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Emissionsverhalten der BHKW beim Flex-Betrieb
50. Biogas Fachtagung Thüringen� 07.11.2018 � Dipl.-Ing. (FH) Volker Aschmann
Emissionsverhalten der BHKW im Flex-Betrieb� 07.11.2018 in Erfurt
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Inhaltsübersicht
Vorstellung 3 – 6
Start-Stopp-Verhalten 13 – 15
Teillastverhalten 16 – 20
Abgasnachbehandlung 21 – 30
Einführung 7 – 12
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IN SIEBEN JAHREN ZUM MARKTFÜHRERIN DER ABGASNACHBEHANDLUNG
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- Wicklung der Metallträger
- Beschichtung des Katalysators
- Anschweißen von Komponenten wie Flanschen und Konen
- Fertigung jeden Katalysators zu 100 % im eigenen Haus
- Arbeit nach zertifiziertem Managementsystem
- Einstellung auf individuelle Anforderungen, da wir keine
Vorlieferanten haben
- Herstellung Ihres Katalysators, damit er am besten zum
Einsatz kommt
- Erfolgreiche Umsetzung zeitkritischer Projekte aufgrund
einzigartiger Fertigungstiefe
Produktion
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� Emission Partner fertigt Katalysatoren mit größter Flexibilität
� Durchmesser variabel von 50 mm bis 1000 mm
� Matrixtiefe variabel von 90 mm bis 180 mm
90 mm 120 mm 150 mm 180 mm
50 mm 1000 mm
ProduktionVariabler Katalysatordurchmesser
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- Drei-Wege-Katalysatoren:
Einsatz bei Motoren mit einem Lambda-Wert von 1. Es werden Kohlenstoffmonoxid und
Kohlenwasserstoffe oxidiert und dabei Stickoxide reduziert.
- Oxidationskatalysatoren:
Einsatz bei mager betriebenen Motoren und hinter Gasturbinen. Sie dienen nur der
Oxidation von Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffen. (Formaldehyd)
- SCR Katalysatoren:
Einsatz bei mager betriebenen Motoren (Gas/Diesel) und Gasturbinen.
Eindüsung von Harnstoff als Reduktionsmittel. Reduzierung von
Kohlenstoffmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide.
Die Endprodukte sind Wasser, Kohlenstoffdioxid und Stickstoff.
Beste KatalysatortechnologieProduktpalette
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Einführung
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0
20
40
60
80
100
120
140
WasserstoffMethan
PropanButan
Biogas
Methanzahl
verändert nach JENBACHER 2002
Brenngaseigenschaften: Hauptbestandteile: CH4 (Energieträger)+ CO2 (Löschmittel)
Nebenbestandteile: H2S, H2O, O2, H2, NH3
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9
0
10
20
30
40
1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
lam
inar
e F
lam
men
gesc
hwin
digk
eit
[cm
*s-1
]
Lambda
CH4
65%CH4 + 35%CO2
40%CH4 + 60%CO2
Limit
verändert nach Elsenbruch 2016
Brenngaseigenschaften: Laminare Flammgeschwindigkeit
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Magerbetrieb1,0 Lambda-Wert ansteigend
NO
x, C
O, C
nH
mK
onze
ntra
tion
im A
bgas NOx CO CnHm
gering
hoch
stöchiometrisch
verändert nach JENBACHER 2002
Brenngaseigenschaften: Einfluss des Luftüberschusses auf die Abgasemissionen
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526 kWel.
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
NO
x, C
O u
nd C
nH
m[m
g*m
-3]
0
27,5
30,0
32,5
35,0
37,5
40,0
42,5
45,0
el. W
irkun
gsgr
ad [%
]
NOx CO CnHm el. Wirkungsgrad
NOx-Grenzwert
980
834
1185
leistungsoptimiert
38,8
37,6
488
802
1375
NOx optimiert
Motoreinstellung
Quelle: Aschmann/LfL
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Quelle: Kissel/LfL
Flexibilisierung: Auswirkung einer Überbauung auf den Anlagenbetrieb
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Start-Stopp-Verhalten
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0
50
100
150
200
250
300
350
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
elek
tris
che
Leis
tung
Abg
asko
nzen
trat
ion
Uhrzeit
CO [5 % O2]
NOx [5 % O2]
THC [ohne 5 % O2]
kW
kWmg m⁻3
Quelle: Tappen/LfL
Start-Stopp-VerhaltenAbgasemissionen beim Stoppvorgang
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Foto: Tappen/LfL
Katalysator durchgebrannt aufgrund erhöhtem Methanschlupf
Oxidationskatalysator (Oxi-Kat)Durchbrand durch unsachgemäße Handhabung
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Teillastverhalten
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Probleme des Teillastbetriebes:
Ein geringerer Energiegehalt im Brennraum führt zu:
� niedrigeren Verbrennungstemperaturen und damit zu
� niedrigeren NOx-Konzentrationen (positiv)
� höheren CO-Konzentrationen
� geringerer Kolbenausdehnung
=> damit zu höherem Methanschlupf (klimawirksam)
=> und zu vermindertem elektrischen Wirkungsgraden
Teillastverhalten
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0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0:00
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
10:0
011
:00
12:0
013
:00
14:0
015
:00
16:0
017
:00
18:0
019
:00
20:0
021
:00
22:0
023
:00
El.
