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Brennstoffe

Die Standardbrennstoffe Gas und Heizöl sind und bleiben wichtige Eckpfeiler einer zuverlässigen und kostengünstigen Wärmeversorgung doch angesichts steigender ökologischer Anforderungen legt SAACKE seit einigen Jahren ein besonderes Augenmerk auf die Nutzung alternativer Brennstoffe. Heizwertreiche und heizwertarme Nebenprodukte oder Reststoffe aus industriellen Prozessen ersetzen so fossile Brennstoffe, Energie- und Entsorgungskosten werden gespart – und das alles emissionsarm dank der Low-NOx-Brenner.

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Während Erdgas ein zentraler Baustein der weltweiten Energieversorgung ist, stellen heizwertarme Stoffe, wie z. B. Armgas, Nischenprodukte dar. Zur Gruppe der Armgase gehören Gichtgas, Formalingas, Ventgas, Corexgas und CO-Gas. Diese Gase fallen z. B. bei der Stahlproduktion, in der chemischen Industrie oder anderen Prozessen an und stellen die Feuerungstechnik vor große Herausforderungen.

Im Gegensatz zu Erdgas bestehen Armgase häufig zu einem erheblichen Teil aus Inertgasen wie Stickstoff, Kohlendioxid oder Wasserdampf. Die brennbaren Bestandteile, z.B. Kohlenmonoxid oder Wasserstoff, sind typischerweise nur zu ca. 25% Vol.-% enthalten. Ihr Heizwert liegt mit 2 – 15 MJ/m³ deutlich unter dem von Erdgas und das bedeutet, dass nennenswerte Gasvolumina erforderlich sind, um eine Erdgasfeuerung zu ersetzen. Noch dazu stehen sie meist nur mit sehr geringem Förderdruck zur Verfügung, sodass Armgase häufig nicht thermisch genutzt, sondern abgefackelt werden.

Um Armgase wirtschaftlich zu verwerten, bietet sich ein SSB-LCG aus der SAACKE-Drallbrenner-Serie SSB an. Er wurde speziell für niederkalorische Gase entwickelt und verbrennt selbst Gase mit einem Heizwert von nur 2 MJ/m³ zuverlässig und ohne teuren Stützbrennstoff. Bemerkenswert ist auch der geringe Druckbedarf von lediglich 10 mbar für den Brenner.

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Neben dem Standardbrennstoff Erdgas existiert eine ganze Reihe von heizwertreichen Sondergasen, die oft abgefackelt oder mithilfe eines Stützbrennstoffs verbrannt werden. Typische Gase dieser Gruppe sind Deponiegas, Klärgas, Raffineriegas, Kohlegrubengas, Ventgase oder Koksgas. Sie alle lassen sich problemlos thermisch verwerten, stellen jedoch erhöhte Anforderungen an die Feuerung.

Im Gegensatz zu Armgas verfügen diese Gase mit mehr als 15 MJ/m³ über einen nennenswerten Energiegehalt, allerdings fallen sie in schwankenden Mengen oder mit schwankendem Heizwert an. Ventgase aus Treibstofflagern sind ein gutes Beispiel: Die Tankinhalte bestehen aus flüchtigen, leicht entzündlichen Kohlenwasserstoffen, sodass die Tanks während des Betankens mit Stickstoff inertisiert werden. Beim Be- und Entladen schwanken deshalb nicht nur das Volumen und die Gasmenge, sondern auch die Zusammensetzung des Gases zwischen reinem Brenngas und reinem Stickstoff.

Während die brennbaren Bestandteile von Raffineriegas aus Wasserstoff bis Butan bestehen, stellt Methan den Hauptbestandteil von Deponiegas, Klärgas oder Kohlegrubengas. Hier finden sich zudem nennenswerte Anteile von Kohlendioxid und Stickstoff.

Alle genannten Gase erfordern eine Heizwertmessung in der Gasarmaturenstrecke, die den tatsächlichen, momentanen Heizwert erfasst und an die Brennsteuerung übermittelt. Auf diese Weise erhält der Brenner dann die korrekte Luftmenge oder auch zusätzliches Erdgas, um das Sondergas sauber und mit Priorität zu verwerten. Falls erforderlich, lassen sich an dieser Stelle auch im Prozess anfallende Nebenprodukte einsetzen – so können beispielsweise Rückstandsöle aus dem Raffineriebetrieb parallel verbrannt werden.

Um Sondergase wirtschaftlich zu verwerten, bieten sich zwei SAACKE Lösungen an: die Dampfdruckzerstäuber-Serie TF-DDZG oder die Drallbrenner-Serie SSB-LCG. Ihre bewährte Technik verwertet auch schwierige Gase mit sehr niedrigem Förderdruck zuverlässig und entlastet Budget und Umwelt gleichermaßen.

