Fraunhofer untersucht Elektrofilter für Biomassefeuerungen

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Foto: Fraunhofer UMSICHT

Staub, Feinstaub, Ultrafeinstaub… Wie effizient arbeiten elektrostatische Abscheider für Biomassefeuerungen?

Die mittleren Fraktionsabscheidegrade der untersuchten Elektrofilter für Biomassefeuerungen liegen zwischen 60 und 90 Prozent. Im Partikelbereich zwischen 0,2 bis 0,3 µm sinkt die Abscheideleistung je nach Filtertyp auf ca. 45 Prozent bzw. knapp unter 30 Prozent. Durch Optimierungen konnte der Fraktionsabscheidegrad in diesem Bereich deutlich verbessert werden. Das sind die Ergebnisse aus dem vom BMEL über die FNR geförderten Projekts „FRESBI“, das von Fraunhofer UMSICHT zusammen mit der OTH Amberg-Weiden und der Firma Schräder nun abgeschlossenen wurde.

Im Projekt FRESBI »Optimierung der Fraktionsabscheidegrade elektrostatischer Staubabscheider beim Einsatz in Biomassefeuerungen« wurde an zwei grundlegenden Fragen geforscht: Wie wirksam sind marktverfügbare, elektrostatische Abscheidersysteme, insbesondere für Feinstaub der Partikelgrößen PM 2,5 und für Ultrafeinstaub mit Partikeln unter 0,1 µm? Und wie können die Abscheidegrade in den relevanten Bereichen verbessert werden?

Die Projektpartner ermittelten dafür die Abscheideleistung marktverfügbarer elektrostatischer Filter an Biomassefeuerungen mit 40 kW, 100 kW und 440 kW. Im niedrigen Leistungsbereich (bis 40 kWth) kam der OekoTube-Inside der Firma Oekosolve, im mittleren (50 bis 150 kWth) die Filterbox S und im großen (200 – 800 kWth) die Filterbox 2K der Firma Schräder zum Einsatz.

Gemessen wurde die Partikelgrößenverteilung im Roh- und Reingas mithilfe eines Kaskadenimpaktors (Dekati® Low Pressure Impactor) und dem Scanning Mobility Particle Sizer von TSI. Die Staubgehalte im Abgas wurden in Anlehnung an VDI-2066-1 ermittelt sowie mit gängigen „Kaminkehrermessgeräten“. Als Brennstoff kamen Holzhackschnitzel und Miscanthus-Pellets zum Einsatz. Prof. Dr. Stefan Beer von der OTH Amberg-Weiden sagt zur Messtechnik: „Hochspannend war der Vergleich der Messverfahren bei den verschiedenen Abscheidern in den unterschiedlichen Leistungsbereichen. Hier haben wir teilweise deutliche Unterschiede beobachtet.“

Einhaltung der Grenzwerte in allen Leistungsbereichen

Einer der getesteten Elektrofilter im Fraunhofer Projekt: Filterbox-S der Firma Schräder (Foto: Fraunhofer UMSICHT)

Gemittelt über alle getestete Geräte lag der Fraktionsabscheidegrad zwischen 60 und 90 Prozent, zum Teil darüber. Die Grenzwerte lassen sich damit in allen Leistungsbereichen zuverlässig einhalten. Im Feinstaub-Bereich, mit Partikelgrößen von 0,2 – 2 μm ist allerdings bekannt, dass Elektro-Filter etwas schwächer wirken, da sowohl für die Diffusionsaufladung (Partikel zu groß) als auch für die Feldaufladung (Partikel zu klein) keine optimalen Bedingungen vorliegen. Für ausgewählte Abscheider (OekoTube-Inside und Filterbox S) wurden daher Optimierungsmaßnahmen umgesetzt. „Gemeinsam haben wir nach Möglichkeiten gesucht, den kritischen Bereich zu optimieren. Ziel war es durch verschiedenen Maßnahmen wie beispielsweise Verbesserungen in der Steuerung oder einer Anpassung der Elektrodenformen die Abscheidung zu verbessern“, sagt Martin Meiller, Leiter der Forschungsgruppe Energie aus Biomasse und Abfall von Fraunhofer UMSICHT.

Nach der Modifikation durch die Anlagenhersteller wurden erneute Messungen vorgenommen, mit dem Ergebnis, dass z.B. für die Filterbox S die Fraktionsabscheidegrade im kritischen Bereich deutlich verbessert werden konnten. Jan Kramb von der Firma Schräder ist zufrieden: „Die Messungen zeigen, dass unsere Filter auch bei sehr feinen Partikeln effizient arbeiten. Das war uns als Hersteller sehr wichtig und das ist auch eine wichtige Botschaft für unsere Kunden. Die Ergebnisse geben uns wichtige Impulse für die zukünftige Ausrichtung unserer F&E-Aktivitäten.“

Quelle: Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT