Forschung und Entwicklung
Brennstoffcharakterisierung und brennstoffspezifische Technologieentwicklung
Speziell wenn neue, bislang feuerungstechnisch noch unbekannte Biomasse-Brennstoffe in einer Feuerungsanlage eingesetzt werden sollen, bildet die feuerungstechnische und emissionstechnische Beurteilung von Brennstoffen eine grundlegende Basis für die Wahl/Entwicklung des eingesetzten Feuerungssystems, die Auslegung und technische Konzeption der Feuerungsanlage sowie die Wahl der zur Abgasreinigung einzusetzenden Sekundärmaßnahmen.
BIOS setzt zur Brennstoffcharakterisierung eine 3-Schritt Methodik ein.
- Schritt 1: Brennstoffbewertung auf Basis nasschemischer Analysen
- Schritt 2: Test bezüglich der thermischen Zersetzung sowie des Abbrandverhaltens in einer TGA und in einem speziell dazu entwickelten Laborreaktor
- Schritt 3: Testläufe, wahlweise an einer 180 kW Pilotfeuerungsanlage (Rostfeuerung mit Heißwasserkessel) oder einem Verbrennungsreaktor der an eine Drop-Tube gekoppelt ist.
Auf Basis dieser Analysen und Tests werden grundlegende Daten zum Abbrandverhalten eines Biomasse-Brennstoffes, zu den bei der Verbrennung auftretenden Emissionen (NOx, HCl, SO2, PCDD/F etc.) sowie zu aschenbedingten Problemen (Depositionsbildung, Verschlackung, Korrosion) erlangt, die direkt in die Konzeption einer entsprechenden, für den jeweiligen Brennstoff geeigneten, Feuerungsanlage einfließen.
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- Baumwollabfälle
- Switchgrass
- Spuckstoffe
- Stroh
- Olivenreste
- Altholz
- Miscanthus
- Rapspresskuchen
Entwicklung von Biomasse-Feuerungsanlagen
BIOS ist seit Jahren erfolgreich als Entwicklungspartner für Feuerungshersteller tätig. Die Arbeiten von BIOS reichen dabei von der
- Optimierung bestehender Feuerungskonzepte hinsichtlich spezifischer Zielsetzungen (z.B. Wirkungsgradsteigerung, Emissionsminderung) über die
- Entwicklung von Feuerungsanlagen für feuerungstechnisch problematische Biomasse-Brennstoffe (z.B. biogene Reststoffe aus der Industrie, neue Energiepflanzen) bis zur
- Unterstützung bei der Entwicklung neuer Produktserien.
BIOS deckt dabei den gesamten Leistungsbereich beginnend bei Kleinfeuerungen zur Raumwärmebereitstellung bis hin zu industriellen Großfeuerungsanlagen ab. Es werden sowohl CFD-gestützte Entwicklungsansätze (
CFD-Simulationen) als auch experimentelle Forschung und Entwicklung dabei eingesetzt.
- Serienentwicklung: KWB TDS Powerfire 150
- CFD-gestützte Feuerungsentwicklung: CO-Profile [ppmv] in der Symmetrieebene von Feuerung und Kessel einer 20 MWth Biomassefeuerungsanlage
Biomasse-Kleinfeuerungen
- F+E-Arbeiten bezüglich Pellet-, Hackgut- und Scheitholzkesselanlagen sowie bezüglich Kaminöfen.
- Adaptierung und Optimierung von bestehenden Biomasse-Kleinfeuerungskonzepten bezüglich Emissionsminderung, Wirkungsgradsteigerung und Verbreiterung des einsetzbaren Brennstoffspektrums.
- Entwicklung von neuen Feuerungstechnologien für Pellets, Hackgut und Stückholz.
- Entwicklung von neuen Produktserien für Biomasse-Kleinfeuerungshersteller.
