Modellering af low-tar BIG processen

MEK-ET-EP-2002-08
Modellering af
Low-Tar BIG processen
September 2002 Lars Henrik Andersen
Danmarks
Tekniske
Universitet
Institut for
Mekanik,
Energi og
Konstruktion
Energiteknik

Forord
Denne rapport markerer afslutningen på en lang rejse mod erhvervelsen af
civilingeniøreksamenen. Eksamensprojektet er udført på Danmarks Tekniske
Universitet (DTU) ved Institut for Mekanik, Energi og Konstruktion (MEK) i
perioden 4. februar til 30 september 2002, og med en arbejdsbelastning svarende til
35 point.
Brian Elmegaard og professor Bjørn Qvale (DTU) har været vejledere på projektet,
desuden har civilingeniør Jens Dall Bentzen (COWI) fungeret som medvejleder.
Jeg ønsker at rette en speciel tak til mine vejledere:
Lektor Brian Elmegaard, som den nærmeste vejleder, for den gode rådgivning og
tillid igennem hele projektforløbet.
Professor Bjørn Qvale for det gode humør, og de skarpsindige kommentarer til
rapporten og projektarbejdet i det hele taget, hvorved mange nye ideer sprang ud.
Civilingeniør Jens Bentzen, for mange forslag og ideer til projektet. Samt for at få
muligheden for at deltage i de indledende forsøg med det nye LT-BIG
laboratorieanlæg.
Afslutningsvis, som det hører sig til, - en tak til venner og familie, der har båret over
med mig mens stormen rasede!
Dette er anden udgave af rapporten. I forhold til første udgave er der rettet nogle
sproglige og grammatiske fejl. Endvidere er strukturen af rapporten ændret en smule.
Lars Henrik Andersen
Lyngby, 30. september 2002
1

Abstract
This report describes the possibilities of integrating a biomass gasifier in a combined
heat and power plant. The purpose of the study is, among others, to see if the
gasification technology can challenge existing heat and power production methods.
A research programme dealing with the construction of a low tar gasifier (LT-BIG),
which easily can be scaled to large gasification plants, is in progress. This report also
contains a model formulation and implementation for this suggested low tar gasifier.
All the models are created by the use of the energy simulation tool DNA. For some
cases it has been necessary to develop new components or to alter existing
components in DNA.
Three different systems are considered; Gas Engine, Simple Cycle Gas Turbine and
Combined Cycle.
When biomass with and lower heating value of 19 MJ/kg and a moisture content of
50% is employed the subsequent results and designs are achieved
• The Engine plant utilizes the hot fluegas to dry the biomass, but has
difficulties taking advantage of the potential energy from the cooling of the
syngas. An engine with a net electric efficiency of 40% at full load is
computed to convert 38,5% of the energy content in the biomass to electricity.
• The Simple Cycle Gas Turbine plant has good potential for integration with a
gasifier. It dries the biomass by means of the fluegas and recuperates the
energy from the hot syngas to preheat the pressurised gas before it enters the
combustion chamber. With an isentropic efficiency of 89% and a pressure ratio
of 20, an electric efficiency of 38% is computed.
• The Combined Cycle plant almost reach a computed efficiency of 45%. It
utilises the cooling of the hot syngas to produce extra steam for the cycle,
which results in a very steady efficiency, even when the moisture content of
the fuel is changed.
A grand parametric and sensitivity study of the LT-BIG model is carried out. The
study includes estimates of the air demand for the gasifier and the partial oxidation
zones, among others.
So far, only few experiments have been carried out with the LT-BIG laboratory model.
This means that the model has not been proven. However, tests have shown, among
other things, that it is necessary to add air to the gasifierzone, which is also predicted
by the model.
Work with the models has shown that a crucial aspect of a good integration of the
gasifier is the utilization of the thermal energy of the syngas. This can be done either
by directing the thermal energy to the gasifier, utilizing it for the production of steam,
or by using it to pre-heat the other processes.
Further studies of the models and issues in this report should be carried out insofar as
the financial and regulatory strategies and potentials have only been touched upon
lightly. The LT-BIG model can be further modified when reliable test data from the
laboratory model are available.
2

