carmen - Getreideheizung

Dr. R. Brökeland
Verbrennung von Stroh und
Getreide
– Rechtliche Bedingungen
und technische Möglichkeiten
Dr. Ruth Brökeland
C.A.R.M.E.N. e. V.
23. Oktober 2005
C.A.R.M.E.N.-Fachgespräch "Heizen mit Holz und
Energiepflanzen"
biomasse 2005, Straubing

Verbrennung von Stroh und Getreide - Rechtliche
Bedingungen und technische Möglichkeiten
Dr. R. Brökeland
1. Rechtliche Bedingungen
Rechtliche Situation
Ausnahmegenehmigungen
2. Brennstoffeigenschaften, Emissionen
Emissionsrelevante Inhaltsstoffe
Emissionen
Auswirkungen auf den Anlagenbetrieb
Technische Anforderungen u. Möglichkeiten
3. Feuerungsanlagen /–bauarten
Brennstoffformen
Bauarten verschiedener Feuerungsanlagen

Verbrennung von Stroh u. Getreide
Rechtliche Situation I
Verbrennung in Anlagen kleiner 100 kW FWL :
• 1. BImSchV (Kleinfeuerungsverordnung):
§ 3 Brennstoffe
8. Stroh oder ähnliche pflanzliche Stoffe
Erläuterungen:
Als stroh- oder strohähnliche Stoffe gelten Energiepflanzen,
z. B. Schilf, Elefantengras, Heu, Maisspindeln.
Dr. R. Brökeland
Getreide ist kein zugelassener Brennstoff nach der 1. BImSchV !
• Entscheidung über Zuordnung ist Ländersache !
• Stroh und Getreide dürfen nicht in Anlagen kleiner 15 kW eingesetzt
werden (Pelletöfen !)
• Staubgrenzwert 150 mg/m³, keine Begrenzung für NOx
• Änderung der 1. BImSchV steht bevor !
(Zulassung als Regelbrennstoff ? schärfere Grenzwerte ?)

Verbrennung von Stroh u. Getreide
Rechtliche Situation II
Verbrennung in Anlagen über 100 kW FWL :
Dr. R. Brökeland
• 4. BImSchV (Genehmigungsbedürftige Anlagen):
für Stroh u. ähnliche pflanzliche Stoffe gemäß Nr. 1.3
(Anhang der 4. BImSchV) gilt für Anlagen:
...ab 1 MW FWL
förmliches Verfahren,
...unter 1 MW FWL
vereinfachtes Verfahren
• erhöhter Aufwand für Genehmigung und Emissionsüberwachung
• Emissionsmessung, Anwendung der TA Luft:
Staubgrenzwerte: 50 mg/m³ kleiner 1 MW
20 mg/m³ größer oder gleich 1 MW
NOx-Grenzwerte: 0,50 g/m³ kleiner 1 MW
0,40 g/m³ größer oder gleich 1 MW
• Benennung von Stroh oder ähnliche pflanzliche Stoffe nach TA Luft:
z. B. Getreidepflanzen, Gräser, Miscanthus

Erteilung von
Ausnahmegenehmigungen
Dr. R. Brökeland
Ausnahmegenehmigung für dauerhaften Betrieb mit Getreide
muss z. B. beim Landratsamt eingeholt werden:
• Voraussetzungen: 1. BImSchV § 20 Zulassung von Ausnahmen
"Die zuständige Behörde kann auf Antrag Ausnahmen von den
Anforderungen der §§ 3 bis 11 und des § 18 (Ableitbedingungen
für Abgase) zulassen, soweit diese im Einzelfall wegen
besonderer Umstände durch einen unangemessenen Aufwand
oder in sonstiger Weise zu einer unbilligen Härte führen und
schädliche Umwelteinwirkungen nicht zu befürchten sind."
• Einhaltung der Emissionsgrenzwerte reicht nicht aus,
Immissionsverhalten in Nähe der Anlage wird mit betrachtet