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Oft enthalten flüssige industrielle Nebenprodukte nur sehr wenig Energie. Sie verfügen über einen hohen Wasseranteil und müssen teuer entsorgt werden. So zum Beispiel Sojamolasse aus der Lebensmittelproduktion oder Vinasse („Spent Wash“) aus der Bioethanolproduktion. Mit einem Wasseranteil von rund 50 % in der bereits aufkonzentrierten Lösung und nur 40 % organischen Anteilen sind Molasse und Vinasse meist ein gravierendes Umweltproblem. Sie werden wie Gülle auf landwirtschaftlichen Flächen entsorgt – mit fatalen Folgen für Grundwasser und Luft.

In der chemischen Industrie gehören ACN-Polymerlösungen oder Abwasserkonzentrate mit hohem Phenolharzanteil ebenfalls zur Gruppe heizwertarmer Flüssigkeiten, die sich mit konventioneller Feuerungstechnik nicht verwerten lassen. So enthält ACN-Polymerlösung aus der Kunststoffproduktion zusätzlich 10 % organisch gebundenen Stickstoff, während das Abwasser mit Phenolharzanteil zu rund 90 % aus Wasser besteht.

Unter dem Strich liegen die Heizwerte dieser Flüssigkeiten mit z.B. 7-10 MJ/kg bei konzentrierter Vinasse sehr niedrig, während die Viskosität mit teilweise 45 cSt bei 100 °C häufig entsprechend problematisch ist. Zudem entsteht bei der Verbrennung von Vinasse und Molasse viel Asche mit niedrigem Schmelzpunkt und macht eine besondere Kessel-Konstruktion erforderlich. Nichtsdestoweniger können die genannten Stoffe thermisch verwertet werden und schaffen dann eine Win-win-Situation, die das Budget und die Umwelt gleichermaßen entlastet.

Im Fall von Vinasse und Molasse spart das nicht nur erhebliche Mengen von Primärenergie, sondern erzeugt mit der Asche auch große Mengen wertvollen Düngers, was die Ökobilanz gleich doppelt verbessert.

Der SAACKE SSB-LCL basiert auf dem bewährten Drallbrenner SSB und verfügt über eine angepasste Brennermuffel, die die Verwertung auch problematischer Stoffe möglich macht. Dieser Brenner lässt sich an unterschiedlichste Flüssigkeiten anpassen, mit verschiedenen Zusatzbrennstoffen betreiben und garantiert höchste Verfügbarkeit bei niedrigsten Emissionswerten.

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Neben den flüssigen Standardbrennstoffen Leichtöl und Schweröl existieren eine Reihe von Stoffen, die mit einem Heizwert von mehr als 15 MJ/kg so viel Energie enthalten, dass sich eine thermische Verwertung lohnt. Das sind zum Beispiel:

  • Tierfett
  • Rapsöl
  • Sojaöl
  • Palmöl/-fett
  • Fischöl
  • Glyzerin
  • Frittierfett
  • Biodiesel
  • Schwefel
  • Silikonöl
  • Zahlreiche verunreinigte Nebenprodukte der chemischen Industrie, wie z. B. Biphenyl Acetat (BPA), Styrol oder Toluol

Während einige dieser Stoffe als Primärrohstoffe speziell für die thermische Verwertung produziert werden, fallen viele als Nebenprodukt an oder sind sogar ein echter „Problemstoff“, der die Bilanz belastet und entsorgt werden muss.Sie alle verfügen über einen hohen Heizwert, unterscheiden sich jedoch in ihren chemischen und physikalischen Eigenschaften. So müssen zahlreiche Sonderbrennstoffe vorgewärmt werden, um eine für die Verbrennung geeignete Viskosität zu erreichen oder überhaupt erst flüssig zu werden. Viele sind verunreinigt und stellen wegen ihrer schwankenden chemischen Zusammensetzung hohe Anforderungen an die Feuerung.

Hier bietet sich zum Beispiel ein SKV-SF aus der Drehzerstäuber-Serie SKVG an. Weil seine mit dem Brennstoff in Kontakt stehenden Teile aus Edelstahl bestehen, verwertet er auch hochviskose und verunreinigte Flüssigkeiten mit hoher Säurezahl zuverlässig und gewährleistet bestmögliche Emissionswerte bei hervorragendem Ausbrand.

Egal, welcher Brenner für welchen Brennstoff zum Einsatz kommt – die Verwertung von Sonderbrennstoffen ist meist eine lohnende Investition. Insbesondere, wenn dieser Stoff bisher teuer oder unter Einsatz von Hilfsbrennstoff entsorgt werden musste, statt damit Energie zu gewinnen. Dabei entlastet diese neue Energiequelle nicht nur das Budget, sondern schont auch die Umwelt.

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Biogene Brennstoffe können sowohl pflanzlichen Ursprungs als auch ein Produkt von Gärung oder Faulung organischen Materials sein. Je nach Brennstoff unterscheiden sich die chemischen und physikalischen Eigenschaften erheblich. so sind einige Stoffe bei Zimmertemperatur fest, andere flüssig oder gasförmig.
Typische Biobrennstoffe sind:

  • Rapsöl
  • Sojaöl
  • Palmöl
  • Biodiesel
  • Biogas
  • Bio-Erdgas
  • Klärgas
  • Gas aus Biomasse-Vergasung
  • Holzstaub

Allen gemein sind ein hoher Heizwert von mehr als 15 MJ/kg (15 MJ/m³) und die neutrale CO2-Bilanz bei der Verbrennung. Wurde Klärgas oder Biogas zuvor unkontrolliert freigesetzt, kann eine thermische Nutzung das Klima noch stärker entlasten: Diese Gase enthalten viel klimaschädliches Methan, das bei der Verbrennung in CO2 umgewandelt wird.

