Automatische Holzfeuerungen werden in einem breiten Leistungsspektrum angebo-ten. Diese Feuerungen werden für die Be-heizung einzelner Gebäude bis zu grossen Wärmeverbunden sowie Anwendungen in der Industrie z. B. für die Dampferzeugung oder die Erwärmung von Thermaöl einge-setzt. Am häufigsten werden Anlagen im Leistungsbereich von 200 kW bis 5 MW eingesetzt. Als Brennstoffsortimente wer-den meist Waldhackschnitzel oder Rest-holz aus der Rest-holzverarbeitenden Industrie, aber auch minderwertige Brennstoffsorti-mente wie Holz aus der Landschaftspflege oder Altholz eingesetzt.
Abbildung 140:
Unterschub-feuerung
Abbildung 141:
Rostfeuerung (Schmid energy solutions)
und gute Leistungsregelung – auch im Schwachlastbetrieb. Dieser Feuerungstyp steht im unteren Leistungsbereich im Wettbewerb mit Pelletsfeuerungen. So-fern Raum für die Brennstofflagerung ver-fügbar ist und einfache Fördereinrichtun-gen möglich sind, schneiden sie jedoch auf Grund des kostengünstigen Brennstoffes hinsichtlich der Gesamtkosten besser ab als Pelletsfeuerungen.
Rostfeuerung: Bei einer Rostfeuerung wird der Brennstoff mit einem Förderag-gregat auf den Rost geschoben ( Schne-ckenförderer oder hydraulischer Einschub).
Der Rost, auf dem die drei Phasen der Ver-brennung ablaufen, kann horizontal oder geneigt sein. Die bewegten Rostelemente fördern den Brennstoff über den Rost. Am Rostende muss der Brennstoff vollständig verbrannt sein und es folgt die Enta-schung. Die Bewegung der Rostelemente muss dem Brennstoff und dessen Feuchte angepasst sein, damit die drei Phasen der Verbrennung über die gesamte Länge des Rostes verlaufen. Aufgrund der gegenüber der Retorte einer Unterschubfeuerung ausgedehnten Raumverhältnisse für den Ablauf der Verbrennung, ist es leicht nach-vollziehbar, dass in einer Rostfeuerung feuchtere Brennstoffsortimente eingesetzt werden können. In Rostfeuerungen kön-nen asche- und schlackenreiche Brenn-stoffe unterschiedlicher Stückigkeit mit ei-nem Wassergehalt von 5 % bis 60 % ver-brannt werden. Die Primärluft für die Ver-brennung wird unter dem Rost eingeführt, während die Sekundärluft über dem Rost in die Ausbrandzone zuströmt. Die brenn-baren Gase vermischen sich in der heissen Brennkammer für einen vollständigen Ausbrand mit der Sekundärluft. Die Inves-titionskosten und auch die Kosten für die Instandhaltung von Rostfeuerungen sind höher als jene von Unterschubfeuerungen.
Dafür können mit Rostfeuerungen feuch-tere und auch kostengünstigere, jedoch für die Verbrennung anspruchsvollere Sor-timente genutzt werden. Zudem kann die Entaschung des Feuerraums bei Rostfeue-rungen besser automatisiert und dadurch der Personalaufwand für die Bedienung reduziert werden.
Beispiel: Nahwärmeverbund Aesche-merbündten Möhlin
Die Wärmeverbund Möhlin AG betreibt in Möhlin 6 Wärmeverbunde. Die Gemeinde fördert die Nutzung von Holzenergie, in-dem sie in Neubaugebieten, welche mit Fernwärme erschlossen werden, nicht nur Anschlussgebühren für Wasser und Ab-wasser, sondern auch für die Fernwärme-versorgung verlangt. Die Gebühren fallen ungeachtet dessen an, ob der Neubau mit Fernwärme erschlossen wird oder nicht.
Dadurch schafft die Gemeinde gute Vor-aussetzungen für eine hohe Anschluss-dichte in den ausgeschiedenen Wärmever-sorgungsgebieten.
