vom Typ Powerchip 20/30 der Firma Guntamatic (Peuerbach, Österreich) durchgeführt, welcher sich sowohl zur Verbrennung von Hackschnitzeln und Pellets als auch zum Einsatz von Pellets aus Stroh, Miscanthus und ähnlichen Brennstoffen eignet. Er verfügt über einen bewegten Treppenrost, eine Verbrennungs- und Leistungsregelung über Lambda-Sonde, eine automatische Abreinigung der Wärmetauscherflächen, eine automatische Entaschung und eine automatische Zündung durch ein Heißluftgebläse. Die Brennstoffzufuhr erfolgt über eine Stokerschnecke direkt auf den Verbrennungsrost.
Zwischen Brennstoffschnecke und Stokerschnecke ist eine Absperrklappe als Rückbrandsicherung angeordnet. Primär- und Sekundärluft werden unabhängig voneinander geregelt. Automatisch bewegte Abgasturbulatoren sorgen für eine kontinuierliche Reinigung der Wärmetauscherflächen. Der Treppenrost befördert die Verbrennungsrückstände in den darunter liegenden Aschekasten. Die Anlage kann mit Holzbrennstoffen in einem Leistungsbereich von 7 bis 30 kW betrieben werden. Die
Merkmale und technischen Daten der Feuerung sind in Tabelle 7 zusammengestellt. Ein Querschnitt des Kessels ist unter www.guntamatic.de zu finden.
Abbildung 16: Hackschnitzelkessel Guntamatic Powerchip 20/30, Nennwärmeleistung 30 kW, aufgebaut am TFZ, Straubing.
Tabelle 7: Anlagentechnische Merkmale Guntamatic Powerchip 20/30
Anlagenkomponente Ausführung
Feuerung
Anlagenart Rostfeuerung
Bauart Feuerung in Kessel integriert
Nennwärmeleistung 30 kW bei Holzbrennstoffen; 25 kW bei Getreide oder Miscanthus kleinste Wärmeleistung 7 kW
Feuerungsprinzip Einschub mit bewegtem Treppenrost Brennstoffzufuhr automatisch über Schnecken
Zündung automatisch mit Zündgebläse
Entaschung automatischer Austrag mit Schnecken Wärmetauscher
Form Rohrwärmetauscher stehend
Reinigung automatisch
Verbrennungsluft
Primärluftzufuhr durch den Treppenrost Sekundärluftzufuhr in die Nachverbrennungszone Luftmengenregelung Drosselklappen
Leistungsregelung
Regelgrößen Kesselwasser-, Brennraum- und Abgastemperatur Stellgrößen Brennstoffmenge und Primärluftregelung Verbrennungsregelung
Regelgrößen Abgastemperatur, Lambda
Stellgrößen Verbrennungsluftmenge (Sekundärluftregelung) Betriebsdaten
Betriebsdruck 3,0 bar
Betriebstemperatur 60 - 80 °C
Wasserinhalt 128 l
Rauchrohrdurchmesser 150 mm
Kaminofen: Als Einzelfeuerstätte zur Raumheizung wurde ein Kaminofen der Firma Buderus (Wetzlar, Deutschland) Typ „Blueline Nr. 12“ beschafft. Diese Feuerung ist ein Kaminofen nach DIN 13240 und erfüllt die Anforderungen der 1. BImSchV. Die Nennwärmeleistung wird mit 8 kW angegeben. Für den Ofen sind als Brennstoffe Holz und Holzbriketts zugelassen, wobei der Verbrennungsprozess über einen Brennstoffwähler und einen Sekundärluftschieber für den jeweiligen Brennstoff optimiert werden kann. Zudem verfügt der Kaminofen über einen Anschluss für eine separate Verbrennungsluftleitung und einen Feuerrost aus Guss. Die selbstschließende Feuerraumtür ist aus Stahlblech gefertigt. Die Merkmale und technischen Daten der Feuerung sind in Tabelle 8 zusammengestellt.
