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Effiziente Feinstaubreduktion durch Elektrofilter für Biomasse-Kleinfeuerungen

Feldtest-Begleitforschung-Bewertung

E-Filter-Test © TU-Graz
E-Filter-Test
© TU-Graz

Im Rahmen des Projektes Klein-E-Filter-Test-Graz sollte geprüft werden inwiefern der Einsatz des Elektrofilters OekoTube der Firma Oeko Solve (oder gleichwertiger Produkte) in alten Biomasse - Kleinfeuerungen als kurzfristige Maßnahme zur Feinstaubemissions- reduktion in Zukunft empfohlen werden kann. Dazu sollten OekoTube-Kleinelektrofilter an drei Feldanlagen über zwei Heizsaisonen einem Feldtest sowie techno-ökonomischen und umwelttechnischen Bewertungen unterzogen werden. Die  Arbeiten zu den im Jahr 2014 durchgeführten Technikum-Tests sowie zum Betriebsmonitoring in der Heizsaison 2014/2015 werden in diesem Bericht nur kurz zusammen-  gefasst, der Hauptteil ist dem Betriebsmonitoring während der Heizsaison 2015/2016 sowie der abschließenden techno-ökonomischen Bewertung der Kleinelektrofiltertechnologie gewidmet.

Nachdem die Vortests 2014 für drei Elektrofilter bei unterschiedlichen Bedingungen (Normalbetrieb, teerender bzw. rußender Betrieb) sowohl hinsichtlich der Filterverfügbarkeit als auch der Abscheideeffizienz für Gesamt- und Feinstaub zufriedenstellende und erwartete Ergebnisse gebracht hatten, wurden die Filter für Feldtests freigegeben.

Für die Evaluierung der Ergebnisse der Feldtests über zwei Heizsaisonen wurden die Teststand- messungen als Referenz herangezogen. Weitere berücksichtigte Kriterien sind Zielwerte der Firma Ökosolve, die in einem Gespräch mit BIOS mit Verfügbarkeiten >80% sowie erwarteten Abscheideraten von 60% bei ca. 200 mg/Nm³ Rohstaubbeladung sowie von 80% bei ca. 70 mg/Nm³ Rohstaubbeladung definiert wurden.

Zusammengefasst konnten für die Scheitholzfeuerung (BJ 2010, Nl: 25 kW) mit den installierten Kleinelektrofiltern (Oeko Tube 1, Oeko Tube-Inside) hohe bis sehr hohe Verfügbarkeiten und eine akzeptable Abscheideleistung erzielt werden.
Dies gilt auch für die Pelletheizung (BJ 1997, Nl: 15 kW, Oeko Tube 2) obwohl speziell durch den Gluterhaltungsbetrieb bei dieser Feuerung sehr hohe Emissionen an organischen Kohlenwasser- stoffen auftraten (Teere), was sich auch in entsprechend hohen Teerdepositionen im Kamin niederschlug. Die nach Abschluss der Heizsaison 2014/2015 beschlossene und durchgeführte Änderung der Elektrodenform (breitere Elektrode) brachte keine messbaren Verbesserungen.
Filter 3 wurde in der Heizsaison 2014/2015 an einem Festbrennstoff-Heizungskessel (BJ 1997, Nl: 18 kW) den vergleichsweise härtesten Randbedingungen (sehr hohe Abgastemperaturen von bis zu 300°C am Filter, sehr hohe Staubemissionen) ausgesetzt, die keinen durchgehenden, ungestörten Betrieb erlaubten. Als Ursache konnten die Staubablagerungen im Elektrofilter identifiziert werden, welche auf Grund der Ausbildung von Agglomeraten Spannungsspitzen und Überschläge hervorrufen.
Auf Grund von Unstimmigkeiten mit dem Betreiber der Anlage wurde der Filter für die Heizsaison 2015/2016 an einen Scheitholz-Kaminofen (BJ 2009, Nl .8,4 kW) verlegt. Auch diese Anlage zeichnete sich durch sehr hohe Emissionen aus. Wiederkehrende Probleme mit dem Oeko-Tube 3 machten einen Filtertausch erforderlich. Es wurde der Oeko-Tube 1 (der in der Heizsaison 2014/2015 an Anlage 1 betrieben wurde) installiert. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass beim Festbrennstoff-Heizungskessel  (Scheitholzkessel) eine reduzierte aber für die Randbedingungen immer noch akzeptable Verfügbarkeit und eine moderate Abscheideleistung erzielt werden konnten. Beim Kaminofen waren dann mit dem Oeko-Tube 1 sowohl die Verfügbarkeit als auch die Abscheideeffizienz sehr gut. Es ist allerdings bei beiden Anlagen durch die hohen Emissionen ein erhöhter Reinigungsbedarf gegeben. Eine automatische Abreinigung des Filters wäre für derartige Anwendungsfälle auf jedem Fall von Vorteil. 
Die Ergebnisse des Betriebsmonitoring sprechen prinzipiell für den Einsatz des E-Filters zur Staubreduktion bei Biomasse-Kleinfeuerungen.

Um neben der detaillierten technischen Evaluierung auch die wirtschaftlichen Aspekte der Filtertechnologie bewerten zu können wurde eine Vollkostenrechnung für die unterschiedlichen Anwendungen durchgeführt und die zusätzlichen Kosten für den Kunden sowie die spezifischen Kosten für die Vermeidung von partikelförmigen Emissionen berechnet.
Die spezifischen Kosten zur Feinstaubreduktion (<PM10) liegen bei alten Biomasseheizungs- systemen im Bereich von 65 - 195 €/kg. Für den Betreiber liegen die zusätzlichen Wärmegestehungskosten bei Einbau eines E-Filters bei ca. 15 bis 42 €/MWh (ohne Berücksichtigung einer eventuellen Förderung). Aus wirtschaftlicher Sicht erscheint der Einsatz von nachgerüsteten E-Filtern besonders für Anlagen geeignet, die derzeit hohe Staubemissionen aufweisen und gleichzeitig entsprechend häufig betrieben werden. Die jährlichen Kosten für den OekoTube-Kleinelektrofilter setzten sich aus den kapitalgebundenen Kosten (ca. 48%), den Kosten für Wartung (ca. 25%), Stromverbrauch (ca. 2%) und die Kosten für den zusätzlich erforderlichen Kehrtermin (ca. 25%) zusammen und belaufen sich pro Jahr auf ca. 340 €.

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