Die Technik für mehr Effizienz

Die Technik, die es ermöglicht, Wärme, Dampf und Stromerzeugung aus biogenen Reststoffen direkt aus dem Produktionsprozess zu nutzen, ist eine Weiterentwicklung der industriellen Holz- und Rindenverbrennung. Das Besondere an dieser Technologie: mehrere Bio-Brennstoffe können – ob trocken oder feucht, grob oder fein – gleichzeitig verbrannt werden. Das Kern-Knowhow steckt dabei in einer speziell entwickelten Feuerungstechnik, welche die chemische und physikalische Zusammensetzung von biogenen Reststoffen (insbesondere Wassergehalt, Korngröße, Schüttgewicht) berücksichtigt und damit auf die Eigenschaften der Brennstoffe zugeschnitten ist. Denn vor allem die stark unterschiedlichen Stoffeigenschaften der Brennstoffe erfordern eine gut durchdachte Feuerraumgeometrie sowie eine optimale Verbrennungsluftstufung und -regelung, um die zuverlässige Versorgung mit Prozessenergie sicherzustellen und gleichzeitig die gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte für Emissionen einzuhalten. Von daher erfolgt vor jeder Dimensionierung einer solchen Anlage die Analyse der Brennstoffe.

Nobilia beheizt das gesamte Unternehmen mit Staub und Spänen aus der Küchenproduktion

So versorgen z.B. zwei Biomasseheizwerke, die mit biogenen holzartigen Produktionsresten betrieben werden, die Unternehmens- und Produktionsräume des größten deutschen Küchenherstellers, die Nobilia Werke mit Wärme. Seit Jahrzehnten verzichtet Nobilia auf fossile Energieträger zur Beheizung seines Unternehmens. Mit zwei baugleichen Lambion- Biomasseheizwerke, die mit Produktionsresten aus der Küchenherstellung (Staub und Spänen aus Spanplatten und MDF) befeuert werden hat Nobilia bei einer Nutzung von jährlich 8.000 Betriebsstunden ein Einsparpotential von rd. 53.000 t CO2 und 6 Mio. Liter Öl. Dabei war Nobilia eines besonders wichtig: Das die Biomasseheizanlage in die Produktionsabläufe integriert werden und die Produktionsreste so genutzt werden können wie sie anfallen.

Der Ringbrenner nutzt Späne und Staub ohne sortieren und sieben

Eingesetzt wurde deshalb eine besonders energieeffi ziente Feuerungstechnik, die Ringbrenner-Feuerung. Diese Feuerung ist in der Lage unabhängig von der Materialzusammensetzung gleichzeitig stückiges als auch staubförmiges Material als Brennstoff zu nutzen, auch wenn die variierende Korngrößenzusammensetzung im Zeitablauf nicht vorhersehbar ist oder Staub zu 100 % anfällt. Entwickelt wurde der Ringbrenner für die holzverarbeitende Industrie, die schon lange Produktionsreststoffe zur thermischen Energieversorgung nutzt. In technischer Hinsicht, kombiniert der Ringerbrenner die Funktionsprinzipien der Unterschubfeuerung, Vorschubrostfeuerung und Einblasfeuerung. Denn der Brennstoff wird mit einer Schnecke in den Brennraum gefördert und durch die gezielte Anordnung der vielfach gestuften Verbrennungsluft im Primär- und Sekundärbereich wird erreicht, dass die staubförmigen Teilchen im Flug verbrennen können. Die größeren Holzstücke erhalten auf einem im unteren Bereich des Brennraums angeordneten Vorschubrost die nötige Zeit, um auszubrennen. Hieraus ergeben sich viele Vorteile. Zum Beispiel können Späne, Staub und stückiges Material direkt aus der Absauganlage so genutzt werden, wie sie anfallen, ohne dass sie in einer Filteroder Siebanlage vorsortiert werden müssen. Auch ein späteres „Verklumpen“, welches häufi g durch Schwankungen z.B. in der Späneproduktion oder durch Entmischung im Silo auftritt, ist somit kein Problem. Bei herkömmlichen Feuerungsanlagen führt das Verklumpen zu einem schlechten Ausbrand und zur Verunreinigung der Anlage, wenn Staub (< 0,5 mm) und anschließend stückiges Material mit der Austragung aus dem Silo gefördert wird. Ein weiterer bekannter Effekt ist, dass in vielen Betrieben die Silokapazität für die Produktion im Sommer und für den Wärmebedarf im Winter zu knapp bemessen ist. Aus diesem Grund ist es eine weit verbreitete Praxis, dass in den Sommermonaten ausschließlich Späne von der  Maschinenabsaugung eher feines Material) und im Winter zusätzlich zu den Absaugspänen gehackte Abschnittreste in das Silo gefördert werden, was mit dem Ringbrenner möglich ist.

Viele Betriebe benötigen deshalb eine Feuerung, die sowohl mit stückigem Material (Winterbrennstoff) als auch mit staubförmigem Material (Sommer/Herbst) einwandfrei arbeitet. Eingesetzt wird dieses System bereits seit mehreren Jahren für Anlagen mit thermischen Leistungen von 1,5 bis 12 MW. Die derzeit größte mit einem Ringbrenner befeuerte Anlage wurde in Irland, als Bestandteil einer KWK-Anlage (Kraft-Wärme-Kopplung) errichtet und liefert 15t/h Dampf bei 400° C und 28 bar. Verwertet werden dabei 3 t Brennstoffgemisch/h.

Ausbrand & Emissionen mit der Ringbrennertechnik

Um einen hohen Wirkungsgrad und geringe Schadstoffemissionen zu erzielen, muss die Feuerungstechnik einer Biomasseanlage auf die besonderen Eigenschaften der biogenen Festbrennstoffe abgestimmt werden. Mit der Ringbrennertechnik wird optimaler Ausbrand der Gase und damit sehr niedrige CO2-Emissionen garantiert, wodurch die gültigen Emissionsgrenzwerte für Biomassefeuerungen sicher unterschritten werden. Dies wird möglich durch die Führung der Verbrennungsluft. Sie erzeugt einen tangentialen Wirbel im Brennraum, was der Feuerung den Namen Ringbrenner gibt. Über die mehrfach gestufte Luftzufuhr in Kombination mit der standardmäßigen am Ringbrenner angebrachten Rauchgasrezirkulation und der wassergekühlten Brennkammer, lassen sich der Luftüberschuss und die Brennkammertemperatur soweit kontrollieren, dass sehr gute NOx-Emissionen erzielt werden und auch der Schlackefluss sicher verhindert wird. Die Asche des Ringbrenners wird durch den Ausbrandrost, aus der Brennkammer ausgetragen und gelangt von dort in eine automatische Entaschungsvorrichtung. Über nachgeschaltete Transporteinrichtungen wird die Asche direkt in einen Aschecontainer gefördert. Der Ringbrenner ist eine eigenständige Funktionseinheit, die im Gegensatz zu den Einblasfeuerungen ohne zusätzlichen Zündölbrenner auskommt. Sie kann nicht nur für neue Anlagen mit variierenden Korngrößenzusammensetzungen eingesetzt werden, sondern ist auch optimal zum Nachrüsten an fast allen Kesseln (Warmwasser, Heißwasser, Nieder- und Hochdruckdampf-Kessel) im Leistungsbereich von 1 – 3 MW geeignet.