Heizen mit Wasserstoff-Erdgas-Gemischen - Solar-Wasserstoff ...
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Das <strong>Solar</strong>-<strong>Wasserstoff</strong>-Projekt in<br />
Neunburg vorm Wald<br />
Schriftenreihe <strong>Solar</strong>er <strong>Wasserstoff</strong><br />
Wärme Nr. 7<br />
Erschienen in ENERGIE, Jg. 45, Nr. 6, Juni 1993<br />
<strong>Heizen</strong> <strong>mit</strong> <strong>Wasserstoff</strong>- <strong>Erdgas</strong>- <strong>Gemischen</strong><br />
Neunburg vorm Wald: erste Versuchsergebnisse aus der Phase 1<br />
K.Hoelzner<br />
A. Szyszka<br />
Abb. 1: Die beiden Versuchskesselanlagen im Heizungsraum links ist die <strong>mit</strong> dem Oxidanten<br />
Sauerstoff arbeitende Kesselanlage 1 zu sehen und rechts, <strong>mit</strong> geöffneter Fronttür,
Zusammenfassung<br />
Im Rahmen der Phase 1 des vom<br />
Bundesministerium für Forschung und<br />
Technologie (BMFT) und Bayerischen<br />
Staatsministerium für Wirtschaft und<br />
Verkehr (BStMWV) geförderten Projekts<br />
der <strong>Solar</strong>-<strong>Wasserstoff</strong> -Bayern GmbH<br />
(SWB), an der <strong>mit</strong> 60 % die Bayernwerk<br />
AG und zu je 10 % die BMW INTEC<br />
Beteiligungs GmbH, Deutsche<br />
Aerospace AG, Linde AG und Siemens<br />
AG beteiligt sind, wurden in Neunburg<br />
vorm Wald in der Oberpfalz zwei<br />
Gasheizkesselanlagen aufgestellt.<br />
In diesen Anlagen können <strong>Wasserstoff</strong>,<br />
<strong>Erdgas</strong> und <strong>Wasserstoff</strong>-/<strong>Erdgas</strong>-<br />
Gemische <strong>mit</strong> Luft oder Sauerstoff<br />
umgesetzt werden. Die Möglichkeit der<br />
Zumischung von <strong>Wasserstoff</strong> zu <strong>Erdgas</strong><br />
erlaubt den Übergang von der bisher<br />
vornehmlich fossil ausgerichteten<br />
die <strong>mit</strong> Luft arbeitende Kesselanlage 2<br />
Beschreibung der Gasheizkesselanlagen<br />
Versorgung gängiger<br />
Gasheizkesselanlagen in eine mögliche<br />
<strong>Wasserstoff</strong>-Versorgung zu<br />
untersuchen.Durch die Ausführung als<br />
Brennwertkessel kann bei<br />
Taupunktunterschreitung im Kessel der<br />
im Abgas enthaltene Wasserdampf<br />
ganz oder teilweise kondensieren,<br />
wo<strong>mit</strong> gegenüber herkömmlichen<br />
Anlagen ohne Brennwertnutzung eine<br />
Steigerung der Energieumsetzung um<br />
bis zu 18 % möglich ist.<br />
In diesem Bericht wird vorrangig der<br />
Einsatz von Luft als Oxidant<br />
beschrieben, da hier die Umstellung<br />
von konventionellen, nicht <strong>mit</strong><br />
Sauerstoff arbeitenden<br />
Gasheizkesselanlagen auf die<br />
Versorgung <strong>mit</strong> <strong>Wasserstoff</strong> dargestellt<br />
werden soll.<br />
Die Autoren berichten über den Stand<br />
der Untersuchungen im März 1993.<br />
Die Gasheizkesselanlagen in Neunburg vorm Wald wurden von den Firmen Buderus<br />
Heiztechnik GmbH und G. Kromschröder AG geliefert und sind in die Heizzentrale der <strong>Solar</strong>-<br />