Verbrennung von Stroh und Getreide - Rechtliche
Bedingungen und technische Möglichkeiten
Dr. R. Brökeland
1. Rechtliche Bedingungen
Rechtliche Situation
Ausnahmegenehmigungen
2. Brennstoffeigenschaften, Emissionen
Emissionsrelevante Inhaltsstoffe
Emissionen
Auswirkungen auf den Anlagenbetrieb
Technische Anforderungen u. Möglichkeiten
3. Feuerungsanlagen /–bauarten
Brennstoffformen
Bauarten verschiedener Feuerungsanlagen

Emissionsrelevante Inhaltsstoffe
naturbelassener Biobrennstoffe
Biobrennstoff
300
800
700
Nadelholz allg.
250
Laubholz allg.
600
200
Getreidestroh allg.
500
Rapsstroh
Getreideganzpflanzen
allg.
Roggenkörner
Weizenkörner
Triticalekörner
Rapskörner
Stickoxidemissionen
Staubemissionen (mg/m³)
(mg/m³)
Landschaftspflegeheu
allg.
konv. Wiesenheu
allg.
150 400
300
100
200
100 50
0
0
Heizwert (wf)
(kWh/kg)
ILK, Weizen
5,23
203
5,11
4,78
4,76
4,76
4,74
4,72
4,70
7,35
4,83
ILK, Weizen
4,74
ILK, Weizen
694
Aschegehalt
(wf) (%)
210
0,79
0,55
5,68
6,20
4,24
2,04
2,69
2,06
4,60
5,71
7,09
BLT, Weizen
253
ILK, Weizen
BLT, Mais
Erweichungspunkt
(°C)
1.398
1.265
1.273
1.061
Dr. R. Brökeland
wf = wasserfrei
aus Hartmann u. a. 2000: Naturbelassene biogene Festbrennstoffe – umweltrelevante Eigenschaften und Einflussmöglichkeiten
726
960
886
710
687
730
-
Foto: Brüggemann
918
N
(%)
0,14
0,49
0,47
0,84
1,16
1,91
2,28
1,68
3,94
1,14
1,26
LTW, Triticale
Cl
(mg/kg TS)
540
87
163
2.503
TA Luft-Grenzwert für Stroh u. ä. < 1 MW
4.668
1.807
863
426
692
-
3.112
7.588
S
(mg/kg TS)
234
402
737
2.703
TA Luft-Grenzwert für Stroh u. ä. >= 1 MW1. BImSchV
TA Luft-Grenzwert für Holzbrennstoffe
ILK Institut für Luft- und Kältetechnik, Dresden; LTW = Landtechnik Weihenstephan
ILK = Institut für Luft- und Kältetechnik, Dresden; BLT = Bundesanstalt für Landtechnik, Wieselburg; LTW = Landtechnik Weihenstephan
157
BLT, Gerste
130
LTW, Triticale
190
LTW, Triticale
230
1.370
1.058
1.025
1.067
1.000
1.581
1.650

weitere Aspekte / Auswirkungen
auf Anlagenbetrieb
Dr. R. Brökeland
• große Unterschiede bei unterschiedlichen Stroh- und
Getreidearten, -sorten und –herkünften
• Geruchsemissionen; andere, z. T. unangenehmere
Gerüche als bei Holzheizungen (Teillastbereich)
• Rapskörner brennen besser als andere Getreidearten,
verursachen aber noch stärkere Geruchsbelästigungen
• CO-Emissionsgrenzwerte werden problemlos eingehalten
• deutlich verminderte Kesselleistung im Vergleich zu
Holzbrennstoffen; Luftführung wird durch dichtere
Lagerung von Getreide, Ausputz u. ä. behindert

Technische Anforderungen I
Dr. R. Brökeland
• Brennstoffbereitstellung, -lagerung, -zuführung:
...seit langem in landwirtschaftlicher Praxis eingeführt, keine
technischen Schwierigkeiten
• Staubemissionen:
...können langfristig wahrscheinlich bei den meisten Anlagen nur
mit sekundären Entstaubungseinrichtungen eingehalten werden;
z. B. Gewebefilter, kleine Elektrofilter (erhöhte Investitionen !)
• Verschlackungen vermindern durch:
...Zugabe von Brandkalk (1 bis 2%)
...Einbau von Ascheschiebern (ständiges Bewegen der Asche)
...Wasserkühlung des Brennraumes (Vermeiden der Ascheschmelze)
• NOx-Emissionen:
...wirtschaftliche Entstickung bei Kleinanlagen nicht möglich