Resumé
I denne rapport bliver mulighederne for at integrere en biomasse drevet forgasser i et
kraftvarmeværk med Gasmotor, Gasturbine, eller Combined Cycle undersøgt, med
henblik på at kunne være konkurrencedygtig og udfordre konventionel teknik.
Der er en udvikling er i gang, hvor der arbejdes med at udvikle en low tar forgasser
der lader sig opskalere til storskala brug, LT-BIG. I rapporten præsenteres også en
modelformulering samt implementering af LT-BIG forgasseren.
For at løse ovenstående opgaver er simuleringsværktøjet DNA benyttet. I det omfang
det var nødvendigt, er DNA’s komponentbibliotek udvidet eller modificeret.
Resultaterne foreligger efterfølgende, idet de henviser til et biobrændsel med en LHV
på 19MJ/kg og 50% fugtindhold.
• Motoranlægget er svært at integrere med forgasseren, idet motoren slet ikke
kan nyttiggøre den varme produktgas. Dog kan røggassen fra motoren
benyttes til at tørre biobrændslet. En motor med en netto el-virkningsgrad på
40 % er beregnet til at kunne omdanne 38,5 % af energien i biobrændslet til
elektricitet.
• Gasturbine anlægget har gode muligheder for at integreres med en forgasser,
idet den varme produktgas f.eks. kan genbruges til at forvarme den rensede og
komprimerede gas, inden den introduceres i gasturbinen. En el-virkningsgrad
på 38% er beregnet.
• IGCC anlægget opnår en el-virkningsgrad på næsten 45%. Anlægget nyttiggør
det meste af energien fra den varme produkgas, og har en meget stabil
virkningsgrad ved varierende fugtindhold i brændslet.
Den udviklede LT-BIG modellen kan bl.a. bruges til udregning af luftbehov i
forgasser og partiel oxidations zonerne. I rapporten indgår bl.a. et større parameter og
følsomhedsstudie af LT-BIG modellen.
P.t. har der kun været sparsomme forsøg med et LT-BIG laboratorieanlæg, så
modellen er ikke eftervist, men forsøgene har bl.a. vist, at det er nødvendigt med luft
til forgasserzonen, hvilket modellen også forudsiger.
Arbejdet med modellerne har vist, at et springende punkt for god integrering af
forgasseren er nyttiggørelse af den termiske energi, som produktgassen besidder.
Enten ved at tilbageføre varmen til forgasseren, eller ved at udnytte den til
dampproduktion eller forvarmning/opvarmning af andre processer.
Et videre arbejde med modellerne og problemstillingerne foreligger umiddelbart, idet
økonomi og styringsstrategier samt potentialer kun er berørt sparsomt i rapporten.
LT-BIG modellen kan endvidere tilpasses, så snart der foreligger stabile forsøgsdata
fra laboratorieanlægget.
3

Indholdsfortegnelse
1 SYMBOLLISTE 6
2 INTRODUKTION 7
2.1 PERSPEKTIVER FOR FORGASNING 8
2.2 RAPPORTNØGLE 9
2.3 MODELLERING 10
2.3.1 TANKEMODEL OG VALG AF DNA 10
2.3.2 DNA – HISTORISK 11
2.3.3 FORDELE OG ULEMPER VED DNA 11
2.3.4 NUMERISK BAGGRUND OG PROBLEMER I DNA 12
3 MOTORANLÆG 14
3.1 FORKLARING AF DESIGN 14
3.1.1 GASMOTOREN 15
3.2 EXCEL MODEL 16
3.3 EES MODEL 16
3.4 DNA MODEL 19
3.4.1 MOTORKOMPONENTEN 20
3.4.2 EXCEL VS. DNA 21
3.4.3 REFERENCE MODEL 23
3.5 PARAMETERSTUDIE 26
3.5.1 DELLAST 29
3.5.2 KOMMENTAR TIL DNA MODEL 30
3.6 FORBEDRING AF DESIGN 30
4 COMBINED CYCLE ANLÆG 32
4.1 GENNEMGANG AF ANLÆGSDESIGN 32
4.2 IGCC REFERENCE ANLÆG 33
4.2.1 FORBEDRING AF ANLÆGSDESIGN 37
4.3 GT ANLÆG 38
4.3.1 PROCESBESKRIVELSE FOR GT ANLÆG 38
4.3.2 MODIFICERING AF GT DESIGN 39
5 LOW-TAR BIG ANLÆGGET 43
5.1 DNA LT-BIG MODEL 47
5.1.1 PARAMETERVARIATION 47
5.2 LT-BIG MODELLEN I ET MOTORANLÆG 53
5.3 EKSPERIMENTEL VERIFICERING AF MODEL 54
5.3.1 MULIGHEDER FOR VIDEREUDBYGNING AF MODEL 54
5.3.2 AFRUNDING 55
4