<strong>Wasserstoff</strong>-Anlage eingebunden (Abb.1). Der Heizungsraum wurde bewußt gemäß gängiger<br />
Haustechnik, d. h. ohne Ex-Schutz-Vorkehrungen, konzipiert. Im Heizungsraum sind zur<br />
Detektion brennbarer Gase zwei Sensoren installiert , bei deren Ansprechen alle Kessel<br />
automatisch ausgeschaltet werden, und die Brenngaszufuhr in den Heizungsraum<br />
unterbrochen wird. Zusätzlich wird der Raum durch einen Kohlenmonoxid-Sensor überwacht.<br />
Bei Ansprechen der Sensoren wird optisch und akustisch im Heizungsraum und in der Warte<br />
der <strong>Solar</strong>-<strong>Wasserstoff</strong>-Anlage alarmiert sowie die Ventilatorkapazität der Raumlüftung<br />
verdoppelt.<br />
Abb. 1 zeigt die beiden Versuchskesselanlagen. Links ist die <strong>mit</strong> dem Oxidanten Sauerstoff<br />
arbeitende Kesselanlage 1 zu sehen und rechts, <strong>mit</strong> geöffneter Fronttür, die <strong>mit</strong> Luft<br />
arbeitende Kesselanlage 2.<br />
Die beiden Anlagen sind trotz der unterschiedlichen Oxidanten fast gleich aufgebaut und<br />
benutzen gemeinsam nur eine Prozeßautomatisierungsanlage Picas M und eine<br />
Analysenstation. Die Analysenstation besitzt umfangreiche Abgasme ßeinrichtungen (O2, CO,<br />
NO, NOx) der Firma Hartmann & Braun AG zur Bestimmung der Emissionen. Es ist nur<br />
jeweils eine Kesselanlage in Betrieb, die über die Prozeßautomatisierungsanlage im<br />
Heizungsraum gesteuert wird (Abb. 2). Über die Leittechnik der <strong>Solar</strong>-<strong>Wasserstoff</strong>-Anlage die<br />
<strong>mit</strong> der Prozeßautomatisierungsanlage verbunden ist, kann die Kesselleistung gesteuert<br />
werden.<br />
Die Bedienung der Gasheizkesselanlage erfolgt durch das Betriebspersonal nach den<br />
Vorgaben der Versuchsingenieure. Mit den installierten umfangreichen Meßeinrichtungen<br />
steht ein Prüfstand nach DIN 4702, Teil 2, zur Verf ügung, <strong>mit</strong> dem alle benötigten<br />
Kenngrößen bestimmt werden können.
Abb. 2: Kesselanlage 2, Brenngasmischanlagen, Analysenstation,<br />
Prozeßautomatisierungsanlage Picas M (von links nach rechts)<br />
Abb. 3 zeigt die <strong>mit</strong> Sauerstoff als Oxidant arbeitende Kesselanlage 1, bestehend u.a. aus<br />
Brenngasmischanlage, Vorspülluftzuf ührung, Brenner, Brennwertkessel und Heizungsanlage.<br />
Die Kesselanlage 2 arbeitet <strong>mit</strong> Luft als Oxidant und ist in Abb. 4 schematisch dargestellt.<br />
Abb. 3: Kesselanlage 1 - Oxidant Sauerstoff
Abb. 4: Kesselanlage 2 - Oxidant Luft<br />
Die beiden Brennwertkessel sind je für 20 kW thermische Leistung in einem Vorlauf-/<br />
Rücklauftemperaturbereich des Heizungswassers von 40/30 bis 70/50 °C ausgelegt. Die<br />
Einstellung dieser Temperaturen kann stufenlos <strong>mit</strong> der Prozeßautomatisierungsanlage<br />
erfolgen. Bei beiden Kesseln handelt es sich um Standardmodelle <strong>mit</strong> obenliegender<br />
Brennkammer, abgeleitet von dem Brennwertkessel der Ausf ührung Logana-Ecomatic-plus<br />
der Firma Buderus.<br />
