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- Original title:
- Umweltrelevante Einflüsse bei der thermischen Nutzung fester Biomasse in Kleinanlagen
- Original subtitle:
- Schadstoffemissionen, Aschequalität und Wirkungsgrad
- Translated title:
- Environmental influences of the thermal biomass use in small scale heating systems
- Translated subtitle:
- pollutant emissions, ash quality and efficiency
- Author:
- Launhardt, Thomas
- Year:
- 2002
- Document type:
- Dissertation
- Faculty/School:
- Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan
- Advisor:
- Hartmann, H. (Dr.agr.)
- Referee:
- Schön, Johann (Prof. Dr. Dr. h. c.); Hein, D. (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)
- Format:
- Text
- Language:
- de
- Subject group:
- ERG Energietechnik, Energiewirtschaft; UMW Umweltschutz und Gesundheitsingenieurwesen
- Keywords:
- Biobrennstoff; Dioxin; Getreideganzpflanze; Gesamtkohlenstoff; Kohlenwasserstoffe; Halmgut; Heu; Holz; Kleinfeuerungsanlage; Partikelgrößenverteilung; Pellet; Pflanzennährstoffe; polychlorierte Benzole; polychlorierte Phenole; polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe; Rapspresskuchen; Schwermetalle; Staub; Stickstoffoxide; Stroh; Verbrennung; Wassergehalt; Wirkungsgrad; polychlorierte Dibenzo-p-dioxine; polychlorierte Dibenzofurane
- Translated keywords:
- biofuel; dioxin; whole plant grain; total organic carbon; hydrocarbons; herbaceous fuels; hay; wood; small scale furnace; particle size distribution; pellet; plant nutrient; polychlorinated benzenes; polychlorinated phenols; polycyclic aromatic hydrocarbons; rape seed expeller; heavy metals; dust; nitrogen oxide; straw; combustion; water content; efficiency; polychlorinated dibenzo-p-dioxins; polychlorinated dibenzofurans
- Controlled terms:
- Biomasse Brennstoff Abgasemission; Biomasse Brennstoff Kleinfeuerungsanlage Abgasemission
- TUM classification:
- ERG 780d; UMW 213d; UMW 214d; UMW 223d; UMW 224d; UMW 227d; UMW 242d; UMW 536d
- Abstract:
- In der vorliegenden Arbeit wurden unterschiedliche land- und forstwirtschafliche Brennstoffe (Holz, Stroh, Getreideganzpflanzen, Heu, Rapspress-kuchen) und deren Aufbereitungsformen (Häckselgut, Pellets) praxistypisch an einer Kleinfeuerungsanlage (50 kW) untersucht. Weitere Einflussgrößen waren der Wärmeleistungsbereich (30 bis 100 % der Nennwärmeleistung) sowie der Brennstoffwassergehalt. Zielgrößen für die Beurteilung waren die Emissionen von Kohlenstoffmonoxid (CO), Staub, Gesamtkohlenstoff (Gesamt-C) und Stickstoffoxiden (NOx), die Partikelgrößenverteilung des Staubes, die Emissionen von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK), chlorhaltigen Schadstoffen (Dioxine und andere) und Schwermetallen sowie der Wirkungsgrad der Feuerungsanlage. Zusätzlich wurden eine Reihe von Qualitätsmerkmalen im Brennstoff und in den Aschen (Nähr- und Schadstoffgehalte, einschließlich Schwermetalle, Chlor, Dioxine, PAK) betrachtet. Unterschiede zwischen den landwirtschaftlichen Brennstoffen und Holz bestanden vor allem bei den Staub- und NOx-Emissionen. Letztere waren mit circa 330 bis 480 mg pro Nm3 (Normkubikmeter bei 13 % Sauerstoffgehalt) beim Halmgut (Stroh, Ganzpflanze, Heu) um den Faktor 2 bis 3 höher als beim Holz. Staub lag mit circa 170 bis 250 mg/Nm3 sogar um etwa das 3- bis 5-fache höher. Der Feinstaub (aerodynamischer Durchmesser, dae < 10 µm) hat mit circa 65 bis 95 % den höchsten Anteil an der gesamten Staubemission; bei Halmgut setzt sich die Feinstaubfraktion sogar größtenteils aus Korngrößen des Submikronbereiches (dae < 1 µm) zusammen. Die Emissionen von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen sind eng mit den CO- und Gesamt-C-Emissionen korreliert, wobei auch hier die