Projekt 30529/01

Entwicklung emissionsarmer Kleinfeuerungsanlagen durch Integration der ChimCat Katalysatortechnologie

Projektdurchführung

Dr Pley Environmental GmbH
Kronacher Str. 39
96052 Bamberg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Innerhalb des Projektes auf Grundlage der Vorarbeiten bei der Dr Pley Environmental GmbH am Markt verfügbare Kleinfeuerungsanlagen durch die Integration der ChimCat Katalysatortechnologie umwelt-freundlicher gemacht werden. Es soll gezeigt werden, dass durch ein kleines und kostengünstiges Bau-teil die umweltschädlichen Emissionen an Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Feinstaub bei den von den Projektpartnern zur Verfügung gestellten Feuerstätten reduziert werden können.
Ziel ist es, die Emissionen an Kohlenmonoxid der Feuerstätten um mind. 50% bezogen auf den alltägli-chen Betrieb zu reduzieren. Bei den Feinstaubemissionen wird ein Grenzwert <30mg/m3 angestrebt, da hier der auf Grund des Standes der Technik die gravimetrische Staubmessung ihre natürliche Grenze hat. Daneben werden auch die Emissionen an bestimmten Kohlenwasserstoffen mit berücksichtig, obwohl diese in den anwendbaren Verordnungen nicht reguliert sind. Selbstverständlich sollen alle im Projekt bearbeiteten Feuerstätten die Anforderung der 2. Stufe der BImSchV unter Prüfstandsbedingungen bzw. nach den relevanten Normen erfüllen.



Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenPro Kleinfeuerungsanlage soll nach dem folgenden Verfahren vorgegangen werden:
1. Anlieferung der Feuerstätte und Aufnahmen der Geometrien
Nach Anlieferung der Feuerstätte werden die Brennraumgeometrien anhand von seitens der Projektpartner zur Verfügung gestellten Zeichnungen oder CAD Dateien oder aber durch ausmessen des Brennraums ein dreidimensionales CAD erstellt. Dadurch lassen sich die Rauchgasströmungen innerhalb der Brennkammer, Temperaturverteilungen und mögliche Einbauorte für die Katalysatoren leicht abschätzen.
2. Aufnahme von Temperaturprofilen und Ermittlung der Emissionen im Anlieferungszustand
Durch die ersten Abbrände soll das System im Betrieb kennengelernt werden. Es werden über mehrere Abbrände die Emissionen bei unterschiedlichen Lufteinstellungen aufgenommen und damit versucht den optimalen Betriebspunkt für die betreffende Feuerstätte zu finden. Durch Aufnahme der Abbrandzeit einer bestimmten Holzmenge und in Orientierung an der Nennleistung der Feuerstätte soll die für einen Abbrand notwendige Brennstoffmenge ermittelt werden. Durch das Einsetzen von Thermoelementen in den Rauchgasweg nach der Brennkammer werden die Temperaturprofile aufgezeichnet, um damit einen von der Temperatur her möglichst optimalen Einbauort für die Katalysatorkassetten zu finden. Ebenfalls aufgenommen wird der Unterdruck in der Brennkammer bei den ermittelten optimalen Lufteinstellungen. Die Emissionen an Staub sollen in Anlehnung an die VDI Richtlinie 2066 mittels einer isokintischen und gravimetrischen Messung erfolgen.
3. Herstellung von Halterungen und Katalysatorkassetten
Nach den Ergebnissen der Punkte 1 und 2 wird ein Einbauort für die Katalysatorkassetten festgelegt. Neben der von einem bestimmten Temperaturprofil vorgegebenen Bereich für den Einbau steht auch die Möglichkeit für einen manuellen Wechsel der Katalysatorkassetten im Vordergrund. Ebenfalls soll die Feuerstätte möglichst nicht baulich verändert werden. Nach diesen Vorgaben wird dann ein Prototyp gefertigt und in die Feuerstätte eingebaut.
4. Betrieb mit den integrierten Katalysatoren und Aufnahme der Emissionen
In Anlehnung an die Systematik unter Punkt 2 soll nun der Betrieb der Feuerstätten mit den integrierten Katalysatoren erfolgen. Dabei werden die Emissionen kontinuierlich aufgezeichnet. Die Ermittlung der Staubemissionen soll wiederum in Anlehnung an die VDI 2066 mittels einer isokintischen und gravimetrischen Methode erfolgen. Auch hier soll ein möglichst optimaler Betriebspunkt für die umgerüsteten Feuerstätten ermittelt werden. Sind die Ergebnisse gem. den Zielsetzungen erreicht, so wird mit der Abschlussmessung fortgefahren. Ist dies nicht der Fall, so werden die Katalysatorsysteme nochmals geändert und zu Punkt 3 zurückgekehrt.
5. Abschlussmessung und Aufnahme der Emissionen
Zur Abschließenden Aufnahme der Emissionen wird die Feuerstätte nochmals mit und ohne Katalysator auf dem Prüfstand betrieben. Mit fest eingestellten Zuluftmengen, wie unter Punkt 2 und 4 ermittel, der notwendigen Brennstoffmenge pro Abbrand für den Nennlastbetrieb werden nach Erzeugung einer Grundglut vier zusammenhängende Abbrände gefahren und die Emissionen ermittelt. Der Nachlegezeitpunkt wird anhand der Abgastemperatur festgelegt, bei der kein Flammenbild mehr in der Brennkammer erkennbar ist und die Grundglut wieder erreicht wurde. Durch Auswertung der Emissionsdaten bei den Abbränden soll zum einen das Emissionsverhalten über alle Abbrände, nach der Auswertemethode der 1. BImSchV bzw. den gültigen Normen und die Emissionsminderungsleistung ermittelt werden. Abschließend sollen jeweils für die betreffenden Feuerstätten mit und ohne eingesetzten Katalysatoren jeweils ein Abbrand mit stark reduzierter und größtmöglicher Zuluft durchgeführt werden. Durch die Aufnahme der Emissionen und deren Auswertung soll die Abscheideleistung der Katalysatoren auch unter nicht optimalen Betriebsbedingung ermittelt werden.
6. Abschließende Normprüfung bei einer akkreditierten Prüfstelle
Damit die neu entwickelten Produkte auch in den Verkauf gehen können sollen die Feuerstätten abschließend nach den geltenden Normen geprüft und zugelassen werden. Der Betrieb soll sich dabei an den Betriebsbedingungen orientieren, die bei den eigenen Entwicklungstätigkeiten ermittelt und festgelegt wurden.



