1 GASERZEUGUNG AUS HOLZ by Ablinger Daniela Aschl Thomas
Agenda 2 Grundlagen Geschichte der Holzvergasung Phasen der Holzvergasung Vergasungsanlagen und Stand der Technik Vergaserbauarten Holzvergasungsanlagen Aufbereitung des Gases Gasnutzung Wirtschaftlichkeit, Kosten
Geschichte der Holzvergasung 3 1839 erster Holzvergaser von Karl Bischof (Gegenstrom) 1880 industrielle Verwendung der Vegaser, wurden später durch Dampfmaschinen ersetzt 1900 mobile Vergaser auf Last- und Personenwagen 1918 Entwicklung Gleichstromverfahren durch G. Imbert und J. Pintsch Durchbruch der Holzgastechnik im 2. WK
Vergasung von Holz 4 Bei der Vergasung findet eine unterstöchiometrische Oxidation von Biomasse/Kohle statt Dabei entstehen brennbare Gase aus CO,H 2 und in geringen Mengen CH 4. Weiter befinden sich unverbrannte flüchtige KW im Holzgas (z.b. Teer)
4 Phasen der Holzvergasung 5 Trocknung Verdampfen des im Holz enthaltenem Wassers Pyrolyse Zersetzung des Holzes Oxidation Oxidation von C und H zur Deckung des Wärmebedarfs der endothermen Teilprozesse der Holzvergasung Reduktion Reduktion von CO2 und H2O, eigentliche Holzgasentstehung
Trocknung / Pyrolyse 6 Trocknung 10-30 % Wassergehalt Trocknung bei 200 C Noch keine chemischen Vorgänge Pyrolyse Thermische Zersetzung des Holzes 150-500 C Entstehung gasförmiger Kohlenwasserstoffe und Pyrolysekoks
Oxidation / Reduktion 7 Oxidation Bildet sich im Bereich der Luftzufuhr Spaltung von Koks und Kohlen-wasserstoffen Bildung kleinerer gasförmiger Moleküle (CO2, H2O, CO, CH4) Reduktion Entstehung des Holzgases bei 650-950 C Bildung des Großteils der brennbaren Bestandteile Reduktion von CO2 und H2O zu H2, CO Methanreaktion
Zusammensetzung von Holzgas 8 Quelle: Biomasseverband OÖ
Reaktortypen bei der Holzvergasung 9 Festbettvergaser - Gegenstrom Festbettvergaser - Gleichstrom Wirbelschichtvergaser Flugstromvergaser
10 Festbettvergaser Gleichstrom Vorteile + Gute Gasqualität + Einfaches Konstruktionsprinzip + Geringer Teergehalt im Rohgas (100 1.000mg/m³) + Weniger Kondensat in der Gasreinigung Nachteile Geringere Brennstoffvariabilität bezogen auf Wassergehalt und Stückigkeit Hohe Temperatur des Produktgases
11 Festbettvergaser Gegenstrom Vorteile + Verwendung von Brennstoff mit Feuchte bis zu 50 % möglich + Keine besonderen Ansprüche an Stückigkeit + Niedrige Temperatur des Produktgases Nachteile Ablagerung von Teer im Vergaser
Festbettvergaser 12 Kleine Holzvergasungsanlagen meist mit Festbettverfahren Gegenstromvergaser mit hohem Teergehalt im Holzgas (Energieverlust!) Niedriger Holzgas-Teergehalt bei Gleichstromvergasern
13 Wirbelschichtvergaser zirkulierende Wirbelschicht Funktionsweise Einblasen von Luft/Dampf (Fluidisierungsluft) in Kessel Brennstoff und Quarzsand durch Fluidisierungsluft ausgetragen Feststoff mittels Zyklon rückgeführt
14 Wirbelschichtvergaser stationäre Wirbelschicht Funktionsweise Einblasen von Luft/Dampf (Fluidisierungsluft) in Kessel Brennstoff und Quarzsand erreichen max. Freeboard. Kühlung des Bettes < 900 C Abscheidung der Asche mittels Zyklon