Technische Anforderungen II
Dr. R. Brökeland
• Chloremissionen:
...HCl wird augenscheinlich an Feinstaub adsorbiert
(Staubabscheidung !)
...Senkung des Brennstoffchlorgehalts durch chlorfreie Düngung
• Chlorkorrosion:
...Taupunktunterschreitung vermeiden,
höhere Kesselwassertemperaturen
...Einsatz von korrosionsbeständigem Material
• unterschiedliche Getreidequalitäten:
...Anpassungsmöglichkeiten bei Wechsel der Brennstoffqualitäten
und -mischungen wären sehr wichtig (Feuerungsregelung)
• Geruch:
...kein Betrieb im Gluterhalt
...Einsatz von Pufferspeichern
...eventuell Geruchsfilter (z. B. Biofilter)

Verbrennung von Stroh und Getreide - Rechtliche
Bedingungen und technische Möglichkeiten
Dr. R. Brökeland
1. Rechtliche Bedingungen
Rechtliche Situation
Ausnahmegenehmigungen
2. Brennstoffeigenschaften, Emissionen
Emissionsrelevante Inhaltsstoffe
Emissionen
Auswirkungen auf den Anlagenbetrieb
Technische Anforderungen u. Möglichkeiten
3. Feuerungsanlagen /–bauarten
Brennstoffformen
Bauarten verschiedener Feuerungsanlagen

• Strohvergaserkessel für Rundballen der Fa.
Brennstoffformen Herlt
von
• Anlagen für 85 bis 400 kW erhätlich
halmgutartigen • Beschickung über Frontlader Biomasse
Abmessungen
Lagerungsdichte
(kg/m³)
Feuerungstyp
(1) Unterschub-
(2) Vorschubrostfeuerung
Transporteignung
Brennraumbeschickung
nah
fern
Dr. R. Brökeland
• Auflösen von Ballen durch langsam laufende Messer-
/Schneidtrommeln, Vermeidung von Funkenbildung
• Vorteil: Zuführung der Häcksel über
Rundballen Quaderballen
Schnecken und
Pellets/
Verbrennung in Unterschub- und Rostfeuerungsanlagen
möglich
Häcksel
2 – 5 cm
65 - 80
-
--
(1) bis ca. 1 MW
(2) alle Bereiche
kontinuierlich
1,5 * 2,5 m
110 - 150
++
+
(1) Feuerung mit
Scheibenteiler
(2) Strohvergaser
(1) ab ca. 500 kW
(2) 85 bis 400 kW
chargenweise
1,2 * 1,3 * 2,4 m
150 - 200
++
++
(1) Zigarrenbrenner
(2) Feuerung mit
Scheibenteiler
ab ca. 3 MW
(1) kontinuierlicher
Vorschub
(2) chargenweise
Getreide
6 – 40 * 100
mm
400 - 600
++
++
Leistungsbereich
Pellet-
/Getreideanlagen
bis max.
500 kW
kontinuierlich
verändert nach Strehler 1988 und Hartmann u. Kaltschmitt 2002

Anlagenzahl und Kesselbauarten
(Stand Jan. 2003)
Dr. R. Brökeland
Ökotherm
• ca. 16 Anlagen für rieselfähige Brennstoffe (3*30 kW, 11*49 kW,
2*120 kW), 10 Anlagen für Brennstoffmix (2*30 kW, 6*49 kW,
2*120 kW) 2002 in Deutschland
• Compactkessel mit wassergekühlter Brennmulde u. Ascheschieber
Beispiel:
• Verbrennung von Rotschwingelausputz
• hoher Ascheanfall im Brennraum
• Schlacke- u. Kohlenstoffbrocken in der
Asche
Fotos:
Brökeland