Ergebnisse und Diskussion

Für die Max-Blank GmbH wurde eine Brennkammer, die Grundlage für mehrere Kaminofenmodelle ist, mit der ChimCat Katalysatortechnik ausgestattet. Durch den Einsatz der Katalysatoren konnte eine merkliche Minderung der Emissionen erreicht werden.
Für die Ulrich Brunner GmbH wurden insgesamt fünf Kamineinsätze nach EN13229 mit der ChimCat Ka-talysatortechnologie ausgestattet. Eine Reduzierung der Emissionen wurde durch einen Vergleich des Betriebes mit und ohne Katalysator belegt. Der Betrieb im Teillastbereich unter Einhaltung der Grenzwer-te der 1. BImSchV führte zu einer Reduzierung der Nennwärmeleistung um bis zu 30%.
Die Bullerjan GmbH hat die fünf unterschiedlich großen Warmluftöfen Typ00-05 dem Projekt zur Verfü-gung gestellt. Durch die primärseitige Optimierung der Verbrennungsluftzuführung und den Einsatz der ChimCat Katalysatormodule wurde die Einhaltung die Grenzwerte der 2. Stufe der 1. BImSchV innerhalb der Typprüfung beim DBI in Freiberg bestätigt. Die im Projekt weiterentwickelten Warmluftöfen können damit auch über den 31.12.2014 in Deutschland verkauft und betrieben werden.
Die Erkenntnisse aus den Integrationsarbeiten und Weiterentwicklung der Katalysatoren selbst flossen in die Entwicklung eines vollständig neuen Kaminofens. Der „ZD-13“ Kaminofen zeichnet sich durch be-sonders niedrige Emissionen und einen hohen Wirkungsgrad aus. Im Rahmen der durchgeführten Typprüfung beim TÜV Süd wurden Emissionen an Kohlenmonoxid von weniger als 50mg/m3 und Fein-staub von 5mg/m3 ermittelt. Mit diesem Kaminofen konnte gezeigt werden, dass die aktuell gültigen Emissionsgrenzwerte nach der 1. BImSchV nochmals mehr als deutlich unterschritten werden können und zu besonders emissionsarmen Feuerstätten führen. Dieser neu entwickelte Kaminofen wird über die Bullerjan GmbH mit der einfachen Bezeichnung B2 vertrieben.



Fazit

Bei allen im Projekt bearbeiteten Feuerstätten konnte das große Potential zur Minderung von Kohlenmo-noxid und Feinstaub durch die ChimCat Katalysatortechnologie belegt werden. Die zusätzlichen Bauteil-kosten für die Katalysatoren stellen für viele Hersteller ein Problem dar, da die aktuellen Grenzwerte der 1. BImSchV unter Typprüfbedingungen auch ohne zusätzliche Sekundärmaßnahmen erreicht werden können. Demnach haben sich die Unternehmen Max-Blank GmbH und die Ulrich Brunner GmbH zum jetzigen Zeitpunkt dazu entschlossen, die neue Technologie noch nicht in eigene Produkte zu integrieren. Die Bullerjan GmbH wird jedoch die im Projekt entwickelten FreeFlow Warmluftöfen mit den integrierten ChimCat Katalysatoren ausstatten.