ReSCR

Entwicklung und Demonstration einer brennstoffflexiblen SCR-Nachrüstlösung für Reststofffeuerungen

01.07.2025

30.06.2028

FKZ-Nr.:

03EI5490

In dem Forschungsvorhaben soll eine SCR-Nachrüstlösung für mit biogenen Rest- und Abfallstoffen betriebene Kesselanlagen im kleinen und mittleren Leistungsbereich (< 1 MWth) entwickelt werden. Dabei kommt eine innovative Hochfrequenztechnik zum Einsatz, die kontinuierlich den NH3-Beladungszustand des SCR-Katalysators misst und die Reduktionsmittelmenge automatisch an den tatsächlichen brennstoff- und lastabhängigen Bedarf anpasst.

Die bei der energetischen Nutzung biogener Reststoffe entstehenden Schadstoffemissionen müssen mittels geeigneter Abgasreinigungssysteme gemindert werden. Bei der Konversion biogener Reststoffe entstehen neben Partikelemissionen aufgrund relativ hoher Stickstoffgehalte im Brennstoff auch erhöhte NOx-Emissionen, welche am effektivsten durch das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) gemindert werden können.

Biomassefeuerung, Steigerung Prozess-Effizienz/-Effektivität, Minderung von Treibhausgasen und Umwelteffekten, Prozessoptimierung, Rest- und Abfallstoffe, Flexibilisierung, Mess-/Steuerungs-/Regelungstechnik

Arbeitspaket 1: Recherche und Koordinierung Projektarbeiten • Patentrecherche zu Verfahren der Katalysatordiagnose • Definition Rahmenbedingungen für Versuche und die Auslegung des SCR-Demonstrators • Recherche zu marktverfügbaren Komponenten des SCR-Systems • Konzeption des Regelungskonzeptes zur beladungsbasierten Reduktionsmittelzuführung • Beschaffung notwendiger Komponenten und Brennstoffe Arbeitspaket 4: Aufbau SCR Einheit und Demonstrationsbetrieb • SCR-Demonstrator wird im Technikum des DBFZ an geeigneter Feuerungsanlage für biogene Festbrennstoffe aufgebaut. Die Kesselanlage ist mit einem für biogene Reststoffe geeigneten Elektroabscheider ausgestattet, welcher ebenfalls in Kombination mit dem SCR-System eingesetzt werden soll, um die Effekte einer Kombination von bei Einsatz von biogenen Reststoffen generell notwendiger Staubabscheidung und Stickoxidminderung untersuchen zu können. • Nach erfolgreicher Inbetriebnahme sollen Funktionstests des SCR-Systems mit unterschiedlichen Brennstoffen, Laststufen und Abgastemperaturen stattfinden. • Die automatische Regelung der Beladung soll über einen Mikro-Controller und ein eigens entwickeltes Softwareprogramm unter Ansteuerung eines Massflow-Controllers erfolgen. Arbeitspaket 5: Dokumentation und Bewertung der Ergebnisse • Auswertung, Dokumentation und Visualisierung der Messdaten • Entwicklung von Regelungsstrategien unter Berücksichtigung der ausgewerteten Daten • Ermittlung geeigneter Anwendungsbedingungen (Brennstoffe, Temperaturen, Anlagen) und Darstellung der Grenzen des Einsatzes der SCR-Einheit • Bewertung der Versuchsergebnisse und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung • Erarbeitung von Optionen für eine Kostenoptimierung im Hinblick auf die eingesetzten Komponenten und den Verbrauch an Energie und Betriebsstoffen • Erarbeitung von technischen Optimierungsansätzen und Ableitung des Potenzials für die Reduktion von NOX und NH3-Emissionen • Untersuchung der Möglichkeit von Kaskaden zur Hochskalierung und Erweiterung des Einsatz- bzw. Leistungsspektrums • Darstellung des Anwendungspotenzials für das HF-SCR-System

Arbeitspaket 2: Auslegung und Simulation SCR-Anlage Auswahl geeigneter Katalysatoren (Materialsystem, Zelligkeit, …) • Umsatzmessungen an verschiedenen Katalysator-Proben (Bohrkerne im Durchmesser 1“) • Gleiche Proben aus denselben Katalysator-Chargen (Bohrkerne mit 5 cm Durchmesser) werden an einem vorhandenen Aufbau im Edelstahlreaktor vermessen, der zusätzlich zum Umsatz-Verhalten auch die Charakterisierung mittels HF-Technik erlaubt. • Begleitend werden Simulationen zum Edelstahlreaktor erstellt, • Für die Messungen mittels HF-Technik soll die bestehende Software zum Auslesen der Daten des Netzwerk-Analysators (derzeit LabView) neu aufgebaut werden.

Arbeitspaket 3: Auslegung und Strömungssimulation • Auslegung des SCR-Systems abhängig von Recherche- und Laborergebnissen • Aus Erfahrungen BioFeuSe wird runde Geometrie Katalysatorgeometrie angestrebt. Typische Geometrien bei H+H rechteckig - Neuentwicklungen notwendig. • Die strömungstechnische Auslegung der Anlage durch H+H - Expertise bei Strömungssimulation (besonderes Augenmerk auf Einbringung des Reduktionsmittels)