BioWasteStirling

Verstromung von biogenen Reststoffen mit einem wirbelschichtgefeuerten Stirlingmotor

01.09.2017

31.12.2020

FKZ-Nr.:

03KB122

Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Feldtesterprobung eines hocheffizienten, brennstoffflexiblen und skalierbaren KWK-Systems, bestehend aus einer Wirbelschichtfeuerung und einem Stirlingmotor. Damit soll der hohen Nachfrage nach Lösungen zur Verstromung von bisher ungenutzten Reststoffen entsprochen werden, für die aktuell keine technische Lösung verfügbar ist.

Bisher bleiben große Teile biogener Festbrennstoffe für die kleinskalige Stromerzeugung ungenutzt, da sie in derzeit verfügbaren Rostfeuerungen aufgrund der notwendigen hohen Verbrennungstemperaturen große Probleme bereiten. Die Nutzung von kleinsten Wirbelschichtfeuerungen für Mini-KWK-Konzepte erlaubt dagegen eine effiziente Kühlung der Feuerung mittels eines Stirlingmotors bei gleichzeitig vermiedener Verschmutzung von Wärmeübertragern. Aufgrund des dann geringen notwendigen Luftüberschusses ohne unzulässige Überschreitung von Ascheschmelztemperaturen bei gleichzeitiger Brennstoffflexibilität können hohe Feuerungswirkungsgrade erreicht werden.

KWK, Rest- und Abfallstoffe

Aufbau und Inbetriebnahme einer 5 kWel-KWK-Anlage in der Laborumgebung; Vorbereitung des Langzeitbetriebs bei den SWW mit dem Fokus auf Tests verschiedener biogener Brennstoffe; Untersuchung der Partikelabscheidung von Horizontalzyklonen; Last- und einsatzabhängige Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen, Bewertung des Nutzungspotenzial verschiedener Brennstoffe sowie Evaluierung des Marktpotenzials

Bereitstellung der notwendigen Infrastruktur für den Feldtest; Brennstoffaufbereitung für die Nutzung in der Kleinstwirbelschichtfeuerung, Bewertung der wirtschaftlichen und kontinuierlichen Nutzung der Brennstoffpotenziale im Versorgungsbereich der SWW auf Basis der Feldtestergebnisse

Bestimmung von Feinstaubemissionen inkl. Korngrößenverteilung an der Feldtestanlage in Abhängigkeit von Betttemperaturen, Luftzahl, Brennstoffstoff und Zustand des Bettmaterials

Ergebnisse auf einen Blick:

- Die Dauerlauffähigkeit der entwickelten Mikro-KWK-Pilotanlage, basierend auf einer Wirbelschichtfeuerung und einem Stirlingmotor, konnte im Feldtest bestätigt werden.
- Für die Nutzung von holzartigen Brennstoffen konnte ein elektrischer Wirkungsgrad bis zu 16% erreicht werden, der Brennstoffausnutzunggrad erreichte 85%.
- Für die Nutzung problematischer biogener Reststoffe konnten aus den Dauerversuchen Optimierungspotentiale und klare Handlungsempfehlungen abgeleitet werden, welche als Grundlage für die konstruktive Weiterentwicklung der Anlage dienen.
- Die Feinstaubmessungen und Dauerlaufversuche zeigen eine Abhängigkeit der Emissionen von dem Bettmaterialzustand. Eine Anpassung der Horizontalzyklonauslegung erlaubt die Ausschleusung von gealtertem Material und ein kontinuierliches Bettmaterialmanagement konnte entwickelt werden.
- Das Erosionspotential in der kleinskaligen Wirbelschichtfeuerung ist nach umfassenden Laborversuchen als gering einzustufen. Die Haupteinflussfaktoren dabei sind die Partikelgrößenverteilung und anliegende Fluidgeschwindigkeit.
- Insgesamt ist das Mikro-KWK-Konzept zukünftig vor allem für holverarbeitende Betriebe im Kleingewerbebereich und in der Landwirtschaft mit Reststoffnutzung interessant.