Unterhalb der Brennkammer befindet sich die Nachschaltheizfläche, am Kesselboden die<br />
Kondensatwanne (siehe Abb. 1, rechts). Zum Schutz gegen das anfallende korrosive<br />
Kondensat sind die da<strong>mit</strong> in Berührung kommenden Teile des Kessels emailliert . Die beiden<br />
Brenner sind Prototypen der Firma Kromschröder . Sie können H2-/<strong>Erdgas</strong>-Gemische<br />
zwischen 5 und 95 Vol.% verarbeiten sowie in fester Einstellung beide Einzelbrenngase. Mit<br />
allen genannten Brenngasen kann die Kesselleistung stufenlos zwischen 8 und 20 kWth<br />
(Kesselanlage 1) bzw. 6 und 20 kWth (Kesselanlage 2) variiert werden. Die dazu<br />
erforderlichen Brenngasmischanlagen wurden von der Firma Kromschröder entwickelt und<br />
gebaut [2]. Die Brenner sind auf die frontseitig angebrachten Kesseltüren montiert. Dem<br />
Brenner gegenüber an der Rückseite des jeweiligen Kesselinnenraums ist eine UV-Sonde zur<br />
Flammenüberwachung installiert (siehe auch Abb. 1).<br />
Die Heizungsanlagen der Kessel sind <strong>mit</strong> je einem Dreiwegemischer als Stellglied für die<br />
Regelung der Rücklauftemperatur des Heizungswassers ausgerüstet (siehe Abb. 3 und 4).<br />
Wird der eingestellte Sollwert der Rücklauftemperatur unterschritten, wird warmes<br />
Vorlaufwasser zugemischt. Diese Regelung wurde installiert , um die Prüfstandsbedingungen<br />
<strong>mit</strong> konstanten Vor- und Rücklauftemperaturen zu ermöglichen und so<strong>mit</strong> unter stationären<br />
Bedingungen die Kenngrößen der Kesselanlagen aufzunehmen (Feuerungsleistung,<br />
Kesselleistung, Kondensationsgrad, Wirkungsgrad , Luftverhältniszahl, Emissionen). Die<br />
Steuerung des Dreiwegemischers übernimmt die Prozeßautomatisierungsanlage, in die auch<br />
der Sollwert für die Rücklauftemperatur eingegeben wird.<br />
Die Mengenregelung des Heizungswassers erfolgt von Hand durch Drosselung des<br />
Volumenstroms auf der Druckseite der Pumpe in der Heizungsanlage. Die Erfassung der<br />
Meßdaten erfolgt durch die Prozeßautomatisierungsanlage, welche die Daten an die<br />
Leittechnik der <strong>Solar</strong>-<strong>Wasserstoff</strong>-Anlage weiterleitet. Sie werden dort archiviert und können<br />
ausgewertet werden. Der Kondensatmassenstrom wird durch Auslitern <strong>mit</strong> einem<br />
Meßzylinder erfaßt.<br />
Die Beschaffenheit des in Neunburg vorm Wald benutzten <strong>Erdgas</strong>es entspricht der<br />
Spezifikation "Waidhaus" <strong>mit</strong> 96,94 - 98,74 Vol.-% CH4, 0,44 - 1,84 Vol.-% C2 bis C4, 0,8 -<br />
1,09Vol.-% N2 und einem Gesamt-Schwefelgehalt von < 8mg/Nm . Der Wobbe -Index ist<br />
14,54 - 14,88 kWh/Nm . Die in der <strong>Solar</strong>-<strong>Wasserstoff</strong>-Anlage <strong>mit</strong>tels Wasserelektrolyseuren<br />
erzeugten Gase <strong>Wasserstoff</strong> und Sauerstoff haben eine Reinheit von 99,9 Vol.-%, der<br />
jeweilige Fremdgasanteil ist z.B. 10vppm O2 in H2 bzw. H2 in O2. H2O ist enthalten <strong>mit</strong>
