DE102007063632A1 - Incinerator for biomass - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von Biomasse, bei welcher eine Pflanze als Hauptbestandteil der Biomassenerzeugung dient, sowie Einrichtungen hierzu, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1, 2, 11, 12 und 15. Um hierbei eine für die weitere Verwertung vorkonditionierte Biomassenerntung zu erhalten, die hohe Brennwerte und/oder hohe Biogasausbeuten liefert, ist erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Pflanze auf einer Agrarfläche angepflanzt und in der Vegetationsphase als Feuchterntung oberhalb des Wurzelballens abgeschnitten und mit einer Restfeuchte von mindestens 20% sofort einem Fermentierungsprozess in einem Bioreaktor zugeführt und nach der Fermentierung Biogas abgezogen wird oder als Trockenerntung oberhalb des Wurzelballens abgeschnitten und mit einer Restfeuchte von weniger als 20% zerkleinert und anschließend einem Verbrennungsprozess zugeführt wird.The invention relates to a process for the utilization of biomass, in which a plant serves as the main constituent of the biomass production, and facilities therefor, according to the preamble of claims 1, 2, 11, 12 and 15. In order to obtain a pre-conditioned for further recovery biomass harvesting, which provides high calorific values and / or high biogas yields is proposed according to the invention that the plant planted on an agricultural area and cut in the vegetation phase as Feuchterntung above the root ball and fed with a residual moisture content of at least 20% immediately a fermentation process in a bioreactor and after fermentation Biogas is withdrawn or cut as dry harvesting above the root ball and crushed with a residual moisture of less than 20% and then fed to a combustion process.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsofen, gemäß Oberbegriff der Patentanspruches 1.The The invention relates to a combustion furnace, according to the preamble of claim 1.

Biomasse als nachwachsender Rohstoff zur Energiegewinnung gewinnt in Zeiten immer knapper werdender fossiler Energieträger an Bedeutung. Damit einher gehen auch Alternativen um eine Reduktion des CO2 Anstoßes zu bewirken. Dies spielt auch bei der Erschließung von bisher schwach bewohntem Lebensraum und bei der Infrastruktur zum Transport von Energie oder Energieträgern eine bedeutende Rolle.Biomass as a renewable resource for energy production is gaining in importance in times of increasingly scarce fossil fuels. This is accompanied by alternatives to bring about a reduction in CO 2 impetus. This also plays an important role in the development of hitherto poorly populated habitat and in the infrastructure for the transport of energy or energy sources.

Biomasse fällt in vielfältiger Form an. So handelt es sich bei Biomasse oberbegrifflich nicht nur um pflanzenbezogene Grün- oder Trockenmasse, sondern auch biologische Abfälle aus Speiseresten, Fekalien, Schlachtabfällen zählen weitläufig zu Biomasse. So können aus Abfällen im Zuge von Vergärung und/oder Fermentierungsprozessen Biogas, im Wesentlichen Methan gewonnen werden. Methan ist dabei ein sehr wertvoller Energieträger. Es ist auch möglich aus vergorenen Bioabfällen flüssige Kraftstoffe und Öle zu raffinieren. Insgesamt stellt die Biomasse als solche eine Vielzahl von auswertbaren nachwachsenden Energieträgern dar.biomass comes in many forms. That's the way it is in biomass, not only plant-related or dry matter, but also biological waste Count on leftovers, feces, slaughterhouse waste widely to biomass. So can waste in the course of fermentation and / or fermentation processes Biogas, essentially methane are obtained. Methane is there a very valuable source of energy. It is also possible from fermented biowaste liquid fuels and to refine oils. Overall, the biomass poses as such a variety of renewable renewable energy sources represents.

