Anlagen für die Landwirtschaft

Die energetische Nutzung von Stroh in größerem Ausmaß in der Landwirtschaft begann aufgrund der Energiekrise
in den 70er Jahren und zog Subventionsordnungen und großzügigere Abschreibungsregeln für Strohverbrennungsanlagen
nach sich. Mitte der 80er Jahre waren schätzungsweise 14.000 Strohverbrennungsanlagen installiert, 1997 wird ihre Zahl in der
Landwirtschaft auf ca. 10.000 geschätzt.
Die Ursache für diesen Rückgang ist, daß es sich bei den ersten Anlagen um kleine, primitive, portionsweise befeuerte Kessel handelte,
die bei der Auswechselung nicht alle durch eine Strohverbrennungsanlage ersetzt wurden.




Man unterscheidet zwischen portionsweise befeuerten und automatisch befeuerten Kesseln.


Die portionsweise befeuerten Kessel werden immer mit einem Speicher installiert, der die Wärmeenergie von einer Beschickung (1-4 Ballen)
aufnehmen kann. Der Energiegehalt des Strohs wird besser ausgenutzt, weil der Kessel mit Vollast arbeiten kann.
Bei den automatischen Anlagen wird beispielsweise eine Transportbahn ca. einmal täglich mit Strohballen beladen, die Verbrennung erfolgt dann automatisch entsprechend dem Wärmeverbrauch.

Beide Anlagentypen wurden in den letzten 10-15 Jahren weiterentwickelt, um einen höheren Wirkungsgrad und eine geringere Rauchgasbelästigung zu
erreichen. Am ausgeprägtesten war die Entwicklung bei den portionsweise befeuerten Kesseln, hier ist der Wirkungsgrad von 35-40% 1980 auf 77-82% 1997 gestiegen. Ursache hierfür ist insbesondere eine bessere Steuerung der Luftzufuhr für den Verbrennungsprozeß. Die Rauchgasbelästigung verringert sich erheblich, wenn die Verbrennungsqualität steigt.




Portionsweise befeuerte Kessel

Waren früher die kleinen Strohballen marktbeherrschend, sind heute die meisten portionsweise befeuerten Kessel für
große Strohballen ausgelegt (Rundballen, Minigroßballen oder Großballen). Die Kessel werden oft mit Speicher als fertige Einheit für das Aufstellen im Freien geliefert.

Die Feuergefahr verringert sich dadurch erheblich.
Die portionsweise befeuerten Kessel werden in vielen Größen hergestellt,der Feuerraum hat ein Fassungsvermögen von einem Minigroßballen bis zu drei Großballen. Am weitesten verbreitet sind Kessel für einen Minigroßballen oder alternativ 8-10 Kleinballen.

Abgesehen von der Befeuerung mit Kleinballen erfolgen Befeuern und Aschenentnahme in der Regel mit einem Traktor mit Frontlader.


Steuerung der Verbrennungsluftzufuhr

Alle portionsweise befeuerten Kessel sind heute mit einem Verbrennungsluftgebläse ausgerüstet, wo die Luftmenge und die Verteilung zwischen Primär- und Sekundärluft von einer elektronischen Steuereinheit gesteuert wird. Als Steuerungsparameter dienen die Rauchgastemperatur und der Sauerstoffgehalt.
Außerdem ist der Feuerraum der Kessel in der oberen Hälfte mit isolierendem und feuerfestem Mauerwerk ausgekleidet, damit eine hohe Verbrennungstemperatur
sichergestellt ist.
Die Rauchgastemperatur wird gemessen, um sicherzustellen, daß die Kesselleistung innerhalb bestimmter festgelegter Grenzen liegt. Eine hohe Rauchgastemperatur
z.B. zeigt eine Überlastung des Kessels an, d.h. bei der Verbrennung wird mehr Wärme abgegeben, als vom Kesselwasser aufgenommen werden kann. Dementsprechend ist eine zu niedrige Rauchgastemperatur ein Zeichen für eine zu geringe Kesselleistung.
Der Sauerstoffgehalt im Rauchgas wird gemessen, um den Luftüberschuß der Verbrennung durch Öffnen und Schließen der Primär- und Sekundärluftzufuhr
feinabzustimmen. Angestrebt wird ein Sauerstoffgehalt im Rauchgas von 6- 7%, das entspricht einer Luftüberschußzahl lambda von ca. 1,5.
Der Sauerstoffgehalt wird kontinuierlich mit Hilfe einer Sauerstoffsonde gemessen, die den Sonden ähnelt, die die Benzinmenge in modernen Automotoren
steuern.
Die Signale von der Sonde werden von der elektronischen Steuereinheit in Öffnungs- und Schließimpulse für motorgetriebene Luftklappen umgewandelt.
Bei einem zu hohen Sauerstoffprozent wird die Primärluftzufuhr leicht geöffnet, die Sekundärluftzufuhr etwas gedrosselt. Dementsprechend wird die Primärluftzufuhr etwas gedrosselt und die Sekundärluftzufuhr etwas geöffnet, wenn der Sauerstoffprozent zu niedrig ist.
Die elektronische Steuereinheit muß den Sauerstoffprozent konstant halten können, da Schwankungen zu hohe CO-Werte und einen zu geringen Kesselwirkungsgrad
nach sich ziehen. Deshalb arbeitet man im Augenblick daran, die Strohkessel zu verbessern und ein sehr präzises und zuverlässiges Sauerstoffsteuerungssystem
zu entwickeln.
Wichtig ist außerdem, daß die Luftdüsen so ausgeformt und angebracht sind, daß in der Verbrennungszone eine angemessene Turbulenz entsteht.

