Berichte aus Energie- und Umweltforschung 10/1997
Verbrennungsgas-Kondensationsanlagen bei Biomasse-Fernwärmeversorgungsanlagen am Beispiel Pfarrwerfen

Die Nutzung der im Verbrennungsgas von Biomassefeuerungen in Form von freier Wärme und Kondensationswärme enthaltenen Energiemengen kann zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Feuerungsanlagen beitragen. An der im Jahre 1993 errichteten Biomassefernwärmeanlage in Pfarrwerfen/Salzburg (Kesselleistung: 1 MW) wird eine Anlage zur Kondensation der Verbrennungsgase zur Wärmerückgewinnung (Kondensationsanlage) betrieben.

Zur Beurteilung dieser Kondensationsanlage in bezug auf technische Funktion, Wirtschaftlichkeit und Einfluss auf die Emissionen wurde in den Heizperioden 1993/94 und 1994/95 ein Messprogramm durchgeführt. Die Erfassung der erforderlichen Daten erfolgte automatisch über eine in der zentralen Anlagenregelung integrierte Messdatenerfassung und -speicherung sowie über händisch durch den Betreiber ausgefüllte Listen. Die Messungen umfassten Temperaturen, Wärmeleistungen, Stromverbräuche, Verbrennungsgasparameter (Wasser-, Sauerstoff-, Kohlendioxidgehalt), Masseströme und Funktionszustände, die kontinuierlich aufgezeichnet wurden, sodass Stunden-, Tages- und Saisonprofile ausgewertet werden konnten.

Die Auswertung der Messergebnisse hat folgende Ergebnisse gebracht: Die durch eine Kondensationsanlage gewinnbare Wärmemenge ist wesentlich von der Fernwärmerücklauftemperatur und dem Wassergehalt des Brennstoffs abhängig. In der Heizperiode 1994/95 konnten durch die Kondensationsanlage ca. 210 MWh Nutzwärme zur Wärmeversorgung gewonnen werden. Dies entspricht ca. 8 % der durch den Biomassekessel erzeugten Wärmemenge. Die mit der Kondensationsanlage bereitgestellte Spitzenleistung betrug ca. 200 kW. Die anfangs (Heizperiode 1993/94) aufgetretenen anlagentechnischen Probleme (z.B. starke Verschmutzung der Wärmetauscher) wurden gelöst und können durch die im Projekt gewonnenen Erfahrungen bei zukünftigen Anlagen vermieden werden. Bei optimierten Gesamtsystemen mit niedrigerer Fernwärme-Rücklauftemperatur kann die in der Kondensationsanlage gewinnbare Wärmemenge wesentlich erhöht werden.

Die Wirtschaftlichkeit ist über einen Vergleich der Wärmeerzeugungskosten (öS/kWh exkl. MWSL, ohne Förderungen) zu beurteilen. Die Kosten der in der Kondensationsanlage erzeugten Kilowattstunde Wärme betragen etwa 1,00 öS. Die Wärmeerzeugungskosten der Gesamtanlage (Biomassekessel und Kondensationsanlage) betragen ca. 0,62 öS/kWh. Die zum Vergleich errechneten Wärmeerzeugungskosten eines größeren Biomassekessels (1,2 MW) ohne Kondensationsanlage würden ca. 0,57 öS/kWh betragen. Bei zukünftigen technisch optimierten Gesamtsystemen kann eine bessere Wirtschaftlichkeit der Kondensationsanlage erwartet werden.

Die Kondensationsanlage bewirkt eine Reduktion der Staubemissionen um bis etwa 85 % gegenüber dem Wert unmittelbar vor dem Kondensationsturm. In Verbindung mit dem eingesetzten Einfachzyklon werden damit die behördlich vorgeschriebenen Grenzwerte unterschritten. Die Emissionen von Stickoxiden, Kohlenmonoxid und organischen Kohlenwasserstoffen im Verbrennungsgas waren bereits nach dem Biomassekessel sehr gering. Ein Einfluss der Kondensationsanlage auf diese Schadstoffe konnte daher messtechnisch nicht nachgewiesen werden. Der Kondensatschlamm enthält die in der Kondensationsanlage abgeschiedenen Stoffe. Er wird gemäß dem Genehmigungsbescheid entsorgt. Das Kondensatwasser wird in den Kanal eingeleitet.

Entscheidend für den energie- und kosteneffizienten Einsatz von Kondensationsanlagen ist eine technisch optimale Gesamtkonzeption der Fernwärmeversorgungsanlage, die eine niedrige Rücklauftemperatur und die Verwendung von Brennstoff mit hohem Wassergehalt vorsieht.