VDI 3670-2016 Waste gas cleaning - Downstream dust control devices for small-sized solid fuel combustion systems.pdf

1、ICS 13.040.40 VDI-RICHTLINIEN April 2016 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Abgasreinigung Nachgeschaltete Staubminderungseinrichtungen fr Kleinfeuerungsanlagen fr feste Brennstoffe Waste gas cleaning Downstream dust control devices for small-sized solid fuel combustion systems VDI 3670 Ausg. deutsch/engli

2、sch Issue German/English Der Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen. Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The draft of this standard has been subject to public scrutiny after announcement in the Bundesanz

3、eiger (Federal Gazette). The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English translation. Kommission zur Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdL Fachbereich Umweltschutztechnik VDI-Handbuch Reinhaltung der Luft,

4、 Band 6: Abgasreinigung Staubtechnik Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgabe:01.15Entwurf, deutschFormeredition:01/15Draft,inGerman onlyZu beziehen durch/AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten/All

5、rightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2016Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung 2 1 Anwendungsbereich 3 2 Begriffe . 6 3 Rahmenbedingungen 9 3.1 Zusammensetzung und Variation der Staub-emissionen aus Festbrennstoff-Kleinfeuerungsanlagen 9 3.2 Wirksamkeitsprfung 10 3.3

6、 Einordnung als Stand der Technik . 10 3.4 Anforderungen aufgrund der notwendigen Emissionsmessungen entsprechend der 1. BImSchV . 11 4 Beschreibung der Abscheiderprinzipien 12 4.1 Massenkraftabscheider 12 4.2 Elektrostatische Abscheider (Elektrofilter) 13 4.3 Filternde Abscheider 15 4.4 Katalysator

7、en . 17 4.5 Nassabscheider 18 4.6 Kondensationsabscheider . 18 4.7 Kombinationsverfahren . 18 5 Auslegung einer Staubminderungseinrichtung . 19 6 Betrieb und Instandhaltung . 20 7 bersichten zur Wirksamkeit von Staubminderungseinrichtungen . 21 7.1 Staubminderungseinrichtungen fr Einzelraumfeuerungs

8、anlagen . 21 7.2 Staubminderungseinrichtungen fr Zentralheizungsanlagen zur Verbrennung von Holz und Kohle bis 50 kW Nennwrmeleistung . 22 7.3 Staubminderungseinrichtungen fr Zentralheizungsanlagen zur Verbrennung von Holz und Kohle ber 50 kW Nennwrmeleistung bis 1000 kW Feuerungswrmeleistung 24 7.4

9、 Staubminderungseinrichtungen fr Zentralheizungsanlagen zur Verbrennung nicht holzartiger biogener Festbrennstoffe bis 100 kW Nennwrmeleistung 26 Schrifttum 27 Preliminary note 2 Introduction . 2 1 Scope 3 2 Terms and definitions 6 3 Framework conditions . 9 3.1 Composition and variation of dust emi

10、ssions from small-sized solid fuel combustion systems . 9 3.2 Efficiency test 10 3.3 Classification as state of the art 10 3.4 Requirements deriving from the emission measurements required under the 1. BImSchV . 11 4 Description of separator operating principles . 12 4.1 Inertial separators . 12 4.2

11、 Electrostatic precipitators (ESPs) . 13 4.3 Filtering separators 15 4.4 Catalytic converters . 17 4.5 Wet separators . 18 4.6 Condensation separators 18 4.7 Combined processes 18 5 Design of a dust control device 19 6 Operation and maintenance 20 7 Overviews of separator efficiencies 21 7.1 Dust co

12、ntrol devices for single-room heaters 21 7.2 Dust control devices for wood and coal-fuelled central heating systems with a rated thermal output of up to 50 kW . 22 7.3 Dust control devices for wood and coal-fuelled central heating systems with a rated thermal output of greater than 50 kW up to a the

13、rmal input of 1000 kW . 24 7.4 Dust control devices for central heating systems burning non-wood biogenic solid fuels with a rated thermal output of up to 100 kW . 26 Bibliography 27 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1E29BEST BeuthStandardsCollec

14、tion - Stand 2016-06 2 VDI 3670 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der el

15、ektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehr

16、enamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproducti

17、on (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to

18、 express our gratitude to all honorary contributors to this standard. Einleitung Feinstaubemissionen sind mit ihren Auswirkungen auf die Gesundheit der Bevlkerung zunehmend in das ffentliche Bewusstsein gerckt. Entsprechend wurden national und europisch Verschrfungen der Luftreinhalteregelungen erla