In der Zentrale sind zwei Holzfeuerungen mit 1200 kW und 450 kW Leistung instal-liert. Am Verbund sind sowohl neue wie bestehende Überbauungen sowie Ein- und Mehrfamilienhäuser angeschlossen. Die Gesamtinvestition für die technischen Ein-richtungen in der Heizzentrale und des Fernwärmenetzes beträgt 3,2 Mio. Fr. Die Wärmeverbund Möhlin AG hat sich für die Installation der Heizzentrale in den Räum-lichkeiten der neuen Wohnüberbauung Aeschemerbündten eingemietet. Das Spe-zielle an dieser Anlage ist, dass im Verbund
Objektdaten
Standort Möhlin
Anwendung Wärmeverbund Warmwasser 90 °C
Baujahr 2012
Investition ohne Zentrale mit Fernwärmeleitungen
3,2 Mio. Franken Leistung Holzfeuerungen 1200 kW und 450 kW Energieproduktion 3400 MWh/a im Endausbau Spezielles Hohe Anforderungen an
Schall-schutz, weil sich über der Holzfeue-rungsanlage Wohnungen befinden.
Abbildung 142:
Wohnüberbauung Aeschemerbündten, die über eine Heiz-zentrale mit zwei Holzfeuerungen be-heizt wird. Links der Abfahrt in die Tief-garage sind die bei-den befahrbaren Si-lodeckel zu erken-nen.
Abbildung 143:
Holzfeuerungen mit Wärmeleistungen von 1200 kW und 450 kW unter be-wohnten Räumen;
sämtliche Anlagen-komponenten sind schallentkoppelt befestigt respektive gelagert (Schmid energy solutions).
temperatur kann durch wasserdurch-strömte feste Rostelemente und gekühlte Feuerraumseitenwände reduziert werden.
Automatische Holzfeuerungen werden auch in Industrie- und Gewerbebetrieben sowie in Wärmekraftkopplungsanlagen eingesetzt. Mit automatischen Holzfeue-rungen kann auch Dampf für die Industrie oder für den Antrieb von Turbinen erzeugt werden. Eine weitere Anwendung ist die Erwärmung von Thermoöl. Thermoölan-wendungen gibt es in der Industrie, z. B. in Grossbäckereien oder für die Wärmekraft-kopplung mit dem ORC-Prozess (ORC-Pro-zess: siehe Geothermie).
Regelung und Betrieb: Automatische Holzheizungen können im Bereich von 30 % bis 100 % der Nennleistung modu-liert werden. Bei sehr feuchten Brennstof-fen kann der Betrieb im unteren Leistungs-bereich mit erhöhten Schadstoffemissio-nen verbunden sein und muss deshalb vermieden werden. Zur Regelung automa-tischer Holzfeuerungen werden Unter-druck-, Leistungs- und Verbrennungsrege-lungen eingesetzt. Diese RegeVerbrennungsrege-lungen ha-ben die Aufgabe, auch bei variierenden Brennstoff- und Umgebungsbedingungen einen dauerhaft emissionsarmen Betrieb mit hohem Wirkungsgrad zu erreichen.
Wärmespeicher: Aufgrund der einge-schränkten Regelbarkeit von Holzfeuerun-gen und der Trägheit des Systems auf-grund der Feststoffverbrennung werden bei Holzfeuerungsanlagen in der Regel Wärmespeicher beigestellt. Diese Wärme-speicher werden für die Kapazität von ei-ner Stunde Nennlast der Holzfeuerung di-mensioniert. Da Holzfeuerungen träge Wärmeerzeuger mit eingeschränkter Re-gelbarkeit sind, erleichtert ein Speicher bei raschen Lastwechsel sowie in Betriebspha-sen mit sehr schwacher Last den Betrieb.
Bei der empfohlenen Dimensionierung kann während einer Stunde die doppelte Holzkesselleistung abgegeben werden.
Dies ermöglicht bei bivalenten Anlagen die Aufheizspitzen besser mit Holz abzude-cken oder bei monovalenten Anlagen den Holzkessel entsprechend kleiner zu dimen-sionieren.
keine fossilen Not- und Spitzenlastkessel eingebunden sind und dass sehr hohe schalltechnische Auflagen gelten. Da sich die Heizzentrale unter bewohnten Räu-men befindet, mussten alle Installationen schallentkoppelt eingebaut werden.
Sowohl bei Rostfeuerungen wie auch Un-terschubfeuerungen müssen bei trocke-nen Brennstoffen und niedrig schmelzen-den Brennstoffaschen Massnahmen zur Verhinderung von Verschlackungen ge-troffen werden. Dazu muss die Temperatur im Brennraum reduziert werden. Als tech-nische Möglichkeiten bieten sich dafür die Abgasrezirkulation oder die aktive Küh-lung des Brennraumes an. Die
Brennraum-Abbildung 144:
Holzfeuerung mit Thermoölkessel (Sägewerk Echtle KG).
