Properties and slagging behaviour of ashes from small-scale biomass combustion

Abstract

Die zunehmende Nutzung von Biomassebrennstoffen für die Wärmebereitstellung führt zu einem entsprechenden Anstieg bei der Nachfrage an Holz, und somit auch zu einem steigenden Wettbewerb um diesen Rohstoff mit anderen Industriebereichen. Für die Produktion von Biomassebrennstoffen werden daher zunehmend alternative Rohstoffe wie z.B. Energiepflanzen oder landwirtschaftliche Nebenprodukte in Betracht gezogen. Die daraus resultierende große Bandbreite an Brennstoffeigenschaften stellt Feuerungshersteller vor große Herausforderungen - besonders im Bereich der Kleinfeuerungsanlagen. Ein zentraler Punkt diesbezüglich sind niedrige Ascheschmelztemperaturen und folglich Schlackebildung im Rostbereich. In der vorliegenden Arbeit werden Ascheschmelzverhalten und Verschlackungsneigung verschiedener Biomassebrennstoffe untersucht, wobei der Fokus auf Schlackebildung im Rostbereich von Kleinfeuerungsanlagen liegt. Neben umfangreichen Rohstoff- und Ascheanalysen verschiedener Biomassen ist vor allem die Ermittlung der Verschlackungsneigung in realen Anwendungen ein zentraler Aspekt. Die Ergebnisse aus praktischen Versuchen werden den Resultaten aus Analysen und Labortests gegenübergestellt. Dabei werden brennstoffseitige wie auch feuerungsseitige Maßnahmen zur Verringerung der Schlackebildung analysiert, und Möglichkeiten für eine geeignete Bewertung oder Klassifizierung der großen Bandbreite an Biomassebrennstoffen hinsichtlich deren Verschlackungsneigung untersucht.

The recent rise in use of biomass fuels for heat production consequently produces a higher demand of wood at the fuel market, where due to limited availability of economically priced wood, the market for alternative biofuels is growing rapidly, and woody materials of lower quality as well as agricultural raw materials and residues are considered in this regard. The resulting increase in variability of fuel properties poses a major challenge to boiler manufacturers - in particular in the field of small-scale applications, and amongst others ash melting and slag formation in the grate section are a major issue in this regard. In the present thesis, ash melting and slag formation of various types of biomass are investigated, focusing on slag formation in the grate section of small-scale combustion appliances. Raw material and ash analyses are conducted for a comprehensive set of woody and non-woody biomass fuels, and particular importance is attached to the determination of slagging behaviour in practical combustion tests. Findings from real application are compared to results from analyses and lab test methods. In this regard, fuel- and technology related measures to reduce slag formation are investigated, and possibilities for an adequate assessment or classification of the wide range of biomass fuels with respect to their slag formation tendency are analysed.