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Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft
Biomasseheiztechniken und Emissionen
- Prüfergebnisse -Dipl.-Ing. Th. Hering
Wärme aus Biomasse Stand der Technik und Perspektiven
24.01.2008, Bad Sassendorf, Haus Düsse
A Inhalte der Untersuchungen
B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen
C Rechtliche Rahmenbedingungen
D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen
E Perspektiven - Handlungsbedarf
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Hering, Th.; Peisker,D.; Dr. Vetter A. Stand der Halmgutverbrennung
2
Koordination
F&E
Feldtests
Koordination FNR/TLL
weitere FelduntersuchungenTLL/TLUG/ILK (5 Anlagen) FH Köln (5 Anlagen), DEULA (1), FBZ (1) Zwischenergebnisse !
FuE-Vorhabenprimäre/sekundäre EmissionsminderungenILK DresdenTLL Dornburg
FBZ e.V. Merseburg
TFZ Straubing
DEULA SH
FH Köln
FNR Gülzow
FH Bingen
ATZ Sulzbach Rosenberg
IVD Stuttgart
WKI Braunschweig
TU Hamburg-Harburg
Paul Künzel GmbH Prisdorf
FH Amberg-Weiden
Grimm GmbH Amberg
Hering, Th.; Peisker,D.; Dr. Vetter A. Stand der Halmgutverbrennung
A Inhalte der Untersuchungen
B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen
C Rechtliche Rahmenbedingungen
D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen
E Perspektiven - Handlungsbedarf
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Hering, Th.; Peisker,D.; Dr. Vetter A. Stand der Halmgutverbrennung
3
Kontinuierliche Messung von:O2, CO, CO2, SOx, NOx, N2O, Ges-C
Diskontinuierliche Messung von:Staub, Feinstaub
PCDD/F, HCl
PAK (Benzo(a)pyren)
BTEX (Benzol) Dipl.-Ing. Th. Hering Stand der Halmgutverbrennung
Untersuchte BrennstoffePellet Ballen/Häcksel
Winterweizen (Referenz) Winterweizen (Referenz) Winterweizen (Referenz) HolzpelletsWintergerste (Referenz) Winterroggen (Referenz) Winterweizen (grau) Triticale-GP PelletsWinterweizen Triticale Triticale GrüngutpelletsWintergerste GNP PelletsWinterroggen Rapspresskuchen PelletsTriticale
StrohGetreidekörner Sonstige
Untersuchte Feuerungsanlagen (Feldtests)Getreide
[kWth] Pellet Ballen/HäckselReka HKRST 30 30 Vorschubrostfeuerung X X TLLReka HKRST 60 60 Vorschubrostfeuerung X TLLReka HKRST 100 98 Vorschubrostfeuerung X X DEULAPassat C4 40 Brennmuldenfeuerung X X FH KölnBiokompakt AWK 45 SI 45 Unterschubfeuerung X X FBZ, FH KölnHeizomat HSK-RA 60 60 Kettenumlaufrost X X FH KölnÖkotherm C1L 120 Brennmuldenfeuerung X X FH KölnAgroflamm Agro 40 40 Unterschubfeuerung X X TLL, FH Köln, IVD/TFZGuntamatic Powercorn 30 30 Rostfeuerung X TLL, FH Köln, TFZLinka Linka-H 400 400 Brennmuldenfeuerung X TLLHerlt HSV 145 145 Ganzballenvergaser X TLL
Hersteller InstitutionFeuerungsprinzipTypLeistung Brennstoffe
Stroh
Hering, Th.; Peisker,D.; Dr. Vetter A. Stand der Halmgutverbrennung
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A Inhalte der Untersuchungen
B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen
C Rechtliche Rahmenbedingungen