Abbildung 145 Abbildung 146:
Holzkraftwerk mit ORC-Anlage in Nord rach,
Deutsch-land (Sägewerk Echtle KG).
Beispiel: Biomassezentrum Spiez – Alt- und Restholzheizung
Die Oberland Energie AG hat in Spiez ein Biomassezentrum realisiert. Dieses ausge-klügelte Wiederverwertungssystem be-steht aus einer Vergärungsanlage, einem Kompostierwerk sowie einer Alt- und Restholzheizung. In der Alt- und Restholz-heizung sind zwei Holzfeuerungsanlagen installiert, mit welchen Dampf für einen nahegelegenen Industriebetrieb, die Nitro-chemie AG, produziert wird. Der erzeugte Dampf wird über eine Ferndampfleitung von ca. 450 m Länge in die Nitrochemie geführt und dort für die Produktionspro-zesse und die Beheizung der Gebäude ver-wendet. Die Nitrochemie kann fast voll-ständig auf fossile Brennstoffe verzichten.
Neben der Dampfproduktion für den In-dustriebetrieb wird aus der Holzfeuerungs-anlage auch Fernwärme für das ABC-Zen-trum in Spiez ausgekoppelt. Als Brennstoff dient Restholz aus der Vergärung, Holz aus Landschaftspflege sowie Altholz. Der Alt-holzanteil beträgt 50 %. Der Brennstoff wird mit Radladern auf die Schubboden-austragung des offenen Brennstofflagers transportiert. Die Holzfeuerungsanlage hat einen hohen Automatisierungsgrad und ist für einen «Betrieb ohne ständige
Beaufsichtigung» (BOSB72) ausgerüstet.
Dieses Anlagenbeispiel zeigt auf, dass mit Holzfeuerungsanlagen auch mit minder-wertigen Holzbrennstoffen eine hohe Ver-fügbarkeit in der Energieversorgung von Industriebetrieben gewährleistet werden kann.
Emissionen: Gut eingestellte und korrekt betriebene automatische Holzfeuerungen erreichen eine gute Verbrennungsqualität und emittieren nur geringe Mengen an gasförmigen und unverbrannten staubför-migen Schadstoffen wie Teer und Russ. Bei sorgfältiger Betriebsweise verursachen sie kaum Geruchsprobleme. Automatische Holzfeuerungen ohne Abscheider tragen aber im Winter zur Überschreitung der Im-missionsgrenzwerte von Feinstaub bei, weshalb Massnahmen zur Feinstaubab-scheidung erforderlich sind. Bei grossen Holzfeuerungsanlagen, im Speziellen in Kombination mit der Verbrennung von Brennstoffen mit hohem Stickstoffanteil (z. B. Altholz mit Spanplattenanteilen, Rinde), kann der in der Luftreinhalte-Ver-ordnung massgebende Massenstrom von 2500 g/h überschritten werden und da-durch ein Stickoxid-Grenzwert Geltungs-kraft erlangen. In diesen Fällen werden Entstickungsanlagen mit Eindüsung eines Reduktionsmittels (SNCR) notwendig.
Staubabscheidung: Bis zur Verschärfung der Luftreinhalte-Verordnung im Januar 2009 waren für alle Holzfeuerungen Staubgrenzwerte festgelegt, welche ledig-lich einen Flugascheabscheider erforder-lich machten. Als Teil des Massnahmen-plans zur Feinstaubreduktion des Bundes wurden die Emissionsgrenzwerte für Staub bis zum Januar 2012 zeitlich gestaffelt ver-schärft. Für bestehende Anlagen gilt eine Übergangsfrist für die Sanierung von 10 Jahren. Diese Frist kann durch die Kantone verkürzt werden. Die wichtigsten Verfah-ren für die Staubabscheidung bei Holzfeu-erungen sind Zyklone als Grobentstauber sowie Elektroabscheider und Gewebefilter als Feinstaubabscheider. Abbildung 149 zeigt das Funktionsprinzip der drei Verfah-ren. Im Elektroabscheider erfolgt die Ab-scheidung durch Aufladung der Partikel in einem elektrischen Feld und Abscheidung Objektdaten
Standort Spiez
Anwendung Dampferzeugung mit 18 bar
Baujahr 2011
Investition mit Gebäude 15 Mio. Franken Leistung Holzfeuerungen 2-mal 6 t/h (Dampf) Energieproduktion 30 000 MWh/a
Spezielles Verbrennung von minderwertigen Holzbrennstoffsortimenten mit ho-her Anlageverfügbarkeit
Abbildung 147:
Ferndampfleitung mit einer Länge von ca. 450 m für die Energieversorgung der
Produktionspro-zesse und Behei-zung der Nitroche-mie Wimmis AG.
