Wirtschaftlicher Einsatz von Abgaskondensationsanlagen

Komplettlösungen für
Wärmerückgewinnung und Abgasreinigung
Wirtschaftlicher Einsatz von
Abgaskondensationsanlagen
12. Betreiber- Erfahrungsaustausch
Donnerstag, 19. März 2015
Roger Stahel, CEO, IS SaveEnergy AG
[email protected] / +41 79 285 29 29
Das Unternehmen
IS SaveEnergy AG entwickelt, vertreibt und unterhält Lösungen für die kombinierte
Abgasreinigung und Wärmerückgewinnung bei Holzheiz-(kraft)werken.
SaveEnergy Lösungen umfassen:
• Temperatur- Management
• Abgaskondensatoren
• Trocken- /Nasselektroabscheider
• Gewebefilter
• Wasseraufbereitungssysteme
• Entschwadungsanlagen
IS SaveEnergy AG / Hinterdorfstrasse 4 / Postfach 174 / CH-8309 Nürensdorf
T +41 (0)43 204 20 20 / [email protected] / www.saveenergy.ch
SaveEnergy SMART
Heat recovery combined with wet flue gas cleaning system
to the chimney
< 10-20 [mg/nm3]
53.5 [°C]
flue gas condenser
from the wood firing system
< 150-250 [mg/nm3]
180 [°C]
wet electrostatic precipitator
water treatment system
condensate
< 10 [mg/l]
IS SaveEnergy AG / Hinterdorfstrasse 4 / Postfach 174 / CH-8309 Nürensdorf
T +41 (0)43 204 20 20 / [email protected] / www.saveenergy.ch
SaveEnergy SMART
Heat recovery combined with wet flue gas cleaning system
IS SaveEnergy AG / Hinterdorfstrasse 4 / Postfach 174 / CH-8309 Nürensdorf
T +41 (0)43 204 20 20 / [email protected] / www.saveenergy.ch
SaveEnergy SIMPLE
Dry flue gas cleaning
dry electrostatic precipitator
from wood firing system
< 150-5’000 [mg/nm3]
180 [°C]
IS SaveEnergy AG / Hinterdorfstrasse 4 / Postfach 174 / CH-8309 Nürensdorf
T +41 (0)43 204 20 20 / [email protected] / www.saveenergy.ch
to chimney
< 10-20 [mg/nm3]
180 [°C]
SaveEnergy SIMPLE
Dry flue gas cleaning
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Projekte, Kesselnennleistung
•
CH- Affoltern am Albis, 7 MW
•
LV- Zasulauks, 20 MW
•
CH- Stadtspital Triemli, 2.4 MW
•
LV- Cesis, 7 MW
•
CH- Eischoll, 2 MW
•
LT- Druskininkai, 10 MW
•
CH- Bissau, 2.7 MW
•
LT- Zietelos, 20 MW
•
CH- Tagelswangen, 2 MW
•
DE- Oberhonnefeld, 8 MW
•
CH- Zinzikon, 1.8 MW
•
CH- Elgg, 2.4 MW
•
CH- Hedingen, 2.5 MW
•
AT- Rauris, 5.2 MW
•
CH- Wittenbach, 3.5 MW
•
FR- Cernay, 4.2 MW
•
CH- Schüpfen, 2.2 MW
•
CH- Ibach, 10 MW
•
CH- Hettlingen, 1.6 MW
•
PL- Stelmet, 10 MW
•
LV- Jaunolaine, 3 MW
•
SE- Bjuv, 3 MW
•
CH- Aarburg, 2.3 MW
•
CH- Speicher, 6 MW
•
CH- Huttwil, 4.1 MW
•
SE- Sorsele, 5.5 MW
•
CH- Waser, 4.2 MW
•
SE- Malmköping, 3.4 MW
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T +41 (0)43 204 20 20 / [email protected] / www.saveenergy.ch
Projekte, , Kesselnennleistung
•
FI- Korkeakoski, 8 MW
•
CH- Regensdorf, 3.6 MW
•
FR- Le Sen, 8 MW
•
CH- Broc, 2.5 MW
•
FR- Firminy, 6 MW
•
CH- Losone, 3.3 MW
•
CH- Cernier, 4 MW
•
CH- Uzwil, 1.6 MW
•
CH- Wangen, 3.3 MW
•
CH- Düdingen, 2 MW
•
FR- Saint Paul de Jarrat, 18 MW
•
CH- Intragna, 1.7 MW
•
CH-Greifensee, 4MW
•
IT- Cosio, 6 MW
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THEORIE
KONDENSATION
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Wärmerückgewinnung
Faktoren, welche die Wärmerückgewinnung beeinflussen:
• Wassergehalt des Brennstoffes, WG > 40 %
• Rücklauftemperatur des Wärmebezügers, T < 50 °C
• Temperatur und O2 - Gehalt des Abgases