6 VIDERE ARBEJDE 56
7 KONKLUSION 57
8 LITTERATURLISTE 59
9 APPENDIKS 61
A EES model 61
A.1 Beskrivelse af modellen og antagelserne 61
A.2 Udskrift af EES program 62
B Motor model 64
B.1 Komponent opbygning, GASBUR_3 64
B.2 Komponent opbygning, ENGINE_1 65
B.2.1 Lambda og LHV 66
B.2.2 Kontrol 67
B.2.3 DNA programudskrift, ENGINE_1 68
C Bestemmelse af gassammensætning 73
C.1 Indledende øvelser 73
C.2 Minimering af Gibbs-energi 74
C.2.1 Lagrange metoden 75
C.2.2 Lagrange metoden i praksis 75
D DNA motormodel 77
D.1 DNA vs. Excel modellen 77
D.1.1 Programudskrift for DNA vs. Excel model. 78
D.2 DNA reference motormodel. 80
D.2.1 GASIFI_4 81
D.2.2 Programudskrift af Fortran koden for GASIFI_4 82
D.2.3 Programudskrift DNA reference model. 88
E IGCC anlæg 91
E.1 Programudskrift for IGCC model 93
E.2 GT anlæg 97
E.2.1 Programudskrift for GT anlæg 97
E.2.2 Programudskrift for ”ultimativt” GT anlæg 100
F LT-BIG model 104
F.1 Nye komponenter 104
F.1.1 PYRO_1 104
F.1.2 Partiel oxidation 105
F.1.3 Øvrige komponenter 105
F.2 Programudskrift af GASIFI_5 106
F.3 Kontrol af LT-BIG model 112
F.4 Brugermanual til LT-BIG – DNA model 113
F.4.1 LTBIGref - programudskrift 115
F.5 LT-BIG i motoranlægget 119
F.5.1 Programudskrift for LT-BIG motoranlæg 120
5

1 Symbolliste
Symbolliste
Variable:
m Massestrøm [kg/s]
V Volumen [m 3 ]
n Mol
T Temperatur [°C]
p tryk [Pa]
M Molarmasse [kg/mol]
Lambda luftoverskudstal
G Gibbs energi
H Enthalpi [kJ/kg]
S Entropi [kJ/(kg*K)]
P Tryk [Pa]
W arbejde [kW]
Forkortelser
GT Gasturbine anlæg
IGCC Integrated Gasification Combined Cycle
BIGCC Biomass Integrated Gasification Combined Cycle.
LHV Lower heating value eller nedre brændværdi. [kJ/kg]
AFmin Luft-brændstof forhold, støkiometrisk forbrænding
VOL% Volumenbrøk (gassammensætning)
Definitioner
Produktgas Produceret gas ved forgasning
Rågas Produktgas
Forgassergas Produktgas
Koldgasvirkningsgrad (LHVgas* m tørgas)/(LHVbiomasse* m biomasse)
Græske tegn
λ Luftoverskudstal.
λ Lagranges multiplikationsfaktor
η Virkningsgrad
ρ Densitet [kg/m 3 ]
Kemisk potentiale
Indeks
MIX Vægtet gennemsnit af gassammensætning
i Iterationsnummer / tæller.
loss Tab i motor
exhaust Røggas fra motor
cool Køling af motor
b Brændværdi af indførte gasser i motor.
Konstanter
R Universel gaskonstant 8,314 kJ/(kmol*K
6

