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Die Filterbox-SZ von Schräder Abgastechnologie mit elektrostatischem Partikelabscheider und vorgeschaltetem Zyklon. (Quelle: www.schraeder.com)

Forscher von Fraunhofer UMSICHT und der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden konnten in Zusammenarbeit mit Entwicklungsingenieuren des Feinstaubfilter-Herstellers Karl Schräder Nachf. herausarbeiten, wie der Fraktionsabscheidegrad von Staubfiltersystemen verbessert werden kann. Entsprechende Feinstaubfilter mit optimierter Abscheidung sind inzwischen auf dem Markt verfügbar.

Feinstaub durch verbesserte Abscheider effektiv vermeiden

Die Messung von Staubemissionen aus Biomassefeuerungen orientieren bisher auf den Gesamtstaubgehalt. Eine differenzierte Betrachtung von Staubemissionen nach Partikelgrößen scheitert in der Praxis an aufwendigen und kostenintensiven Messverfahren, womit der medizinisch-gesundheitliche Aspekt bislang weitgehend unberücksichtigt bleibt. Inzwischen rückt jedoch immer stärker ins Bewusstsein, dass insbesondere die feinsten Staubpartikel, die es nicht nur in Luftröhre und Bronchien, sondern noch weiter in die Alveolen der Lunge schaffen, ein gesundheitliches Gefährdungsrisiko darstellen. 

Während z. B. Schwerkraft- bzw. Fliehkraftabscheider wie Zyklone und Wäscher-Systeme grobe Partikel effektiv abscheiden, eignen sich elektrostatisch wirkende sowie filternde Abscheider sehr gut für die Abtrennung von feinsten Fraktionen aus dem Rauchgas. Der Fokus der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten lag vor allem auf den elektrostatischen Abscheidern, die - aufgrund geringer Druckverluste im Rauchgasweg - einen niedrigen Energiebedarf und geringe Betriebskosten aufweisen. 

Untersuchungen an verschiedenen marktverfügbaren Filtern bzw. Abscheidern zeigten, wie wirksam die Geräte die Partikelgrößenklassen PM 2,5 und PM 10 entfernen und wie die Fraktionsabscheidegrade deutlich verbessert werden können. Hierzu wurden die Abscheider an verschiedenen Biomassekesseln eingesetzt und bei Einsatz u. a. von Holzhackschnitzeln geprüft. Wie die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. mitteilt sind die gewonnenen Erkenntnisse in Optimierungsmaßnahmen für die Produkte OekoTube-Inside und Filterbox S eingeflossen und wurden konstruktiv von den Firmen Oekosolve und Schräder für diese Abscheider umgesetzt. Ein erneutes Vermessen der Filterbox S konnte eine erhebliche Verbesserung der Fraktionsabscheidegrade belegen. Der neue, verbesserte Filter ist inzwischen unter dem Markennamen Filterbox SZ auf dem Markt erhältlich.

Forschungsvorhaben erfolgreich abgeschlossen

Das Forschungsvorhaben „Optimierung der Fraktionsabscheidegrade elektrostatischer Staubabscheider beim Einsatz in Biomassefeuerungen“ wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördert. Ziel des Vorhabens war es, wirkungsvolle Maßnahmen für elektrostatische Abscheider zu identifizieren und zu erproben, um die Partikelemissionen, insbesondere der gesundheitsgefährdenden Feinstaubfraktionen, die bei der Biomasseverbrennung entstehen, durch eine gezielte Optimierung des Fraktionsabscheidegrades zu reduzieren.

Dieser Aspekt wurde bisher nicht hinreichend wissenschaftlich untersucht und war daher technisch noch nicht optimiert. Im Rahmen des Projekts wurde an wirtschaftlichen und leistungsfähigen Partikelabscheidern zur Ausrüstung von kleinen und mittleren Heizkesseln geforscht. Es wurden Partikelabscheider erprobt und bewertet, darauf aufbauend wurden Maßnahmen zur Weiterentwicklung erarbeitet und diese dann wiederum erprobt und bewertet. Durch das Projekt wurden die Fraktionsabscheidegrade marktverfügbarer Filteranlagen vermessen und Ansätze für deren Optimierung entwickelt.

Zu Beginn des Projektes erfolgte die Vorbereitung, Planung und Detailabstimmung des Versuchsprogramms. Die projektspezifischen Filtersysteme wurden in die Technika der Partner OTH und Fraunhofer UMSICHT integriert und an die bestehenden Feuerungen angeschlossen. Zur Ermittlung des Ist-Zustands der Partikelabscheidung der gewählten Filtertypen 1-3 wurden anschließend Feuerungsversuche unter Einbeziehung der vorhandenen Partikel- und Emissionsmesstechnik durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Versuche wurden umfassend ausgewertet und daraus Optimierungskonzepte erarbeitet, die Maßnahmen an den Filtern umgesetzt, in weiteren Versuchsreihen evaluiert und daraus Dimensionierungs- und Betriebsstrategien formuliert.

Der Abschlussbericht (Förderkennzeichen 22032614) steht auf der Seite der FNR zum Download zur Verfügung. (kew)

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