Wirbelschichtvergaser 15 Vorteile Nachteile + unempfindlich gegenüber Qualitätsfluktuation des Brennstoffes + Nutzung von Kalkstein im Brennraum zur SO2 Abscheidung + Hohe Wärmeübertragungsraten an den Heizflächen + Niedrige Verbrennungstemperatur daher keine thermische NOx-Bildung relativ hoher Verschleiß der Heizflächen durch erosives Bettmaterial Hoher Energiebedarf für Wirbelluftgebläse Gefahr der Ascheerweichung
Flugstromvergaser 16 Funktionsweise Betrieb mit flüssigen, gas- und staubförmigen Brennstoffen Von außen geheizter Reaktor Brennstoff:~0,1 mm feiner Staub Mischung von Luft und Brennstoff Umsetzung des Brennstoffs bei 0,3 bis 8 MPa und von 1200 bis 2000 C Ascheerweichung bildet Schlackenmantel (Schutz vor Korrosion)
Flugstromvergaser 17 Vorteile hohe Effizienz flexibel bzgl. Einsatzstoff auch für große Anlagen geeignet keine Teere im Abgas Schwermetalle in Schlacke eingebunden Nachteile aufwändige Vorbehandlung des Brennstoffs Beherrschung hoher Temperaturen schwierig
18 Stand der Technik Anlagenbeispiel Güssing Seit dem Jahr 2001 wird in Güssing Strom aus Biomasse erzeugt Stündliche Produktion aus 2.300 kg Holz: 2.000 kwh Strom, 4.500 kwh Fernwärme Wirbelschicht- Dampf-Vergaser Verwendung von Wasserdampf anstatt Luft -> stickstofffreies, teerarmes Produktgas Kühlung des Produktgases, abfallende Wärme dient der Fernwärmeerzeugung Anschließend Entstaubung des Produktgases mittels Gewebefilter Gasmotor wandelt die chemische Energie des Produktgases in elektrische
Weitere Anlagen 19 Gegenstromvergaser von Babcock & Wilcox Volund seit 1993 (Dänemark)- Demonstrationsanlage Festbettvergaser der DTU (Danish Technological University) seit 2002 2012 geling es der Firma Xylogas einen Festbettvergaser im industriellen Maßstab herzustellen Firma Frölings Holzvergaseranlage steht 2014 breite Markteinführung bevor bioliq -Pilotanlage in Karlsruhe Flugstromvergaser
Gasreinigung 20 Gasreinigung durch bekannte Verfahrenstechnische Komponenten: Zyklonabscheider Filterung Wäsche (Abwasserproblematik bzw. Verbrauch von Lsg-Mitteln)
Nutzung von Holzgas 21 Energergetische Nutzung im BHKW Gasmotor Gasturbine Brennstoffzelle Synthesegas aus Holz CO +H 2 = Synthesegas Wasserdampfvergasung Aufreinigung nötig Güssing Methangas aus Synthesegas Erdgas ist billiger
Warum Holzvergasung statt 22 Verbrennung η el. = ca. 12% Verbrennung Wärme Dampfturbine η Wärme = ca. 55% Vergasung Holzgas Gasmotor η el. = ca. 23-30% η Wärme = ca. 55%
Energetische Nutzung im BHKW 23 Gasmotor Hoher el. Wirkungsgrad Holzgas muss gekühlt werden Staub und Teer Abscheidung wichtig Gasturbine Niedriger el. Wirkungsgrad Holzgas kann heis eingespeist werden Heizwert muss ausreichend sein.
Überlegungen zur Wirtschaftlichkeit 24 Grundlast/ Wirkungsgrad Verfügbarkeit von Biomasse Platzverhältnisse und Lagerkapazität Wartung Zugang Stromnetz Abnehmer von Wärme Personal
Kostenstruktur 25 Quelle: Biomasserverband OÖ
Kostengegenüberstellung 26 - Investitionskosten 4000 bis 7500 pro KW el. - Betriebskosten (Rohstoff,Wartung,Personal ) + Wärmerlöse + Ökostromgesetz Einspeisetarif
Grundlastauslegung 27 Trocknung von Hackgut im Sommer zur Überbrückung von geringem Wärmebedarf
28 WIR DANKEN FÜR DIE AUFMERKSAMKEIT!!