3vppm und KOH <strong>mit</strong> 1 vppm. Der durchschnittliche Stickstoffanteil - resultierend aus<br />
Inertisierungsvorgängen bei Wartungsarbeiten - im <strong>Wasserstoff</strong> liegt derzeit bei 50 vppm und<br />
im Sauerstoff bei 130 vppm. Beide N2-Werte befinden sich im zulässigen Rahmen der SWB-<br />
Spezifikation ( 500 vppm N2 in H2 und 10.000 vppm N2 in O2).<br />
Betriebserfahrungen<br />
Der bisher etwa einjährige Betrieb der Gasheizkesselanlage verlief überwiegend problemlos.<br />
Folgende Schwierigkeiten seien genannt: An der Kesselanlage 2 ergab sich eine<br />
Einschränkung des Betriebsbereichs. Denn diese Kesselanlage lie ß sich <strong>mit</strong> Brenngas-<br />
<strong>Gemischen</strong>, die weniger als 50 Vol.-% H2 enthielten, insbesondere bei niedrigen<br />
Kesselleistungen (< 10 kWth), nicht mehr auslegungsgemäß betreiben. Weiterhin konnte der<br />
Regelbereich der Luftverhältniszahl Lambda nicht immer eingehalten werden. Die Ursache für<br />
diese Störung war eine Fehlfunktion des Verhältnisdruckreglers zwischen Brenngas und Luft.<br />
Nach dem Einbau eines neuen Reglers durch die Firma Kromschröder traten die Störungen<br />
nicht wieder auf.<br />
In der Analysenstation wurde eine nachträgliche Änderung der Analysenreihenfolge<br />
durchgeführt. Die in Reihe geschalteten Analysatoren werden nacheinander durchströmt.<br />
Ursprünglich wurde zuerst der NO-Gehalt im Abgas bestimmt, dann der CO- und schließlich<br />
der O2-Gehalt. Um auch den NO2-Gehalt im Abgas zu erfassen, wird in 5-minütigem<br />
Rhythmus vor dem NO-Analysator ein Konverter durchstr ömt, der NO2 in NO umwandelt.<br />
Nach Durchstr ömen dieses Konverters wurde ein erhöhter CO-Gehalt gemessen. Der Anstieg<br />
dieser CO-Konzentration kann durch die Reduktion im Konverter von im Abgas enthaltenem<br />
CO2 zu CO erklärt werden. Daraufhin wurde die Reihenfolge der Analysatoren geändert, so<br />
daß jetzt zuerst der CO-Analysator durchströmt wird, dann im vorgegebenen Rhythmus der<br />
NO2-NO-Konverter, anschließend der NO- und schließlich der O2-Analysator. Nach dieser<br />
Änderung wurden die rhythmischen CO-Anstiege im Abgas nicht mehr festgestellt.<br />
Versuchsergebnisse<br />
Mit den bisher durchgeführten Versuchen sollte der Einfluß der Zusammensetzung des<br />
Brenngases auf die Emissionen und Wirkungsgrade bei unterschiedlichen Kesselleistungen<br />
untersucht werden. Dazu wurden beide Kesselanlagen <strong>mit</strong> <strong>Wasserstoff</strong>, <strong>Erdgas</strong> und<br />
<strong>Gemischen</strong> aus 25 Vol.-% 50 Vol.-% und 75 Vol.-% H2 (Rest <strong>Erdgas</strong>) betrieben. Es wurden<br />
jeweils vier Kesselleistungen untersucht - 20 kWth 15 kWth 10 kW th 6 bzw. 8kWth. Die<br />
Versuche erfolgten im Niedertemperaturbereich bei 40/30 °C Vor-/Rücklauftemperatur des<br />
Heizungswassers und bei der für konventionelle Heizungsanlagen üblichen<br />
Temperaturpaarung von 70/50 °C. Durch die Variation des Volumenstroms des<br />
Heizungswassers wurden diese Temperaturen auch bei Teillast beibehalten.<br />
