Biomasse

• Sandbett wird von unten mit Luft bzw. Wasserdampf durchströmt

• Sandpartikel werden bei hohen Temperaturen in Schwebe (Fluidisierung) gehalten

Sand-Asche-Gemisch

Kalkstein, Dolomit

Schadstoffbildende Elemente, wie z. B. Schwefel und Chlor, werden besser in die Asche eingebunden.

• Zugabe Additive

• Stationäre

• zirkulierende Wirbelschichtfeuerungen.

• 1 bis 2 m/s

• ca. 0,7 bis 1 mm.

• bis ca. 100 mm

• zwischen 5 und rund 50 MW

• 20 bis 50 g/Nm^3 (Norm m^3)

(Primärluftzahl λ ≈ 1,1)

Temperatur wird durch Tauchheizfläche geregelt

(Luftzahl λ = 0,6 bis 0,8)

Wirbelschichtfeuerungen ohne Tauchheizflächen wird neuerdings werwendet.

Asche wird als Flugasche in der Entstaubungseinrichtung abgeschieden.

annähernd vollständig

bei Teillast nimmt die Temperatur des Bettes und damit die Verbrennungstemperatur ab

Tauchheizfläche unterliegt Abnutzung durch Erosion

• Es wird mit Abgasrezirkulation (Rezigas) gearbeitet

• Dadurch findet im Bettbereich eine Vergasung des Brennstoffs bei 600 bis 800 °C statt.

• Die Nachverbrennung der dabei entstandenen gasförmigen Produkte erfolgt durch Sekundärluft im Freiraum oberhalb der Wirbelschicht.

Bettmaterial wird mitgerissen

Fließbettkühler:

je nach abgezogenem Zirkulationsstrom kann die gewünschte Temperatur eingestellt werden kann.

• Kohlenverbrennung

• energetische Nutzung von Rückständen und Abfällen

(gleiche Nachteilen wie bei der stationären Wirbelschichtfeuerung)

30 MW Feuerungswärmeleistung

• ORC-Prozess,

• Dampfkraftprozess unter Anwendung einer Dampfturbine,

• Stirlingmotor.

• Verluste durch Unverbranntes

• Oberflächenverluste

• Abgasverluste

Thermoöl

sonst Wasser

Rauchrohrkessel

Wasserrohrkessel

Bei den Rauchrohr- oder Großwasserraumkesseln sind die Funktionen Wärmeübertragung und Phasentrennung kombiniert: Die Dampftrommel enthält waagerechte Rauchrohre, die vom Rauchgas durchströmt werden.

Wasserrohrkessel bestehen aus Rohrsystemen, die mit einer Dampftrommel verbunden sind, in der die Trennung der beiden Phasen Wasser und Dampf erfolgt.

Großkessel zur Dampferzeugung mit hohen Drücken sind ausschließlich Wasserrohrkessel.

Wärme-Grundlast

Spitzenlast

3.500 bis 5.000 h/a

30 bis 50 % der Spitzenleistung des Wärmebedarfs

70 bis 90 % der jährlichen Wärmemenge können damit erzeugt werden.

Oberen und Unteren 30%

ab einer Leistung von 2 MW

420 bis 450 °C

• Organic Rankine Cycle

• Kohlenwasserstoffe wie Iso-Pentan, Iso-Oktan, Toluol oder Silikonöl

• Verdampfungseigenschaften bei tieferen Temperaturen und Drücken

• Der Thermoölkreislauf dient somit als Puffer, um Temperaturspitzen auszuschließen

• Der noch überhitzte Turbinenabdampf wird einem Rekuperator zur internen Wärmerückgewinnung zugeführt, der den elektrischen Wirkungsgrad erhöht.

• Über eine Pumpe wird das Kondensat schließlich wieder auf Betriebsdruck gebracht und dem Verdampfer zugeführt. Damit ist der ORC-Kreislauf geschlossen.

• Rauchgaswärme kann ebenfalls zur Wärmegewinnung genutzt werden

• 600 kW bis 2 MW (am Wirtschaftlichsten)

• 15 %

• 80 %. Durch Einbindung einer Abgaskondensationsanlage können Werte bis 98 % erreicht werden

Umwandlung der Biomasse in einen gasförmigen Energieträger, der anschließend mit einem vergleichsweise hohen Wirkungsbzw. Nutzungsgrad einfach und problemlos zur Bereitstellung von End- bzw. Nutzenergie eingesetzt werden kann.

• Produktgases

• Schwachgases (LCV- (Low Calorific Value) Gas)

• Holzgases

• Synthesegases

• Aufheizung und Trocknung,

• pyrolytische Zersetzung,

• Vergasung.

• Temperatur

• Druck

• Das eingesetzte Vergasungsmittel

• heterogene vollständige Vergasung

• partielle Kohlenstoffoxidation Vergasung

• Wasser-Gas-Reaktion (i und ii)

• Boudouard Reaktion

• hydrierende Vergasung

• Autotherme Vergasung: Die Wärme wird direkt durch eine Teilverbrennung (partielle Oxidation bzw. teilweise vollständige Oxidation) des Einsatzstoffes bzw. Produktgases während der Vergasung zur Verfügung gestellt.

• Allotherme Vergasung: Die Wärme wird indirekt z. B. über einen Wärmeübertrager oder durch ein umlaufendes Bettmaterial der Vergasungszone zugeführt.

• Kohlenstoffmonoxid

• Kohlenstoffdioxid

• Wasserstoff

• Methan

• Kohlenwasserstoffe

• Wasserdampf

• Stickstoff (bei der Vergasung mit Luft als Vergasungsmittel)

Die Luftvergasung, wobei berücksichtigt werden muss, dass der Luftstickstoff das Produktgas stark verdünnt.

