Effiziente Wärmerückgewinnung aus Abgasströmen bei Biomassefeuerungen durch optimierte Werkstoffwahl

Bei Biomasseheiz- bzw. Heizkraftwerken wird oft zur Erhöhung der Energieeffizienz im Abgasweg eine Wärmerückgewinnungsanlage nachgeschaltet. Derzeit gängige Lösungen sind dabei Verbrennungsluftvorwärmer, Abgaswärmetauscher mit Rücklauft-emperaturanhebung, welche eine relativ geringe Energieeffizienz aufweisen, sowie Rauchgaskondensatoren, die aufgrund der erforderlichen geringen Rücklauftemperaturen aus dem Wärmenetz von rund 45°C selten sinnvoll eingesetzt werden können. Die aktive Rauchgaskondensation mit Integration einer Wärmepumpe ist Investitions- und Betriebskostenintensiv und kann noch nicht als Stand der Technik bezeichnet werden. Ein wesentliches Problem bei den angeführten gängigen Lösungen ist, dass in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen immer wieder korrosionsbedingte Schäden auftreten.
Aus diesem Grund soll im Rahmen des Projektes die so genannte „simple heat“ Technologie entwickelt werden, die eine einfache und effiziente Art der Wärmerückgewinnung darstellt. Dabei soll der Fernwärmerücklauf direkt in einen Abgaswärmetauscher geleitet und der Wärmetauscher unabhängig von den auftretenden wechselnden Betriebsbedingungen (trockener/nasser Betrieb) betrieben werden. Ermöglicht soll die „simple heat“ Technologie durch den Einsatz geeigneter hochwertiger Werkstoffe für den Abgaswärmetauscher werden. Im Vergleich zu den derzeit eingesetzten Varianten der Wärmerückgewinnung soll „simple heat“ eine Wirkungsgrad-steigerung von 2 bis 5% (absolut, bezogen auf den Heizwert Hu) und eine verbesserte Wirtschaftlichkeit bringen. Die Technologie soll sowohl in Bestands- als auch in Neuanlagen einsetzbar sein.
Einen wesentlichen Aspekt bei der Entwicklung der „simple heat“ Technologie stellt das im Projekt angestrebte verbesserte Verständnis bzgl. Niedertemperatur-Korrosionsmechanismen, das die Grundlage für die optimierte Materialwahl bildet, dar. Um dieses zu erreichen sollen in zwei großen bestehenden Biomasse-Heizkraftwerken Langzeittestläufe mit Versuchswärmetauschern erfolgen, wobei unterschiedliche Werkstoffqualitäten und Betriebs-bedingungen untersucht und bewertet werden sollen. Zusätzlich sollen Online-Korrosionsmessungen mit einer neuartigen Niedertemperatur-Korrosionssonde in den zwei Heizkraftwerken durchgeführt werden. Dabei sollen Korrosionsraten online gemessen und durch gezielte Variation der Betriebsbedingungen (Brennstoff, Temperaturen) Erkenntnisse hinsichtlich Abhängigkeiten der Korrosionsrate von Taupunktsunterschreitungen und von durch hygroskopische Salzablagerungen verursachte Korrosion gewonnen werden können. Auf Basis der Ergebnisse soll ein vereinfachtes Korrosionsmodell für unterschiedliche Biomasse-Brennstoffe entwickelt werden, um ein besseres Grundverständnis bezüglich der auftretenden Korrosionsmechanismen im Niedertemperaturbereich zu erlagen. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse soll eine Systematik bezüglich der Vorgangsweise bei der Werkstoffwahl und die Definition der Betriebsweise und der Rahmenbedingungen zukünftiger Anwendungen geschaffen werden. Die neue „simple heat“ Technologie soll danach einer wirtschaftlichen Bewertung im Vergleich zu Stand der Technik Anlagen unterzogen werden.
Wenn man davon ausgeht, dass 50% der in Österreich in den letzten 10 Jahren errichteten Biomasseheiz- und Heizkraftwerke über 1 MW Leistung mit der „simple heat“ Technologie ausgestattet werden, könnten jährlich rund 90 – 225 GWh biogener Brennstoff eingespart werden. Das hierdurch frei werdende Potential an Biomasse ermöglicht, unter der Annahme dass Ölheizungen substituiert werden, ein CO2-Einsparungspotential von rund 25.000 – 62.500 t/a.