Um eine gute Verbrennung mit einem niedrigen CO-Gehalt im Rauchgas zu erzielen, kommt es zudem entscheidend darauf an, daß qualitativ gutes Stroh verwendet wird. Das heißt vor allem, daß das Stroh vor dem Pressen trocken und trocken gelagert sein muß.
Darüber hinaus sollte das Stroh vor dem Pressen gut auf dem Feld verwittert sein (d.h. es sollte Regen ausgesetzt gewesen und grau geworden sein). Früh geborgenes
“gelbes” Stroh hat normaler-weise schlechte Verbrennungseigenschaften (vgl. Kapitel 2).


Damit der Kessel bei Höchstlast während der gesamten Verbrennungsperiode ohne Unterbrechungen eine stabile Verbrennungsgeschwindigkeit aufrechterhalten
kann, sind alle portionsweise befeuerten Strohkessel mit einem Speicher ausgerüstet. Dieser Speicher enthält normalerweise 60-80 Liter Wasser pro kg Stroh, das der Feuerraum enthalten kann. Dies entspricht einem Temperaturanstieg von 30-40ºC im Speicher bei einer Befeuerung, sofern nicht gleichzeitig Speicherwärme verbraucht
wird. Der Speicher ist oft ein Behälter oben auf dem Kessel, der Kessel kann aber auch in den Speicher eingebaut sein. Das Prinzip bei einem getrennten Tank geht aus Schaubild 15 hervor.






Automatisch befeuerte Kessel

Die ersten automatisch befeuerten Kessel wurden hauptsächlich entwickelt, um die Arbeit beim Befeuern mit Kleinballen zu erleichtern. Die ursprünglichen, einfachen,
portionsweise befeuerten Kessel konnten oft nur 2-4 Kleinballen aufnehmen.
Bei der automatischen Befeuerung wird eine Strohbahn von beispielsweise 10-20 m Länge einmal pro Tag mit Strohballen gefüllt. Die Ballen werden dann von hier aus langsam zum Kessel vorgezogen. Vor dem Verfeuern wird das Stroh von einem rotierenden Ballenauflöser / Häcksler aufgelöst. Bei dem Transportsystem zwischen Ballenauflöser und Kessel kann es sich entweder um eine Schnecke oder ein Gebläsesystem handeln.

Am weitesten verbreitet ist das Gebläsesystem, da es die größte Flexibilität beim Plazieren des Ballenauflösers im Verhältnis zum Kessel erlaubt und außerdem einen guten Schutz gegen Rückbrand aus dem Kessel zum Ballenauflöser bietet. Allerdings hat ein Gebläsesystem einen höheren Energieverbrauch als ein Transportschneckensystem, bei dem das Stroh von einer Schnecke, oft als Stokerschnecke bezeichnet, in den Kessel befördert wird.

Die kontinuierliche Befeuerung führt zu einer besseren Verbrennung im Kessel, die wiederum in einem höheren Wirkungsgrad und einer geringeren Rauchgasbelästigung
als bei portionsweise befeuerten Kesseln resultiert.
Die Wärmeabgabe aus dem Kessel wird durch Ein/Aus-Betrieb geregelt und von einem Thermostat gesteuert, das auf die Kesselwassertemperatur anspricht.







Steuerung der Befeuerung

Für eine gute Verbrennung muß die verfeuerte Strohmenge auf die von einem Gebläse zugeführte Menge Verbrennungsluft abgestimmt werden. Um eine
konstante Strohdosierung zu gewährleisten, sind die neuesten automatischen Anlagen daher mit einer sauerstoffgesteuerten Strohdosierung ausgerüstet,
d.h. die verfeuerte Strohmenge wird automatisch auf den Sauerstoffgehalt der Rauchgase aus dem Kessel abgestimmt.

Der Sauerstoffgehalt im Rauchgas wird von einer Sauerstoffsonde registriert (vom gleichen Typ wie oben unter “Portionsweise befeuerte Kessel” beschrieben),
und die Strohdosierung erfolgt durch Starten und Stoppen der Stokerschnecke in kurzen Intervallen.

Gesteuert wird normalerweise nach einem Sauerstoffgehalt im Rauchgas von ca. 7%. Übersteigt der Sauerstoffgehalt kennen diesen Wert stark, läuft die Stokerschnecke ununterbrochen, bis der Wert wieder auf etwa 7% gefallen ist.
Danach sorgt die automatische Stepfunktion dafür, daß dieser Sauerstoffprozent beibehalten wird und stoppt daher die Stokerschnecke in kurzen Intervallen.
Fällt der Sauerstoffgehalt weit unter 7%, stoppt die Stokerschnecke, bis der Sauerstoffgehalt wieder anzusteigen beginnt.
Mit einer Sauerstoffsteuerung läßt sich der Kesselwirkungsgrad bei einer automatischen Anlage um schätzungsweise 5-10 Prozentpunkte verbessern,
weil die Verbrennungsbedingungen besser sind. Gleichzeitig verringert sich der CO-Gehalt der Rauchgase, und die Rauchgasbelästigung aus dem Kessel
nimmt ab.