Heizen mit Wasserstoff-Erdgas-Gemischen - Solar-Wasserstoff ...

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Abb. 8: NOx-Emissionen Kesselanlage 2 Oxidant Luft Vor-/Rücklauftemperatur der Heizungsanlage bei allen Kesselleistungen 40/30°C (oben) und 70/50°C (unten) Aufgetragen ist hier die emittierte Stickoxidmenge (NO + NO2) umgerechnet in mg NO2 pro kWh zugef ührter Feuerungsenergie in Abhängigkeit von der Brenngaszusammensetzung und der thermischen Kesselleistung. Insgesamt liegen die NOx-Emissionen bei Nennleistung (20 kWth) für alle Brenngasgemische unterhalb von 100 mg NO2/kWh. Nur bei Teillast und wasserstoffhaltigen Brenngasen ergeben sich h öhere Werte. Die höheren NOx-Emissionen bei wasserstoffhaltigen Brenngasen - insbesondere unter Teillast - schmälern zunächst die Vorteile einer möglichen auf Wasserstoff als Energieträger basierenden Energiewirtschaft. Hierbei ist jedoch zu ber ücksichtigen, daß es sich um eine erste Versuchskampagne handelt und noch keine Optimierung vorgenommen werden konnte. Die höheren NOx-Emissionen bei der Verbrennung von wasserstoffhaltigem Brenngas werden vermutlich durch die hohe Verbrennungstemperatur des Wasserstoffs verursacht (Flammentemperatur H2 ca. 2.050 °C, im Vergleich dazu Erdgas ca.1.880 °C). Die Stickoxidbildung wird durch hohe Temperaturen begünstigt, eine Absenkung der
Verbrennungstemperatur, z. B. durch Erhöhung des Luftüberschusses, könnte somit die Stickoxidbildung reduzieren. Für die Erdgasverbrennung existiert die Spezifikation "Blauer Engel", die umgerechnet auf den oberen Heizwert einen Emissionswert von maximal 90 mg NOx/kWh zuläßt. Dieser Wert wird mit der Gasheizkesselanlage 2 bei der Erdgasverbrennung mit Luft eingehalten. CO wird vom Gasheizkessel 2 nur bei Brenngasen, die mehr als 50 Vol.-% Erdgas enthalten, in nennenswerten Mengen emittiert. Bei kleineren Erdgasanteilen im Brenngas liegen die Werte unterhalb der Nachweisgrenze des Analysenger ätes von etwa 3 mg CO/kWh. Der höchste gemessene Wert bei der Verbrennung von Erdgas bei minimaler Kesselleistung (6 kWth) beträgt 42 mg CO/kWh. Selbst bei dieser geringen Kesselleistung liegt der CO- Gehalt noch weit unterhalb des Grenzwertes zur Erlangung der Spezifikation "Blauer Engel" ( 79 mg CO/kWh ). Bei der Verbrennung mit Sauerstoff dagegen liegen die CO-Emissionen für alle Brenngase und Kesselleistungen unterhalb von 3 mg CO/kWh. Generell darf gemäß deutschen Vorschriften bei der Brennwertnutzung anfallendes Kondensat bis zu einer Nennwärmebelastung (Kesselleistung) von 25 kWth unbehandelt in das Abwassersystem eingeleitet werden. Der pH-Wert des Kondensats der beiden Gasheizkessel lag zwischen 3,4 und 3,9. Die Unterschiede in der Zusammensetzung des Kondensats bei der Verbrennung mit Luft oder Sauerstoff liegen im wesentlichen in der Menge der gelösten Bestandteile . Bei der Verbrennung mit Sauerstoff ist die Leitfähigkeit des Kondensats und somit der Gehalt an Ionen etwa doppelt so groß wie bei der Verbrennung mit Luft. Ausblick In der bereits erw ähnten Norm DIN 4702 ist ein Verfahren festgelegt, das für Wirtschaftlichkeitsvergleiche unterschiedlicher Heizkesselsysteme auf der Basis einer Jahres- Heizperiode die Bestimmung von mittleren Nutzungsgraden und Emissionsfaktoren beschreibt. Im Rahmen des Versuchsprogramms der SWB wurde dazu mit Messungen zur Bestimmung der Normnutzungsgrade und Normemissionsfaktoren begonnen. Ins Versuchsprogramm neu aufgenommen wurden bei der Verbrennung mit Sauerstoff Messungen der NOx-Emissionen, und bei der Verbrennung mit Luft die Lambdavariation zur Senkung der NOx-Emissionen. Für die Lambdavariation muß jedoch noch der Umfang von evtl. zusätzlichen sicherheitstechnischen Einrichtungen für einen auch unter diesen Bedingungen gefahrlosen Betrieb der Gasheizkesselanlage 2 geklärt werden. Dazu finden derzeit Gespr äche mit den Firmen Buderus/Kromschröder und dem TÜV Bayern Sachsen e.V. statt. Zur weiteren Verbesserung der Erfahrungen bzgl. emissionsarmer Brenner wurden in der Projektphase 2 der SWB zwei katalytisch beheizte Anlagen bestellt, die in die Haustechnik bzw. Kälteversorgung der Solar -Wasserstoff-Anlage in Neunburg vorm Wald eingebunden werden. Ein katalytisches Heizgerät (10 kW th) wird vom Forschungszentrum Jülich GmbH (KFA) entwickelt und anschließend - voraussichtlich ab der 2. Hälfte 1995 - von der SWB erprobt. Das als Brennwertkessel konzipierte Gerät verarbeitet Erdgas oder Erdgas- /Wasserstoff-Gemische mit Luft als Oxidant. Eine katalytisch beheizte Absorptionskälteanlage (17,5 kWth Nennk älteleistung, 32,6 kWth Desorbernennleistung) des Fraunhofer -Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) steht voraussichtlich ab Ende 1994 für das Versuchsprogramm zur Verfügung. Die Anlage mit Diffusionsbrennerstrukturen wird mit Wasserstoff und Luft betrieben werden. Schrifttum [1] A. Szyska : Erprobung von Solar-Wasserstoff-Techniken, Energie, Jahrg. 44, Nr.3, März 1992, Seiten 49-52 [2] H.-D Markus, Dr. R. Scheithauer: Regelungs- und Prüftechnik von mit Wasserstoff-Erdgas- Gemischen betriebenen Feuerstätten . Sonderdruck aus "Gaswärme international", Band 40 (1991), Heft 5, Seiten 217 - 223.
Seite 1 und 2: Das Solar-Wasserstoff-Projekt in Ne
Seite 3 und 4: Abb. 2: Kesselanlage 2, Brenngasmis
Seite 5 und 6: 3vppm und KOH mit 1 vppm. Der durch
Seite 7 und 8: Abb. 6: Kondensationsgrade Kesselan
Seite 9: Tab.1: Wirkungsgrade bei Nennleistu

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