Thermische Nutzung von Biomassen und Abfällen im Projekt MARS
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- Björn Dunkle
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1 Titel Thermische Nutzung von Biomassen Abfällen im Projekt MARS Prof. Dr.-Ing. habil. University of Duisburg-Essen Germany Folie 1 Kolloquim
2 Inhalt Einführung MARS -Anlage Experimentelle Untersuchungen Simulation Validierung Betriebs-Anlagen-Konzept Zusammenfassung Folie 2
3 Einführung Folie 3
4 Motivation für das Projekt Biomassenutzung ist in vielen EU-Ländern sehr attraktiv garantierte Stromeinspeisevergütung CO 2 -Neutralität bringt Vorteile beim Emission Trading Thermische Nutzung von industriellen Abfällen auf dem Firmengelände ist vorteilhaft Abfälle aus Produktionsprozessen mit einheitlicher Zusammensetzung ermöglichen eine dafür speziell ausgelegte Anlage Kosten für die thermische Behandlung können verringert werden Strom Wärme kann standortintern genutzt werden Thermische Nutzung von kommunalem Hausmüll in isolierten Regionen ist ökonomisch ökologisch sinnvoll ländliche Gegenden Inseln Entwicklungsländer Folie 4
5 MARS - Anlage Folie 5
6 MARS -Anlage am, Universität Duisburg-Essen Folie 6
7 MARS -Anlage Verbrennungseinheit 1 Brennstoffaufgabe 2 Wassergekühlter Rost 3 Primärluftsystem 4 Ascheaustrag 5 Feuerraum 6 Nachbrennkammer 7 Sekärluftsystem Folie 7
8 MARS -Anlage Querschnitt Nachbrennkammer Feuerraum Brennstoff Verbrennungsrost Ascheaustrag Folie 8
9 MARS -Anlage Anlagenkennwerte Thermische Leistung Hauptkomponenten -1 MW - wassergekühlter Rost - flexible Brennraumgeometrie - Nachbrennkammer - Wärmeauskopplung - flexibles Gsreinigungssystem Brennstoffe - hohe Brennstoffflexibilität (H u ) - Bandbreite von Biomasse bis spez. Abfälle Folie 9 Messeinrichtungen - sehr guter Messzugang - gute messtechnische Ausstattung
10 MARS -Anlage am, Universität Duisburg-Essen Flue Gas Cleaning Folie 10 Verbrennungseinheit Rauchgasreinigung Combustion Unit
11 MARS -Anlage Blick auf den Verbrennungsrost Folie 11
12 MARS -Anlage Blick auf die Sekärluftdüsen D ~ 40 mm Folie 12 5 Düsen an der Rückwand Feuerraumdecke Sekärluftdüsen
13 MARS -Anlage Feuerungsleistungsdiagramm Thermische Leistung [MW] möglicher garantierter Arbeitsbereich Bereich Folie 13 Mechanischer Durchsatz [kg/h]
14 Gas-Analyse Spezies Bereiche FTIR Messbereiche Gas-Analyse (Bereiche für die verschiedenen Spezies) Spezies Rohgas Rohgas Reingas Reingas CO CO mg/m³ 0-20 mg/m³ mg/m³ 0-20 mg/m³ O Vol-% 0-25 Vol-% NO mg/m³ mg/m³ NO mg/m³ 0-60 mg/m³ HCl mg/m³ 0-90 mg/³ SO mg/m³ mg/m³ H2O 0-40 Vol-% 0-40 Vol-% NH mg/m³ 0-15 mg/m³ HF mg/m³ 0-25 mg/m³ N O mg/m³ mg/m³ 2 Folie 14 FID Messbereiche Gas-Analyse C ges. Hg mg/m³ Hg-CEM Messbereich Gas-Analyse mg/m³ 0-75 µg/m³
15 Experimentelle Ergebnisse Folie 15
16 Untersuchte Brennstoffe (Auswahl) Die folgenden Brennstoffe wurden bereits untersucht: Holz-Pellets Holz-Chips Papier- + Plastik-Schnitzel in unterschiedlichen Mischungsanteilen Industrielle Abfälle hausmüllähnlicher Gewerbemüll Rückstandsmaterialien Rückstände Folie 16
17 MARS -Anlage Simulationsbereich Messorte T 3 / Spezies Konzentrationen 5 Düsen 4 Düsen T 2 T 1 Folie 17 Simulierter Bereich Messorte
18 MARS -Anlage Temperatur-Messungen Simulierter Betriebszustand Folie 18
19 Simulation Validierung Folie 19
20 MARS -Anlage berechnete Temperaturverteilung Temperatur [ C] PA/SA: 58/42 SA: 50/50 > 1300 PA/SA: Primär- / Sekär-Luft [%] SA: Sekärluft Forder- / Rückwand 800 < 300 Symmetrieebene Folie 20
21 MARS -Anlage berechnete Temperaturverteilung Temperatur [ C] 1100 PA/SA: 58/42 SA: 50/50 PA/SA: Primär- / Sekär-Luft [%] SA: Sekärluft Forder- / Rückwand 1000 symm. gemessene Temperaturen 13:00 Uhr : 1037 C 13:35 Uhr : 1042 C 900 T 1 Horizontale Schnittebene Folie 21