Mittelgroße Feuerungen und Großanlagen
- Feuerungsentwicklung für konventionelle Biomasse-Brennstoffe (Hackgut, Rinde, Altholz, Stroh), „neue“ Biomasse-Brennstoffe (landwirtschaftliche Brennstoffe, Energiepflanzen) und Reststoffe aus der landwirtschaftlichen und der Lebensmittelindustrie (Kerne, Schalen, Schlempen, etc.).
- Problemstellenidentifikation durch Anlagenmonitoring und gezielte Testläufe mit begleitendem Messprogramm an bestehenden Feuerungsanlagen (Messungen, Anlagenmonitoring)
- Weiterentwicklung und Optimierung bestehender Feuerungskonzepte mit den Zielen Emissionsminderung, Wirkungsgradsteigerung und Reduktion aschebedingter Probleme (Depositionsbildung, Verschlackung Korrosion)
Emissionsreduktion
Optimierung bestehender Feuerungskonzepte und Entwicklung neuer Feuerungstechnologien hinsichtlich Minderung von CO-, org.C-, NOx-, Staub- und Feinstaubemissionen mittels Primärmaßnahmen für alle Leistungsklassen von Biomassefeuerungen.
- CFD-gestützte Technologieentwicklung und –optimierung (CFD)
- Experimentelle Forschung auf Basis von Testläufen und Messungen an Prototypen, Pilotanlagen und Großanlagen (Messungen)
Entwicklung und Optimierung von Sekundärmaßnahmen zur Emissionsminderung sowie deren Integration in Feuerungsanlagen:
- Filterentwicklung zur Feinstaubemissionsminderung.
- SNCR-Anlagen zur Minderung der NOx-Emissionen.
- CFD-gestützte Optimierung der Strömung in einem Elektrofilter: Stromlinien der Luft, eingefärbt nach der Verweilzeit [s], beginnend am Eintritt in den Filter
- Simulierte Molenbrüche von NH3 (rechts) und NO (links) in der vertikalen Symmetrieebene einer Rostfeuerungs-Pilotanlage und Vergleich mit Emissionsmessungen am Kesselaustritt
Regelungsentwicklung für Biomassefeuerungen
- Funktionsanalyse, Schwachstellensuche und Ausarbeitung von Optimierungsvorschlägen für bestehende Regelungskonzepte
- Entwicklung neuer Regelungskonzepte unter Einsatz innovativer Regelungstechnologien wie Fuzzy-Logic Bausteine oder modellbasierter Regelung für
- Holzöfen
- Biomasse-Kleinfeuerungen
- Biomasse-Großfeuerungsanlagen
- Struktur des mathematischen Modells einer Biomasserostfeuerungsanlage, das als Ausgangsbasis zur Reglerentwicklung dient
- Teststrecke zur Ermittlung der Messgenauigkeit unterschiedlicher Sensoren zur Bestimmung von Luft- und Rauchgasvolumenströmen
Entwicklungen von neuen und innovativen Biomasse-Kraft-Wärme-Kopplungstechnologien
Im Rahmen von nationalen und internationalen Forschungs- und Entwicklungsprojekten werden innovative Kraft-Wärme-Kopplungstechnologien für den Einsatz in dezentralen Biomassefeuerungen entwickelt und demonstriert.
- ORC-Prozess
- Dampfschraubenmotor-Prozess
- Stirlingmotor-Prozess
- Mikrogasturbinenprozesse
- ORC Modul in Containerbauweise (400 kWel) bei der Einbringung in eine Biomasse-Kraft-Wärme-Kopplungsanlage
- 35 kWel Pilotanlage auf Basis Stirlingmotor
- Dampfschraubenmotor (730 kWel) in der Biomasse KWK-Anlage Hartberg
- Biomasse-KWK-Anlage bestehend aus einer direkt mit Erdgas und indirekt mit Biomasse befeuerten 100 kWel Mikrogasturbine (MGT)
Aschenbedingte Probleme in Biomasse-Feuerungsanlagen
- Erarbeitung von Lösungen für brennstoff- und/oder anlagenspezifische Aufgabenstellungen:
- Ascheschmelzen und Verschlackungen
- Depositionsbildung
- Korrosion
- Staub- und Feinstaubemissionsreduktion
- Dazu werden eingesetzt:
- Anlagenmonitoring und Testläufe samt begleitendem Mess- und Analysenprogramm zur Problemidentifikation an bestehenden Feuerungsanlagen.
