Angesichts der begrenzten Verfügbarkeit fossiler Brennstoffe, wachsender Klimaproblematik und rapid ansteigender Energiekosten müssen verstärkt alternative Einsatzstoffe für den Betrieb von energieerzeugenden Anlagen gefunden werden. Insbesondere die energetische Nutzung von fester Biomasse als Brennstoff ist eine wichtige Alternative zur Verbrennung fossiler Energieträger wie Gas, Öl oder Kohle. Während Konversionstechniken zur Verbrennung von Holz weitestgehend ausgereift sind, ist die Nutzung anderer Biomassen wie Reisstroh sowie ihr Einsatz in thermischen Anlagen weniger erprobt.
Will man feste Biomasse als Brennstoff verwenden, ist es wichtig, die chemischen und physikalischen Eigenschaften zu kennen. Diese haben nicht nur wesentlichen Einfluss auf die Art der Feuerung selbst, sondern auch auf die Art und Weise, wie der Brennstoff gefördert werden kann, auf die erforderliche Anlagenregelung, auf die nachgeschaltete Rauchgasreinigung und auf die Ascheverwertungsmöglichkeiten. Biomassebrennstoffe sind grundsätzlich als schwierige Brennstoffe einzustufen, wie die Erfahrungen – insbesondere im Hinblick auf die Energieumsetzungsdichte, das Zündund Ausbrandverhalten, die Verschlackungsgefahr und Korrosionserscheinungen – sowie ein Vergleich mit fossilen Brennstoffen zeigen. Vor allem die Verschlackungs- und Korrosionserscheinungen beeinträchtigen die Anlagenverfügbarkeit und damit die Wirtschaftlichkeit von Mono- oder Coverbrennungsanlagen für Biomassen.
Ein neues nach dem Flugstrom/Zyklon- Prinzip konzipiertes thermisches Verfahren, abgeleitet aus dem Calcinierungsprozess bei der Zementherstellung, stellt durch die eingesetzte Verfahrenstechnik eine Alternative zu den bisherigen Verfahren der industriellen Verbrennung von Stroh dar. Beim Flugstrom/ Zyklon-Prinzip wird in einer Brennstrecke bestehend aus Steigrohr und Zyklon flugfähig aufbereitetes Reisstroh oxidiert und mit der freigesetzten Energie im Rauchgas mittels eines nachfolgenden Dampfkraftprozesses Strom erzeugt. In Italien soll erstmals nach diesem Prinzip eine großtechnische Anlage zur thermischen Behandlung von Reisstroh mit einer Feuerungswärmeleistung von 50 MWth realisiert werden (siehe Blockschaltbild).
Um grundlegende Aussagen für das Verhalten des Brennstoffes Reisstroh in einer Großanlage zu erhalten und um abzuschätzen, ob das Flugstrom/Zyklon-Prinzip grundsätzlich für die Oxidation von Reisstroh geeignet ist, hat das Steinbeis-Transferzentrum Verfahrens-, Energie- und Umwelttechnik in Heilbronn eine Technikumsanlage konzipiert und gebaut, in der Verbrennungsversuche durchgeführt wurden. Diese Versuche sollten zum Verständnis des Prozesses beitragen und Probleme aufzeigen, die gelöst werden müssen.
Da bei diesem Verfahren viele Komponenten Stand der Technik sind, z.B. Abhitzekessel und Turbine, sollte nur der bisher unbekannte Teil des Flugstrom/Zyklon-Prinzips (Heißgaserzeugung, Aufbereitung und Zuführung von Reisstroh, Brennstrecke, Zyklon, Ascheaustrag, Regelung des Prozesses) gebaut und untersucht werden.
Durch zahlreiche Versuchsreihen wurden wichtige Erkenntnisse über das Verhalten des Brennstoffes Reisstroh in der Technikumsanlage gewonnen. Es konnte nachgewiesen werden, dass das Flugstrom/Zyklon- Prinzip grundsätzlich für die thermische Behandlung von Reisstroh geeignet ist. Es lassen sich Ausbrandgüten des Einsatzmaterials von kleiner 5% erreichen und CO-Abgaswerte, die nahe der Emissionsgrenzwerte von 250 ppm liegen. Der Prozess lässt sich über einen längeren Zeitraum stabil betreiben. Im Vergleich zu anderen Verfahren ist der Wartungsaufwand einer solchen Anlage wesentlich geringer einzuschätzen, da sich keine bewegten Einbauten im Brennraum befinden. Somit sind wesentliche Grundlagen für die Realisierung einer großtechnischen Anlage erzielt worden.
Prof. Dr.-Ing. Ewald Pruckner
Steinbeis-Transferzentrum Verfahrens-, Energie- und Umwelttechnik (Heilbronn)
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