Eine Biogasanlage ist keine Maschine „am Stück“, sondern ein Konstrukt mit vielen unterschiedlichen Komponenten. Diese müssen zusammenspielen, um den bestmöglichen Betrieb Ihrer Anlage zu garantieren. Damit alles so reibungslos, zuverlässig und energieeffizient wie möglich abläuft, sollten Sie als Anlagenbetreiber (oder angehender Betreiber) die wichtigsten Komponenten Ihrer Anlage immer im Blick haben und über sie Bescheid wissen.
Damit Sie einen Überblick über die Komponenten des Blockheizkraftwerkes in Ihrer Biogasanlage bekommen, stellen wir Ihnen in unserer Ratgeber-Reihe „Komponenten“ die entscheidenden Bauteile vor und erläutern Ihnen alles Wissenswerte für Planung und Betrieb.
Los geht es mit dem Thema „Abgas“: Was sollten Sie in Bezug auf den Abgaswärmetauscher, den Katalysator, den Schalldämpfer und die Isolierung beachten?
Der Abgaswärmetauscher
Warum brauche ich einen Abgaswärmetauscher?
Die thermische Energie, die im Abgas des BHKW enthalten ist, muss man heutzutage stärker nutzen. Dazu trägt ein Abgaswärmetauscher entscheidend bei. Für einen höheren thermischen Wirkungsgrad Ihrer Biogasanlage sprechen mehrere Gründe:
Zunächst können Sie als Betreiber mit einer verbesserten Wärmenutzung Zusatzerlöse generieren, die im Hinblick auf den auslaufenden Vergütungszeitraum durchaus willkommen sein dürften.
Außerdem können Sie so auch das Image Ihrer Anlage verbessern – schließlich trägt eine verstärkte Nutzung von Wärme, die aus erneuerbaren Energien produziert wird, zum Gelingen der Energiewende bei. Und dazu, von fossilen Energieträgern unabhängig zu werden.
Und natürlich profitieren auch Kommunen und private Wärmeabnehmer, wenn sie von Ihnen über ein Nahwärmenetz mit Wärme versorgt werden.
Wie funktioniert ein Abgaswärmetauscher?
Ein Abgaswärmetauscher ermöglicht grundsätzlich die Wärmeübertragung von einem warmen auf ein kälteres Medium. Mit einem Abgaswärmetauscher können Sie in der Biogasanlage einen größeren Teil der thermischen Energie im heißen Abgas nutzen.
Am effektivsten ist hier das Gegenstromprinzip. Das bedeutet: Heizwasser und Abgasstrom laufen in entgegengesetzter Richtung. Der Hauptbestandteil eines Abgaswärmetauschers sind die Rohrbündel, die auf der Außenseite mit dem kalten Medium überströmt werden. Innerhalb dieser Rohre strömt das heiße Abgas.
Weitere wichtige Anbauten sind Entleerungs- und Entlüftungsöffnungen, Reinigungsöffnungen und eine Kondensatöffnung.
Was muss ich beim Abgaswärmetauscher beachten?
Richtige Anordnung: Bei der späteren Anlageninstallation sind kurze Rohrlängen und wenige Rohrbögen von Vorteil. Daher sollten Sie bereits in der Planungsphase die Abgasein- und -austritte sowie die Wasserein- und -austritte des Abgaswärmetauschers richtig anordnen – radial, axial oder tangential.
Abgasbypass: Mithilfe eines Abgasbypasses können Sie das Abgas am Abgaswärmetauscher vorbeileiten, falls die Wärmeenergie einmal nicht benötigt wird. Sie muss dann nicht energieaufwendig über den Notkühler ungenutzt abgegeben werden.
Frostschutzmittel: Die Verwendung von Frostschutzmittel hat Einfluss auf die Wärmeübertragung von Abgas zu Wasser. Bei der Auslegung des Wärmetauschers muss unbedingt geprüft werden, ob im Heizkreis Frostschutzmittel verwendet wird oder nicht.
Umwälzwasser: Für das Umwälzwasser gelten strenge Auflagen, die Sie einhalten müssen. Zu hohe Härtewerte des Wassers können beispielsweise zu einem Totalschaden am Abgaswärmetauscher führen. Setzen Sie deshalb wirklich nur geprüftes Wasser ein!
