abscheidung von feinstaub aus ...ausführung der filter in taschenform •funktionsweise...

Abscheidung von Feinstaub aus Biomassekleinfeuerungsanlagen mit Tiefenfiltern

Prof. Dr.-Ing. Peter Quicker, Dipl.-Ing. Daniel Wohter

Lehr- und Forschungsgebiet Technologie der Energierohstoffe

RWTH Aachen University

FNR Vortragsveranstaltung Biomasseheizungen 2015

AGRITECHNICA

11. November 2015 in Hannover


Peter Quicker | Daniel Wohter

FNR Vortragsveranstaltung Biomasseheizungen 2015 | 11.11.2015 in Hannover

Inhalt

2 von 29

I. Projektüberblick

II. Phase 1

i. Grundlagenuntersuchungen

ii. Prototypenentwicklung

III. Phase 2

i. Langzeittests

ii. Überführung in die Serienreife

Projektüberblick




Entwicklungshistorie Feinstaubfilter

7 von 29

Phase 1 06/2011 – 05/2013

• Ansatz

Feinstaubabscheidung durch

Tiefenfiltration

Entwicklung Prototyp

• Ergebnis

Installation und Erprobung erster

Prototypen in der Praxis

Sicheres Einhalten der Grenzwerte

der 2. Stufe 1.BimSchV

• Team

Phase 2 11/2014 – 10/2016

• Ziel

Markfähigkeit

• Erweiterung Projektkonsortium





Projektziele bei Entwicklungsbeginn

8 von 29

• Entwicklung eines Staubabscheiders auf Basis der Tiefenfiltration





Filterprinzipien

8 von 29

Quelle: https://www.groz-beckert.com

Tiefenfiltration (Deposition) Oberflächenfiltration (Abreinigung)





Projektziele bei Entwicklungsbeginn

8 von 29

• Entwicklung eines Staubabscheiders auf Basis der Tiefenfiltration

Sehr niedriger Reingaskonzentration

Sichere Deposition

• Angestrebte Eigenschaften

Hohe Staubabscheideleistung

Kostengünstig in

- Anschaffung und Montage

- Betrieb und Wartung

Betriebssicher auch bei Störungen (z.B. Schwarzfall) keine Blockade Rauchgasweg

Leicht integrierbar in vorhandene Feuerungen und Bausubstanz

Hohe Beladung – akzeptable Filterwechselintervalle

• Untersuchung anorganischer Fasern und Naturfasern

Grundlagenuntersuchung und Prototypenentwicklung

1. Projekthase




Grundlagenuntersuchungen

Filtermaterialien

10 von 29

• Glaswolle

Temperaturbeständig

Chemisch inert

Feuchteunempfindlich

Faserdurchmesser 3 bis 6 µm

Preisgünstig

• Naturfasern

Temperaturbeständigkeit ungenügend

Ausreichende Stabilität gegenüber saurem Rauchgaskondensat

(Baumwolle und Flachs)

Deutlich gröbere Fasern im Vergleich zu Glaswolle

Glaswolle

Baumwolle

Hanf





Naturfasern

11 von 29

Alpaka

Baumwolle Hanf

(Textilstoff)

Heidschnucke Herdwick

Shropshire Scottish Blackface

Merino Rhön

Leinen Hanf

(Dämmstoff)

0 50 100

Baumwolle

Hanf (Dämmstoff)

Hanf (Textilstoff)

Leinen

Heidschnucke

Herdwick

Merino

Rhön

Scottish Blackface

Shropshire

Alpaka

Faserdurchmesser (Mittelwert)





Thermische Beständigkeit von Naturfasern

11 von 29

• Achttägige thermische Belastung jeweils 8 Stunden pro Tag

Baumwolle

Flachs

Wolle (Rhön)