Zu den durchgeführten Meßreihen ist zu bemerken , daß durch den in Deutschland üblichen<br />
Bezug auf den unteren Heizwert (Hu) des Brenngases rechnerisch Wirkungsgrade erreicht<br />
werden können, die bei Brennwertnutzung größer als 100 % sind. In diesem Bericht beziehen<br />
sich alle angegebenen Wirkungsgrade auf den oberen Heizwert (Ho) des Brenngases.<br />
Wirkungsgrade über 100% ergeben sich dadurch nicht mehr. Um jedoch auch den Vergleich<br />
<strong>mit</strong> Angaben zu herkömmlichen Kesselanlagen zu ermöglichen , werden einige ausgewählte<br />
Wirkungsgradwerte, auch auf den unteren Heizwert bezogen, angegeben (Tab. 1). Die<br />
gemessenen Wirkungsgrade sind nahezu unabhängig vom Brenngas und, bedingt durch die<br />
konstant gehaltenen Vor- und Rücklauftemperaturen, auch von der Kesselleistung. Bei der<br />
Kesselanlage 2 ergaben sich Wirkungsgrade zwischen 87 und 92 % im<br />
Niedertemperaturbereich 40/30 °C (siehe Abb. 5) und zwischen 80 und 85 % bei der Vor-/<br />
Rücklauftemperaturpaarung 70/50 °C (ohne Abb.).
Abb. 5: Wirkungsgrade Kesselanlage 2 - Oxidant Luft, Vor- / Rücklauftemperatur der<br />
Heizungsanlage bei allen Kesselleistungen 40/30 °C<br />
Der Wirkungsgradunterschied in Abhängigkeit von den Vor-/Rücklauftemperaturpaarungen ist<br />
zu erklären <strong>mit</strong> dem höheren Kondensationsgrad im Niedertemperaturbereich (siehe Abb. 6).<br />
Durch die niedrigere Rücklauftemperatur (30 °C) des Heizungswassers wird das Abgas im<br />
Wärmetauscher so weit abgekühlt, daß ein größerer Teil des enthaltenen Wasserdampfes<br />
auskondensieren kann. Die Abhängigkeit des Kondensationsgrades vom H2-Gehalt im<br />
Brenngas und der Kesselleistung ist ebenfalls dargestellt.
Abb. 6: Kondensationsgrade Kesselanlage 2 - Oxidant Luft, Vor-/Rücklauftemperatur der<br />
Heizungsanlage bei allen Kesselleistungen 40/30°C (oben) und 70/50°C (unten)<br />
Es ist erkennbar, daß <strong>mit</strong> zunehmendem H2-Anteil im Brenngas der Kondensationsgrad<br />
zunimmt, da bei der Verbrennung von <strong>Wasserstoff</strong> nur kondensierbarer Wasserdampf<br />
entsteht. Bei der Verbrennung von <strong>Erdgas</strong> wird jedoch zusätzlich CO2 gebildet, so daß der<br />
Wasserdampfanteil im Abgas geringer ist.<br />
Mit zunehmender Kesselleistung sinkt der Kondensationsgrad, da eine größer werdende<br />
Abgasmenge im Wärmetauscher verarbeitet werden muß. Diese Menge kann - bei gegebener<br />
Wärmetauschergröße - nicht so weit heruntergek ühlt werden wie bei kleineren Abgasmengen,<br />
d.h. Kesselleistungen. Nur bei kleinster Kesselleistung (6 kWth) erreicht die Abgastemperatur<br />
nahezu die Rücklauftemperatur des Heizungswassers, das zur Kühlung des Abgases im<br />
Wärmetauscher verwendet wird. Hierbei kommt es zu einem nahezu vollst ändigen<br />
Wärmeaustausch zwischen Abgas und Rücklauf-Heizungswasser. Bei größerem
Abgasvolumenstrom infolge höherer Kesselleistungen und konstant gehaltener<br />