Introduktion
2 Introduktion
Problemformuleringen for nærværende rapport, kan udtrykkes som:
Projektet skal afklare, og i givet fald optimere hvordan forgasningsteknologien på
en effektiv og hensigtsmæssig måde kan integreres i et større kraftvarmeværk.
Inden der tages hul på denne opgave, synes det nærliggende, først at stille
spørgsmålet:
Hvorfor skal biomasse forgasses ?
Svaret er ikke umiddelbart, og der kunne i den forbindelse også anlægges andre
indfaldsvinkler, såsom hvorfor biomasse i det hele taget skal benyttes i el- og
varmeforsyningen?, hvad forstås der med biomasse? m.v. Disse spørgsmål er dog af
en mere politisk karakter.
Det er klart, at i forhold til konventionel teknik, hvor biomasse typisk indføres i en
kedel via en rist, eller ved halmfyring måske vha. en anden teknik, og hvor målet ofte
er at producere fjernvarme, og i nogle tilfælde også el. Da skal forgasning præstere en
bedre udnyttelse af biomassen, og det skal kunne betale sig.
På Avedøre er der netop taget en nye halmkedel i brug, denne producerer supplerende
damp til hovedturbinen, idet den bliver yderligere overhedet vha. f.eks. gas. Kedlen
har ifølge [23] en beregnet el-virkningsgrad på 43%. Elsam satser i stor stil på
tilsatsfyring, og opnår lignende høje virkningsgrader for deres store anlæg.
Umiddelbart tegner det altså til, at forgasningsteknologien har meget hårde vilkår for
konkurrence. I hvert fald hvis forgasning skal konkurrere med de store kraftværker, og
med tilsatsfyring med fossile brændsler.
Imidlertid synes der at være taget politisk stilling til, at det danske elmarked i stigende
grad skal forsynes fra mindre decentrale kraftvarmeværker, samt at kulfyrede
kraftværker skal udfases. Hvorfor der ér et behov for at udtænke alternativer, når
biomassen ikke kun udelukkende kan nyttiggøres effektivt på de store centrale værker.
Endvidere taler den kortere afstand mellem biomasseproduktion og kraftværk
selvfølgelig for decentrale kraftværker, idet biomassen ofte har en relativ lav
energidensitet.
Her er det selvfølgelig vigtigt, ikke kun at fokusere på forgasningsteknologien, men
også på andre konverteringer af biomasse til elektricitet, som f.eks. Stirlingmotoren,
bio-kemisk processer, eller fysisk kemiske processer m.fl. [31]. Denne rapport
beskæftiger sig dog kun med forgasning hvilket i [31] også betragtes som den mest
lovende teknologi.
Forgasning som det oprindeligt var tænkt, da den blev taget op igen - sigtede imod at
forgasse kul og opnå en gevinst derved. Senere er udviklingen mere blevet drejet hen
imod at forgasse besværlige brændsler, som f.eks. halm. Idet der næres håb om, at
nogle af de korrosionsmæssige og håndteringsmæssige problemer da lettere kan
overkommes.
Som det ser ud nu, er forgasningsteknologien stadigvæk på udviklingsstadiet, den har
indtil videre lovet mere end den har kunnet indfri, og i Danmark står der pt. kun nogle
få - små og i virkeligheden mindre effektive forgassere.
7

