Elektrothermische Nachverbrennung für Einzelraumfeuerstätten (E-TNV); Teilvorhaben 1-3

Abstract

Projektbeschreibung: Im Rahmen des Projektes E-TNV wurde eine elektro-thermische Nachverbrennung in einem Kaminofen getestet. Kaminöfen haben grundsätzlich das Problem, dass während der Start- und der Ausbrandphase sowie beim Nachlegen von Holzscheiten die Temperaturen bzw. Prozessbedingungen, die für eine vollständige Verbrennung benötigt werden, nicht vorliegen. Mit dem E-TNV-System sollten die nötigen Temperaturen innerhalb von Sekunden bereitgestellt werden, wodurch eine vollständige Verbrennung und dadurch Senkung der Emissionen erfolgen sollen. Ein weiteres Ziel war dabei ein minimaler Stromverbrauch. Ziel war es möglichst genau die Aktivierungsenergie durch elektrische Energie bereitzustellen und damit eine Verbrennung der festen und gasförmigen Kohlenstoff-Komponenten zu erreichen. Die dabei erzeugte Wärmeenergie sollte möglichst effizient vom keramischen Träger aufgenommen werden. Ist der keramische Träger ausreichend aufgeheizt, so kann die elektrische Beheizung abgeschaltet werden. So sollte zu Beginn das Prinzip nachgewiesen werden, ehe Energieeinsparungen vorgenommen werden sollten, in dem das Heizsystem nur zu gewissen Zeiten betrieben wurde. Die Versuche wurden dabei sowohl im Naturzug (AP 3) als auch bei konstantem Druck (AP 5) durchgeführt. Ebenfalls war die Verbreitung der Projektergebnisse eine Aufgabe des Vorhabens. Projektergebnisse: In Arbeitspaket 1 fand das Engineering und die Entwicklung des ersten Heizsystems statt, welches anschließend in AP 2 gebaut wurde. Außerdem wurde in AP 2 der Versuchsstand im Technikum von Fraunhofer UMSICHT aufgebaut und das Heizelement im Ofen integriert. Anschließend konnte mit den Versuchen von AP 3 begonnen werden, welche im Naturzug stattfanden. Dabei zeigte sich, dass sich die zusätzliche Heizleistung der E-TNV-Systeme stark auf das Betriebsverhalten des Kaminofens auswirkte. Dies hatte eine Veränderung des Betriebsdruckes, sowie der Temperatur zur Folge. Beides führte dazu, dass die Reaktion beschleunigt abläuft und der Kaminofen daher in einen zwischenzeitlichen Luftmangel fährt. Über die Integration einer Luftklappe am Ofeneintritt konnte die Druckänderung ausgeglichen werden. In AP 4 wurden die verwendeten Heizelemente stetig optimiert, wodurch die Laufzeit auf 20 bis 30 Stunden verbessert wurde. Dabei wurden insgesamt vier Heizelemente entwickelt. Die erste signifikante Minderung von Emissionen konnte allerdings erst mit dem vierten und letzten Heizelement erzielt werden. Dabei lagen über mehrere Versuche mit dem Heizelement die CO-Emissionen zwischen 30 und 41 % unter denen ohne der E-TNV. Eine Reduzierung der Staub- und Rußemissionen konnte allerdings im Laufe des Projektes noch nicht nachgewiesen werden. Im Rahmen von AP 5 wurden mit den Heizelementen Versuche unter Prüfstandsbedingungen durchgeführt. Auch hier konnte eine ähnliche Minderung der CO-Emissionen (ca. 35 %) erzielt werden. Außerdem wurden auch Reduzierungen der OGC-Emissionen ausgemacht.