Rücklauftemperatur ist ein vollst ändiger Wärmeaustausch nicht mehr möglich; die<br />
Abgastemperatur steigt, und der Kondensationsgrad sinkt .<br />
Bei der Verbrennung <strong>mit</strong> Sauerstoff anstatt Luft als Oxidant ergeben sich tendenziell ähnliche<br />
Ergebnisse. Die Wirkungsgrade liegen jedoch um 5 - 10 %-Punkte höher. Sie betragen 93 bis<br />
98% im Niedertemperaturbereich 40/30 °C (siehe Abb. 7) und 90 bis 95% bei der Vor-/<br />
Rücklauftemperaturpaarung 70/50 °C (ohne Abb.).<br />
Abb. 7: Wirkungsgrade Kesselanlage 1 - Oxidant Sauerstoff, Vor-/Rücklauftemperatur der<br />
Heizungsanlage bei allen Kesselleistungen 40/30°C<br />
Die zur Kesselanlage 1 geh örenden Kondensationsgrade liegen bei allen<br />
Brenngaszusammensetzungen und Kesselleistungen zwischen 80 und 100% und sind so<strong>mit</strong><br />
deutlich höher als bei der Verbrennung <strong>mit</strong> Luft (siehe Abb. 6). Bei der Verbrennung <strong>mit</strong><br />
Sauerstoff wird die Abgasmenge - durch den fehlenden Anteil von 79 Vol.-% Stickstoff der<br />
Luft - drastisch reduziert und kann so<strong>mit</strong> sehr weit abgekühlt werden. Im folgenden werden<br />
die Wirkungsgrade bei Nennleistung (20 kW th im Niedertemperaturbereich 40/30 °C bezogen<br />
auf den oberen und unteren Heizwert) angegeben. Da<strong>mit</strong> wird ein Vergleich von<br />
Wirkungsgradangaben bezogen auf den unteren Heizwert für Kesselanlagen ermöglicht.
Tab.1: Wirkungsgrade bei Nennleistung (20kw th) im Niedertemperaturbereich 40/30 °C,<br />
bezogen auf den oberen und unteren Heizwert. Da<strong>mit</strong> wird ein Vergleich von<br />
Wirkungsgradangaben, bezogen auf den unteren Heizwert für Kesselanlagen ermöglicht.<br />
Mit Hilfe der Analysenstation können die E<strong>mit</strong>tenten CO, NO und NOx bestimmt werden. O2<br />
wird zwar gemessen, dient aber letztlich nur zur Regelung der Luftverhältniszahl Lambda bei<br />
Betrieb der Kesselanlage 2.<br />
Bei der Planung und Ausf ührung der Gasheizkesselanlagen wurde davon ausgegangen, daß<br />
bei der Verbrennung <strong>mit</strong> Sauerstoff (Kesselanlage 1) keine Stickoxide (NOx) entstehen<br />
können. Da jedoch die verwendeten Gase <strong>Wasserstoff</strong> und Sauerstoff aus der Aufbereitung<br />
der <strong>Solar</strong>-<strong>Wasserstoff</strong>-Anlage mehrere hundert vppm N2 enthalten können und auch <strong>mit</strong> dem<br />
<strong>Erdgas</strong> Stickstoff zur Flamme gelangt, werden auch in der Kesselanlage 1 Stickoxide<br />
gebildet. Diese können jedoch, wie erw ähnt, <strong>mit</strong> der installierten Analysenstation derzeit nicht<br />
gemessen werden. Bisherige Messungen <strong>mit</strong> separat angeschlossenen Analysatoren<br />
ergaben bei der Verbrennung von <strong>Wasserstoff</strong> (50 vppm N 2) <strong>mit</strong> Sauerstoff (130 vppm N 2) bei<br />
20 kWth Nennleistung lediglich 4,1 mg NOx/kWh .<br />
Bei der Verbrennung <strong>mit</strong> Luft in der Kesselanlage 2 ergaben sich die in Abb. 8 dargestellten<br />
NOx-Emissionen.