Tabelle 8: Anlagentechnische Merkmale Buderus Blueline Nr. 12
Anlagenkomponente Ausführung
Feuerung
Anlagenart Kaminofen mit Rüttelrost
Prüfung DIN 13240 mit selbstschließender Tür
Nennwärmeleistung 8 kW
Feuerungsprinzip oberer Abbrand
Brennstoffzufuhr manuell
Zündung manuell
Entaschung manuell
Verbrennungsluft
Primärluftzufuhr von unten in das Glutbett Sekundärluftzufuhr über dem Glutbett in die Flamme Luftmengenregelung Schieber (manuell)
Leistungsregelung
Regelgrößen --
Stellgrößen Aufgelegte Brennstoffmasse
Verbrennungsregelung
Regelgrößen --
Stellgrößen Verbrennungsluftmenge über Schieber (manuell) Betriebsdaten
Rauchrohrdurchmesser 150 mm, Anschluss wahlweise oben oder hinten max. Brennstoffauflage 2,6 kg
Pelletofen: Als weitere Einzelfeuerstätte wurde ein Pelletofen der Firma Wodtke (Tübingen, Deutschland) des Typs ivo.tec beschafft (s.). Diese Feuerung ist ein Pelletofen nach DIN 18894. Die Nennwärmeleistung wird mit maximal 13 kW angegeben und kann wahlweise auf 9 oder 11 kW eingestellt werden. Die kleinste Wärmeleistung beträgt für alle Varianten 3 kW. Für den Ofen sind als Brennstoff ausschließlich Holzpellets gem. DIN 51731 oder ÖNorm 7135 zugelassen. Die Zündung und Brennstoffzufuhr in den Brennraum erfolgen automatisch. Der Ofen verfügt über einen Wärmetauscher, der die Abgabe eines Teiles der Leistung an einen
abgegebene Leistungsanteil beträgt maximal 90 % der Nennwärmeleistung. Die Merkmale und technischen Daten der Feuerung sind in Tabelle 9 zusammengestellt. Ein Querschnitt der Anlage ist unter www.wodtke.com zu finden.
Abbildung 17: Pelletofen Wodtke ivo.tec, Nennwärmeleistung 13 kW, aufgebaut am TFZ, Straubing.
Tabelle 9: Anlagentechnische Merkmale Wodtke ivo.tec.
Anlagenkomponente Ausführung
Feuerung
Anlagenart Pelletofen
Nennwärmeleistung 13 kW (wahlweise auch 9 oder 11 kW)
kleinste Wärmeleistung 3 kW
Feuerungsprinzip Abwurffeuerung
Brennstoffzufuhr automatisch mit Schnecke
Zündung automatisch
Entaschung manuell
Verbrennungsluft
Primärluftzufuhr in den Brennertopf
Sekundärluftzufuhr über dem Glutbett in die Flamme
Gebläse --
Luftmengenregelung Schieber (manuell)
Leistungsregelung Regelgrößen
Stellgrößen Brennstoffmenge
Verbrennungsregelung
Regelgrößen Verbrennungsluftmenge
Stellgrößen Drehzahl des Absauggebläses
Betriebsdaten
Betriebsdruck 3,0 bar
zulässige Vorlauftemperatur 100 °C
Wasserinhalt 24 l
Rauchrohrdurchmesser 100 mm
Scheitholzkessel: Die Messungen wurden an einem Scheitholzkessel vom Typ Navora 30 kW der Firma HDG Bavaria GmbH (Massing, Deutschland) durchgeführt. Dieser Kessel eignet sich sowohl zur Verbrennung von Scheitholz bis Halbmeterscheite und Spänebriketts. Er verfügt über eine Verbrennungs- und Leistungsregelung über eine Lambda-Sonde und eine automatische Abreinigung der Wärmetauscherflächen beim Betätigen der Rauchgasklappe. Die Brennstoffzufuhr erfolgt durch Beladen des 150 l großen Füllschachtes direkt auf den Verbrennungsrost. Primär- und Sekundärluft werden unabhängig voneinander geregelt. Automatisch bewegte Abgasturbulatoren sorgen für eine kontinuierliche Reinigung der Wärmetauscherflächen. Der Treppenrost befördert die Verbrennungsrückstände in den darunter liegenden Aschekasten (s.
Abbildung 18). Die Anlage kann mit Holzbrennstoffen in einem Leistungsbereich von 7 bis 30 kW betrieben werden. Die Merkmale und technischen Daten der Feuerung sind in Tabelle 10 zusammengestellt.
Abbildung 18: Querschnitt Scheitholzkessel HDG Navora, Nennwärmeleistung 30 kW (www.hdg-bavaria.com). Kleines Bild: Kessel aufgebaut am TFZ, Straubing.
Tabelle 10: Anlagentechnische Merkmale HDG Navora
Anlagenkomponente Ausführung
Feuerung
Anlagenart Scheitholzkessel
Nennwärmeleistung 30 kW
kleinste Wärmeleistung 19 kW
Feuerungsprinzip Rostfeuerung mit seitlichem Unterbrand
Brennstoffzufuhr manuell in Füllschacht
Zündung automatisch
Entaschung manuell
Verbrennungsluft
Primärluftzufuhr in das Glutbett
Sekundärluftzufuhr in die Nachverbrennungszone
Gebläse Saugzug
Luftmengenregelung Luftklappen
Leistungsregelung
Regelgrößen Kesselwasser und Abgastemperatur
Stellgrößen Primärluftregelung
Verbrennungsregelung
Regelgrößen Verbrennungsluftmenge (Sekundärluft)
Stellgrößen Drehzahl des Absauggebläses
Betriebsdaten
Betriebsdruck 3,0 bar
zulässige Vorlauftemperatur 95 °C
Wasserinhalt 168 l
Rauchrohrdurchmesser 150 mm
4.2 Großfeuerungsanlage Müller TMV 15H
Die im TFZ eingesetzte Kesselanlage TMV 15H der Müller AG ist gemäß BImSchG im vereinfachten Genehmigungsverfahren genehmigt worden. Die Anlage ist gemäß Ziffer 1.2 Spalte 2 der 4. BImSchV eingeordnet und die Emissionen werden nach Ziffer 5.4.1.2.1 der TA Luft begrenzt.