Als Biogas wird aber auch das bei anerobem Abbau von organischen Stoffen bspw durch Methangärung gebildete Gasgemisch bezeichnet. Etwa 5 % der Biomasse von Grünpflanzen bildet jährlich Methan durch Verrottung, was aber ungenutzt in die Atmosphäre gelangt, und dort sogar ein klimaaktives Gas darstellt. Wird Methan jedoch einer kontrollierten Verbrennung zugeführt, führt dies zu einer umweltverträglichen Energieumsetzung.When But biogas will also be the result of anaerobic degradation of organic matter for example, gas mixture formed by methane fermentation. About 5% of the biomass of green plants grows annually Methane by rotting, but unused to the atmosphere reaches, where it even represents a climate-active gas. Becomes methane but fed to a controlled combustion leads this to an environmentally friendly energy conversion.

Im Stand der Technik sind außerdem Brennstoffzellen bekannt, denen direkt Methan zugeführt wird und eine Umwandlung in elektrische Energie erfolgt.in the The prior art also discloses fuel cells, which methane is fed directly and a conversion into electrical energy.

Biomasse stellt somit einen nachwachsenden Energierohstoff dar. Bei der Verwertung verschiedener Pflanzen entsteht aber dennoch immer ein Querschnitt jeweils einzelner Biomassen mit unterschiedlichen Brenn- und Energiewerten. Daraus wiederum ergibt sich der Nachteil, dass die Verbrennungsöfen beim Eintrag unterschiedlicher Biomasse immer auf wechselnden Arbeitspunkten arbeiten müssen. Dies führt dazu, dass die Verbrennung nicht immer optimal ist und dadurch ein unnötig hohes Maß an Rauchgas und CO2 entsteht.Biomass thus represents a renewable source of energy. However, the utilization of different plants always produces a cross section of individual biomasses with different fuel and energy values. In turn, there is the disadvantage that the incinerators must always work on changing operating points when entering different biomass. As a result, incineration is not always optimal, resulting in an unnecessarily high level of flue gas and CO 2 .

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen Verbrennungsofen für Biomasse der gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzubilden, dass eine für die weitere Verwertung vorkonditionierte Biomassenerntung entsteht, die hohe Brennwerte und/oder hohe Biogasausbeuten liefert.Of the Invention is therefore the object of a combustion furnace for biomass of the generic type to further develop that one for further use preconditioned biomass harvesting arises, the high calorific values and / or high biogas yields.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.The Asked object is in a method of the generic Type according to the invention by the characterizing Characteristics of claim 1 solved.

Dabei wird als Brennstoff eine neue Pflanzensorte verwendet.there is used as fuel a new plant variety.

Die Merkmale des erfindungsgemäßen Verbrennungsofen ergeben sich aus den Merkmalen des Anspruches 1.The Features of the incinerator according to the invention arise from the features of claim 1.

Dabei sind die technischen Vorbereitungsschritte der zu verbrennenden Biomasse aus der DE 10 2007 011 782.7-43 erheblich vorteilhaft.The technical preparation steps of the biomass to be burned out of the DE 10 2007 011 782.7-43 considerably advantageous.

Bei der weiter unten noch beschriebenen neuen Pflanzesorte, die hier verwendet wird, ist eine Stengelstruktur der Pflanze vorhanden, die stark gefastert und somit erheblich offenporig ist. Für die Verbrennung hat dies den ernormen Vorteil, dass der Flamme extrem viel Luftsauerstoff durch das Pflanzenmaterial zugeleitet wird, so dass ungewöhnlich hohe Verbrennungstemperaturen erreicht werden. Dies macht die benannte neue Pflanzensorte zu einem überraschend guten Energieträger.at the new plant variety described below, here is used, a stem structure of the plant is present, which is heavily gefastert and thus significantly porous. For The combustion has this immense advantage that the flame is extreme much oxygen is supplied by the plant material, so that reaches unusually high combustion temperatures become. This makes the named new plant variety a surprising good energy source.