- Beurteilung und Charakterisierung von Aschen, Schlacken und Depositionen auf Basis von nasschemischen und elektronenmikroskopischen Analysen, Aschenschmelztests sowie thermodynamischen Hochtemperatur-Gleichgewichtsberechnungen zur Untersuchung des Aschenschmelzverhaltens.
- Ausarbeitung maßgeschneiderter Lösungskonzepte auf Basis der so erlangten Daten.
- Schlackenablagerungen bei der Verbrennung halmgutartiger Biomasse
- Depositionen an Überhitzerbündeln einer altholzbefeuerten Dampfkesselanlage
- Elektronenmikroskopische Analyse einer geschmolzenen Überhitzerdeposition (Element Mapping; Bildbreite: ca. 22 µm)
Entwicklung von Biogasanlagen
- Evaluierung neuer Substrate hinsichtlich deren Eignung für die anaerobe Vergärung
- Entwicklung von neuen Rühr- und Hochleistungsreaktorkonzepten für spezielle Substrate
- Technologieentwicklung für Gasreinigungs- und Gasaufbereitungsanlagen
- F+E-Arbeiten bezüglich Nutzungsstrategien für Gärreste
- UASB Pilotanlage - (UASB: upflow unaerobic sludge blanket)
- CSTR Pilotanlage - (CSTR: continuously stirred tank reactor)
Entwicklung von Biomassevergasungsanlagen
- Vergleich sowie technische und wirtschaftliche Bewertung verschiedener Biomassevergasungstechnologien als Grundlage für die richtige Technologieauswahl
- Evaluierung und Schwachstellenidentifikation bestehender Vergaserkonzepte sowie Weiterentwicklung und technische Optimierung
- Entwicklung neuer Vergasungstechnologien auf Basis CFD-gestützter Modellrechnungen und darauf aufbauenden Versuchsanlagen
Paper-Mandl-Fixed-Bed-gasifier-2009.pdf • (226.92 kB)Durchführung und Bewertung von Testläufen
- Durchführung von Anlagenmonitorings und Testläufen samt begleitenden Messungen und Analysen an Biomassefeuerungsanlagen (Versuchsanlagen, Pilotanlagen und Großanlagen) bezüglich unterschiedlicher feuerungstechnischer Fragestellungen wie
- Wirkungsgradoptimierung
- Emissionsreduktion
- aschenbedingte Problemstellungen
- als Vorbereitung für Optimierungsmaßnahmen im Rahmen einer Anlagenrevision
- zur Risikoabschätzung bei geplanten Erweiterungen des einsetzbaren Brennstoffsortiments
- Auswertung der Testläufe und, in Abhängigkeit der Fragestellung, CFD-gestützte Nachsimulation und Bewertung des Testlaufbetriebes
- Durchführung von Batch-Gärversuchen samt begleitenden Messungen und Analysen zur Beurteilung des Einsatzes neuer Substrate
- Durchführung von Anlagenmonitorings und Testläufen samt begleitenden Messungen und Analysen an Biogasanlagen zur
- Evaluierung des Anlagenbetriebs
- Schwachstellenidentifikation
- Betriebsoptimierung
- Feldmesseinsatz an einer Biomasse-Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage
- Gasprobenahme während eines Testlaufs an einer Biomasse-Versuchsfeuerungsanlage
BIOS-Forschung_Entwicklung-2009.pdf • (720.97 kB)