Abb. 8: NOx-Emissionen Kesselanlage 2 Oxidant Luft Vor-/Rücklauftemperatur der<br />
Heizungsanlage bei allen Kesselleistungen 40/30°C (oben) und 70/50°C (unten)<br />
Aufgetragen ist hier die e<strong>mit</strong>tierte Stickoxidmenge (NO + NO2) umgerechnet in mg NO2 pro<br />
kWh zugef ührter Feuerungsenergie in Abhängigkeit von der Brenngaszusammensetzung und<br />
der thermischen Kesselleistung. Insgesamt liegen die NOx-Emissionen bei Nennleistung (20<br />
kWth) für alle Brenngasgemische unterhalb von 100 mg NO2/kWh. Nur bei Teillast und<br />
wasserstoffhaltigen Brenngasen ergeben sich h öhere Werte. Die höheren NOx-Emissionen<br />
bei wasserstoffhaltigen Brenngasen - insbesondere unter Teillast - schmälern zunächst die<br />
Vorteile einer möglichen auf <strong>Wasserstoff</strong> als Energieträger basierenden Energiewirtschaft.<br />
Hierbei ist jedoch zu ber ücksichtigen, daß es sich um eine erste Versuchskampagne handelt<br />
und noch keine Optimierung vorgenommen werden konnte.<br />
Die höheren NOx-Emissionen bei der Verbrennung von wasserstoffhaltigem Brenngas<br />
werden vermutlich durch die hohe Verbrennungstemperatur des <strong>Wasserstoff</strong>s verursacht<br />
(Flammentemperatur H2 ca. 2.050 °C, im Vergleich dazu <strong>Erdgas</strong> ca.1.880 °C). Die<br />
Stickoxidbildung wird durch hohe Temperaturen begünstigt, eine Absenkung der
Verbrennungstemperatur, z. B. durch Erhöhung des Luftüberschusses, könnte so<strong>mit</strong> die<br />
Stickoxidbildung reduzieren.<br />
Für die <strong>Erdgas</strong>verbrennung existiert die Spezifikation "Blauer Engel", die umgerechnet auf<br />
den oberen Heizwert einen Emissionswert von maximal 90 mg NOx/kWh zuläßt. Dieser Wert<br />
wird <strong>mit</strong> der Gasheizkesselanlage 2 bei der <strong>Erdgas</strong>verbrennung <strong>mit</strong> Luft eingehalten. CO wird<br />
vom Gasheizkessel 2 nur bei Brenngasen, die mehr als 50 Vol.-% <strong>Erdgas</strong> enthalten, in<br />
nennenswerten Mengen e<strong>mit</strong>tiert. Bei kleineren <strong>Erdgas</strong>anteilen im Brenngas liegen die Werte<br />
unterhalb der Nachweisgrenze des Analysenger ätes von etwa 3 mg CO/kWh.<br />
Der höchste gemessene Wert bei der Verbrennung von <strong>Erdgas</strong> bei minimaler Kesselleistung<br />
(6 kWth) beträgt 42 mg CO/kWh. Selbst bei dieser geringen Kesselleistung liegt der CO-<br />
Gehalt noch weit unterhalb des Grenzwertes zur Erlangung der Spezifikation "Blauer Engel" (<br />
79 mg CO/kWh ). Bei der Verbrennung <strong>mit</strong> Sauerstoff dagegen liegen die CO-Emissionen für<br />
alle Brenngase und Kesselleistungen unterhalb von 3 mg CO/kWh.<br />
Generell darf gemäß deutschen Vorschriften bei der Brennwertnutzung anfallendes<br />
Kondensat bis zu einer Nennwärmebelastung (Kesselleistung) von 25 kWth unbehandelt in<br />
das Abwassersystem eingeleitet werden.<br />
Der pH-Wert des Kondensats der beiden Gasheizkessel lag zwischen 3,4 und 3,9. Die<br />