Anlagenzahl und Kesselbauarten
(Stand Jan. 2003)
Dr. R. Brökeland
BAXI
• ca. 200 Stück in Bayern, keine Angabe wie viele mit Getreide betrieben
werden
• Typprüfung mit Getreide für Multi Heat-Kessel beim TÜV Österreich
Bilder:
www.baxi.dk

Anlagenzahl und Kesselbauarten
(Stand Jan. 2003)
Passat
• ca. 12 Stück in Deutschland (4 SH, 3 Nds, 5 NRW)
• Magazinkessel (Edelstahlbrennschale, geringe Brennstoffauflage,
seitliche Wasserkühlung)
• werden seit einigen
Jahren erfolgreich in
Dänemark eingesetzt;
keine Korrosion
Brennstoffmagazin
Rachgasstutzen
Wärmetauscher
mit
Wirbulatoren
Dr. R. Brökeland
Brennkammer
Brennstoffschieber
Kesselsteuerung
Aschekasten
Bilder:
www.passat.dk

Fa. Reka (Dänemark)
Dr. R. Brökeland
•Verbrennung von Getreide
•beweglicher Treppenrost
•hoher Ascheanfall
•unvollständig verbranntes Material
Fotos:
Brüggemann

Anlagenzahl und Kesselbauarten
(Stand Jan. 2003)
Gerlinger
• 10 Stück in Betrieb, keine nennenswerte Probleme, Kalkzugabe
• im Bereich von 10 bis 130 kW verfügbar
• Typprüfung mit Getreide beim TÜV Österreich
Dr. R. Brökeland
Fotos: Brökeland
Graphik: www.biokompakt.com

Neuentwicklung...
Dr. R. Brökeland
Fa. Agroflamm: Kesseltyp Agro 40
für Holzpellets u. Agrarbrennstoffe (Strohpellets, Getreide, Grüngutpellets)
Bilder: Werner Boos

Funktionsweise Agro 40
Dr. R. Brökeland
Brennschale, Flammrohr u.
Ausbrandglocke aus
korrosionsbeständigem
Si-Carbid;
hoher Strahlungskoeffizient
Wasser Vorlauf
Wasser Rücklauf
Brennstoff
Abgas
Luft:
Sekundär-
Primär-
Nachver-
brennungs-
Wärmetauscher aus
korrosionsbeständigem
Edelstahl mit automatischer
Abreinigung
1. Verbrennungsstufe:
Trocknung u. Entgasung bei
hoher Temperatur;
übrig bleibt Kohlenstoffgerüst
der Getreidekörner
2. Verbrennungsstufe:
Oxidation des Kohlenstoffs bei
verminderter Temperatur; übrig
bleibt sauber ausgebrannte Asche
Asche
automatische Entaschung

Aussagen zu Agro 40
Dr. R. Brökeland
Agroflamm, Agro 40
• Neuentwicklung mit zwei Verbrennungsstufen
• Förderpreis für Nachwachsende Rohstoffe 2004 in Nordrhein-
Westfalen
• hohe Ausbrandgüte: lange Ausbrandstrecke durch dreifache
Umlenkung der Brenngase
• sehr geringe Staubemissionen: < 50 mg/Nm³ (alle Brennstoffe)
• keine Schlackebildung durch bewegte Teile in Brennschale und
im unteren Brennstoffbett (und verminderte Temperatur)
• automatische Zündung
• Leistung bei
...Holzpellets 50 kW
...Agrarbrennstoffen (Strohpellets, Getreide, Grüngutpellets) 40 kW
• kein Teillastbetrieb bei Strohpellets u. Getreide, Pufferspeicher !
• Prüfstandsmessung mit Agrarbrennstoffen ist vorgesehen

Fazit
Dr. R. Brökeland
• Stroh- u. Getreideverbrennung ist
technischen noch nicht so weit
entwickelt wie Holzverbrennung
• Probleme sind technisch lösbar
• höhere Investitionen als bei
Holzfeuerungsanlagen
• großes Potential vorhanden