Das Voll-Brennwertsystem für Biomasse aus Hackgut mit höchster Energieeffizienz

Ein Gewinn für den Betrieb und die Umwelt, der sich rechnet.

Die Rauchgasabwärme – Nutzenergie aus der Voll-Brennwerttechnik

Bei der Verbrennung von Holz mit Luft – Sauerstoff entstehen Rauchgase mit latenter und fühlbarer Wärme. So ist z.B. 1 kg Wasser bei einer Lufttemperatur von 25 °C mit einer Energie von etwa 2450 KJ (680 Watt) im gasförmigen Zustand gespeichert. Diese Verdampfungsenergie von Wasser kann durch Kondensation bzw. Kühlung wieder freigesetzt bzw. genutzt werden.

Das Potenzial der Nutzenergie aus der Rauchgaskondensation ist durch den Wassergehalt der Rauchgase bei der Holzverbrennung in Abhängigkeit vom elementaren Wasserstoffgehalt im Holz, vom Wasser aus der Feuchtigkeit des Holzes und dem Wassergehalt aus der Feuchtigkeit der Verbrennungsluft bestimmt.
Im feuchtgesättigten Rauchgas sind bei einer Taupunkttemperatur von 53 °C etwa 100 g Wasser pro m3 – Rauchgas enthalten. Bei der Abkühlung der Rauchgase durch Kondensation unterhalb der Taupunkttemperatur wird die Verdampfungsenthalpie des Wassers als latente Wärme verfügbar.

Die Energie aus dem Holz ist daher entscheidend abhängig von der chemischen Brennstoff-Zusammensetzung  bzw. vom Heizwert und dem Brennwert.

Die chemischen Hauptbestandteile des trockenen Nadelholzes sind etwa 51 % C,  42 % O2, 6 % H2 und ca. 1 % Mineralstoffe.

Der Heizwert von Holz wird durch folgende Aufwendungen gasförmiger H2O –  Verdampfungs-enthalpien  beeinflusst:

• Wasser aus der Feuchtigkeit im Holz

• Wasserbildung bei der Verbrennung von H2 im Holz

• Wasser aus der Feuchtigkeit der Verbrennungsluft

Der Heizwert (Hu – untere Heizwert) ist somit die maximal nutzbare Wärmemenge – ohne  Nutzung der Verdampfungsenthalpie bzw. Kondensation des im Rauchgas enthaltenen Wasserdampfes – in Bezug auf die eingesetzte Brennstoffmenge.

Der Brennwert (Ho – oberer Heizwert) ist gegenüber dem Heizwert um die Wärmemenge  höher, die für die Verdampfung des Wasser benötigt wird.

Der Brennwert, ist also der Energieinhalt  der H2O-Verdampfungsenergie, die durch die Kondensation der Rauchgase bzw. durch die latente & sensible Wärmerückgewinnung in geeigneten Wärmetauscher wieder im KD-Trockner nutzbar gemacht wird.

Der Heizwert des Holzes ist vom Wassergehalt und von der Dichte der Holzarten abhängig.

Erntefrisches Hackgut bei 50 % Wassergehalt führt zu biologische Abbauprozesse wie  Trockensubstanz – Masseverlust durch Mikroorganismen – Selbsterwärmung und Vermoderung bei gefährlicher Pilzbildung.  Für die Lagerfähigkeit des Hackgutes soll mindestens die Feuchte von 25 % im Holz  gegeben sein.

Der Heizwert für absolut trockenes Nadelholz – Gemisch und mittlerer Stückgut – Größe von G30 & G50.

Hu = 5,28 KWh/kg – atro (absolut trocken) =  857 KWH/ Srm

Ho = 5,66 KWh/kg – Brennwert für Holz durch die Verdampfungsenthalpie derWasserbildung aus H2-Verbrennung im Holz

Aus dem Vollbrennwert der Rauchgasabwärme (Ho) wird daher die höchste erzielbare Energieeffizienz zur Erzeugung der Trocknungsluft im Glasrohrwärmetauscher für den KD-Trockner genutzt.

Das wirtschaftliche Kombisystem der Biomasse – Brennwertnutzung

Die Energienutzung des Brennwertes (Ho) durch Kondensation der Rauchgase in einem Brennwertkessel von  Heizöl- und Erdgas-Feuerungsanlagen ist Stand der Technik.

So sind durch den Kondensationswärmegewinn – Differenz zwischen Heizwert (Hu) und Brennwert (Ho) bekanntlich Energieeinsparungen von 6 % bei einer Heizölfeuerung und 11 % bei einer Erdgasfeuerung
erzielbar, sofern die Nutzenergie des Brennwertes durch vollständige Kondensation bei 25 °C  über Wärmetauscher genutzt wird.
Die Verwertung der Kondensationswärme z.B. Rücklaufanhebung, Warmwasserbereitung setzt in der Praxis eine weitgehende Niedertemperatur unter z.B.  60 °C voraus.