Die geerntete Pflanze bzw die Biomasse staubfein gemahlen werden, und anschließend über eine Düse in einen Verbrennungsofen eingesprüht werden. Auch hierzu eignet sich die verwendete neue Pfanzensorte ganz enorm, weil die lose fasrige Struktur einerseits leicht mahlbar ist, und andererseits über die Feinheit der Mahlung dennoch die für die Verbrennung günstige vorteilhafte offenporige Mikrostruktur des Pflanzenmaterials genutzt werden kann. Außerdem schwebt der Brennstoff als Mahlgut länger im Verbrennungsraum. Durch die gesteuerte Eindüsung des Mahlgutes kann außerdem der Verbrennungsprozeß optimal gesteuert werden. So kann insgesamt ein bspw konstanttemperaturgesteuerter Verbrennungsprozess gefahren werden, was für eine optimale Verbrennung vorteilhaft ist. Durch die Steuerung der Verdüsung und des Eintrages von Mahlgut in den Verbrennungsprozess kann außerdem auch der Arbeitspunkt des Verbrennungsofens optimal angefahren werden, so dass die Verbrennung bei maximaler Energieausbeute und minimaler Rauchgasbelastung gesteuert werden kann.The harvested plant or biomass are ground dust fine, and then via a nozzle in one Incinerator be sprayed. Also suitable for this The new type of plant used is enormous, because the loose fibrous structure on the one hand easily grindable, and on the other hand over the fineness of the grinding nevertheless for the combustion favorable advantageous open-pore microstructure of the plant material can be used. Besides, the fuel floats as Ground material longer in the combustion chamber. Through the controlled Injection of the ground material can also optimize the combustion process to be controlled. Thus, in total, for example, a constant temperature-controlled combustion process be driven, which is advantageous for optimal combustion is. By controlling the atomization and the entry of millbase in the combustion process can also be the Working point of the incinerator are optimally approached, so that the combustion with maximum energy yield and minimum Flue gas pollution can be controlled.

Aufgrund der Tatsache, dass die Verbrennung auf diese Weise gesteuert, bzw regelbar optimierbar ist, ist in vorteilhafter Weise eine Vermischung der Pflanze bzw der aufgebreiteten Biomasse mit Klärschlämmen möglich. Klärschlämme müssen zur Entfernung der enthaltenen Schadstoffe in der Regel einer Heißverbrennung zugeführt werden, damit bedenkliche chemische Verbindungen darin gecrakt werden können. Dies ist mit dieser verwendeten neuen Pflanze in der vorstehend genannten technischen Aufbereitung auf erheblich einfache und effektive Weise möglich.Due to the fact that the combustion controlled in this way, or can be optimally optimized, mixing of the plant or the spread biomass with sewage sludge is possible in an advantageous manner. Sewage sludge must be supplied to remove the pollutants contained in the rule of a hot combustion, so that questionable chemical compounds can be cracked in it. This is possible with this new plant used in the above-mentioned technical preparation in a considerably simple and effective manner.

In vorteilhafter Ausgestaltung kann die direkte Zufuhr von Brennstoff und Luftsauerstoff temperaturabhängig geführt werden, derart, dass der Verbennungsprozess im Verbrennungsreaktor temperaturkonstant geregelt wird.In Advantageous embodiment, the direct supply of fuel and atmospheric oxygen is temperature-dependent such, that the fermentation process in the combustion reactor temperature constant is regulated.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass bereits unmittelbar nach Erntung das Erntegut in einer mit einer Erntemaschine mitgeführten Kompaktiereinheit gepresst oder kompaktiert oder pelletiert wird, und das kompaktierte Erntegut nach dem Ernteprozess entweder direkt dem Bio- oder Verbrennungsreaktor, oder einem Lagersilo zugeführt werden kann. Bei schonender Kompaktierung kann darauf geachtet werden, dass die Mikrostruktur der geernteten Biomasse, d. h. z. B. die Offenporigkeit in der Struktur, was zu einer guten Flammenbelüftung führt, auch dabei erhalten bleibt.In Another advantageous embodiment is specified that already Immediately after harvesting the crop in one with a harvester entrained Kompaktiereinheit pressed or compacted or is pelleted, and the compacted crop after the harvesting process either directly to the bio or combustion reactor, or to a storage silo can be supplied. With gentle compaction can be taken to ensure that the microstructure of the harvested biomass, d. H. z. As the porosity in the structure, resulting in a good Flame ventilation leads, also preserved.

In Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Biomasse die Pflanze mit der vorläufigen Sortenbezeichnung Igniscum CPVO 2007/0149 verwendet wird. Diese spezielle Sorte hat die Eigenschaft extrem schnell zu wachsen, dabei jedoch dem Boden erhebliche Mengen von unter anderem Stickstoff zuzuführen, womit zumindest diese Auslaugung der Anbaufläche vermieden wird. Damit ist die Pflanze ökologisch wertvoll, und durch ihre bereits beschriebene besondere Faserstruktur zu der erfindungsgemäßen verfahrensgemäßen Verwertung hochgradig geeignet. Außerdem bindet bzw absorbiert die Pflanze sehr viel CO2.In carrying out the process according to the invention, the plant with the provisional denomination Igniscum CPVO 2007/0149 is used as biomass. This special variety has the ability to grow extremely fast, while supplying the soil with significant amounts of nitrogen, among other things, which at least this leaching of the acreage is avoided. Thus, the plant is ecologically valuable, and highly suitable for the inventive use according to the invention by their already described special fiber structure. In addition, the plant binds or absorbs a lot of CO 2 .

Brennwertuntersuchungen bezüglich dieser oben genannten Eigenschaften sind von entsprechenden Instituten durchgeführt und deren extrem hohe Energieausbeutung bestätigt worden.Condensing investigations regarding these above properties are of institutes and their extremely high Energy exploitation has been confirmed.

Die besagte Pflanze erfüllt daher in doppelter Weise sowohl einen ökologischen und zugleich aber auch einen hohen ökonomischen Nutzen.The said plant therefore fulfills both in a double manner an ecological as well as a high economic one Use.

Im Kontext dieser Erfindung steht ein mit der entsprechenden Ernte- und Konditioniertechnik der Biomasse (gemäß DE 10 2007 011 782.7-43 ) abgestimmter Verbrennungsofen, bei welchem die Biomasse als Mahlgut über eine steuerbare Düse in den Brennraum eines Verbrennungsofens eingesprüht wird, und dass über Rauchgassensoren und Temperatursensoren die Düse über eine Steuereinrichtung so ansteuerbar ist, dass über den angesteuerten Volumendurchfluß an Mahlgut in die Flamme, die Temperatur derselben konstant regelbar ist.In the context of this invention is one with the appropriate harvesting and conditioning technique of the biomass (according to DE 10 2007 011 782.7-43 ) tuned combustion furnace in which the biomass is sprayed as regrind via a controllable nozzle in the combustion chamber of a combustion furnace, and that the nozzle via flue gas sensors and temperature sensors can be controlled via a control device that via the controlled volumetric flow of ground material in the flame, the temperature the same is constantly controllable.

Dies stellt eine besonders vorteilhafte Betriebsweise des Ofens dar. Es kann aber auch Granulat oder Pellets verbrannt werden.This represents a particularly advantageous mode of operation of the furnace. But it can also be burned granules or pellets.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.The Invention is in the drawing based on embodiments shown and described in more detail below.

Es zeigt :It shows :

1: Schematische Darstellung einer Verbrennungssteuerung 1 : Schematic representation of a combustion control

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsofens, bei dem z. B. Mahlgut über eine Staubdüse kontrolliert, d. h. geregelt in den Ofen bzw die Flamme eingesprücht wird. Über die Verwendung als Mahlgut ergibt sich in enorm vorteilhafter Weise, dass der Ausgangsstoff Biomasse nicht irgendwie verbrannt wird, wie dies im Stand der Technik oft der Fall ist, sondern die Biomasse ist soweit konditioniert, dass die Öfen in optimalen Arbeitspunkten gesteuert werden können. 1 shows an embodiment of a combustion furnace, in which z. B. controlled material via a dust nozzle, ie regulated in the oven or the flame is einprücht. About the use as regrind results in an enormously advantageous manner that the source biomass is not somehow burned, as is often the case in the prior art, but the biomass is conditioned so far that the ovens can be controlled in optimal operating points.