• Standort der Anlage (m. ü. Meer)
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h-x- Digramm
Isenthalpe → Enthalpie = konstant
Nassgastemperatur
Taulinie
Taupunkt
Wassergehalt = konstant
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h-x- Digramm
Abgas nach dem Kessel
Sättigung des Abgases bei
konstanter Enthaltpie
Nassgastemperatur
Wärmerückgewinnung
Abgas nach der Kondensation
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SENSITIVITÄT
02 GEHALT
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Sensitivität, O2 Gehalt
Kesselnennleistung:
Standort:
450 m. ü. Meer
Wassergehalt Brennstoff:
Nasselektroabscheider
50 %
Abgastemperatur nach Kessel:
180 [°C]
02 Gehalt (nass):
6- 8 Vol-%
TRL= 50[°C]
Abgaskondensator
Holzfeuerung
P = 3 [MW]
Brennstoff= W50
3‘000 [kW]
TVL= 80 [°C]
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Wärmeabnehmer
Sensitivität, O2 Gehalt
02: 6 [vol-%]
Iv: 12’056 [Bm3/hf]
x: 162 [g/kgtr]
02: 8 [vol-%]
Iv: 14’257 [Bm3/hf]
x: 137 [g/kgtr]
T:
65.3 [°C]
T:
63.3 [°C]
Pth: 590 [kW] (O2: 6 [vol-%])
Pth: 550 [kW] (O2: 8 [vol-%])
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SaveEnergy Empfehlungen
• Ein tiefer Sauerstoffgehalt im Abgas erhöht das
Temperaturpotential für die Wärmerückgewinnung
mittels Kondensation.
• Falschluft und Wärmeverluste bei den Trocken EAbscheidern führen zu einem Verlust im
Wärmerückgewinnungspotential.
• Je höher die Abgastemperatur ist (ineffizienter Kessel),
je höher ist das Wärmerückgewinnungspotential bei der
Kondensation.
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BRENNSTOFF
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Wärmerückgewinnung
32
30
W 50
26
W 45
24
22
W10 → WRG ~7%
Wärmerückgewinnung [%]
28
W 40
20
18
16
14
12
40
41
42
43
44
45
46
Rücklauftemperatur [°C]
47
48
49
02 Gehalt (feucht): 8 [vol-%] / Abgastemperatur: 180[°C] / Holzschnitzel / Standort: 450 [m.ü.M]
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50
Heizwert [kWh/Srm]
1200
Heizwert [kWh/Srm]
1000
800
Fichte
600
Buche
W10 → ~5%
400
200
0
0
10
20
30
Wassergehalt Brennstoff [%]
Quelle: Leitfaden Bioenergie, FNR 2007
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40
50
60
Abbau Biomasse
100
Abbauwert Trockensubstanz [%]
95
90
85
niedriger Abbauwert 0.5% / Monat
80
durchschnittlicher Abbauwert
2.25% / Monat
75
hoher Abbauwert 4.0% / Monat
70
65
60
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Monat
Quelle: Studie des Bayerischen Staatsministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Forste
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SaveEnergy Empfehlungen
• Heizwerke mit moderner Anlagentechnologie sind in der
Lage mit feuchten Hackschnitzeln den maximalen
Energieinhalt vom Energieträger Holz zu nutzen.
• Die natürliche Trocknung von Holz ist häufig mit einem
Abbau des Wärmeinhalts verbunden.
• Grössere Heizwerke werden für den wirtschaftlichen
Einsatz von Biomasse vermehrt kurze Logistikketten
anstreben.
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SaveEnergy Empfehlungen
• Die Kosten für eine schlechte Qualität an Hackschnitzel
sind häufig tiefer. Die Betreiber profitiert doppelt
(tiefere Brennstoffkosten, höherer Ausbeute aus der
Kondensation).
