Holzverbrennung

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Eigenschaften der Holzverbrennung in Holzheizungen

Bei der Holzverbrennung handelt es sich um einen thermo-chemischen Umwandlungsprozess, der immer in drei (meist parallel stattfindenden) Hauptphasen abläuft, so wie man sie beispielsweise auch beim klassischen Lagerfeuer beobachten kann:

  1. Erwärmung/Trocknung des Holzes mit Wasserdampfbildung,
  2. Pyrolytische Zersetzung (Entgasung) des Holzes mit Freisetzung brennbarer Gase (Kohlenmonoxid) und anschließender Verbrennung dieser Gase (Flammenbildung),
  3. Verbrennung der entstandenen Holzkohle (Glut).

Die effiziente Nutzung von Holz zur Wärmeerzeugung setzt unabhängig von der verwendeten Heiztechnik voraus, dass dieses gut vorgetrocknet ist und eine Restfeuchte von weniger als 20-25 % (Norm-Pellets unter 10 %) besitzt. Ein höherer Wassergehalt führt zu einem geringen Heizwert, da viel Energie für die Trocknung des Holzes während der Verbrennung verbraucht wird und bei dafür ungeeigneter Kesseltechnik auch die Emissionen (besonders Staub) stark ansteigen. Nur (die sehr wenigen) Holzheizkessel mit Brennwertnutzung können ein Teil der im Wasserdampf enthaltenen Energie nutzen.

Generell erfordert der hohe Gehalt an flüchtigen Substanzen von über 80 % bei der pyrolytischen Zersetzung einen großen Feuerraum sowie Sekundärlufteinblasung, um lange Flammen zu ermöglichen und die Gase vollständig und schadstoffarm zu verbrennen.[1] Gemeinsam ist allen Holzfeuerungen weiterhin, dass bei der Verbrennung Feinstäube entstehen, die durch die Verwendung von aschearmen Holz, optmierter Kesselkonstruktionen sowie ggf. Abgasnachbehandlungen wesentlich reduziert werden müssen. Bei nachgeschalteter Entstaubung sind Zyklone, Fließe und Elektrofilter verfügbar, die helfen können die Anforderungen der Bundesimmissionsschutz-Verordnung (1.BImSchV)[2] einzuhalten. Sehr niedrige Staubwerte sind praktisch nur in Verbindung von aschearmen Holz (Pellets) und/oder Einsatz von Gewebe- oder Elektrofiltern zu erreichen. Nachgeschaltete Filter verteuern insbesondere kleine Heizkessel sehr deutlich und stellen ihre Wirtschaftlichkeit schnell in Frage. Hier besteht in sofern eine Herausforderung darin, wirkungsvolle und preiswertere Nachbehandlungssysteme marktreif weiterzuentwickeln.

Bereits Standard bei Holzheizkesseln ist die elektronische Steuerung des Verbrennungsprozesses, wobei Sensoren die verbrennungsrelevanten Parameter wie Temperaturen und Sauerstoffgehalte erfassen und anhand der in Messreihen ermittelten Einstellungen modulierend die Luft – bzw. Brennstoffzufuhr so steuern, dass ein vollständiger Ausbrand bei niedrigen Emissionen gewährleistet wird. Vor allem in der Anfahr- und Ausbrandphase steigen die Emissionen stark an, weshalb für eine emissionsarme Verbrennung ein kontinuierlicher, modulierter Kesselbetrieb anzustreben ist und der Kessel oberhalb der Mindestlast in Betrieb gehalten werden kann. Folglich sieht für kleine und mittlere Anlagenkonfigurationen von 4 bis 500 kW die seit 2010 gültige 1. BImSchV die Installation eines Wasser-Wärmespeichers vor.[3], Dieser Speicher reduziert in Phasen geringer Wärmelast die Zeiten, in denen der Kessel durch Unterschreitung der Minimalleistung (30 %, teilweise weniger) abgeschaltet werden muss. Generelle Voraussetzung dafür ist ein zum Wärmelastgang passend dimensionierter Heizkessel und Pufferspeicher, da auch häufiger Teillastbetrieb wegen eines zu groß gewählten Kessels bereits zu höheren Emissionen führt.[4]



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Quellen und Fußnoten

  1. Hartmann, Hans (2009): Brennstoffzusammensetzung und –eigenschaften, S. 356. In: Martin Kaltschmitt, Hans Hartmann und Hermann Hofbauer (Hg.): Energie aus Biomasse. Grundlagen, Techniken und Verfahren. 2. Aufl.: Springer, S. 333–374.
  2. Errichtung der Anlage nach dem 22.3.2010: 100 g/m³; nach 31.12.2014: 20 g/m³
  3. 1. BImSchV § 5 Abs. 4: “Bei Feuerungsanlagen mit flüssigem Wärmeträgermedium, ausgenommen Einzelraumfeuerungsanlagen, für den Einsatz der in § 3 Absatz 1 Nummer 4 bis 8 und 13 genannten Brennstoffe, die ab dem 22. März 2010 errichtet werden, soll ein Wasser-Wärmespeicher mit einem Volumen von zwölf Litern je Liter Brennstofffüllraum vorgehalten werden.
  4. Hartmann Hans; Turowski, Peter (2010): Feinstaub-Emissionen aus Holzheizungen