Innovatives System zur dezentralen KWK auf Basis Biomassevergasung mit prozessoptimierter Erzeugung eines teerarmen Produktgases

Primärmaßnahmen bei Kraft-Wärme-Kopplungen auf Basis der Biomassevergasung durch eine Prozessstufung reduzieren die Teerbeladung im Produktgas und erweitern das Einsatzfeld für zukünftige Anwendungen.

Kurzbeschreibung

Motivation und Ziele

Die Biomassevergasungs-KWK-Technologie im kleinen (< 500 kWel) und mittleren Leistungsbereich (< 2 MWel) ist, verglichen mit anderen KWK-Technologien auf Basis Biomasseverbrennung, aufgrund ihres hohen erreichbaren elektrischen Wirkungsgrades (= 25%) eine viel versprechende Kraft-Wärme-Kopplungs-Technologie. Die Teerbeladung im Produktgas aus traditionellen Schachtreaktorsystemen (> 250 mg/m³) war bis dato eines der Haupthindernisse für eine erfolgreiche Markteinführung der Technologie, aufgrund der Beeinträchtigung der Anlagenfunktionalität (Verblockungen) und dem Bedarf einer aufwändigen Gasreinigung. Zusätzlich muss die Biomasse (in der Regel Holz-Hackschnitzel) in traditionellen Schachtreaktorsystemen eine bestimmte Stückigkeit (eher grob) und niedrigen Feuchtegehalt (< 25%m) aufweisen. Deshalb wurde am IWT, TU Graz ein Verfahren zur gestuften Biomassevergasung entwickelt, um diese genannten Probleme durch primäre Maßnahmen zu lösen.

Inhalt

In Rahmen dieses Projektes wurde eine Versuchsanlage zur gestuften Vergasung, die aus den getrennten Stufen der Pyrolyse, Partielle Oxidation und Reduktion besteht, erweitert und apparatetechnisch komplettiert und experimentell intensiv untersucht.

Methoden der Bearbeitung

Erstellung eines Technologieüberblicks und Aufbau eines Simulationsmodells
Untersuchung und Validierung der Leistungscharakteristik der Pyrolysestufe
Erweiterung der Versuchsanlage zur gestuften Vergasung (50 kWel): Auslegung und Apparatebau, Einbindung der Mess- und Regelungs-, sowie Automatisierungstechnik, anschließend intensive Messkampagne mit kontinuierlichen Verbesserungsmaßnahmen

Ergebnisse

Alle Projektziele können als erreicht betrachtet werden. Die Funktionsfähigkeit des gestuften Vergasungssystems mit einer hohen Gasreinheit konnte nachgewiesen werden. Das rohe, ungereinigte Produktgas aus dem hier untersuchten gestuften Vergasungssystem weist Teerbeladungen im Bereich bis 10 mg/m³n auf - dies entspricht einer Reduktion gegenüber herkömmlichen Systemen um mindestens 96 bis 99,9%. Diese Ergebnisse konnten in Versuchsläufen (mit einer Dauer von jeweils bis zu drei Tagen) auch bei veränderlichen Brennstoffleistungen (Massendurchsätzen), Brennstoffzusammensetzung (z.B. hoher Rindenanteil) und -feuchten (bis zu 100%m,TS) realisiert werden. Die Gasqualität dieses Verfahren erfüllt somit hinsichtlich der Beladung mit kondensierbaren Kohlenwasserstoffen (Teeren) bereits ohne eine nasse Gasreinigung die Anforderungen für die gasmotorische Nutzung (< 50 mg/m³n). Kann die - in der Regel sehr kostenintensive - nasse Gaswäsche im Gesamtkonzept eingespart werden, so bedeutet dies nicht nur die Ausschaltung der technischen Betriebsführungsprobleme in der gesamten Anlage nach dem Vergaser, sondern auch einen wirtschaftlichen Vorteil durch den Wegfall des Gasreinigungs- und Rückstandsaufbereitungskomplexes. Dadurch verbessern diese Primärmaßnahmen und die dadurch erreichte extrem niedrige Teerbeladung beträchtlich die Chancen einer erfolgreichen Markteinführung der Biomassevergasung im kleinen Leistungsbereich. Vorbereitend, wurde im Hinblick auf die erforderlichen nächsten Schritte in der Technologieentwicklung damit begonnen, die übrigen kritischen Schadstoffbeladungen (z.B. NH3, Aerosole) sowie andere, für die trockene Gasreinigung wichtige Parameter (z.B. Korngrößenverteilung und Struktur der Staubfracht), zu messen.

Ergänzend zeigen die Ergebnisse einer Wirtschaftlichkeitsstudie, dass ein wirtschaftlicher Betrieb bereits ab einer Anlagenleistung von ca. 50 kWel erreicht werden kann.

Projektstatus

laufend

Projektbeteiligte

Projektleiter
(Kontaktadresse)

Dipl.-Ing. Friedrich Lettner
TU Graz, Institut für Wärmetechnik
Inffeldgasse 25b
A-8010 Graz
Tel: +43 (0)316/873-7811
Fax: +43 (0)316/873-7305
E-Mail: lettner@iwt.tu-graz.ac.at
Internet: http://www.iwt.tugraz.at/

Institut
TU Graz, Institut für Wärmetechnik

Projekt- bzw.
Kooperationspartner

KWB, Kraft und Wärme aus Biomasse GmbH (Finanzierungspartner)