Introduktion
Et kritisk punkt i denne udvikling, synes at være behovet for at rense produktgassen
[31]. Skal små forgassere være succesfulde tyder der på, at det er nødvendigt at
udvikle en forgasser der slet ikke kræver gasrensning, eller evt. kun en meget simpel
rensning af gasen [23]. Alternativt skal der satses på mellemstore eller store
forgasningsanlæg der har råd til gasrensningen og som kan indgå i mere
procesintegrerede systemer.
Dette er netop den problemstilling som nærværende rapport behandler, og som fører
frem til efterfølgende noget prætentiøse fremstilling og svaret på det spørgsmål der
indledningsvis blev stillet.
Biomasse skal forgasses, hvis det kan resultere i:
1. Udnyttelse af ellers vanskelige brændsler. Dette arbejdes der bl.a. på i
forbindelse med udviklingen af LT-CFB forgasseren (low temperature –
circulating fluidised bed technology) [33].
2. Opnåelse af højere virkningsgrader, hvorved eksisterende værker kan
udkonkurreres. LT-BIG
LT-BIG forgasseren er mest tænkt til mellemklasse anlæggene, idet den producerede
gas stort set er fri for tjære kan gasrensningen gøres meget billigt. Således at den kan
konkurrere med de traditionelle dampkraftværker, der ofte har svært ved at blive
rigtigt effektive når de nedskaleres.
2.1 Perspektiver for forgasning
Efterfølgende afsnit præsenterer nogle løse ideer til, hvordan forgasning måske med
tiden kan udvikle sig til at blive en endnu mere interessant medspiller på el-markedet,
og dermed animere til en ekstra satsning og fokusering på området.
1. I forbindelse med forgasningsanlæg synes det oplagt, at muliggøre brugen af
naturgas som supplement i en evt. motor eller gasturbine, for derved at opnå
ekstra stabilitet.
2. Forgasningsteknologien kan måske tænkes endnu mere interessant, hvis den
benyttes i forbindelse med en industri. Herved kan nogle af de varme
processtrømme fra forgasseren evt. benyttes til skabe damp frem for
fjernvarme. Eftersom der er meget energi i produktgassen. Evt. kunne
industrier der selv producerer noget biomasse betragtes, som f.eks. et slagteri
el.lign.
3. Motoranlægget kunne tænkes at få en interessant rolle i fremtiden, hvis motor
og tørreprocessen skilles fra de øvrige processer, og gassen midlertidig lagres i
en buffertank. Så kan forgasseren køre uafhængigt evt. styret af varmebehovet,
og lagre gassen. Herved bliver varme og el-produktion separeret fra hinanden
– hvilket øjensynligt også er et ønske fra nedadministratorerne. Således at
gassen kan omsættes til el og varme, når der er behov for el (prisen er god).
Elselskaberne kan derved også bruge motorerne som hurtige
reguleringsventiler. Ideen synes særligt aktuelt jfr. den aktuelle debat der pt.
finder sted i fagtidsskriftet Ingeniøren, omkring udvikling af bedre IT til
styring af el og varme produktionen.
8

Introduktion
4. I tråd med ovenstående ide, kunne produktgassen alternativt lagres i
naturgasnettet, eller i et eventuelt eksisterende bygasnet. Mulighederne for
dette vil naturligvis kræve et større studie, men det har bl.a. været undersøgt i
forbindelse med biogasanlæg [32], hvor der dog nævnes en del komplikationer
i forbindelse hermed.
5. Hvis det kan betale sig, og er praktisk muligt, så kunne det være en ide, at
bruge tørre brændsler om vinteren og våde om sommeren. Herved kan
værkerne selv regulere noget af den ulighed der er i varmebehovet. Idet våde
brændsler levner mindre termisk energi til fjernvarmeproduktion. Evt. kunne
værkerne tørre mere biomasse om sommeren end der bliver brugt, for så at
bruge den tørre biomasse om vinteren – hvor det fortrinsvis er varmen der er
behov for. Ideen ville i øvrigt også kunne ses i god sammenhæng med de
øvrige forslag, idet det vil kræve, at anlægget kan fungere med og uden
tørreenhed.
En bemærkning til det tredje punkt er dog, at pga. den sædvanlige lave energitæthed i
forgasningsgas i forhold til naturgas, da vil det muligvis kræve nogle modifikationer
af forgasningsreaktoren eller andre tiltag, for at undgå at lagrene bliver alt for store og
uøkonomiske.
2.2 Rapportnøgle
Dette første kapitel er ment som en appetitvækker på hele projektet, her præsenteres
forskellige indfaldsvinkler og strøtanker for projektet. Endvidere introduceres
simuleringsværktøjet, DNA, og der argumenteres for og imod valget af DNA.
Andet kapitel beskæftiger sig med motoranlæg. Der beskrives en Excel og en EES
model af motoranlægget, og gasmotoren bliver generelt behandlet. Hovedvægten er
dog lagt på DNA motormodellen. Denne er sammenlignet med Excel modellen og der
er foretaget parametervariation anlægget, samt foreslået forbedringer/alternativer til
designet.
Tredje kapitel handler om IGCC og gasturbine anlægget, disse præsenteres, og der
udvikles referencemodeller for anlæggene. For gasturbine anlægget, foreslås der en
del variationer af systemdesignet.
Endelig handler det fjerde kapitel om LT-BIG modellen. Der opstilles en model, og
baggrunden for denne præsenteres. Samtidig udføres der et større parameterstudie af
modellen.
Til sidst opsummeres på resultater og der gives bud på et videre forløb for projektet.
De tre hovedkapitler, 2, 3 og 4, kan om nødvendigt læses uafhængigt af hinanden og
strengt taget i vilkårlig rækkefølge.
9