D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen
E Perspektiven - Handlungsbedarf
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Hering, Th.; Peisker,D.; Dr. Vetter A. Stand der Halmgutverbrennung
Brennstoffeigenschaften - Vergleich Stickstoff
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
Stic
ksto
ffgeh
alt
[% d
. TM
]
MAX 1,9 7 2 ,59 2 ,2 2 2 ,18 2 ,27 3 ,8 5 1,13 0 ,9 3 1,2 7 1,13 1,4 9 1,4 2 1,2 2 2 ,6 6 0 ,28
MIN 1,51 2 ,10 1,59 1,66 1,54 3 ,2 1 0 ,3 3 0 ,2 8 0 ,2 9 0 ,2 2 0 ,4 2 0 ,3 8 0,19 0 ,11 0 ,0 7
MW 1,72 2,3 6 1,9 6 1,9 1 1,8 7 3 ,51 0 ,59 0 ,58 0 ,6 3 0 ,53 0 ,76 1,0 6 0,56 0 ,4 9 0 ,14
n = 2 5 n = 2 3 n = 2 5 n = 15 n = 5 n = 14 n = 52 n = 55 n = 51 n = 4 6 n = 4 7 n = 4 2 n = 2 8 8 n = 55 n = 4 1
Wi - Ro g g en
Wi - Weizen
Wi - Gerste
Wi - Trit icale
Hafer Wi - Rap s
Wi - Ro g g en (Avanti)
Wi - Weizen (Batis)
Wi - Gers te
(Theres a)
Hafer (Flämling s-
lo rd )
Wi - Rap s (Expres s)
Trit icale -GP
Pap p el Laub ho lz Nad elho lz
Körner HolzStroh
Gan
zpfla
nze
Hering, Th.; Peisker,D.; Dr. Vetter A. Stand der Halmgutverbrennung
5
Brennstoffeigenschaften - Vergleich Chlor
0,000,200,40
0,600,801,001,201,40
1,601,802,00
Chl
orge
halt
[% d
. TM
]
M AX 0 ,0 9 0,10 0,18 0 ,07 0 ,12 0 ,0 7 0 ,73 0 ,6 7 1,56 1,6 9 1,8 3 0,53 0 ,11 0 ,07 0 ,02
M IN 0 ,0 3 0 ,07 0 ,08 0 ,03 0 ,0 5 0 ,0 2 0 ,0 3 0 ,0 2 0 ,0 3 0,0 6 0,0 6 0 ,0 1 0 ,0 0 0,0 1 0 ,00
M W 0 ,0 7 0 ,08 0,13 0 ,05 0 ,10 0 ,0 4 0 ,2 4 0 ,2 3 0 ,4 3 0,6 4 0,58 0 ,16 0 ,0 2 0 ,02 0,0 1
n = 2 5 n = 2 3 n = 2 5 n = 15 n = 5 n = 14 n = 52 n = 55 n = 51 n = 46 n = 47 n = 4 2 n = 2 88 n = 4 4 n = 3 6
Wi - Ro g g en
Wi - Weizen
Wi - Gers te
Wi - Trit icale
Hafer Wi - Rap s
Wi - Ro gg en (Avanti)
Wi - Weizen (B atis)
Wi - Gerste
(Theresa)
Hafer (Flämling s-
lo rd )
Wi - Raps (Exp ress )
Trit icale -GP
Pap p el Laubho lz Nad elho lz
Körner HolzStroh
Gan
zpfla
nze
Hering, Th.; Peisker,D.; Dr. Vetter A. Stand der Halmgutverbrennung
A Inhalte der Untersuchungen
B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen
C Rechtliche Rahmenbedingungen
D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen
E Perspektiven - Handlungsbedarf
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Hering, Th.; Peisker,D.; Dr. Vetter A. Stand der Halmgutverbrennung
6
Hering, Th.; Peisker,D.; Dr. Vetter A. Stand der Halmgutverbrennung
1.BImSchV-Verbot
1.BImSchV-Verbot1.BImSchVbis 15* kW
4.BImSchV mit TA Luft
4.BImSchV mit TA Luft
4.BImSchV mit TA Luftüber 1 MW
4.BImSchV mit TA Luft
4.BImSchV mit TA Luft1.BImSchV100 kW bis 1 MW
nur mit Sonder-genehmigung1.BImSchV1.BImSchV15* bis 100 kW
Holz GetreideStroh und HalmgutFeuerungs-wärmeleistung
In Anlagen < 100 kWth kann Getreide nur mit Sondergenehmigung genutzt werden, da Getreide kein Regelbrennstoff laut § 3 der 1. BImSchV ist. Für Anlagen > 100 kWth FWL ist gemäß der 4. BImSchV ein aufwendiges Genehmigungsverfahren mit Einhaltung der TA-Luft erforderlich (bei Holz – ab 1 MW FWL).