• Frischschnitzel ab Wald W55, schlechte Qualität
4,7 Rp./kWh
• Frischschnitzel ab Wald W45, mittlere-gute Qualität
5,1 Rp./kWh
• Trockenschnitzel W30
6,2 Rp./kWh
(80% Laubholz / 20 % Nadelholz)
• Qualischnitzel W18 (ausgesiebt, Laubholz)
7,0 Rp./kWh
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RÜCKLAUFTEMPERATUR
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Aufbau Wärmenetz
Erzeugung
Verteilung
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Verbraucher
Wärmerückgewinnung
Wärmerückgewinnung [%]
32
30
W 50
28
26
W 45
24
22
W 40
20
-1°C TRL → 1% WRG
18
16
14
12
40
41
42
43
44
45
46
Rücklauftemperatur [°C]
47
48
49
02 Gehalt (feucht): 8 [vol-%] / Abgastemperatur: 180[°C] / Holzschnitzel / Standort: 450 [m.ü.M]
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50
WV Pfäffikon
Quelle: Temperaturanalyse Pfäffikon, FVB
Wärmeabnehmer:
• Wärmeverkauf: ~6‘000 MWh
• 70 Wärmeabnehmer
Wärmeerzeugung:
• Holzfeuerungen: 2‘400 kW / 900 kW
• Gasfeuerung: 230 kW
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WV Pfäffikon
Platz
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Kunde
H+S Im Spitz
Migros
Sandgrubenstr. 1,2,3,4
ARA
SH Obermatt
COOP
Gewerbe Frohwies
Schellenberg Druck
Werkgebäude
Maschinenimport
Friedhofstr. /
Obermattstr.
12 Schellenberg MFH
13 Möbel Waeber
Wärme
2009
kWh/a
735100
884800
383930
504920
294940
650000
354300
309700
249640
287400
306990
Wasservolumen
2009
m3/a
51130
34997
22247
23461
15100
21400
14890
12952
10275
10481
10530
∆T Verbraucher
Einfluss auf TRL
°C
12,7
22,2
15,2
18,9
17,2
26,7
20,9
21,0
21,4
24,1
25,7
°C
-3,7
-1,6
-1,3
-1,2
-0,8
-0,7
-0,7
-0,6
-0,5
-0,4
137340
154120
3287
3143
36,8
43,1
0,0
0,0
-0,4
Die schlechteste Kühlung des Netzrücklaufs weist H+S Im Spitz auf.
Weitere Wärmeabnehmer mit einem hohen Verbesserungspotential sind
Migros, Sandgrubenstrasse 1,2,3,4 und ARA.
Quelle: Temperaturanalyse Pfäffikon, FVB
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WV Pfäffikon
Massnahme
Spreizung
heute [°C]
Jetzt
1
1+2
1+2+3
1+2+3+4
12,7
1.
2.
3.
4.
Spreizung nach
Kosten der
Verbesserung [°C] Massnahme [CHF]
Gewinn durch
Installation einer RKA
[CHF/a]
Abschreibungszeit [Jahr]
20
25
30
45
6‘951
9‘344
1‘0940
13‘599
0,3
0,4
1,1
3,4
2‘100
3‘600
12‘200
46‘500
Schliessen von Bypass- Ventilen
Optimieren der Sollwerteinstellungen
Optimieren der Regelung für die Warmwasseraufbereitung
Umbau der Warmwasseraufbereitung
Quelle: Temperaturanalyse Pfäffikon, FVB
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SaveEnergy Empfehlungen
start small, think big!
• Der monetäre Nutzen eines tiefen Netzdurchsatzes ist
frühzeitig zu kalkulieren und das Investionspotential
abzuschätzen.
• Sekundärseitige Massnahmen sind vielfach notwendig
(Einspritzschaltung, oder Pumpen mit konstanter
Drehzahl vermeiden).
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REFERENZBEISPIELE
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Beispiel 1
• Brennstoff: W45
• Temperaturniveau: 52.1 → 57.1 [°C]
• Pth= 13% (monatlicher Durchschnitt), 15% (momentaner Wert)
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Beispiel 2
• Brennstoff: W50
• Temperaturniveau: 58.2 → 60.5 [°C]
• Pth= 9% (monatlicher Durchschnitt), 11% (momentaner Wert)
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Beispiel 3
• Brennstoff: W50
• Temperaturniveau: 45.0 → 50.5 [°C]
• Pth= 25 % (monatlicher Durchschnitt), 27% (momentaner Wert)
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The SaveEnergy
condenser is more than
a product,
it’s a solution!
