Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP haben gemeinsam mit der HDG Bavaria GmbH ein neues Verbrennungskonzept für Vergaserkessel entwickelt. Damit werden nicht nur staub- und gasförmige Emissionen vermindert, sondern auch die Verbrennungseffizienz erhöht.
Schritte zur emissionsarmen, effizienteren Verbrennung
Mit dem neuen Verbrennungssystem für Vergaserkessel LEVS (Low-EmissionVerbrennungssystem) können jetzt erstmals ohne Sekundärmaßnahmen, also ohne nachgeschaltete Systeme zur Abgasbehandlung, die zukünftigen emissionstechnischen Anforderungen der 1. Bundesimmissionsschutzverordnung (1, BImSchV) sowie der künftigen Ökodesign-Richtlinie 2009/125/EG eingehalten werden. Darüber hinaus soll LEVS auch die Verbrennungseffizienz dieser Kleinfeuerungsanlagen erhöhen.
Drei zentrale neue Komponenten machen das Low-Emission-Verbrennungssystem (LEVS) aus:
1. LEVS regelt die Zufuhr der Verbrennungsluft sowie die Abfuhr des Abgases im Gegensatz zu marktüblichen Modellen getrennt. "Durch die Abscheidung der Verbrennungsaschen und -stäube wird eine schnelle Belegung des Wärmeübertragers mit Verbrennungsasche vermieden. So entsteht ein besserer Wärmeaustausch und somit ein hoher Kesselwirkungsgrad über eine längere Betriebszeit – ohne notwendige Kesselreinigung durch den Bediener. Das spielt eine große Rolle bei der Stabilisierung der Strömung im gesamten Heizkessel", erläutert Dr.-Ing. Mohammad Aleysa vom Fraunhofer IBP.
2. Eine Zyklonbrennkammer agiert zugleich als Brennkammer und als Feinstaubabscheider.
3. Außerdem entwickelten die Forscher ein spezielles thermisches Nachverbrennungsverfahren, die sogenannte Einbautentechnik, das möglichst hohe Abscheide- und Reduktionsleistungen erzielt. "Der Vorteil der Einbautentechnik besteht darin, dass sie die Aktivierungsenergie während der Verbrennung intensiv speichert und dann automatisch für die thermische Oxidation in ungünstigen Betriebsphasen bereitstellen kann", erklärt Dr.-Ing. Mohammad Aleysa.
Der LEVS-Kessel. (Quelle: HDG Bavaria)
Starke Verkürzung problematischer Betriebsphasen
Die LEVS-Technik ermöglicht damit eine starke Verkürzung problematischer Betriebsphasen wie zum Beispiel der Anfahrbetriebsphase. Diese umfasst bei marktüblichen Kesseln ein Drittel der Abbrandzeit. Bei LEVS reduziert sich diese Phase konstant auf ein bis zwei Prozent. Im Ergebnis entstehen unabhängig vom eingesetzten Brennstoff minimale Konzentrationen an Kohlenstoffmonoxid von kleiner als 20 mg/Vm3, an Gesamtkohlenwasserstoffe (gemessen als Propan CnHm) von kleiner als 2 mg/Vm3 und an Staub von kleiner als 5 mg/Vm3 über einer Abbrandzeit von mehr als 95 Prozent.
Funktionsweise von LEVS
Im Gegensatz zu den marktüblichen Kesseln arbeitet LEVS mit intelligenten Reglern: Innerhalb von Millisekunden passen sich die Gebläse der Verbrennungsluftzufuhr an und stören somit nicht die Dynamik der Verbrennung. Mit LEVS haben wir sozusagen einen Reaktor gebaut, der unabhängig von der Verbrennungsluftzufuhr die Verbrennung gleichmäßig aufrechterhalten kann. Diese Verbesserung ist letztendlich entscheidend für die Emissionsminderung – und hat den großen Vorteil, dass sie ganz ohne Sekundärmaßnahmen funktioniert.
LEVS geht jetzt in die Prüfungsphase. Der Projektpartner HDG Bavaria GmbH plant den sukzessiven Einsatz der neuen Verbrennungstechnik. Die Wissenschaftler des Fraunhofer IBP setzen nun auf die Weiterentwicklung des Low-EmissionVerbrennungssystems für automatisch beschickte Heizkessel. Ein Schwerpunkt ist die Anpassung der Technik für die Verbrennung von problematischen Brennstoffen wie z. B. Agrar- und Restbrennstoffe sowie Abfälle. (fei)