Effektiv optimiert

Der Autor: Christian Wolf, Dipl.-Ing. (FH) Holztechnik, Maihingen, in Zusammenarbeit mit Prof. Dr.-Ing. Horst Kreimes, FH Rosenheim

Nach jahrelanger manueller Feuerungstätigkeit hatte sich der Inhaber einer kleinen Schreinerei mit drei Mitarbeitern 1985 zur Beschaffung einer Kleinfeuerungsanlage mit 150 kW Leistung entschlossen. Durch das Inkrafttreten der 1. Bundesimmissionsschutzverordnung (1988) wurden jährlich wiederkehrende Messungen für die Anlage notwendig. Die Untersuchung durch den Kaminkehrer brachte die Ernüchterung: Die Anlage erreichte einen Messwert für Kohlenmonoxid (CO) von 2,1 g/m³. Dem stand ein deutlich geringerer Grenzwert von lediglich 500 mg/m³ gegenüber. Erfolglos auch das Nachfassen beim Hersteller der Anlage, der sich in dieser Problematik als wenig kompetent und schließlich als insolvent erwies. Die Verantwortung für die Anlage lag von diesem Zeitpunkt an in vollem Umfang beim Betreiber. Alle Versuche, die Anlage ordnungsgemäß zu betreiben, scheiterten. Der Anlagenbetrieb wurde in den Folgejahren von den Behörden nur noch geduldet.

Am Anfang der Projektbearbeitung (Projektdauer: zwei Heizperioden) stand eine Zielanalyse. Dabei wurde herausgearbeitet, dass das wichtigste Ziel für den Betreiber der reibungslose Betrieb der Anlage sowie die Einhaltung der vorgeschriebenen Grenzwerte ist. Zudem ist auf eine Minimierung der Investitionskosten, Versorgungssicherheit (Anlagenverfügbarkeit) und die Betriebskosten zu achten.

Die Anlage präsentierte sich zum Projektbeginn in einem betriebsfähigen und gut gewarteten Zustand. Allerdings waren die Spuren aus 15 Heizperioden unübersehbar. Die Kesselanlage besteht aus den Komponenten Austragung, Vorofen (Reaktor) und Wärmetauscherkessel. Eine Untersuchung des Vorofens ergab, dass die Anlage keinem bekannten Feuerungstyp zugeordnet werden konnte. Abbildung 1 zeigt die schematische Anordnung der Anlagenteile. Ein Rührwerk entnimmt die Resthölzer in Form von Spänen (mittlere Korngröße 10 mm) und fördert sie über eine Trogschnecke in eine Zellenradschleuse. Anschließend beschickt eine Stokerschnecke den Brennraum. Mittels eines Saugzuggebläses werden die heißen Verbrennungsgase aus dem Vorofen in den Wärmetauscherkessel zum Ausbrand angesaugt, verbrannt, die Energie auf das Kesselwasser übertragen, das Rauchgas vom Staub gereinigt und schließlich über den Kamin an die Umgebung abgegeben. Zunächst wurde die Luftführung innerhalb des Brennraums rekonstruiert. Es stellt sich heraus, dass der Zustand, vor allem des Reaktors, als mangelhaft zu bezeichnen ist und die schlechten Messwerte sowohl auf konstruktive Fehler als auch auf den Zeitverschleiß zurückzuführen sind.

Zusätzlich wurde in der Analysephase eine Energiebilanz für das gesamte Gebäude und alle gewerblichen Verbraucher erstellt. Ergebnis war, dass die Anlage zu ca. 30 Prozent überdimensioniert war und Kapazitäten bereitstellt, die trotz durchgeführter Erweiterungen nie in Anspruch genommen werden.

Die Anlagensanierung wurde nun in zwei Stufen vereinbart. Ziel der ersten Stufe war es, durch Verändern der Anlagenparameter die Verbrennungswerte zu optimieren. Anschließend sollten in einer zweiten Stufe notwendige Anlagenteile ausgetauscht werden.