Wirk
ungs
grad
BH
KW
203
kW
[%]
El.
Leis
tung
BH
KW
203
kW
[kW
]
28. September 2017
Elektrische Leistung
Elektrischer Wirkungsgrad
60 % Last
70 % Last
80 % Last
70 % Last
TeillastverhaltenAuswirkungen auf Abgasemissionen und Wirkungsgrad
Quelle: Tappen/LfL
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19
29,1
27,0
24,7
33,7
31,3
27,4
42,1
39,9
37,138,337,2
35,6
41,3 40,4
37,3
23,0
28,0
33,0
38,0
43,0
100% 80% 60%
elek
tris
cher
Wirk
ungs
grad
Leistung
75 kW GO 203 kW GO 250 kW GO 360 kW GO 265 kW ZS
TeillastverhaltenVerlust des elektrischen Wirkungsgrades im Teillastbetrieb
Quelle: Aschmann/LfL
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Annahme: 5000 m3 CH4/ha; 1800 €/ha Mais => 36 ct/m3 CH4
12,40
+0,97
+2,23
10,71
+0,82
+2,46
8,58
+0,47+1,159,44
+0,28+0,71
8,74+0,20
+0,92
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
18,00
100% 80% 60%
Sub
stra
tkos
ten
Leistung
75 kW GO 203 kW GO 250 kW GO 360 kW GO 265 kW ZSct/kWh
TeillastverhaltenKosten durch Substratmehrbedarf
Quelle: Aschmann/LfL
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Abgasnachbehandlung
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Gasförmige Brennstoffe
CO(g/Nm³)
NOx(g/Nm³)
HCHO(mg/Nm³)
HC, tot. C (g/Nm³)
NH31)
(mg/Nm³)SOx
(g/Nm³)Staub
(mg/Nm³)
Erdgas 0,25 0,25 0,10 30 20 1,3 30 0,09 -
Biogas 0,50 0,50 0,12) 30 20 1,33) 30 0,09 5
Klärgas 0,50 0,50 0,50 30 20 1,3 30 0,09 5
Deponiegas 0,65 0,50 0,50 6040
(12/24)- 30 0,31 5
Gültig ab 4) 12/18 12/18 01/25 12/18 01/20 01/25 12/18 12/18 12/18
MCP Richtlinie in Deutschland (44. BImSchV),Verabschiedung im Bundestag, 30.08.2018
- Anwendbar für Motorkraftwerke zwischen 1 und 50 MW- Abgasgrenzwerte für Altanlagen gültig ab 01/2029- Bezugssauerstoff 5 %, trockenes Abgas- Bestandsanlage: bis Inbetriebnahme vor dem 20.12.2018
1) Nur gültig mit SCR-Katalysator2) Biogas: Neuanlagen ab 01/2023, bis dahin 0,50 g NOx/Nm³3) Biogas: Neuanlagen ab 01/20234) Abgasgrenzwerte gültig für Neuanlagen
Interpretationsstand: Emission Partner, Oktober.2018
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AbgasnachbehandlungOxidationskatalysator (Oxi-Kat)
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0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
vor Oxi-Kat nach Oxi-Kat
526 kWel.
NO
x, C
O, C
nH
m, C
H2O
[mg*
m-3
]
NOx-Grenzwert
HCHO-Grenzwert
CO-Grenzwert alt
485
76
1621
7
CnHm
454
1042
1688
92
NOx CO HCHO
CO-Grenzwert neu
CnHm-Grenzwert neu
Oxidationskatalysator (Oxi-Kat)Veränderung der Abgasemissionen
Quelle: Aschmann/LfL
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TCG 2016 V12 3000 h Alterung
EP-AL 837
S.V. 98.800 h-1
� Erwartete Konvertierung per
Applikationsrechner: 79,5 %
Durchschnittliche Konvertierung:85,6 % nach 3.000 Bh
Alterungsdaten aus dem Feld an 8 gleichen MotorenEinfluss der Formaldehydrohemission
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Prinzip: thermische Oxidation von CO, HC -> CO2 + H2O
Vorteil: - Verringerung von CO, CnHm und Formaldehyd
Nachteil: - technisch aufwändig und kostenintensiv- weiterer Brennstoff nötig (ca. 2 % des produzierten Biogases)- keine Verringerung von NOx
Thermische Nachverbrennung
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Foto: Tappen/LfL
Thermische Nachverbrennung
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CO-Grenzwert neu
509
605
763
81
515
50
200
400
600
800
1000
vor CLAIR nach CLAIR
NO
x, C
O u
nd C
nH
m[m
g·m
-3]
NOx CO CnHm
NOx-Grenzwert
CO-Grenzwert alt
Thermische NachverbrennungVeränderung der Abgasemissionen
Quelle: Aschmann/LfL
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Selective Catalytic Reduction (SCR-Kat)SCR-Systeme
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Schalldämpfer-SCR-Einheit – Dosiersystem
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WWW.EMISSION-PARTNER.DEi n f o @ e m i s s i o n - p a r t n e r. d e
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Firmensitz und Produktion
Emission Partner GmbH & Co. KG
Industriestraße 5
26683 Saterland-Ramsloh
Telefon: +49 4498 92 326 - 0
Marketing und Vertrieb
Emission Partner GmbH & Co. KG
Karl-Wiechert-Allee 66
30625 Hannover
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