C Rechtliche Rahmenbedingungen
(Quelle: BMU/UBA)
Hering, Th. Stand der Halmgutverbrennung
7
Brennstoffe nach Nr. 8 § 3 der 1. BImSchV
Grenzwerte (Typenprüfung) für Anlagen und Brennstoffe nach Nr. 8 § 3 der 1. BImSchV (Bezugs O2 13 %; Quelle: BMU/UBA)
Hering, Th. Stand der Halmgutverbrennung
Brennstoff gemäß §3 Abs. 1
Nennwärmeleistung [kW]
Staub [g/m³] CO[g/m³]
? 4 - 500 0,09 1,0 Nr. 1-3a
> 500 0,09 0,5 ? 4 – 500 0,10 1,0 Nr. 4-5 und
Nr. 8 > 500 0,10 0,5 ? 4 - 500 0,06 0,8
Nr. 5a > 500 0,06 0,5
? 50 kW – 100 0,10 0,8 > 100 – 500 0,10 0,5
Stufe 1: Anlagen, nach
Inkrafttreten der Verordnung
errichtet werden
Nr. 6-7
> 500 0,10 0,3 Nr. 1 – 5a und
Nr. 8 ?4 0,02 0,4
? 4 – 500 0,02 0,4
Stufe 2: Anlagen, die nach dem 31.12.2014 errichtet werden Nr. 6-7
> 500 0,02 0,3
Grenzwerte (Praxismessung) für Anlagen und Brennstoffe nach Nr. 8 § 3 der 1. BImSchV (Bezugs O2 13 %; Quelle: BMU/UBA)
Hering, Th. Stand der Halmgutverbrennung
8
Grenzwerte (Praxismessung) für Anlagen und Brennstoffe nach Nr. 8 § 3 der 1. BImSchV (Bezugs O2 13 %; Quelle: BMU/UBA)
Hering, Th. Stand der Halmgutverbrennung
A Inhalte der Untersuchungen
B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen
C Rechtliche Rahmenbedingungen
D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen
E Perspektiven - Handlungsbedarf
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Hering, Th.; Peisker,D.; Dr. Vetter A. Stand der Halmgutverbrennung
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Referenzbrennstoff Wintergerstenkörner
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
CO [m
g/N
m³,
tr.; 1
3 %
O2]
MAX 2626 22 1 1578 73 47 54 37 900MIN 56 3 0 663 4 21 39 2 300MW 262 6 0 1185 21 34 48 6 650
TLL TLL FH Köln FH Köln FH Köln FH Köln TFZ FBZ DEULA HKRST 30 Agro 40 Agro 40 Passat C4 RHK–AK 60 Powercorn
30Powercorn
30AWK SI 45 HKRST 100
n = 52 n = 156 n = 6 n = 6 n = 57 n = 6 n = 3 n = 73 n = 6
UBA 1. Stufe
UBA 2. Stufe
1. BImSchV
Kohlenmonoxid-Emissionen - Anlagenvergleich
Hering, Th.; Peisker,D.; Dr. Vetter A. Stand der Halmgutverbrennung
Referenzbrennstoff Winterweizenstroh
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
CO [m
g/N
m³,
tr.; 1
3 %
O2]
MAX 264 4602 321 951 140 706 2000MIN 49 271 21 30 9 167 400MW 98 2374 110 189 33 346 1067
TLL TLL TLL FH Köln FH Köln FH Köln DEULA HKRST 60 HKRST 30 Agro 40 Agro RHK–AK 60 C1L HKRST 100
Häcksel Strohpellets Strohpellets Strohpellets Strohpellets Strohpellets Strohpelletsn = 11 n = 18 n = 23 n = 6 n = 66 n = 6 n = 6
UBA 1. Stufe
UBA 2. Stufe
1. BImSchV
Kohlenmonoxid-Emissionen - Anlagenvergleich
Hering, Th.; Peisker,D.; Dr. Vetter A. Stand der Halmgutverbrennung
10
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
CO [m
g/N
m³,
tr.; 1
3 %
O2]
MAX 22 37 54 38 106 361 321 264 140 588 344 182MIN 3 2 39 2 6 11 21 49 9 148 45 170MW 6 6 48 6 34 109 110 98 33 260 157 175
TLL FBZ TFZ TLL FBZ TFZ TLL TLL FH Köln FH Köln FH Köln TFZAgro 40 AWK SI
45Powercorn
30Agro 40 AWK SI
45Powercorn
30Agro 40 HKRST
60RHK–AK
60Agro RHK–AK
60Powercorn
30Feldtest Feldtest Prüfstand Feldtest Feldtest Prüfstand Pellet
FeldtestHäcksel Feldtest
Pellet Feldtest
Feldtest Feldtest Prüfstand
n = 156 n = 73 n = 3 n = 171 n = 69 n = 4 n = 23 n = 11 n = 66 n = 6 n = 6 n = 3