25 °C 170 °C 200 °C 230 °C





Teststand

12 von 29

P-1 P-1

G-1 M

P-3

TI

E-2 E-2 E-2

V-1

P-1

P-1 P-1

FI

P-2

E-1

PDI

P-2 P-2

P-2 P-2 P-2

TI

FI

TI

FI

XI XI XI

FITI

P-1

PDI PDI

XI

F-1

P-1





Teststand

12 von 29





Staubeinlagerung im Glaswollefilter – Technikum

13 von 29

Rohgas

4 c

m





Staubgehalte im Reingas – Glaswollefilter Technikum

15 von 29

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Rohg

as

15 m

m

15 m

m

20 m

m

25 m

m

25 m

m

25 m

m

25 m

m

25 m

m

25 m

m

25 m

m

25 m

m

50 m

m

50 m

m

50 m

m

50 m

m Filt

erf

lächenbela

stu

ng [

m³/

(m²·

min

)]

Sta

ub

ge

ha

lt [

mg

/m³ i

.Tr.

, 13 V

ol-

% O

2]

Stärke Glaswolle

Reingasstaubgehalte Filterflächenbelastung




Entwicklung des Prototyps

Auslegung

18 von 29

• Konzept

Staubabscheider als Kaminaufsatz

Keine Behinderung des natürlichen Rauchgaswegs

Ausführung der Filter in Taschenform

• Funktionsweise

Radialventilator saugt Rauchgas durch Filtertaschen

Wechsel der Filtereinheit nach Beladung

• Parameter

Filterfläche: 1 bis 2 m²

Max. Differenzdruck: 4 mbar





Aufbau der Prototypen

19 von 29

a

b

c

d

• Strömungsführung

Blau: Rauchgasweg im Regelbetrieb

Rot: Rauchgasweg bei einer Störung

• Abmessung ca. 0,5 x 0,5 x 0,5 m





Filtereinheiten des Prototyps

20 von 29





Staubgehalte im Reingas – Glaswollefilter Praxistest

21 von 29

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Filt

erf

läch

en

be

lastu

ng

[m

³/(m

²·m

in)]

Sta

ub

ko

nze

ntr

atio

n [m

g/m

³ i.T

r., 13 V

ol-%

O2]




Zwischenfazit

Fazit Projektphase 1

22 von 29

• Filtermaterial

Naturfasern im angestrebten Temperaturbereich ungeeignet

Glaswolle prinzipiell geeignetes Filtermedium

• Erfolgreiche Praxistests

• Hoher Abscheidungsgrad > 95 %

• Staubkonzentrationen unter 1 mg/m³ im Reingas möglich

• Patentanmeldung

Projekthase 2

Überführung in die Serienreife




Phase 2

Projektziele

25 von 29

• Weiterentwicklung Steuerung

• Konstruktive Optimierung

Vereinfachter Medienwechsel

Kostenreduktion

Optik

• Standzeit

Optimaler Reglungsalgorithmus

Erhöhung der Filteroberfläche

Erhöhung des Staubaufnahmevermögens

• Praxistests

Identifizierung der Filterwechsel- und Wartungsintervalle

Nachweis Langzeitstabilität




Phase 2

Filtermaterial

26 von 29

• Verbesserung Staubaufnahmefähigkeit

Screening weiterer Filtermaterialien

Erprobung asymmetrischer Mehrschichtfilter

Einfluss Konstruktion und Strömungsführung




Phase 2

Aktueller Stand

26 von 29

• Untersuchung weiterer Filtermedien

(Material und Bauform)

Abscheidung abhängig von

Anströmung

Partikelgröße

Porosität Filter

Faserstärke…

• Überarbeitung Konstruktion & Steuerung

• Praxistest Winter 1015/16

an rund 10 Standorten

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Prof. Dr.-Ing. Peter Quicker

RWTH Aachen University

52056 Aachen

www.teer.rwth-aachen.de

abscheidung von feinstaub aus ...ausführung der filter in taschenform •funktionsweise...

Documents