Einjahrespflanzen-Brennstoffe Nachteile gegenüber Holz aufweisen. Die am CO-Ausstoß gemessene Verbrennungsqualität scheint jedoch keine wesentliche Auswirkung auf das Niveau des Ausstoßes von Dioxinen (PCDD/F) zu haben. Dafür ist vor allem der Chlorgehalt im Brennstoff entscheidend. Er bewirkte, dass das PCDD/F-Emissionsniveau, das bei der Holzverbrennung bei circa 51 pgTE/Nm3 lag, bei den Halmgutbrennstoffen um bis zu 17fach höher war. Diese Brennstoffwirkungen lassen sich jedoch nicht ohne Wei-teres auf die anfallenden Aschen (gemessen wurden Feuerraum-, Wärmeübertrager und Kaminaschen) übertragen. Insgesamt zeigt sich, dass bei allen betrachteten Nicht-Holzbrennstoffen bei der Mehrzahl der Parameter ein erhöhtes Schadstoffbildungsrisiko besteht, welches weitergehende Emissionsminderungsmaßnahmen erforderlich erscheinen lässt.
- Translated abstract:
- In the present investigation various forestry and agricultural fuels (wood, straw, whole plant grain, hay, rape seed expeller) in different treatments (chopped, pelleted) were investigated under practical conditions in a small-scale multi-fuel furnace (50 kW). Additionally, power range (30 to 100 % of the nominal power output) and fuel moisture effects were investigated. Target values were the emissions of carbon monoxide (CO), dust, total organic carbon (TOC) and nitrogen oxides (NOx), the size distribution of dust particles, the emission of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), harmful substances containing chlorine (dioxins and others) and heavy metals, as well as the efficiency of the furnace. Additionally, a number of quality characteristics in fuels and ashes were considered (plant nutrient concentrations and harmful substances such as heavy metals, chlorine, dioxins and PAH). Differences between agricultural crops (herbaceous fuels) and wood were mainly observed for NOx- and dust emissions. The latter ranged between 330 and 480 mg/m3 (at standard flue gas conditions and 13 % oxygen), which is around 2 to 3 times higher than for wood. Dust emissions were approximately 170 to 250 mg/m3 for herbaceous fuels, which is even 3 to 5 times higher than for wood. The fine dust particles (aerodynamic diameter, dae < 10 µm) has the highest share of the total dust in the flue gas (65 to 95 %); with herbaceous fuels, these fine dust emissions are even mainly below the sub micron fraction (dae < 1 µm). The emissions of PAH are closely correlated to CO and TOC emissions. Here the disadvantages of fuels from annual crops compared to wood fuel clearly show. The quality of combustion as shown by the CO-emission level does not seem to have an effect on the output level of dioxins (PCDD/F). This proves that the content of chlorine in the fuel is crucial. The results for the PCDD/F-emission of herbaceous fuels are approximately 17 times higher than for wood fuel, which ranged around 51 pgTE/m3. However, these fuel effects cannot easily be transferred to the quality of the accumulated ashes, which were differentiatedly measured for three fractions, the combustion chamber, the heat exchanger and the chimney fraction. Generally it can be concluded, that for the majority of the para-meters all regarded non-wood fuels are associated with a largely higher risk of pollutant formation, therefore particular action for emission reduction should be taken.
- Publication :
- Universitätsbibliothek der TU München
- WWW:
- https://mediatum.ub.tum.de/?id=603299
- Date of submission:
- 21.01.2002
- Oral examination:
- 29.07.2002
- File size:
- 2736350 bytes
- Pages:
- 216
- Urn (citeable URL):
- https://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss2002072910025
- Last change:
- 27.06.2005
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