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SAVEENERGY
IN THE BOX
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“SaveEnergy in the box”
Hot flue gas
IN
Cold flue gas
OUT
Hot water
OUT
Cold water
IN
“SaveEnergy in the box” ist eine standarisierte Lösung für die maximale
Wirtschaftlichkeit bei der Wärmerückgewinnung. Die Abgaskondensation,
sowie alle Peripheriekomponenten werden in einem Container schlüsselfertig
ausgeliefert. Wenige Tagen nach der Anlieferung kann „SaveEnergy in the
Box“ in Betrieb genommen werden. “SaveEnergy in the box” ist die ideale
Lösung für bestehende Holzheizwerke.
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“SaveEnergy in the box”
Ein Teilstrom des Abgases wird durch “SaveEnergy in the box” geführt. Durch
die Nutzung der Abgaskondensation in einem Abgasteilstrom werden die
Jahresvollbetriebsstunden signifikant erhöht. Die Amortisation kann in vielen
Fällen auf die Hälfte reduziert werden.
Durch die patentierte Technologie und die “Plug&Play”- Strategie findet keine
Beeinflussung der bestehende Feuerungsanlage statt. SaveEnergy bietet
ebenfalls alterative Finazierungsmöglichkeiten an dank der hohen
Werterhaltung durch die Standardisierung.
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“SaveEnergy in the Box”:
Flussdiagramm
Abgas zum Kamin
T= 128 [°C]
Abgas direkt zum Kamin
Iv= 8’000[nm3/hf]
Abgas zum Kondensator
Iv= 5’500 [nm3/hwet]
T= 180 [°C]
Flue gas after boiler
Iv= 13’500 [nm3/hf]
T= 180 [°C]
“SaveEnergy in the box”
SaveEnergy
Trocken E- Abscheider
Brennstoff:
Wassergehalt= 50%
SaveEnergy
condenser
Kesselnennleistung:
Pth = 5 [MW]
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Tin: 50 [°C]
Tout: 57 [°C]
Pth: 400 [kW]
“SaveEnergy in the Box”:
Steigerung der Vollbetriebsstunden
Steigerung der
Vollbetriebsstunden
100
90
Wärmeleistungsbedarf [%]
80
●
70
60
●
50
●
40
30
20
10
0
0
2000
4000
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6000
8000
Betriebsstunden [h]
Wärmebedarf,
Abnehmer
Wärmekapazität,
Heat
demand in the net
Feuerung
capacity
boiler
Auslegungskapazität,
capacity
condenser
Abgaskondensator
“SaveEnergy in the Box”:
Wärmepotential
heat recovering kWth/(1'000 nm3/hwet)
150,0
140,0
130,0
W 55
120,0
W 50
110,0
W 45
100,0
W 40
90,0
W 35
80,0
70,0
60,0
50,0
40
41
42
43
44
45
46
return flow temperatur [°C]
47
48
49
02 content (wet): 8 vol-% / flue gas temperature: 180 [°C] / ambient pressure: 1.0 [bar] / fuel: wood chips
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50
“SaveEnergy in the Box”:
Economical View
economic of the condenser
economic of the condenser
[EUR/15a]
[EUR/a]
benefit
[EUR/a]
output from the condenser
annual full operational hours
yearly recovered heat from the condenser
specific fuel cost
[kW]
[h/a]
[MWh/a]
[EUR/kWh]
costs
Investment cost
[EUR/a]
[EUR/a]
Investment "SaveEnergy in the box"
economic life
bank interest of investment
[EUR]
[a]
[-]
auxiliary power
[EUR/a]
electrical consumption
specific electrical costs
[kW]
[EUR/kWh]
renovation and operational costs
[EUR/a]
percentage of the investemnt costs
[%]
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856'227
57'082
84'000.00
400
7'000
2'800
0.03
26'918.22
17'988.22
200'000
15.00
0.04
6'930.00
9.00
0.11
2'000.00
1.00
“SaveEnergy in the Box”:
key figures
dimensions
Height
length
width
[m]
[m]
[m]
3.5
7- 9
3.5
Flue gas flow to «SaveEnergy in the box»
Flue gas flow (wet)
[nm3/h]
500- 6’500
Flue gas flow from boiler
Flue gas flow (wet)
weight
[nm3/h]
[MWh/a]
500- arbitrary
2'800
Heat recovery by «SaveEnergy in the box»
Heat recovery
[kW]
200- 1’000
Fuel type
Fuel type
[-]
Wood chips,
natural gas
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SaveEnergyDie Abgasreinigung, die sich lohnt!
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