Abbildung 148: Of-fenes Brennstoffla-ger der Alt- und Restholzheizung Spiez, welches di-rekt mit Radladern auf die befahrbaren
Schubbodenaustra-gungen beschickt wird. Der jährliche Holzschnitzelbedarf beträgt ca. 55 000 Sm3.
Beispiel: Coop Grossbäckerei in Gossau
In der Grossbäckerei von Coop in Gossau wird für die Beheizung von Backlinien und die Dampferzeugung seit 2011 eine Holz-feuerung eingesetzt. Hinsichtlich Zuverläs-sigkeit und Funktionalität gelten hohe An-sprüche. Die Holzfeuerung erhitzt Ther-moöl auf rund 290 °C und übernimmt mit 3600 MWh pro Jahr die Grundlastversor-gung der Bäckerei. Die bislang genutzten Kessel dienen zur Spitzenlastabdeckung.
Im Vergleich zur bisher fossil betriebenen Feuerung (Erdgas und Öl) können knapp 900 Tonnen CO2 pro Jahr eingespart wer-den. Eine hydraulisch betriebene Queraus-tragung fördert die Schnitzel direkt in den Feuerungsraum und sorgt für eine äusserst zuverlässige Beschickung der Holzfeue-rung. Der Holzumschlag erfolgt mit zwei Wechselcontainern, um die Staub- und Ge-ruchsimmissionen im Lebensmittelproduk-tionsbetrieb auf ein Minimum zu reduzie-ren. Die Gesamtinvestition beträgt 3,1 Mio. Fr. Obwohl die Umstellung die Wirt-schaftlichkeitsgrenze nur knapp erreicht, setzt Coop auch bei weiteren Projekten auf diese Technik zur Prozesswärmeerzeugung mit Holz.
des Staubs an einer metallenen Oberflä-che. Die metallene Oberfläche, an der sich Staub ablagert, wird periodisch mecha-nisch gereinigt. Die Wirkung ist abhängig von der Spannung und der Aufenthaltszeit des Staubes im Abscheider. Die erforderli-che geringe Strömungsgeschwindigkeit im Abscheider führt zu grossen Apparatedi-mensionen und entsprechend hohen Kos-ten. Um die Rohgasbelastung vor dem Fil-ter zu reduzieren, ist es daher sinnvoll, dem Elektroabscheider ein Zyklon vorzu-schalten. Im Gewebefilter erfolgt die Ab-scheidung auf einer Filteroberfläche und der darauf abgelagerten Staubschicht.
Nach Überschreitung eines definierten Druckverlusts über dem Filter und dem aufgebauten Filterkuchen erfolgt eine Rei-nigung mit Druckluft. Gewebefilter weisen kleinere Apparatedimensionen auf, verur-sachen aber wegen des hohen Druckver-lustes, dem Druckluftbedarf und der be-schränkten Nutzungsdauer der Filter-schläuche höhere Betriebskosten. Ein wei-terer Nachteil der Gewebefilter ist die Zer-störung bei einem Funkenflug oder die Verklebung bei Taupunktunterschreitung bei der Verwendung von Brennstoffen mit hohem Wassergehalt. Das sind auch die Gründe dafür, dass Gewebefilter bei Holz-feuerungsanlagen eher selten zum Einsatz kommen.
Objektdaten
Standort Gossau
Anwendung Thermoöl 290 °C
Baujahr 2011
Investition mit Gebäude 3,1 Mio. Franken Leistung Holzfeuerungen 600 kW
Energieproduktion 3600 MWh/a
Spezielles Strenge Vorgaben an die Staub- und Geruchemissionen (Lebens-mittelproduktionsbetrieb)
Abbildung 150: Auf der Holzfeuerungs-anlage aufgebauter stehender Thermo-ölkessel mit einem Prüfdruck von 32 bar, einer Thermo-öltemperatur von 290 °C und einer au-tomatischen Druck-luftreinigung.
Abbildung 151: Für einen Lebensmittel-produktionsbetrieb angepasstes Brenn-stofflager mit zwei Wechselcontainern und einem Rolltor.
Mit dieser Lösung können die durch den Holzumschlag verursachten Staub- und Geruchsemissi-onen auf ein Mini-mum reduziert wer-den.
Abbildung 149 : Funktionsprinzip von Zyklon,
Elektro-abscheider und Ge-webefilter.