22 MARS -Anlage berechnete Temperaturverteilung Temperatur [ C] 1100 PA/SA: 58/42 SA: 50/50 PA/SA: Primär- / Sekär-Luft [%] SA: Sekärluft Forder- / Rückwand gemessenen Temperaturen 1000 Symm. 13:00 Uhr : 1073 C 13:35 Uhr : 1033 C 900 T 2 Horizontale Schnittebene Folie 22
23 MARS -Anlage berechnete Temperaturverteilung Temperatur [ C] 900 PA/SA: 58/42 SA: 50/50 PA/SA: Primär- / Sekär-Luft [%] SA: Sekärluft Forder- / Rückwand symm. 850 gemessene Temperaturen 13:00 Uhr : 866 C 13:35 Uhr : 903 C 800 T 3 Folie 23 Horizontale Schnittebene
24 MARS -Anlage berechnete Sauerstoffverteilung O 2 [Ma-%] > 14 PA/SA: 58/42 SA: 50/50 PA/SA: Primär- / Sekär-Luft [%] SA: Sekärluft Forder- / Rückwand 9 < 4 Folie 24 Symmetrieebene
25 MARS -Anlage berechnete gemessene O 2 -Verteilung Folie 25 O 2 [Vol-%] 7,5 6,5 Auslass O 2 [Vol.%] Konzentration [Vol-%] PA/SA: 58/42 SA: 50/50 PA/SA: Primär- / Sekär-Luft [%] SA: Sekärluft Forder- / Rückwand FTIR O 2 -Rohgasanalyse NB-Kammer Ende :00 08:51 09:42 10:34 11:25 12:17 13:08 14:00 14:51 15:42 16:34 17:25 18:17 19:08 20:00 08:00 12:00 16:00 20:00 Uhrzeit Simulierter Betriebsfall
26 MARS -Anlage gemessenen berech. CO-Verteilung CO [Ma[ Ma-%] > 2 PA/SA: 58/42 SA: 50/50 PA/SA: Primär- / Sekär-Luft [%] SA: Sekärluft Forder- / Rückwand 1 0 Folie 26 Symmetrieebene
27 MARS -Anlage gemessenen berechn. CO-Verteilung CO [mg/m 3 ] 20 CO [mg/m 3 ] PA/SA: 58/42 SA: 50/50 FTIR CO-Rohgasanalyse NB-Kammer Ende Konzentration [mg/m³] Folie 27 0 Auslassquerschnitt 0-10 (0-300) :00 12:00 16:00 20: :00 08:51 09:42 10:34 11:25 12:17 13:08 14:00 14:51 15:42 16:34 17:25 18:17 19:08 20:00 Uhrzeit Simulierter Betriebsfall
28 MARS -Anlage gemessenen berechn. CO 2 -Verteilung CO 2 [Vol-%] 10 CO 2 [Vol.%] PA/SA: 58/42 SA: 50/50 FTIR CO 2-Rohgasanalyse NB-Kammer Ende , Konzentration [Vol-%] Folie 28 9 Auslassquerschnitt :00 08:51 09:42 10:34 11:25 12:17 13:08 14:00 14:51 15:42 16:34 17:25 18:17 19:08 20:00 08:00 12:00 Uhrzeit 16:00 20:00 Simulierter Betriebsfall
29 MARS -Anlage gemessenen berechn. H 2 O-Verteilung Folie 29 H 2 O [Vol-%] Auslassquerschnitt H 2 O [Vol.%] Konzentration [Vol-%] PA/SA: 58/42 SA: 50/50 FTIR H 2O-Rohgasanalyse NB-Kammer Ende :00 08:51 09:42 10:34 11:25 12:17 13:08 14:00 14:51 15:42 16:34 17:25 18:17 19:08 20:00 Uhrzeit 0 08:00 12:00 16:00 20:00 Simulierter Betriebsfall
30 MARS -Anlage Stromlinien Path lines PA/SA: 58/42 SA: 50/50 Folie 30 starting points: bed surface starting points: secondary air nozzles
31 Anlagen- Konzept Folie 31
32 Modulares Anlagenkonzept Brennstoff Brennstoffbunker grate Rostverbrennungssystem firing unit Dampferzeuger / Wärmeauskopplung Folie 32 Rauchgasreinigung
33 Charakteristika der Betriebsanlage Hauptkomponenten des modularen Anlagenkonzeptes: - Rostverbrennungssystem - Feuerraum - Nachverbrennungszone - Wärmeauskopplung (Thermalölkreislauf) - Staubabscheider - komplette Gasreinigung Folie 33 Modulare Anlagengrößen: Einsatzbereiche: - 5, 10, 15 MW th - thermische Behandlung von Industrieabfällen an Produktionsstandorten - Biomassenutzung für Strom Wärmeerzeugung - thermische Behandlung von Hausmüll mit KWK an isolierten Standorten
34 Zusammenfassung Folie 34
35 Zusammenfassung MARS -Anlage als Versuchs- Demonstrationsanlage ist in Betrieb Ergebnisse aus Versuchen mit verschiedensten Brennstoffen zeigen sind sehr zufriedenstellend Numerische Simulation wurde mit diesen Ergebnissen validiert Hiermit kann ein Scale-Up der modularen Anlage auf 5,19,15 MW erfolgen Dieses sind vernünftige Leistungsgrößen für die avisierten Brennstoffe Einsatzbereiche Folie 35
36 Vielen Danke für Ihre Aufmerksamkeit Folie 36
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