Bei der Verbrennung von Biomasse in dieser Art entsteht jedoch der Vorteil, dass diese Biomasse nicht fossil entnommen ist, sondern direkt aus einem Nachwachsprozess vom Feld kommt. Das ergibt in der CO2-Bilanz der Energieerzeugung den entscheidenden ökologischen Vorteil, dass der Brennstoff zuvor aktuell durch seinen Wuchs CO2 aus der Atmosphäre absorbiert und umgewandelt hat. D. h. mit anderen Worten, dass dies fossile Energieträger nicht leisten. Diese haben ihre CO2 Absorption von mehren Millionen Jahren durchgeführt.When burning biomass in this way, however, there is the advantage that this biomass is not taken from fossil, but comes directly from a Nachwachsprozess from the field. In the CO 2 balance of energy production, this gives the decisive ecological advantage that the fuel has previously absorbed and converted CO 2 from the atmosphere through its growth. Ie. in other words, that fossil fuels do not do that. These have carried out their CO 2 absorption of several million years.

Bei der Verabreitung einer nachwachsenden Biomasse in der erfindungsgemäßen Weise wird durch die energetische Umsetzung direkt nach dem Wuchs eine zumindest tendenziell zu Null eliminierte CO2 Bilanz erzeugt. Durch die erfindungsgemäße Abstimmung von Erntevorgang und Erntegutbehandlung wird die Biomasse als Energieträger so kompaktiert, oder gemahlen, dass optimal reduzierte und reproduzierbare Abgaswerte entstehen. Im Gesamtkonzept aller technischen Maßnahmen und aller erzielten Vorteile ist dies eine wirtschaftlich aber auch ökologisch erheblich vorteilhafte Vorgehensweise.When a renewable biomass is being processed in the manner according to the invention, an energetic conversion directly after the growth produces a CO 2 balance which is at least tended to be eliminated to zero. As a result of the inventive coordination of the harvesting process and the crop treatment, the biomass is compacted or ground as an energy carrier so that optimally reduced and reproducible exhaust gas values are produced. In the overall concept of all technical measures and all advantages achieved, this is an economically as well as ecologically considerably advantageous procedure.

Um die Verbrennung in der genannten Weise zu regeln, wird die Einsprühdüse des Mahlgutes über die Brennofensteuerung gesteuert. Dabei gehen auch die Brennraumtemperatur über einen im Brennraum angeordneten Temperaturfühler als Steuer- und Regelparameter in die Steuerung des Ofens ein. Mitberücksichtigt werden auch die Signale eines oder mehrerer Rauchgassensoren. Anstelle der geregelten bzw gesteuerten Düse für Mahlgut, können auch Pellet- oder Granulateinbringmittel, oder Einspritzdüsen für flüssigen Biomassenbrennstoff vorgesehen sein. Diese können stattdessen oder aber auch parallel vorgesehen werden, so dass der Ofen für jede Form konditionierten Biomasse-Brennstoffs betrieben werden kann. Die Steuerung ist dabei für alle Befeuerungsarten äquivalent. So wird in jedem Fall der Brennstoffeintrag über die Ofensteuerung geregelt.In order to control the combustion in the manner mentioned, the Einsprühdüse the ground material is controlled by the kiln control. The combustion chamber temperature also goes into the control of the furnace via a temperature sensor arranged in the combustion chamber as a control and regulation parameter. Also taken into account are the signals of one or more flue gas sensors. Instead of the controlled or controlled nozzle for regrind, pellet or Granulateinbringmittel, or injectors for liquid biomass fuel can also be provided be. These may be provided instead or in parallel, so that the furnace can be operated for any form of conditioned biomass fuel. The control is equivalent for all types of lighting. Thus, in each case, the fuel input is controlled by the furnace control.

