Untersuchungen zur Minderung der Partikelemissionen durch Elektroabscheider bei verschiedenen Abgasbedingungen von Biomassekleinfeuerungen

Abstract

Partikelabscheider dienen der Minderung von Partikelemissionen als Sekundärmaßnahmen bei Biomassekleinfeuerungen. Dafür wird unter anderem die Technologie der elektrostatischen Abscheidung eingesetzt. Im Zusammenspiel mit Feuerungsabgasen sind jedoch viele Zusammenhänge noch unklar. Dies betrifft vor allem den Einfluss der Abgasbedingungen auf das Abscheideverhalten der Elektroabscheider. Dies soll durch die vorliegende Arbeit mittels experimenteller Untersuchungen aufgearbeitet werden, um den Kenntnisstand zu erweitern und die Emissionsminderung bei Biomassekleinfeuerungen durch Elektroabscheider zu verbessern. Zuerst werden die Grundlagen zur energetischen Nutzung von holzartigen Brennstoffen in Kleinfeuerungen zur Wärmebereitstellung in Haushalten zusammengefasst. Dadurch werden die Rahmenbedingungen beschrieben, bei denen die Elektroabscheider eingesetzt werden. Danach werden die technischen Grundlagen für die Emissionsminderung durch Elektroabscheider beschrieben. Anschließend werden die methodischen Grundlagen und der Kenntnisstand zur Untersuchung und Bewertung von Abscheidern bei Biomassekleinfeuerungen erläutert. Zur Hinführung an den Hauptteil werden in den Voruntersuchungen ausgewählte einzelne Aspekte für den Einsatz von Abscheidern in Feuerungsabgasen bei Kleinfeuerungen betrachtet. Dies beinhaltet Berechnungen zum Einfluss der Auslegungsparameter auf den theoretischen Abscheidegrad auf Basis der Deutsch-Gleichung, eine Kurzstudie zum Einfluss verschiedener Abscheideflächen auf die Strömung in einem Elektroabscheider mittels Strömungsmodellierung und eine Untersuchung zum Einfluss der Heiztemperatur auf die Entstehung und Regeration von Rußschichten an einem Hochspannungsisolator mittels Verbrennungsversuchen in Feuerungsabgasen. Den Hauptteil der Arbeit stellen die experimentellen Untersuchungen von verschiedenen ausgewählten Einflüssen beim Einsatz von unterschiedlichen Kombinationen von Abscheidern und Feuerungen dar. Die Hauptmessgröße stellt die Gesamtstaubkonzentration in Rohgas und Reingas dar, wobei die Rohgaskonzentration die hauptsächliche Bewertungsgröße für das Emissionsverhalten der Feuerung darstellt. Hauptsächliche Bewertungsgröße für die Emissionsminderung durch den Abscheider ist der Abscheidegrad. Auszugsweise werden Partikelinhaltsstoffe und Korngrößenverteilungen bestimmt. Es kommen automatisch und manuell beschickte Feuerungen zum Einsatz und verschiedene Abscheider. Der Einfluss der Verbrennungsqualität wird an einem Pelletofen mit zweistufigem Kompakt-Elektroabscheider-Prototyp untersucht. Der Einfluss der Brennstoffart wird an einem Hackgutkessel mit gleichem Elektroabscheider untersucht. Der Einfluss zur Betriebsweise einer manuell beschickten Feuerung wird an einem Kaminofen mit mündungsbasiertem Elektroabscheider betrachtet. Der Einfluss der Verbrennungsphase wird an einem Kaminofen mit zweistufigem Stand-Elektroabscheider untersucht.