Wintergerstenkörner WinterroggenstrohpelletsWinterweizenstrohpelletsWinterweizenkörner
UBA 1. Stufe
UBA 2. Stufe
1. BImSchV
Kohlenmonoxid-Emissionen - Vergleich Referenzbrennstoffe
Hering, Th.; Peisker,D.; Dr. Vetter A. Stand der Halmgutverbrennung
Gesamtstaub-Emissionen – Vergleich Referenzbrennstoffe
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Stau
b [m
g/N
m³,
tr.; 1
3 %
O2]
MAX 65 104 70 34 132 176 44 67 28 143 232 302MIN 19 72 55 27 102 138 24 29 16 93 145 245MW 30 85 65 31 114 150 36 48 21 118 192 267
FH Köln FBZ TFZ TLL FBZ TFZ TLL TLL FH Köln FH Köln FH Köln TFZ
Agro 40 AWK SI 45
Powercorn 30
Agro 40 AWK SI 45
Powercorn 30
Agro 40 HKRST 60
RHK–AK 60
Agro 40 RHK–AK 60
Powercorn 30
Feldtest Feldtest Prüfstand Feldtest Feldtest Prüfstand Pellet Feldtest
Häcksel Feldtest
Pellet Feldtest
Feldtest Feldtest Prüfstand
n = 6 n = 6 n = 3 n = 3 n = 3 n = 4 n = 3 n = 10 n = 6 n = 6 n = 6 n = 3
Wintergerstenkörner WinterroggenstrohpelletsWinterweizenstrohpelletsWinterweizenkörner
UBA 2. Stufe
UBA 1. Stufe
1. BImSchV
Hering, Th.; Peisker,D.; Dr. Vetter A. Stand der Halmgutverbrennung
11
Stickoxid-Emissionen – Vergleich Referenzbrennstoff
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
NOX [
mg/
Nm
³, tr.
; 13
% O
2]
MAX 698 670 452 792 792 474 364 456 328 427 414 380MIN 600 497 440 585 211 393 226 386 210 354 300 362MW 652 598 447 706 657 442 269 423 265 387 352 358
TLL FBZ TFZ TLL FBZ TFZ TLL TLL FH Köln FH Köln FH Köln TFZAgro 40 AWK SI
45Powercorn
30Agro 40 AWK SI
45Powercorn
30Agro 40 HKRST
60RHK–AK
60Agro 40 RHK–AK
60Powercorn
30Feldtest Feldtest Prüfstand Feldtest Feldtest Prüfstand Pellet
FeldtestHäcksel Feldtest
Pellet Feldtest
Feldtest Feldtest Prüfstand
n = 156 n = 73 n = 3 n = 171 n = 69 n = 4 n = 23 n = 11 n = 66 n = 6 n = 6 n = 3
Wintergerstenkörner WinterroggenstrohpelletsWinterweizenstrohpelletWinterweizenkörner
UBA 2. Stufe
UBA 1. Stufe
Hering, Th.; Peisker,D.; Dr. Vetter A. Stand der Halmgutverbrennung
Getreidekörner (RB)
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,900
1,000
HKRST30
Agro 40
AWK SI 46
RHK-AK60
Reka Agroflamm Biokompakt Heizomat
TLL TLL FBZ FH Köln
PCD
D/F
[ng
I-TE/
Nm
3 , tr.;
11%
O2]
WG (RB) WW (RB)
UBA Typenprüfung
PCDD/F – Anlagen/Referenzbrennstoffvergleich (Körner)
Hering, Th.; Peisker,D.; Dr. Vetter A. Stand der Halmgutverbrennung
12
Hering, Th. Stand der Halmgutverbrennung
Brennmuldenfeuerung Firma Lin-Ka (Dk), 400 kWth
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
CO
, NO
X, S
OX,
Ges
.-C [m
g/N
m³,
tr.; 1
1 %
O2]
MAX 925 10074 388 479 25 28 33 303MIN 258 2052 332 347 5 6 5 30MW 623 5572 356 417 13 18 15 148
CO: n = 9 CO: n = 27 NOX: n = 9 NOX: n = 27 SOX: n = 9 SOX: n = 27 Ges.-C: n = 9 Ges.-C: n = 27Weizenstroh Triticalestroh Weizenstroh Triticalestroh Weizenstroh Triticalestroh Weizenstroh Triticalestroh
Ergebnisse der kontinuierlichen Messungen
Hering, Th. Stand der Halmgutverbrennung
13
diskontinuierliche Stroh-Ganzballen-Vergasung (Rundballen)
Firma Herlt, Vielist (D)
Nachlege-automatik
145 kWth
Hering, Th. Stand der Halmgutverbrennung
Einziger deutscher Hersteller Fa. Herlt, Vielist (Wiesenburg)
Weizenstroh (Rund-Ballen)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
CO
, NO
X, G
es.-C
, Sta
ub, H
Cl [
mg/
Nm
³, tr.