19、ssen. In Deutsch-land haben die Staubemissionen aus Festbrenn-stofffeuerungen einen zunehmenden Anteil an der Gesamtemission. Insofern wurde u. a. die Erste Verordnung zur Durchfhrung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung ber klei-ne und mittlere Feuerungsanlagen 1. BImSchV) im Mrz 2010 no

20、velliert und Emissionsgrenzwerte fr Staub wurden in zwei Schritten zum Teil deut-lich verschrft. Whrend die erste Stufe vielfach noch mit wenig Aufwand erreicht werden konnte, stellen die Grenzwerte der zweiten Stufe insbeson-dere fr einige Zentralheizungsanlagen bei der geforderten wiederkehrenden

21、Messung im Feld eine deutliche technologische Herausforderung dar. Mindestens fr eine gewisse bergangszeit und zur Nachrstung von Altanlagen werden daher nachgeschaltete Staubminderungseinrichtungen auch im kleintechnischen Mastab zum Einsatz kommen mssen. Im Unterschied zu den etablier-ten, hochwir

22、ksamen grotechnischen Anlagen bestehen in diesem neuen Segment einige besonde-re Herausforderungen. Kleinfeuerungsanlagen fr Festbrennstoffe weisen zum Teil hohe Schwan-kungen der Emissionsmenge und der Emissionszu-sammensetzung im Betrieb auf. Sie werden in der Regel sehr diskontinuierlich mit hufi

23、gen Still-standzeiten und vielen Start- und Stoppphasen betrieben. Sowohl die Platzverhltnisse als auch die konomischen Rahmenbedingungen erlauben in den seltensten Fllen Lsungen, die dem Stand der Technik in der industriellen Anwendung ent-sprechen. Insofern wurden ganz neue Abscheide-systeme entwi

24、ckelt, die einen Kompromiss aus Introduction Fine dust emissions and their health impacts have become an issue of growing public concern. Against this background, more stringent air pollu-tion control regulations have been adopted on the national and European level. In Germany, dust emissions from s

25、olid fuel combustion systems account for a growing share of the total dust emis-sions. Thus, the First Ordinance Implementing the Federal Air Pollution Control Act (Ordinance on Small- and Medium-sized Combustion Systems 1. BImSchV) was amended in March 2010, provid-ing for significantly tightened e

26、mission limit val-ues for dust to be implemented in two stages. While, in many cases, the Stage 1 emission stand-ards could still be reached with little extra effort, compliance with the Stage 2 emission limit values during the prescribed recurrent field measurements poses a major technological chal

27、lenge to some central heating systems. Downstream dust control devices, including small-scale devices, will there-fore be needed at least for a certain transition peri-od or for retrofits to existing systems. In contrast with the established highly effective full-scale dust control systems, this new

28、 application segment pos-es some special challenges. Small-sized solid fuel combustion systems exhibit partly significant vari-ations in the emission rate and the emission com-position during operation. They are usually operat-ed intermittently with frequent downtimes and many startup and shutdown p

29、hases. Both space and economic constraints only rarely allow solutions reflecting the state of the art in industrial applica-tions. Against this background, novel separator systems striking a balance between cost and neces-sary collection efficiency have been developed. B974908A824A6748CAAAA99BAB349

30、F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1E29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-06All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 VDI 3670 3 Kostenbegrenzung und notwendiger Abscheide-leistung darstellen. Anmerkung: Die Wirksamkeit der nachgeschalteten

31、Staub-minderungseinrichtungen im betrachteten Grenbereich wird mageblich auch durch das Zusammenspiel mit der Feuerung und dem Schornstein (Zugbedingungen) beeinflusst. Teilweise ist die Funktion der Abscheider auch von den nach der Feue-rung vorhandenen Abgastemperaturen abhngig. Daher sollten sich

32、 der Errichter der Feuersttte, der zustndige Schornstein-feger und der Lieferant der nachgeschalteten Staubminde-rungseinrichtungen frhzeitig untereinander abstimmen. Zudem waren fr die berprfung im Feld neue Messgerte zu entwickeln (siehe VDI 4206 Blatt 2) und Prfprozeduren fr die nachgeschalteten

33、Staubminderungseinrichtungen zu definieren (sie-he DIN SPEC 33999). Um die weitere Marktein-fhrung zu untersttzen und um den in der 1. BImSchV nicht definierten Stand der Technik mit nachprfbaren Werten bei definierten Rah-menbedingungen zu hinterlegen, wurde insbeson-dere von Seiten des Bundesminis

34、terium fr Um-welt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) die Erarbeitung dieser Richtlinie ange-regt. Zum Zeitpunkt der Erarbeitung dieser Fas-sung der VDI 3670 gibt es noch nicht fr alle nachgeschalteten Staubminderungseinrichtungen fr Biomassekleinfeuerungen mit allen Brennstof-fen so umfa