Auch wenn die Verbrennung von Rapsöl, Sojaöl oder Biodiesel größtenteils analog zum Einsatz von Leicht- oder Schweröl funktioniert, stellt jeder einzelne Brennstoff die Feuerung vor eine besondere Herausforderung: Alle Stoffe unterscheiden sich im Heizwert, dem Stockpunkt, der Viskosität und der Zündwilligkeit. Weil Palmöl bei Zimmertemperatur fest ist, muss es – je nach eingesetztem Brenner – mehr oder weniger vorgewärmt werden, um es fördern und zerstäuben zu können. Darüber hinaus enthalten die meisten biogenen Flüssigkeiten einen gewissen Anteil an freien Fettsäuren, die sehr korrosiv wirken. In diesem Fall müssen alle brennstoffberührten Teile aus Edelstahl bestehen.

Die biogenen Gase weichen ebenfalls stark voneinander ab. Sie enthalten entweder überwiegend Wasserstoff oder überwiegend Methan als brennbare Komponente. Zusätzlich enthalten sie Stickstoff und können generell in ihrer Zusammensetzung stark schwanken. Diese schwankende Zusammensetzung in Verbindung mit einem diskontinuierlichen Anfall des Gases erfordert die exakte Überwachung des Heizwerts sowie die präzise und schnelle Mengenregelung von Luft, Biogas und weiteren Brennstoffen.

Neben der Drallbrenner-Serie SSB oder der Dampfdruckzerstäuber-Serie DDZG können für die Verbrennung biogener Brennstoffe auch die Drehzerstäuber-Serien SKVG und SKVG-A verwendet werden. Die Drehzerstäuber-Serie SAACKE TEMINOX GL bietet sich an, wenn neben dem Biogas leichtes Heizöl als zweiter Brennstoff dienen soll.

Übrigens: Während Holzpellets inzwischen ein etablierter biogener Brennstoff sind, wird Holzstaub an dieser Stelle meist übersehen. Gleichwohl lässt sich gemahlenes Holz einfach, sauber und sehr effizient verwerten. Hier kommt die Drallbrenner-Serie SSB-D zum Einsatz: Sie bietet neben besonders geringen Emissionen und einem großen Regelbereich auch die Möglichkeit, weitere Brennstoffe zu verwerten.

Welcher Brenner auch zum Einsatz kommt – eine Entscheidung für biogene Brennstoffe ist immer eine Entscheidung für eine ausgeglichene CO2-Bilanz und eine sichere Wärmeversorgung in Zeiten schwankender Brennstoffmärkte.

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Obwohl Brennstäube eine sehr wirtschaftliche Alternative zu Erdgas oder Heizöl darstellen, bleiben sie vielfach unbeachtet. Besonders schade, wenn Stäube als Nebenprodukte in industriellen Prozessen anfallen und direkt wertvolle (und teure) Standardbrennstoffe ersetzen könnten.

Als Staub gilt in diesem Zusammenhang ein fester Stoff mit einer maximalen Korngröße von bis zu 0,5 mm. Abseits dieser Festlegung unterscheiden sich Stäube jedoch grundlegend in ihrem Wasser- und Aschegehalt, in ihrem Heizwert und der Zündwilligkeit, die direkt mit dem Anteil flüchtiger Bestandteile zusammenhängt. So liegen Braunkohlestaub und Steinkohlestaub mit Heizwerten von 20-22 MJ/kg und 25-30 MJ/kg nicht sehr weit voneinander entfernt. Allerdings verfügt Braunkohlestaub über deutlich mehr leichtflüchtige Bestandteile und ist deswegen insgesamt zündwilliger. Als extremes Beispiel kann Petrolkoks genannt werden: Dieser Staub enthält nur sehr wenig leichtflüchtige Bestandteile und stellt deswegen trotz seines hohen Kohlenstoffgehalts erhöhte Ansprüche an die Feuerung.

Neben aufgemahlener Kohle existieren zahlreiche biogene Stäube, deren Verwertung das Budget gleich doppelt entlastet:

  • Holzstaub/Holzschleifstaub
  • Zuckerrübenschnitzelstaub
  • Rapsextraktionsschrot
  • Gärsubstrat
  • Kaffeeschalen

Für alle Stäube kommt die Drallbrenner-Serie SSB-D zum Einsatz. Sie bietet nicht nur einen hohen Regelbereich bei maximalem Ausbrand, sondern lässt sich sowohl an Brennkammern als auch an Wasserrohrkesseln betreiben. Sie unterschreitet auch strenge Emissionsgrenzwerte zuverlässig und demonstriert eindrucksvoll die Möglichkeiten einer Staubfeuerung.

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We believe, that energy
generation from fossil
fuel combustion can be
as efficient and clean as
from sun, wind and water.