Feinstaubemissionen von Öl-, Gas- und Pelletkesseln

• Dr.-Ing. Michael Struschka
• Dipl.-Ing. Maike Springmann
• Dipl.-Ing. Julia Goy
• Dipl.-Ing. Christian Schäfer

Partikelemissionen von Heizkesseln werden üblicherweise bei konstanter Feuerungsleistung und im Dauerbetrieb der Anlagen ermittelt. Dieser Betriebszustand ist jedoch für die üblichen Einsatzbedingungen von Heizkesseln zur Gebäudebeheizung nicht repräsentativ. In der Realität schwankt der vom Heizkessel abzudeckende Wärmebedarf sowohl jahreszeitlich als auch täglich stark und hängt vor allem von der Außentemperatur und dem Nutzerverhalten ab. Die volle Auslastung des Kessels wird in der Praxis nur für vergleichsweise wenige Stunden pro Jahr erreicht. In der restlichen Zeit führt der geringere Wärmebedarf des Gebäudes zu einem taktenden, instationären Start/Stopp- bzw. zum modulierenden Betrieb der Heizkessel.

In dieser Untersuchung wurden die Staubemissionen (unterschieden nach filterbarem und kondensierbarem Anteil) sowie die gasförmigen Emissionen von Heizkesseln im kleinen Leistungsbereich (ca. 20 kW) mit verschiedenen Brennstoffen (Heizöl EL Standard, Heizöl EL schwefelarm, Heizöl EL schwefelarm + 5 % FAME, Erdgas, Holzpellets) untersucht. Die Kessel wurden hierbei im stationären Dauerbetrieb und bei einer Betriebsweise mit verschiedenen Wärmebedarfsprofilen betrieben. Sowohl im stationären Dauerbetrieb als auch beim realitätsnahem Betrieb mit Wärmebedarfsprofilen und damit taktender Betriebsweise liegen die Staubemissionen bei der Ölfeuerung auf einem sehr niedrigen Niveau, ein Einfluss der Betriebsweise ist nicht erkennbar.

Als wesentliche Staubquelle haben sich bei beiden Brennstoffen die Schwefelsäuretröpfchen aus der Umwandlung von SO₂ zu SO₃ (bzw. H₂SO₄) ergeben. Mit abnehmendem Schwefelgehalt im Heizöl nimmt auch die kondensierbare Staubemission ab. Bei schwefelarmen Heizölqualitäten (mit oder ohne Beimischung von FAME) liegen die Gesamtstaubemissionen in vergleichbarer Größenordnung wie bei Erdgas H.

Beim Pelletkessel liegen die Staubkonzentrationen durchweg höher als beim Öl- bzw. Gaskessel und nehmen auch beim Taktbetrieb gegenüber dem Dauerbetrieb zu. So liegen z. B. beim Pelletkessel die Gesamtstaubemissionen mit 21 mg/MJ_Hi beim Dauerbetrieb bei voller Auslastung und mit 34 mg/MJ_Hi beim Betrieb nach Wärmebedarfsprofil mit einer durchschnittlicher Kesselauslastung von 44 % deutlich höher als beim Ölkessel mit Heizöl EL schwefelarm (0,026 bis 0,046 mg/MJ_Hi). Eine gegenüber dem Wärmebedarfsprofil mit durchschnittlicher Kesselauslastung von 44 % weiter verringerter Kesselauslastung (29 und 14 %) führt zu keinem erkennbaren Einfluss auf die Staubemissionen. Die Zunahme der Staubemissionen beim Betrieb des Pelletkessels nach den Wärmebedarfsprofilen im Vergleich zum stationärem Dauerbetrieb mit voller Leistung ist vor allem auf dessen ungünstiges Startverhalten zurück zu führen. Folgende Staubemissionen (Summe aus filterbaren und kondensierbaren Stäuben) wurden ermittelt:

– Heizöl EL schwefelarm mit Biobeimischung 0,027-0,029 mg/MJ_Hi
– Heizöl EL schwefelarm 0,026-0,046 mg/MJ_Hi
– Heizöl EL Standard 0,380-0,415 mg/MJ_Hi
– Erdgas H 0,010 mg/MJ_Hi
– handelsübliche Holzpellets 23-42 mg/MJ_Hi

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