35、ssende Erfahrungen, dass in jedem Fall die allgemein anerkannten Regeln der Technik abbildbar sind. Daher beschreibt diese Richtlinie in der derzeitigen Fassung aktuelle Erkenntnisse zum Stand der Technik entsprechend der Legaldefini-tion des BImSchG 3 (6), jedoch keine allgemein anerkannten Regeln

36、der Technik. Dies wird aber mit zunehmender Verbreitung von nachgeschalte-ten Staubminderungseinrichtungen, die fr den hier betrachteten Anwendungsbereich relevant sind, fr zuknftige Versionen angestrebt. Note: The efficiency of the downstream dust control devices in the capacity range under review

37、is also strongly dependent on the interaction of the control device with the combustion system and the chimney (draught conditions). In some cases, the flue gas temperatures downstream of the combustion system also have an influence on the function of the dust separator. For this reason, early coord

38、ination between the installer of the combustion system, the responsible chimney sweep, and the supplier of the downstream dust control device is required. Moreover, new measuring instruments (see VDI 4206 Part 2) had to be developed and test methods defined for field testing downstream dust control

39、devices. To support the further market in-troduction and to define verifiable efficiencies determined under defined conditions in order to describe the state of the art, which is not specified any further in the 1. BImSchV, the development of this standard was proposed by the BMUB (Federal Ministry

40、for the Environment, Nature Conserva-tion, Building and Nuclear Safety) in particular. At the time of preparation of this first version of VDI 3670, there is not yet sufficient experience available for all downstream dust control devices for small-sized biomass combustion systems nor for all combust

41、ion system-fuel combinations to be able to define generally accepted rules of good engineering practice in all cases. For this reason, the current version of this standard describes the latest findings on the state of the art in terms of the legal definition given in 3 (6) of the German Federal Air

42、Pollution Control Act (BImSchG), however no generally accepted rules of good engi-neering practice. This is, however, the ultimate objective as downstream dust control devices of relevance to the application under review are be-coming increasingly established. 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie be

43、schreibt Merkmale zum Stand der Technik von nachgeschalteten Staubminde-rungseinrichtungen (auch Abscheider genannt) fr feste und/oder flssige Partikel aus Kleinfeue-rungsanlagen, die feste Brennstoffe gem des Geltungsbereichs der 1. BImSchV einsetzen. Dabei wird zwischen den in Tabelle 1 aufgefhrte

44、n Feuerungsanlagen unterschieden. Vorrangiges Ziel dieser Richtlinie ist die Festle-gung der Wirksamkeit (in diesem Fall insbesonde-re der Abscheidegrad) von nachgeschalteten Staubminderungseinrichtungen fr Einzelraum-feuerungsanlagen, die Festbrennstoffe einsetzen. 1 Scope This standard describes f

45、eatures of the state of the art for downstream control devices (also referred to as separators) collecting solid and/or liquid parti-cles from small-sized solid fuel combustion sys-tems falling within the scope of the First Federal Air Pollution Control Ordinance (1. BImSchV). For this purpose, a di

46、stinction is made between the types of combustion system listed in Table 1. The prime objective of this standard is to define the efficiency (in this case the collection efficien-cy) for dust control devices installed downstream of single-room heaters burning solid fuels. B974908A824A6748CAAAA99BAB3

47、49F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEE1E29BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-06 4 VDI 3670 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Tabelle 1. Unterteilung der betrachteten Feue-rungsanlagen in Gruppen zur Zuordnung des Stands der Techni

48、k (NWL Nennwrmeleistung; FWL Feuerungswrmeleistung) Feuerungsart Brennstoff Leistungs-bereich in kW Einzelraumfeu-erungsanlage Festbrennstoffe alle Gren Zentralhei-zungsanlagen Holz oder Kohle gem 3 Nr. 1, 2, 4, 5 und 5a der 1. BImSchV 4 (NWL) bis 50 (NWL) Zentralhei-zungsanlagen Holz oder Kohle gem

49、 3 Nr. 1, 2, 4, 5 und 5a der 1. BImSchV 50 (NWL) bis 1 m ist der mageblich verant-wortliche Abscheidemechanismus der Trgheits-effekt. Vor allem bei hohen Anstrmgeschwindig-keiten folgen diese Partikel nicht den Stromlinien des Gases, sondern gelangen infolge ihrer Trgheit an die Oberflche des Filtermaterials, an der die Partikel aufgrund von Haftkrften gebunden wer-den knnen. Zustzlich erfolgt eine Abscheidung von Partikeln durch den Sperreffekt. Hierbei