Zukunftsweisende Technologie

Thermische Reststoffbehandlung in der Wirbelfeuerung

• Prof. Dr. Peter Quicker
• Eva Hamatschek

Reststoffe und Abfälle sind aus Gründen des Klimaschutzes und der Ressourcenverknappung in zunehmendem Maße auch für dezentrale Anlagen als Energieträger interessant. Diese Brennstoffe stellen aufgrund ihrer Zusammensetzung – hohe Stickstoff-, Schwefel- oder Chlorgehalte, große Ascheanteile mit zum Teil niedrigen Ascheschmelzpunkten – jedoch hohe Ansprüche an die Feuerungstechnik. Vor diesem Hintergrund wurde gezielt die Wirbelfeuerung entwickelt. Zentrale Forderungen bei der Konzeptionierung waren maximale Flexibilität und Robustheit. Die Feuerung arbeitet mit einem fluidisierten Brennraum nach dem Prinzip eines Umlaufreaktors. Die Auslegung der Versuchsanlage erfolgte mit Hilfe numerischer Simulationsrechnungen und eingehender strömungstechnischer Versuche mit einem Plexiglasmodell im 100 kW-Maßstab. Der Prototyp der Wirbelfeuerung (100 kW), der am ATZ Entwicklungszentrum erprobt und optimiert wurde, konnte die Erwartungen voll erfüllen. Bisher wurden Holzhackschnitzel und -pellets, Gärreste, Laubpellets, Pyrolysekoks, Klärschlamm und hochkalorische Ersatzbrennstoffe erfolgreich verbrannt. Die Feuerung zeigte dabei ein stabiles Betriebsverhalten und hohe Flexibilität bezüglich Brennstoffzusammensetzung, -korngröße und Feuchte sowie hinsichtlich des Aschegehaltes und Heizwertes. Die Glühverluste der Aschen lagen stets unter 1,5 %. Hervorzuheben ist die Möglichkeit zur Stickoxidreduktion mittels gestufter Verbrennung. Im Versuch mit Gärresten konnten die NO_x-Emissionen hierdurch von ca. 600 mg/m³N auf unter 200 mg/m³N gesenkt werden.

In consideration of climate protection and the shortage of resources residual material and waste is getting more and more interesting for decentralised plants. These fuels demand a great deal of the firing system because of their composition – high nitrogen, sulphur or chloride contents and high proportion of ash with partly low ash melting points. Considering this background the “fluidized fuel incinerator” was developed. The main receivables of the conceptual design were maximum flexibility and robustness. The firing system consists of a fluidized combustion chamber according to the recycle reactor system. The construction of the pilot plant was based on numerical simulations and detailed fluidic experiments on an acrylic glass model on a scale of 100 kW. The pilot plant of the „fluidized fuel incinerator“ (100 kW), tested and optimized at ATZ Entwicklungszentrum, could completely meet the expectations. Wood chips, wood pellets, digested residue, foliage pellets, pyrolysis coke, sewage sludge and high calorific refused derived fuels have been combusted successfully so far. The firing system shows a stable operating behaviour and high flexibility concerning composition, humidity and particle size as well as ash content and heating value of the fuel. The loss on ignition of all ashes was under 1,5 %. The possibility of nitrogen reduction via staged combustion is to mention as a special feature of this firing system. In the experiments with digested residue the NO_x emissions could be reduced from 600 mg/m³N to 200 mg/m³N.

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