Energierückgewinnung durch offene Sorption für Biomassefeuerungsanlagen

Feste Biomasse als Energieträger zu Heizzwecken ist in Österreich bei Fern- und Nahwärmenetzen weit verbreitet. Der energetische Endverbrauch von Fernwärme aus fester Biomasse stieg von 10 PJ im Jahr 2005 auf 31 PJ im Jahr 2011 an. Um dem dadurch steigenden Bedarf am Rohstoff Biomasse entgegenzuwirken muss der Brennstoff energetisch optimal genutzt werden. Dafür ist eine Rückgewinnung der Kondensationswärme aus dem Abgas unumgänglich. In diesem Projekt wird eine neue Methode der Wärmerückgewinnung – der offene Sorptionsprozess – beforscht.
Der offene Sorptionsprozess basiert auf einem Absorptionsprozess, der den Wasserdampf im Abgas als Kältemittel nutzt. Der Prozess besteht aus drei Hauptkomponenten Absorber, Generator und Kondensator. Im Absorber wird das konzentrierte Absorptionsmittel (hygroskopische Salzlösung) in das Abgas eingebracht, wo es den Wasserdampf aus dem Abgas absorbiert. Dabei wird das Abgas auf eine Temperatur nahe der Rücklauftemperatur gekühlt und auf eine relative Feuchtigkeit von 30-40% entfeuchtet. Das Abgas verlässt anschließend über den Kamin das System, während die nun verdünnte Lösung im Generator wieder aufkonzentriert wird. Der dabei entstehende reine Wasserdampf wird bei Umgebungsdruck kondensiert und steht daher bei einer Temperatur von bis zu 95°C zur Verfügung. Eine weitere Wärmeauskopplung erfolgt in einem Lösungswärmetauscher nach dem Absorber. Durch diesen Prozess ist die Rückgewinnung des Großteils der Kondensationswärme auch bei Rücklauftemperaturen über dem Taupunkt gewährleistet. Zusätzlich trägt der Prozess zur Reduktion der Schadstoffemissionen bei.
Projektziel ist die technische und wirtschaftliche Bewertung des offenen Sorptionsprozesses zur Wärmerückgewinnung und Abgasreinigung aus Biomassekesseln. Im Projekt wird eine Versuchsanlage des Prozesses designt, gebaut und experimentell getestet. Es werden einerseits die energetische Performance und andererseits die Staubabscheideraten gemessen. Neben den Messungen werden durch numerische Simulationen die Wärmetauscher und der Gesamtprozess energetisch optimiert. Anschließend wird die Wirtschaftlichkeit für unterschiedliche Anwendungsfelder mit einer dynamischen Investitionsrechnung bewertet.

Die erwarteten Projektergebnisse sind
• Messergebnisse zur Energieeffizienz und Staubabscheiderate der Versuchsanlage
• CFD-Modell des Absorbers sowie 1D-Berechnungsmodell des Prozesses
• Risikobewertung des Prozesses bei der praktischen Umsetzung
• Identifikation des zukünftigen Forschungsbedarfs
• Technoökonomische Bewertung inkl. Identifikation von Anwendungsfeldern.