Dabei ist auch vorgesehen, dass zusätzlich Klärschlämme in die Verbrennung eingespeist werden können. Bei dieser Art Klärschlämme handelt es sich um solche die nicht direkt deponiert oder auch nicht auf Felder ausgebracht werden dürfen. Diese sind dann bspw durch Verbrennung zu entsorgen.there is also provided that additionally sewage sludge can be fed into the combustion. At this Type sewage sludge are those which not directly deposited or not applied to fields allowed to. These are then to be disposed of by incineration, for example.

Bei dieser Art Biomasse-Verbrennungsofen können im Effekt höhere Verbrennungstemperaturen erzielt werden als bei herkömmlichen Biomasse-Verbrennungsöfen. Dies liegt an der Art der erfindungsgemäß konditionierten Biomasse. Weiterhin wird dies durch die erfindungsgemäße Verwendung der neuen Plfanzensorte IGNISCUM (CPVO Nr 2007/0149) erzielt. Diese neue Pflanzensorte erzeugt auf die erfindungsgemäße Ernte- und Konditionierweise eine Biomasse, die stark offenporig, also kapillar ist, und auch in kompaktierter Form eine hohe Zuführung von Luftsauerstoff in die Brennflamme gewährtleistet. Dabei sind die erzielten Brenntemperaturen höher als bei üblicher Biomasse. Begünstigt wird dies durch die verfahrensgemäße Trockenerntung mit den beschriebenen Parametern. Dadurch entsteht ein höchst effektiver direkter Brennstoff.at this type of biomass incinerator can in effect be higher Combustion temperatures are achieved than conventional Biomass incinerators. This is due to the nature of the invention conditioned Biomass. Furthermore, this is achieved by the invention Use of the new pluck variety IGNISCUM (CPVO Nr 2007/0149) achieved. This new plant variety produced on the inventive Harvesting and conditioning a biomass that is highly porous, so capillary, and in compact form a high supply from atmospheric oxygen into the combustion flame. there are the firing temperatures achieved higher than usual Biomass. This is favored by the procedural Dry harvesting with the described parameters. This creates a highly effective direct fuel.

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Claims (5)

Verbrennungsofen für Biomasse, dadurch gekennzeichnet, dass Biomasse als Mahlgut über eine steuerbare Düse in den Brennraum eines Verbrennungsofens eingesprüht wird, und dass über Rauchgassensoren und Temperatursensoren die Düse über eine Steuereinrichtung so ansteuerbar ist, dass über den angesteuerten Volumendurchfluß an Mahlgut in die Flamme, die Temperatur derselben konstant regelbar ist.Combustion furnace for biomass, characterized in that biomass is sprayed as regrind via a controllable nozzle in the combustion chamber of a combustion furnace, and that via flue gas sensors and temperature sensors, the nozzle via a control device is so controlled that on the controlled volume flow of ground material in the flame, the Temperature of the same is constantly adjustable. Verbrennungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geerntete Pflanze bzw die Biomasse staubfein gemahlen wird, und anschließend über eine Düse in einen Verbennungsreaktor eingesprüht wird.Incinerator according to claim 1, characterized in that that the harvested plant or the biomass is ground very fine, and then through a nozzle in one Verbennungsreaktor is sprayed. Verbrennungsofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pflanze bzw die Biomasse mit Klärschlämmen vermischt und anschließend in einer Heißverbrennung verbrannt wird.Incinerator according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the plant or the biomass with sewage sludge mixed and then in a hot combustion is burned. Verbrennungsofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Brennstoff und Luftsauerstoff temperaturabhängig geführt wird, derart, dass der Verbrennungsprozess im Verbrennungsofen temperaturkonstant geregelt wird.Incinerator according to one of the preceding claims, characterized in that the supply of fuel and atmospheric oxygen is performed temperature-dependent, such that the combustion process in the combustion furnace controlled temperature constant becomes. Verwendung einer Pflanze für einen Verbrennungsofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Pflanze die Igniscum CPVO 2007/0149 aus der Gattung der Polygonacea (Riesenknöterich) verwendet wird.Use of a plant for a combustion furnace according to one of the preceding claims, characterized that as a plant the Igniscum CPVO 2007/0149 from the genus of Polygonacea (Riesenknöterich) is used.
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