Sekundärer Abgaswärmetauscher: Ein zweiter Abgaswärmetauscher, der dem primären nachgeschaltet ist, garantiert zusätzliche thermische Leistung, indem er das Abgas weiter auf beispielsweise 120 °C am Austritt abkühlt. Für den primären Abgaswärmetauscher liegt das typische Temperaturniveau bei 180 °C am Austritt. Durch die weitere Absenkung der Abgastemperaturen steigt allerdings das Risiko von Schwefel- und Schwefelsäureablagerungen in der Abgasanlage – und dadurch auch das Risiko, dass der Abgaswärmetauscher geschädigt werden könnte. Minimieren lässt sich diese Gefahr durch eine Gasaufbereitungsanlage.
Wartung: Um die Standzeit Ihres Abgaswärmetauschers zu verlängern und die Wärmeleistung dauerhaft zu gewährleisten, sollte der Abgaswärmetauscher in regelmäßigen Intervallen geprüft, gewartet und bei Bedarf gereinigt werden.
Der Katalysator
Warum brauche ich einen Katalysator?
Um die geforderten Grenzwerte für Kohlenmonoxid und Formaldehyd nicht zu überschreiten, ist ein Katalysator unerlässlich. Seit der Einführung der 44. BImSchV im Juni 2019 spielen auch SCR-Katalysatoren eine wichtige Rolle, um die NOx-Emissionen zu verringern.
Wie funktioniert ein Katalysator?
Vereinfacht gesagt, reduziert ein Katalysator Schadstoffemissionen.
Es gibt verschiedene Arten und Funktionsweisen solcher Katalysatoren: Ein Oxidations-Katalysator (Oxi-Kat) kommt bei Magermotoren zum Einsatz. Er reduziert den Ausstoß von Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen sowie Formaldehyd.
Die Hauptbestandteile sind Oxidationswaben sowie ein Einschubgehäuse. Ein selektiv-katalytischer Reduktions-Katalysator (SCR-Kat) wandelt schädliche Stickoxide im Abgas mithilfe von Harnstoffeinspritzung in Wasser und Stickstoff um. Zu einem SCR-Kat gehören eine Eindüs- und Mischstrecke, ein Kompressor, eine Pumpenstation, eine Steuerung, ein Harnstoff-Lagerbehälter sowie ein mit sogenanntem SCR-Material gefülltes Reaktorgehäuse.
Was muss ich beim Katalysator beachten?
Anbringungsort: Katalysatoren müssen Sie zwingend auf der heißen Seite im Abgastrakt – also vor dem Abgaswärmetauscher – einbauen. Denn die hohen Temperaturen sind für die chemischen Reaktionen äußerst bedeutsam.
Nachrüstung SCR-Kat: Im Prinzip können Sie einen SCR-Katalysator bei allen BHKW-Anlagen nachrüsten. Ziehen Sie bei Neuanlagen die sogenannte erste Ausbaustufe bereits in Betracht; bei dieser werden das Reaktorgehäuse und die Mischstrecke schon im Abgastrakt eingebaut. In der zweiten Ausbaustufe installieren Sie dann Harnstofftank inklusive Eindüsung, Steuerung, Kompressor und Dosier- und Pumpenstation. Bei Neuanlagen sollte der Platz dafür vorgesehen, bei Bestandsanlagen geprüft werden.
Harnstofflösung: Haben Sie hier immer den Gefrierpunkt im Blick. Dieser ist abhängig vom Mischungsverhältnis des Harnstoffes. Bei einer 32,5-prozentigen Harnstofflösung liegt dieser beispielsweise bei −11 °C. Wir empfehlen daher eine Lagerung zwischen −5 °C und 25 °C. Den Platz für den Lagertank sollten Sie deshalb in einem frostsicheren Gebäude oder einem gedämmten Container vorsehen.
Wartung: Um die Emissionsgrenzwerte dauerhaft einzuhalten, sollte der Katalysator in regelmäßigen Intervallen geprüft, gewartet und bei Bedarf gereinigt werden.
Der Schalldämpfer
Warum brauche ich einen Schalldämpfer?