Überwiegend in kleinen bis mittleren Leistungsbereichen

• Stickstofffreies Gas

• Energie muss extern zugeführt werden

• mittlerer Leistungsgröße

• Keine Verdünnung des Produktgases, die benötigte Wärme entsteht dabei autotherm im Reaktor

• Bereitstellung von Sauerstoff als Vergasungsmittels teuer

• nur für Großanlagen ökonomisch.

• 800 °C als Alkalihydroxide oder Alkalichloride

• Unterhalb einer Temperatur von 600 °C kommt es zu festen Alkalien-Ablagerungen an kühleren Anlagenflächen

• Alkalien-Ablagerungen können bei hohen Temperaturen verdampfen und zur Heißgaskorrosion führen

Teere entstehen infolge der pyrolytischen Zersetzung der Biomasse

Komplexe Mischung aus organischen Kohlenwasserstoff-Verbindungen

300 °C

Alle organischen Komponenten mit einem Molgewicht größer als Benzol (78 g/mol)

Ablagerungen in nachgeschalteten Anlagen-komponenten (z. B. Wärmetauscher). Das führt zu Verstopfungen und macht eine Teerreinigung in den meisten Vergasungsprozessen unvermeidbar.

• Vergasungstemperatur

• Verweilzeit der Brennstoffpartikel und Teerkomponenten

• Festbettvergaser,

• Wirbelschichtvergaser,

• Flugstromvergaser.

• Festbettvergaser wird von oben mit dem stückigen Brennstoff beschickt

• Infolge Schwerkraft und kontinuierlichen Materialzersetzung sinkt Brennstoff nach unten und bildet Schüttschicht

• Schüttschicht bewegt sich über verschiedene Zonen bis zum Ascheaustrag und wird vom Vergasungsmittel durchströmt

Kombination aus Gegenstrom- und Gleichstromvergaser

• Im Vergasungsmitteleinströmungsbereich wird Wärme bereitgestellt

• In der Oxidationszone können so hohe Temperaturen entstehen, dass sich die thermisch nicht zersetzbaren Aschekomponenten verflüssigen, welche dann als Schlacke abgezogen werden können.

• In der Reduktionszone wird das bei der Oxidation entstandene Kohlenstoffdioxid teilweise zu Kohlenstoffmonoxid und der vorhandene Wasserdampf z. T. zu Wasserstoff reduziert.

• Der entstehende Wasserstoff kann anschließend mit noch vorhandenem festem Kohlenstoff weiter in Methan umgewandelt werden

• Das Rohgas kühlt sich auf dem Weg durch die kälter werdenden Reaktorzonen ab, wobei es seine fühlbare Wärme für die pyrolytische Zersetzung und an die Aufheizungsund Trocknungszone abgibt

• Das Gas verlässt den Vergaser schließlich mit relativ niedrigen Temperaturen (100 bis 200 °C)

• Im Vergasungsmitteleinströmungsbereich bildet sich eine sehr heiße Oxidationszone aus (> 1.000 °C)

• Diese frei werdende Wärme führt zu einer Trocknungs- und Pyrolysezone oberhalb der Oxidationszone

• Pyrolysegas strömt durch die heiße Oxidationszone, wodurch schon gebildete Teerverbindungen aufgespalten werden.

• Um diesen Vorteil zu sichern, muss jedoch gewährleistet werden, dass eine gleichmäßige Temperaturverteilung in der Oxidationszone ohne Kaltzonen vorliegt.

• In der anschließenden Reduktionszone werden diese Gasbestandteile weiter zu Kohlenstoffmonoxid reduziert bzw. der entstandene Koks unter weiterer Gasbildung vergast.

• Das Rohgas verlässt den Vergaser im unteren Reaktorbereich.

• feine Brennstoffbestandteile nicht einsetzbar, da sie durch den Reaktor durchfallen und zu einer Verstopfung des Brennstoffbetts führen können

Nach der Biomassevorbereitung verbleibt noch ein geringer Wasseranteil im Brennstoff. Diese verdampft bei Temperaturen von bis zu 200 °C, nachdem die Biomasse in den Reaktor gegeben wurde.

• Temperaturbereich von ca. 200 °C bis 500 °C.

• Pyrolyse bezeichnet thermische Spaltung chemischer Verbindungen

• findet unter Sauerstoffausschluss statt, um die Verbrennung des Vergasungsstoffes zu verhindern.

• Die organischen Verbindungen der Biomasse zerfallen in kleinere Moleküle verschiedener Zusammensetzung und Größe, darunter auch Teere

• 1. Heterogene reaktionen —> 2. Homogene reaktionen

• heizwertreichen Bestandteile CO, H2, CH4 entstehen während des Vergasungsproduktes durch heterogene Reaktionen mit Koks und homogene Gasphasenreaktionen.

• Die Gleichgewichte dieser Reaktionen sind abhängig von der Temperatur. Bei höheren Temperaturen von bis ca. 1.000 °C entsteht mehr CO und H 2, dagegen ist der Anteil an CH4 niedriger.

• Die Teere, die aus dem Pyrolysevorgang erzeugt werden, werden bei Temperaturen ab 1.000 °C gecrackt

• Bestandteile des Pyrolyse- und Reduktionsvorgangs werden mit von außen zugeführtem Sauerstoff aufoxidiert

• Im Falle der vollständigen Oxidation verbleibt von der Biomasse nur die inerte Asche in der festen Phase. Alle anderen Bestandteile verlassen in ihrer höchsten Oxidationsstufe gasförmig den Reaktionsraum.

• Die bei der Oxidation freiwerdende Reaktionswärme liefert im Wesentlichen die erforderliche Energie für die vorangehenden endothermen Reaktionen