KWK - Versuchsanlage: Holzvergaser mit Gasmotor

Am Institut für Wärmetechnik (IWT) der TU-Graz wird seit 1997 intensiv an der Heranführung der Technologie der Festbettvergasung an den Markt gearbeitet. Zu Testzwecken wird eine Versuchsanlage bestehend aus einem Zweizonenvergaser, einer Gasreinigungsanlage und einem Gasmotor mit einer elektrischen Leistung von ca. 50 kWel am Institut betrieben. Durch kontinuierliche Verbesserungen an der Anlage im Bereich der Gaserzeugung, der Gasreinigung sowie der Automatisierungs- und der Sicherheitstechnik wird der Bau einer Pilotanlage größerer Leistung angestrebt.

Warum Vergasung?

Der Prozess der Festbettvergasung mit nachgeschaltetem Gasmotor zielt besonders auf das Gebiet der dezentralen Nutzung von Biomasse-Kraft-Wärme-Kopplung ab. Im Vergleich zu den KWK-Technologien mit Verbrennungssystemen werden auch im niedrigen Leistungsbereich höhere elektrische Wirkungs-grade und höhere Stromausbeuten erwartet. Dies trifft genau den Kern der Anfor-derungen an Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen für den kleinen Leistungsbereich, nämlich bei relativ geringer thermischer Leistung eine möglichst hohe elektrische Leistung zu erzielen.

Anlagenkonfiguration am IWT

In Abbildung 1 ist ein vereinfachtes Anlagenschema einer allgemeinen Vergasungsanlage mit deren Anlagenkomponenten dargestellt, anhand dessen eine grobe Verfahrensbeschreibung möglich ist.

Abbildung 1: Vereinfachte Darstellung eines Biomasse-Blockheizkraftwerkes mit den relevanten Stoff- und Energieströmen

Der Brennstoff wird über einen luftdichten Abschluss in den Vergasungsreaktor eingebracht. Im Vergasungsreaktor findet entsprechend den verschiedenen Vergasertechnologien die Umsetzung des eingebrachten Brennstoffs in ein Produktgas statt. Das Produktgas verlässt den Reaktor mit definierter Qualität, die durch die Gaszusammensetzung, Heizwert, sensiblen Wärmeinhalt und Schadstoffbelastung beschrieben wird.

Abbildung 2 zeigt ein Bild der Biomasse Vergasungsanlage am Institut für Wärmetechnik der TU Graz.

Damit das aus dem Vergasungsprozess erzeugte Produktgas motorisch genutzt werden kann, ist eine Reinigung und Kühlung des Gases erforderlich.

Die Gasreinigung / -kühlung besteht bei der Anlage am Institut für Wärmetechnik aus folgenden Komponenten:

• Grobenstaubung (durch Zyklon)
• Abwärmerückgewinnung
• Feinentstaubung (Partikelfilter)
• Nasswäsche

Das in der Gasreinigung anfallende Abwasser wird aufbereitet und kann gemäß den gesetzlichen Vorschriften in das Kanalnetz eingeleitet werden.

Relevante Prozesswerte

Brennstoffmassenstrom: 50 - 60 kg/h
Produktgasstrom: 120 - 150 Nm³/h
Kaltgaswirkungsgrad: 70 - 75 %
Elektrischer Wirkungsgrad (brutto) - Pel ca. 30-50 kWel: 20%

Stand der Entwicklung

Durch die bisherigen Arbeiten konnte nachgewiesen werden, dass bei Berücksichtigung der Verfahrensabläufe, der Automatisierungs- und Sicherheitsaspekte ein erfolgversprechender Test dieses Konzeptes im Pilotmaßstab möglich ist.

Institut für Wärmetechnik, TU Graz
Inffeldgasse 25B
8010 Graz
http://wt.tu-graz.ac.at

Arbeitsgruppe Thermische Energieanlagen
Leitung: Prof. Beate Reetz
Tel.: 0316 / 873 - 7301
Email: reetz@iwt.tu-graz.ac.at

Friedrich Lettner
Tel.: 0316 / 873 - 7811
Email: lettner@iwt.tu-graz.ac.at

Christian Wallner
Tel.: 0316 / 873 - 7312
Email: wallner@iwt.tu-graz.ac.at