Ein Schalldämpfer ist ein Bauteil, das Schallemissionen Ihres BHKW verringert. Sie benötigen einen Abgasschalldämpfer, um den vorgeschriebenen Schalldruckpegel einhalten zu können – quasi einen „Auspuff“ an Ihrem BHKW.
Wie funktioniert ein Schalldämpfer?
Hierfür gibt es unterschiedliche Prinzipien. Beim Absorptionsschalldämpfer nimmt poröses Material wie Steinwolle oder Glasfaserwolle die Schallenergie auf und wandelt diese in Wärme um. Die Dämpfung funktioniert besonders gut bei hohen Frequenzen.
Der Reflexionsschalldämpfer arbeitet mithilfe verschiedener Kammern: Indem der Schall mehrere Kammern durchläuft, werden Schalldruckspitzen reduziert. Entsprechende Reflexionen generieren Sie durch Querschnittserweiterungen und -verengungen. Vor allem tiefe Frequenzen lassen sich mit dem Reflexionsprinzip gut dämpfen.
Meist werden beide Prinzipien – Absorption und Reflexion – in einem Schalldämpfer angewandt. Kombiniert lässt sich der Schalldruckpegel deutlich stärker senken als mit nur einem Prinzip.
Die Bauformen reichen von stehenden oder liegenden Schalldämpfern bis hin zum kombinierten Abgasschalldämpferkamin.
Was muss ich beim Schalldämpfer beachten?
Wasservorlage: Sie ist an jedem Abgasschalldämpfer unerlässlich, um anfallendes Kondensat vom Abgas oder Regenwasser abzulassen.
Mindesthöhe: Bei einem Abgasschalldämpferkamin muss die von der zuständigen Genehmigungsbehörde vorgeschriebene Mindesthöhe unbedingt eingehalten werden.
Montage: Achten Sie auf die Wärmeausdehnung und die Übertragung der Motorschwingungen. Fest- und Loslager sowie Kompensatoren nehmen die Wärmeausdehnung der Abgasleitung auf, damit sie nicht auf den Abgasschalldämpfer übertragen wird. Um Motorschwingungen zu dämpfen, sind schwingungselastische Lagerungen und Kompensatoren empfehlenswert.
Die Isolierung
Warum brauche ich eine Isolierung?
Eine Isolierung dient dem Schutz vor Verbrennungen bei Berührung und der Energieeinsparung.
Wie ist eine Isolierung aufgebaut?
Generell sollten Sie jede Leitung, die eine Oberflächentemperatur von mehr als 60 °C aufweist, isolieren. Dazu zählen bei einer BHKW-Anlage die Heizkreisläufe und der gesamte Abgastrakt: So herrschen an den Rohrleitungen im Heizkreis-Vorlauf typischerweise Temperaturen von 90 bis 100 °C. Die Oberflächen der Leitungen im Abgastrakt werden sogar bis zu 450 °C heiß.
Dagegen liegt der Kreislauf der zweiten Gemischkühlung mit etwa 40 °C deutlich darunter und muss folglich nicht gedämmt werden. Typische Materialien, die zum Isolieren verwendet werden, sind Mineralfaserstoffe.
Was muss ich bei der Isolierung beachten?
Maximaltemperatur: Die Oberflächentemperatur darf bei einer Blechummantelung nicht über 60 °C ansteigen. Bei Matten darf sie nicht höher als 75 °C sein.
Revisionsöffnungen: Achten Sie bei den Isolierarbeiten darauf, dass Revisionsöffnungen wie beispielsweise am Katalysator vorgesehen und eingeplant werden. Solche Revisionsöffnungen isolieren Sie mit Matten, damit Wartungsarbeiten problemlos durchgeführt werden können.
Prüfung: Um die Effizienz Ihrer Anlage so hoch wie möglich zu halten, kontrollieren Sie die Isolierung regelmäßig auf Vollständigkeit und mögliche Beschädigungen.
So weit die wichtigsten Informationen rund um das Thema „Abgas“. Natürlich sind wir bei allen weiteren Fragen zum Abgaswärmetauscher, zum Katalysator, zum Schalldämpfer und zur Isolierung wie immer Ihr kompetenter Ansprechpartner.
Alles Wichtige rund um die SCR-Komponente lesen Sie in unserem Beitrag zum SCR-Katalysator.
