GVAGR-System

Gestufte Verbrennung mit Abgasrückführung und integrierter Abgasreinigung zur Schadstoffminderung und Effizienzerhöhung in automatisch beschickten Biomassefeuerungsanlagen zur thermischen Verwertung von biogenen und Restbrennstoffen

01.08.2018

31.05.2022

FKZ-Nr.:

03KB148

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll eine neue Heizkesseltechnologie (GVAGR-System) entwickelt und unter praxisnahen Betriebsbedingungen dauererprobt werden. Bei dem GVAGR-System handelt es sich um eine Technologie für automatisch beschickte Biomasseheizkessel auf Basis mehrstufiger Verbrennung mit einer integrierten Abgasrückführung. In dem GVAGR-System sollen die festen biogenen Brennstoffe zunächst in einem Vergasungsraum vergast werden, wobei die Vergasung nicht wie bei herkömmlichen Biomasseheizkesseln mit sauerstoffreicher Umgebungsluft, sondern durch eine innovative Abgasrückführung mit sauerstoffarmem Abgas erfolgt. Die Vergasung mit sauerstoffarmem Abgas hat den Vorteil, dass die Temperaturen im Glutbettbereich deutlich niedriger sind als bei den herkömmlichen Heizkesseln und die Bildung von vielen Schadstoffen (z. B. NOx, Dioxine und Furane), welche bei hohen Temperaturen und Konzentrationen an Sauerstoff in der Vergasungszone gebildet werden können, vermieden wird. Dank des hohen Übertragungspotentials, wodurch eine breite Anwendung des GVAGR-Systems erreicht werden kann, soll die thermische Nutzung von unterschiedlichen biogenen Rest- und Abfallstoffen mit hoher Flexibilität zukünftig deutlich ausgebaut werden.

Gemäß dem Klimaschutzplan in Deutschland soll die thermische Nutzung von Biomasse zukünftig deutlich ausgeweitet werden. Aufgrund des begrenzten Potentials von hochqualitativen Brennstoffen (z. B. von Buchen- und Fichtenhölzern) sollen vermehrt minderqualitative biogene Rest- und Abfallstoffe (beispielsweise Pferdemist, Gärest, Traubentrester usw.) für die Wärmebereitstellung eingesetzt werden. Ein Problem bei der thermischen Nutzung von vielen biogenen Abfall- und Reststoffen beruht darin, dass sie meistens eine ungünstige Elementarzusammensetzung haben (z. B. hoher Gehalt an Stickstoff, Schwefel und Chlor), wodurch hohe Konzentrationen an gefährlichen Schadstoffen wie beispielsweise Schwefeloxide, Stickstoffoxide, Dioxine und Furane usw. entstehen. Da für Biomasseheizkessel ab dem Jahr 2020 gemäß der Ökodesignrichtlinie 2009/125/EG deutlich strengere Grenzwerte für viele Schadstoffe wie z. B. für Stickstoffoxide (NOx) von 200 mg/m3 sowie für Feinstaub von 20 mg/m3 gelten, kann die thermische Nutzung von vielen biogenen und Reststoffen ohne entsprechende Gegenmaßnahmen stark eingeschränkt werden. Die Minderung der Schadstoffe kann entweder durch Primär- oder nachgeschaltete Sekundärmaßnahmen erreicht werden. Sekundärmaßnahmen bzw. nachgeschaltete Abgasreinigungen sind nicht nur technisch kompliziert, sondern auch mit hohen Anschaffungs- und Betriebskosten verbunden. Primärmaßnahmen wie beispielsweise die gestufte Verbrennung und Abgasrückführung zeigen ein großes Potential für eine simultane Minderung von staub- und gasförmigen Emissionen und werden in diesem Projekt erforscht.

Biomassefeuerung, Biomassevergasung, Validierung Marktpotenzial, Wärme, Rest- und Abfallstoffe

Das GVAGR-System mit einem geeigneten Versuchsregler soll im Fraunhofer IBP auf einem geeigneten Prüfstand gemäß DIN EN 304 und DIN EN 303-5 entwickelt und erprobt werden. Fraunhofer IBP übernimmt außerdem die Planungs-, Konzeptions- und Auslegungsarbeiten, die Durchführung der nötigen Verbrennungsversuche, die dazugehörigen Analysen und die Auswertung der Messergebnisse.

Die Hauptaufgaben der Firma HDG Bavaria GmbH umfassen hauptsächlich die Bereitstellung der Versuchsverbrennungsanlage sowie die Mitbetreuung der Praxisuntersuchungen mit dem Prototyp.

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Fraunhofer Institut für Bauphysik IBP

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