Abbildung 2 zeigt die Verbrennungswerte in Verbindung mit den Beschicktakten vor der Sanierung. Auffällig war die Abhängigkeit von Spänezuführung und Messwert. Dies konnte auf die Steuerung der Anlage (Schalttakt = alle Fördereinrichtungen in Betrieb, Pausentakt) zurückgeführt werden. Folgende Maßnahmen wurden aus den Messungen abgeleitet und realisiert:

• Exakte Einstellung der Brennstoffmenge auf den tatsächlichen Energiebedarf

• Entkoppelung der Anlagenteile in der Beschickung

• Erhöhung des Verhältnisses Schalttakt/Pausentakt soweit sinnvoll und möglich

• Anpassung der Luftmenge (Primärluft, Sekundärluft) auf die zugeführte Brennstoffmenge.

Diese Maßnahmen erweisen sich als erfolgreich. Durch die Erhöhung des Verhältnisses Schaltzeit/Pausenzeit entstand eine wesentlich gleichmäßigere Verbrennung. Entkoppelung von Rührwerk und Trogschnecke sorgte für eine Vergleichmäßigung der Brennstoffzuführung. Außerdem schlagen Störungen in der Aufschüttung der Späne im Bunker nicht mehr auf die Verbrennung durch.

Auch die Abgasmessung bestätigte den Erfolg der Maßnahmen: Die Anlage unterschritt erstmals die vorgeschriebenen Werte. Durch den Erfolg der ers-ten Stufe wurden in der zweiten Stufe folgende Maßnahmen vereinbart:

• Ersatz des Vorofens (Beschaffung einer neuen Brennkammer)

• Installation eines Frequenzumformers für die Trogschnecke (maßgebliche Beschickschnecke) zur weiteren Erhöhung des Verhältnisses Schalttakt/Pausentakt und zur Verlängerung der Schaltzeiten

• Inbetriebnahme der neuen Anlagenteile.

Bei der Beschaffung des neuen Reaktors wurde das Modell B2 (WVT Bioflamm) ausgewählt. Mit ca. 80 kW ist das Gerät ausreichend groß dimensioniert. Als vorteilhaft erwies sich die Ähnlichkeit zum bestehenden Gerät. Dadurch wurden keine wesentlichen Änderungen in der Anlagengeometrie erforderlich.

Nach der Umsetzung aller Maßnahmen zeigt die Inbetriebnahmemessung folgendes Bild: Alle Verbrennungswerte befinden sich in einem nahezu idealen Bereich. Mit einem durchschnittlichen Messwert CO von 90 mg/m³ liegt das Ergebnis bei nur noch einem Neuntel des zulässigen Wertes für diese Anlagengröße (800 mg/m³).

Durch den hohen Anteil an Eigenleistungen des Kesselbetreibers konnten die Investitionskos-ten auf rund 12 000 Mark begrenzt werden. Im Hinblick auf die Versorgungssicherheit und den Anlagenbetrieb konnte, durch die Reduzierung der Nennwärmeleistung im Vorofen, der Wirkungsgrad der Anlage auf ca. 92 Prozent erhöht werden.

Durch die konsequente, projektbezogene Vorgehensweise und die systematische Untersuchung der Ursachen für eine schlechte Verbrennung, konnte aus dem ‘Problemfall’ Heizung mit sehr geringem Investitionsaufwand eine moderne Energiezentrale entwickelt werden. In Verbindung mit der Energiebilanzierung aller Verbraucher kann nun das Energiekonzept des Betriebes überarbeitet werden.

Die bisherige Vorgehensweise, bei einer Unterdeckung mit Spänen Öl zuzufeuern, wird somit in Frage gestellt. Durch die Beschaffung eines Shredders und die Abnahme von Resthölzern vom Markt kann sogar ein deutlicher Beitrag zur Reduzierung von Heizkosten und zur Schonung von Ressourcen erreicht werden.

Die beschriebenen Maßnahmen zur Sanierung einer Kesselanlage sollen lediglich die Methodik aufzeigen und dürfen nicht als Rezept angesehen werden. Grund-sätzlich bedarf jede Anlage einer individuellen Lösung. Die beschriebene Vorgehensweise ist unabhängig vom Grenzwert und kann grundsätzlich auch dann sinnvoll sein, wenn die niedrigeren Grenzwerte des Entwurfs der Novelle der TA Luft greifen sollten. o