Detaillierte Verfahrensbeschreibungen
Biomasse-Vergasung – Wasserdampf-Wirbelschicht
Der beim Kraftwerk Güssing erstmals demonstrierte Vergasungsprozess basiert auf der Wasserdampf-Vergasung von Biomasse in der intern-zirkulierenden Wirbelschicht. Das Herzstück der Anlage – der Vergaser – besteht aus zwei miteinander verbundenen Wirbelschichtsystemen. Im Vergasungsteil wird die getrocknete Biomasse bei ca. 850°C unter Zuführung von Wasserdampf (an Stelle von Luft) als Vergasungsmedium vergast, wodurch ein stickstofffreies, teerarmes Produktgas mit hohem Heizwert entsteht. Das entstandene Produktgas wird in weiteren Schritten gekühlt, gereinigt und an die Verwertung geleitet. Das Rauchgas wird zur Wärmeverwertung gekühlt, gereinigt und anschließend durch den Kamin abgeleitet. Zur Wirkungsgradsteigerung werden Abwärmen in einem ORC-Prozess verstromt.
Brennstofftrocknung
Die Beschickung der Brennstofftrocknungseinheit mit der, nach Bedarf aufbereiteten Biomasse erfolgt kontinuierlich von oben über ein System verschiedener Förderer.
Trocknungsluft mit technisch und kommerziell anderweitig nicht mehr nutzbarem Wärmeinhalt wird im Gegenstrom zum Brennstoff eingebracht. Durch den leistungsgeregelten Betrieb mit geringen Strömungsgeschwindigkeiten gelingt es den Wassergehalt des Holzhackgutes effektiv zu senken ohne dabei Staub- oder Lärmemissionen zu verursachen.
Durch Integration einer derartigen Brennstofftrocknung gelingt es den elektrischen Wirkungsgrad signifikant zu steigern.
Der Vergasungsprozess läuft endotherm ab. Deshalb muss Wärme zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts zugeführt werden. Dazu wird der nicht vergaste Kohlenstoff (Koks) über das umlaufende Bettmaterial (Sand als Wärmeträger) vom Vergaser in den angekoppelten Verbrennungsteil transportiert und dort verbrannt. Diese exotherme Verbrennungsreaktion liefert die Energie für den Vergasungsvorgang indem die, in der Brennkammer entstehende Wärme, vom Bettmaterial in den Vergaser transportiert und abgegeben wird. Neben dem Produktgasstrom entsteht ein Rauchgasstrom, welcher mit jenem einer konventionellen Verbrennungsanlage vergleichbar ist.
Vergaser
Produktgaskühlung und -reinigung
Das bei der Biomassevergasung mit Wasserdampf entstandene, praktisch stickstofffreie, Produktgas setzt sich – je nach herrschender Gleichgewichtslage, Kinetik und Verweilzeit hauptsächlich aus den Komponenten H2, CO, CO2, CH4, sowie höheren Kohlenwasserstoffen zusammen.
Für die Funktion des nachgeschalteten Gasmotors ist es notwendig, das Produktgas zu kühlen und zu reinigen.
Es tritt mit ca. 850°C aus dem Vergaser aus und wird im anschließenden Produktgaskühler auf ca. 150°C abgekühlt. Die dabei gewonnene Wärme wird als Fernwärme genutzt. Die konstruktive Ausführung gewährleistet hohe Gasgeschwindigkeiten und Rohrwandtemperaturen und verringert dadurch die Verschmutzungsneigung. Im Anschluß wird das Gas in einem Gewebefilter entstaubt. Der abgeschiedene Staub wird aufgrund seines hohen Kohlenstoffgehalts in die Brennkammer des Gaserzeugers rückgeführt. Der anschließend installierte Wäscher reduziert die Konzentrationen an Teer, Ammoniak und sauren Gasbestandteilen. Das Produktgas wird weiter auf die, für den Gasmotor optimale Temperatur gekühlt. Der dabei kondensierende Teer und das anfallende Kondenswasser werden aus dem Wäscherkreislauf abgeschieden. Als Waschmedium wird ein organisches Lösungsmittel eingesetzt. Ein Teil des mit Teer beladenen Waschmediums wird aus dem System ausgeschleust und durch Frisches ersetzt. Die Abschlämmung wird im Verbrennungsteil der Vergasereinheit verwertet. Das anfallende Kondensat wird zur Erzeugung des im Vergaser benötigten Dampfes genutzt.
Durch dieses spezielle Verfahren ist es möglich, praktisch alle Reststoffe in den Prozess zurückzuführen, wodurch bei der Gasreinigung weder Abfälle noch Abwässer anfallen.
Stromerzeugung im Gasmotor
Der Motor wandelt die im Produktgas enthaltene Energie in Strom und Wärme um. Ursprünglich für Erdgas konzipiert wurden die zum Einsatz kommenden Motoren speziell auf die Erfordernisse des Betriebes mit Produktgas adaptiert. Für diese Anwendung wurden unter anderem Gasmischer neu entwickelt, wodurch sich Wirkungsgrade erzielen lassen, welche bei einer Biomassenutzung im kleinen Leistungsbereich bisher unerreichbar waren.
Syntheseprodukte
Dank der guten Qualität, konstanten Zusammensetzung und hohen Verfügbarkeit eignet sich das Produktgas hervorragend für weitere Anwendungen / Veredelungen:
Produktgasverwertung
Rauchgaskühlung und –reinigung
Die thermische Energie des mit ca. 900 °C austretenden Rauchgases wird über mehrere Stufen zur Wirkungsgradsteigerung bzw. zur Fernwärme- und Stromproduktion genutzt. Ein Rauchgasfilter sorgt für niedrige Staubemissionswerte. Das gereinigte Rauchgas wird anschließend über einen Kamin abgeleitet.
Um die Stromausbeute der Anlage noch zu erhöhen und damit vom ganzjährigen Wärmeabsatz etwas unabhängiger zu werden, wird das Verfahren zusätzlich mit einem Organic Rankine Cycle (ORC) - Modul ausgestattet. Wärmen aus dem Produktgaskühler, dem Rauchgaskühler und den Motorabgaskühlern werden über einen drucklos betriebenen Thermalölkreislauf zum ORC transportiert. Der ORC ist vergleichbar mit einem konventionellen Dampfturbinenkreislauf, an Stelle von Wasser wird aber eine organische Substanz als Arbeitsmedium eingesetzt. Dadurch können die Druck- und Temperaturverhältnisse flexibler gewählt werden. Auch ein Überhitzen des Dampfes ist nicht nötig.
ORC Modul