Die Feuerungsanlage mit einer Leistung von ca. 1300 kWth. ist im Keller des TFZ Straubing installiert und ist für die Versorgung der umliegenden Gebäude vorgesehen.
Die Leistung wurde auf 2 Kessel à 650 kW verteilt (s. Abbildung 20).
Bei der Feuerung handelt es sich um eine Vor-/ Rückschubrostfeuerung. Die Anlage verfügt über einen hydraulischen Einschub, eine automatische pneumatische Kesselzug-reinigung, eine automatische Zündung und eine automatische Unterrostentaschung.
Die Verbrennungsluftführung von Primär- und Sekundärluft erfolgt separat durch drehzahlgeregelte Luftventilatoren. Zusätzlich wird die Sekundärluft durch eine Hinter-lüftung vorgewärmt, so dass es insgesamt zu einer besseren Verbrennung und tieferen Brennraumtemperaturen kommt. Vor allem bei trockenen Brennstoffen hat diese Vor-wärmung einen Kühlungseffekt, der sich u.a. auf die Verbrennungsqualität auswirkt.
Die Brennstoffzufuhr erfolgt über eine Schnecke in eine Retorte, wo der Brennstoff vor-getrocknet wird. Die Entaschung erfolgt automatisch in einer gemauerten, offenen
Ent-aschungszone. Aufgrund hoher Rauchgasgeschwindigkeiten in den Rauchrohrzügen wird das Liegenbleiben von Asche verhindert. Die Wärmeübertragung ist aufgrund von turbulenten Strömungen optimal. Die Abgasentstaubung erfolgt über einen Multizyklon der Müller AG der aus 10 Einzelzyklonen zusammengesetzt ist. Der garantierte Reststaubgehalt beträgt maximal 150 mg/Nm3.
Abbildung 19: Großfeuerungsanlage Müller TMV 15H. Links: Frontansicht, rechts oben:
Versorgung mit Hackschnitzeln (Bilder: TFZ).
4.3 Sonderfall: Großfeuerungsanlage Blockheizkraftwerk Jühnde
Das Blockheizkraftwerk (BHKW) in Containerbauweise stellt das Herzstück der Biogasanlage Jühnde dar (s. Abbildung 20). Es besteht aus einem Gas-Otto-Motor, der mit entschwefeltem Biogas angetrieben wird und dessen Generator eine Leistung von bis zu 716 kWhel. erreicht. Der Motor treibt einen Stromgenerator an, mit dem elektrischer Strom hergestellt und über eine Trafostation ins öffentliche Stromnetz eingespeist wird. Jährlich erzeugt das BHKW mehr als doppelt so viel Strom wie in Jühnde verbraucht wird. Die durch den Motor erzeugte Abwärme wird mittels eines Wärmetauschers nutzbar gemacht. Mehr als 65 % des gesamten Wärmebedarfes der Wärmekunden (141 Haushalte) werden aus der Abwärme des BHKW gedeckt, was zu einem Wirkungsgrad des BHKW von mehr als 80 % führt.
Abbildung 20: BHKW in Containerbauweise der Firma HAASE.
Das aus silierter Biomasse im Fermenter erzeugte Biogas wird im BHKW verstromt und liefert im Jahr ca. 4 Millionen KWh, die in das Netz des örtlichen Stromversorgers eingespeist werden. Die bei der Stromproduktion im BHKW anfallende Wärme wird über ein Nahwärmenetz an die Jühnder Haushalte verteilt, womit bereits ein Großteil des Wärmebedarfs gedeckt werden kann. Im Sommer besteht ein leichter Wärmeüberhang, im Winter steht ein Holzhackschnitzelheizwerk als Spitzenlastkessel mit einer Leistung von 550 kWth zur Verfügung, für das im Jahr rund 1800 Schüttraummeter Holzhackschnitzel aus den umliegenden Wäldern geerntet werden.
Zur Sicherheit kann ein zusätzlicher Ölkessel die Versorgung komplett übernehmen (Förderverein Bioenergiedorf Jühnde e.V.).