Unterschiede in der Zusammensetzung des Kondensats bei der Verbrennung <strong>mit</strong> Luft oder<br />
Sauerstoff liegen im wesentlichen in der Menge der gelösten Bestandteile . Bei der<br />
Verbrennung <strong>mit</strong> Sauerstoff ist die Leitfähigkeit des Kondensats und so<strong>mit</strong> der Gehalt an<br />
Ionen etwa doppelt so groß wie bei der Verbrennung <strong>mit</strong> Luft.<br />
Ausblick<br />
In der bereits erw ähnten Norm DIN 4702 ist ein Verfahren festgelegt, das für<br />
Wirtschaftlichkeitsvergleiche unterschiedlicher Heizkesselsysteme auf der Basis einer Jahres-<br />
Heizperiode die Bestimmung von <strong>mit</strong>tleren Nutzungsgraden und Emissionsfaktoren<br />
beschreibt. Im Rahmen des Versuchsprogramms der SWB wurde dazu <strong>mit</strong> Messungen zur<br />
Bestimmung der Normnutzungsgrade und Normemissionsfaktoren begonnen.<br />
Ins Versuchsprogramm neu aufgenommen wurden bei der Verbrennung <strong>mit</strong> Sauerstoff<br />
Messungen der NOx-Emissionen, und bei der Verbrennung <strong>mit</strong> Luft die Lambdavariation zur<br />
Senkung der NOx-Emissionen. Für die Lambdavariation muß jedoch noch der Umfang von<br />
evtl. zusätzlichen sicherheitstechnischen Einrichtungen für einen auch unter diesen<br />
Bedingungen gefahrlosen Betrieb der Gasheizkesselanlage 2 geklärt werden. Dazu finden<br />
derzeit Gespr äche <strong>mit</strong> den Firmen Buderus/Kromschröder und dem TÜV Bayern Sachsen<br />
e.V. statt.<br />
Zur weiteren Verbesserung der Erfahrungen bzgl. emissionsarmer Brenner wurden in der<br />
Projektphase 2 der SWB zwei katalytisch beheizte Anlagen bestellt, die in die Haustechnik<br />
bzw. Kälteversorgung der <strong>Solar</strong> -<strong>Wasserstoff</strong>-Anlage in Neunburg vorm Wald eingebunden<br />
werden. Ein katalytisches Heizgerät (10 kW th) wird vom Forschungszentrum Jülich GmbH<br />
(KFA) entwickelt und anschließend - voraussichtlich ab der 2. Hälfte 1995 - von der SWB<br />
erprobt. Das als Brennwertkessel konzipierte Gerät verarbeitet <strong>Erdgas</strong> oder <strong>Erdgas</strong>-<br />
/<strong>Wasserstoff</strong>-Gemische <strong>mit</strong> Luft als Oxidant. Eine katalytisch beheizte Absorptionskälteanlage<br />
(17,5 kWth Nennk älteleistung, 32,6 kWth Desorbernennleistung) des Fraunhofer -Instituts für<br />
<strong>Solar</strong>e Energiesysteme (ISE) steht voraussichtlich ab Ende 1994 für das Versuchsprogramm<br />
zur Verfügung. Die Anlage <strong>mit</strong> Diffusionsbrennerstrukturen wird <strong>mit</strong> <strong>Wasserstoff</strong> und Luft<br />
betrieben werden.<br />
Schrifttum [1] A. Szyska : Erprobung von <strong>Solar</strong>-<strong>Wasserstoff</strong>-Techniken, Energie, Jahrg. 44,<br />
Nr.3, März 1992, Seiten 49-52<br />
[2] H.-D Markus, Dr. R. Scheithauer: Regelungs- und Prüftechnik von <strong>mit</strong> <strong>Wasserstoff</strong>-<strong>Erdgas</strong>-<br />
<strong>Gemischen</strong> betriebenen Feuerstätten . Sonderdruck aus "Gaswärme international", Band 40<br />
(1991), Heft 5, Seiten 217 - 223.