; 11
% O
2 ]
MAX 378 445 7 133 10MIN 17 190 4 34 2MW 86 286 5 67 6
CO: n = 12 NOX: n = 12 Ges.-C: n = 12 Staub: n = 10 HCl: n = 9
Quelle: Messbericht UBG, April 2005
Hering, Th. Stand der Halmgutverbrennung
14
A Inhalte der Untersuchungen
B Ergebnisse der Brennstoffuntersuchungen
C Rechtliche Rahmenbedingungen
D Ergebnisse der Emissionsuntersuchungen
E Perspektiven - Handlungsbedarf
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Hering, Th.; Peisker,D.; Dr. Vetter A. Stand der Halmgutverbrennung
2. Entwicklung von neuen Feuerungssystemen (Praxis)
Fa. IHT
weitere Entwicklungen
Fa. Hargassner
Hering, Th. Stand der Halmgutverbrennung
15
3. Entwicklung von Abscheidetechnologien – Brennwerttechnik
Fa. Guntamatic, Fa. Schräder, TLL/TLUG
E Perspektiven - weitere Entwicklungen
Hering, Th. Stand der Halmgutverbrennung
4. Entwicklung von Abscheidetechnologien – elektrostatische Abscheider (Praxisreife Prototypen)
EMPA, Zürich
Bioenergie-Technik, Starnberg
ILK, Dresden; TLL Jena
E Perspektiven - weitere Entwicklungen
Hering, Th. Stand der Halmgutverbrennung
16
7. Erprobung innovativer Brennstoffe, Feuerungsysteme und Abscheidetechniken TLL – TZNR Dornburg bei Jena
Misch-Wäge-Anlage wassergekühlte Vorschubrostfeuerung mit Rauchgasrezirkulation + Filter
E Perspektiven - weitere Entwicklungen
Hering, Th. Stand der Halmgutverbrennung
1.BImSchV1.BImSchV1.BImSchVbis 15* kW
4.BImSchV mit TA Luft
4.BImSchV mit TA Luft
4.BImSchV mit TA Luftüber 1 MW
1.BImSchV1.BImSchV1.BImSchV100 kW bis 1 MW
1.BImSchV1.BImSchV1.BImSchV15* bis 100 kW
Holz GetreideStroh und HalmgutFeuerungs-wärmeleistung
1. Differenzierte Grenzwerte für Anlagen für Getreide und nicht holzartigen Bioenergieträgern gegenüber holzartigen Brennstoffen.
2. Anhebung der Leistungsgrenze genehmigungspflichtiger Anlagen mitGetreide und Stroh von 100 kW auf 1 MW (gleiche Leistungsgrenzen für die Genehmigungspflicht von Anlagen mit Biobrennstoffen).
Handlungsbedarf
1.BImSchV-Verbot
1.BImSchV-Verbot1.BImSchVbis 15* kW
4.BImSchV mit TA Luft
4.BImSchV mit TA Luft
4.BImSchV mit TA Luftüber 1 MW
4.BImSchV mit TA Luft
4.BImSchV mit TA Luft1.BImSchV100 kW bis 1 MW
nur mit Sonder-genehmigung1.BImSchV1.BImSchV15* bis 100 kW
Holz GetreideStroh und HalmgutFeuerungs-wärmeleistung
Hering, Th. Stand der Halmgutverbrennung
17
1.BImSchV1.BImSchV1.BImSchVbis 15* kW
4.BImSchV mit TA Luft
4.BImSchV mit TA Luft
4.BImSchV mit TA Luftüber 1 MW
1.BImSchV1.BImSchV1.BImSchV100 kW bis 1 MW
1.BImSchV1.BImSchV1.BImSchV15* bis 100 kW
Holz GetreideStroh und HalmgutFeuerungs-wärmeleistung
1. Differenzierte Grenzwerte für Anlagen für Getreide und nicht holzartigen Bioenergieträgern gegenüber holzartigen Brennstoffen.
2. Anhebung der Leistungsgrenze genehmigungspflichtiger Anlagen mitGetreide und Stroh von 100 kW auf 1 MW (gleiche Leistungsgrenzen für die Genehmigungspflicht von Anlagen mit Biobrennstoffen).
Handlungsbedarf
Hering, Th. Stand der Halmgutverbrennung
Weitere Informationen unter
www.tll.de/nawaro bzw.
t.hering@dornburg.tll.de