Effizienzsteigerung der Brennstoffausnutzung bei Biomasse-Heizwerken durchKombination von Rauchgaskondensation, Wärmepumpe und Erdgas-BHKW

Abstract

Biomasse-Heizkessel in Nahwärmenetzen lassen einen signifikanten Anteil der erzeugten Wärme aus dem Kamin entweichen. Durch Rauchgaskondensation kann ein großer Teil der, im Rauchgas gebundenen, sensiblen und latenten Wärme zurückgewonnen und durch die Anlagenkombination von Wärmepumpe und BHKW wirtschaftlich nutzbar gemacht werden. In dieser Arbeit wird ein EXCEL-Simulationstool entwickelt, das, ausgehend von einer bestehenden Basiskonfiguration von Biomasse- und Spitzenlastkessel, die technische Auslegung und wirtschaftliche Optimierung für die Realisierung des Gesamtsystems ermöglicht. Die Berechnungen zeigen, dass unter Berücksichtigung der Ausgangsituation und bei geeigneter Verschaltung und Dimensionierung der einzelnen Komponenten ein wirtschaftlich tragfähiges Konzept entstehen kann. Positiv schlägt sich der reduzierte Holzbrennstoffeinsatz durch effizientere Nutzung des Energieinhalts, die Verringerung des Spitzenlastanteils, sowie die wirtschaftliche Eigenstromerzeugung durch das BHKW nieder. Die Problematik der Korrosion in der Rauchgaskondensationsanlage, die vor allem durch minderwertige Biomassequalitäten verursacht wird, kann materialtechnische Optimierung aufgefangen werden, wobei, im Gegensatz zu rein höherwertig metallischen Lösungen, die Email-Schutzschicht die technisch bei weitem langlebigste und wirtschaftlichste Alternative bietet.

A significant portion of the thermal energy of biomass plants in district heating networks escapes through the chimney. The condensation process allows therecovery of a huge percentage of sensible and latent heat within the flue gas,which can be converted by a combination of heat pump and combined heat and power unit to create economic benefits. In this thesis, an EXCELsimulation tool has been elaborated to allow, based on initial configuration of biomass and peak load heating vessel, the technical layout und economic optimization within the realization of the total concept. The calculations show that, in consideration of the conditions in the initial state, the adequate integration and dimensioning of the separate units leads to an economically successful system. Positive effects are based on the reduced input of biomass, through higher efficiency in energy yield, the decrease of peak load heat portion, as well as the economic supply in auxiliary power by the combined heat and power unit. Generally upcoming corrosion problems within the flue gas condensation unit, being caused by inferior biomass quality, can be solved by materials’ optimization, where enamel-covered steel pipes offers by far the best alternative concerning lifetime and cost compared to purely higher quality metal solutions.