Ansonsten kann die Energie aus der Rauchgaskondensation nur zum Teil genutzt werden und ist aus wirtschaftlichen Gründen in der Sommer- und Übergangszeit außer Betrieb.

Das neu entwickelte Kombisystem der Vollbrennwert – Rauchgaskondensation zur ganzjährigen Erzeugung der Trocknungsluft (Sommer & Winter) im Glasrohrwärmtauscher  ermöglicht den vollständigen Energiegewinn aus der Rauchgaskondensation zur Heizwertsteigerung des Hackgutes im KD-Trockner.

Hierbei wird die latente & sensible Rauchgasabwärme und die feucht – warme Abluft aus dem KD-Trockner zusammengeführt und vermischt gemeinsam vollständig kondensiert.

Die Außenluft im Sommer bei 30 °C und im Winter bei -10 °C wird durch vollständige Energienutzung bei Vollbrennwert – Rauchgaskondensation bis auf etwa max. 80 °C erwärmt. Bei zu hoher Trocknungslufttemperatur verflüchtigen sich ansonsten auch die heizwertreichen pyrogenen Gassubstanzen im Holz. (ÖNORM EN ISO 18123)

Bei sanfter – schonender Trocknung des erntefrischen Hackgutes kann bei einem doppelten Heizwertgewinn im KD-Trockner  eine Einsparung von Energie – Hackgut, Betriebsstrom (weniger Rauchgas und Verbrennungsluft) und CO2-Emissionen  bis zu  35 % erzielt werden.

Mit der Nutzung EU-weit patentierten Erfindung des KD-Trockner für Hackgut kann nun die Energieverschwendung von Holz zur Wasserverdampfung bei der Energiegewinnung gestoppt und die CO2-Emissionen zur Einhaltung des Klimaschutzes reduziert werden.

Die Technik der Rauchgaskondensation zur Reduktion von Feinstaub – Aerosole – Emissionen in Biomasse Heiz- & Kraftwerke (Feinstaubkiller)

Die Vollbrennwert-Nutzung zum Trocknen von Hackgut im KD-Trockner ist gleichzeitig  auch ein Gewinn für den Umwelt- & Klimaschutz durch die Reduktion von Emissionen, der sich rechnet.

Dieser resultiert durch – die Reduktion der Emissionen von Feinstaub & Aerosole bis zu 90 % durch den zusätzlich integrierten Rauchgaswäscher im Glasrohrwärmetauschersystem

Mit dem Kondensat abgeschiedene Feinstäube werden verstärkt mit einer Düsenrohr – Sprühreinigung in die Auffangwanne abgeführt. Das in den Absetzbecken gereinigte Kondensatwasser wird wieder für die Glasrohrreinigung der Wärmetauscher verwendet (Wasserkreislauf). Je nach Erfordernis und behördlicher Auflage wird das überschüssige Kondensat nach einer möglichen Neutralisation in das öffentliche Kanalsystem  oder Gewässer abgeführt. Der Schlamm aus abgesonderten Feststoffen ist in Zeitabständen durch Abpumpen zu entsorgen.

Zusätzliche CO2-Reduktion durch Brennstoffeinsparung bis zu 35 %

Die Investitionen für die Vollbrennwert – Rauchgaskondensation und die Reduktion von Emissionen durch die Steigerung des Heizwertes im Hackgut im Einsatz von Biomasse – Heiz- & Kraftwerke ist daher kein belastender Kostenfaktor für die Umwelt, sondern ein Gewinn für den Betrieb bei  kurzer Amortisation der Investitionen.

Das ökonomische – effiziente – technische Energiekonzept des KD-Trockner hat somit eine Doppelfunktion  >  Aktiver Umweltschutz durch Emissionsreduktion & Brennstoffeinsparung

Mit der weitgehende Reduzierung der Emissionen von Feinstäuben & Aerosole bei der Verbrennung von Hackgut in Biomasse – Heiz- & Kraftwerke ist die Problematik der Feinstaubemissionen gelöst.

Für den aktiven Umweltschutz werden somit mehrere ökologische und wirtschaftliche Ziele gleichzeitig erreicht.

1. Einsparung von Brennstoff aus Hackgut durch die Erhöhung des Heizwertes sowie des Betriebsstrom bei höheren Anlagenwirkungsgrad
2. Reduktion von CO2-Emissionen bei gleicher Energieleistung der Verbrennung und Einsparung von Betriebsstrom