Emission Limited Biomass Combustion

Energie & Umwelt

Österreich nimmt weltweit eine führende Stellung im Bereich der Entwicklung und Verbreitung von Biomassekesselanlagen für Gebäudebeheizung, industrielle und gewerbliche Anlagen als auch für Nah- und Fernwärmeversorgung ein.

Akronym

EmiL

Projektlaufzeit

01/04/2016 - 01/09/2020

Im Anlagenbetrieb steigt mit der Größe der Anlagen auf Grund der Brennstoffvariabilität auch die Anforderung an die Verbrennungsregelung. Bei Kleinkessel sind Lambdasonden (Zirkoniumoxid- Sonden) Stand der Technik. Bei mittelgroßen und größeren Anlagen ist auf Grund der Brennstoffinhomogenität und -variation eine reine Lambdasonden- Regelung jedoch kein Garant für eine schadstoffarme Verbrennung. Das Projekt EmiL (Emission Limited Biomass Combustion) schafft auf Basis von Grundlagenuntersuchungen die Voraussetzungen für hocheffiziente und emissionsarme Biomassekessel.

Die angestrebten Projektergebnisse werden in enger Kooperation zwischen Forschungseinrichtung, Universität und Kesselproduzenten erarbeitet. Das Projekt der industriellen Forschung adressiert mittelgroße Biomassekesselanlagen im Leistungsbereich zwischen 50 kW und 1,0 MW.

Methodik

Das Ziel einer emissionsarmen Biomasseverbrennung wird durch die Kombination von Primärmaßnahmen im Bereich der Verbrennungssensorik und Verbrennungsregelung sowie durch Sekundärmaßnahmen im Bereich der kosteneffizienten Feinstaub- Abscheidetechnik erreicht. Ein integrierter Forschungsansatz optimiert diese Teilbereiche zu einer ganzheitlichen Lösung. Die Methodik stützt sich auf experimentelle Untersuchungen an Prüfständen und im realen Anlagenbetrieb. Es wird eine innovative modellprädiktive Regelung entwickelt, welche durch Implementierung in eine LabVIEW^® Umgebung über eine Schnittstelle zur Kesselsteuerung experimentell untersucht wird. Im Bereich der Feinstaubabscheidung wird auf Basis von CFD- Simulationen und experimentellen Grundlagenuntersuchungen an einem Versuchsträger die Integration von Feinstaubabscheidern in den Kesselkörper erprobt.

Ergebnisse

Im Fokus steht die Entwicklung und Erprobung einer modellprädiktiven Verbrennungsregelung (Model Predictive Control, MPC), die durch adaptive Parametrierung die Nutzung unterschiedlichster biogener Brennstoffe bei gleichzeitiger Minimierung von Schadstoffemissionen ermöglicht. Ergänzt wird dies durch die Integration von kombinierten Sensoren, welche neben dem Restsauerstoffgehalt auch Spurengase wie CO und NOx detektieren können.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der direkten Integration elektrostatischer Abscheider in Biomassekessel. Diese Maßnahme zur Feinstaubreduktion bietet im Vergleich zu externen Abscheidesystemen Vorteile hinsichtlich Kosten, Platzbedarf und Regelbarkeit. Durch experimentelle Untersuchungen kann die technische Machbarkeit nachgewiesen und die wissenschaftliche Grundlage für eine weiterführende Produktentwicklung geschaffen werden.

Die Ergebnisse des Projekts umfassen:

eine validierte, emissionslimitierende MPC-Regelung für 100 kW-Biomassekesselanlagen
neue Erkenntnisse zur Genauigkeit, Querempfindlichkeit und Alterung kombinierter Abgassensoren
die erfolgreiche Integration und Testung eines elektrostatischen Abscheiders in Biomassekessel
ein umfassendes Verständnis des Emissionsverhaltens bei variablen Betriebsbedingungen und Brennstoffen

Das Projekt EmiL leistet damit einen wichtigen Beitrag zur emissionsarmen, effizienten und flexiblen Nutzung biogener Festbrennstoffe – eine zentrale Voraussetzung für die zukünftige Rolle von Biomasse im nachhaltigen Energiesystem.