Introduktion
2.3 Modellering
Der er mange formuleringer for arbejdsgangen eller tilgangen til modellering. En af
dem deler modelleringen op i fem punkter [18]:
1. Tankemodel.
Målet med modellen.
Krav til modellen.
M.fl.
2. Fysisk model.
Opstilling af relevante ligninger og antagelser. (statisk el.dynamisk o.lign.)
3. Matematisk model.
Omskrivning af ligninger
4. Numerisk beregning.
Implementering af ligninger i et simuleringsværktøj.
5. Vurdering af resultat.
Sammenligning med eksperimentelle data.
Sammenligne med overordnede energibetragtninger / fornuft.
Det femte punkt er måske det vigtigste, her kan man verificere sin model – og evt.
finde belæg for at udvide eller ændre modellen. Hvis modellen ændres, går man i
princippet tilbage til punkt et, hvorved modelleringsprocessen også bliver iterativ.
Det er vigtigt, at holde sig for øje, at det er modellen der så vidt muligt skal tilpasses
virkeligheden, og ikke omvendt.
Under projektforløbet blev der mulighed for at hjælpe til med nogle forgasningsforsøg.
Det var i den forbindelse spændende, efter længere tids arbejde ved
computeren, at observere, hvor relativt svært det var at få forgasseren til at opføre sig
stabilt. I modelleringsfasen var det f.eks. blot defineret, at modellen skulle være
statisk. Ligeledes var det under forsøgene svært at opnå bestemte temperatur niveauer,
der i modellen, i lighed med før, også blot var definerede.
Trods store kvaler med at få modeller til at løse store ligningssystemer, så synes det
ingenting, i forhold til at få virkeligheden til at opføre sig rigtigt.
2.3.1 Tankemodel og valg af DNA
Modelleringen i denne rapport vil hovedsageligt komme til at foregå vha.
simuleringsværktøjet, DNA. – Heri er der på forhånd udviklet en lang række
komponenter til simulering af energitekniske anlæg, endvidere er det et oplagt valg,
eftersom DNA er udviklet på DTU, og der derfor er stor ekspertise og erfaring i brug
af værktøjet til rådighed.
Det ville også have været muligt at implementere modellerne i f.eks. EES eller evt.
MATLAB, om end det formentlig ville have krævet et langt større arbejde, idet mange
af de komponenter der allerede er udviklet til DNA så skulle opfindes til EES el.
MATLAB.
10

Introduktion
De komponenter der er benyttes fra DNA, er alle såkaldte gummikomponenter,
hermed forstås, at de ikke har nogen fysisk udstrækning. Og at de modellerede
energisystemer i høj grad heller ikke har det. Således kan resultaterne relativt frit
skaleres til den anlægsstørrelse der har interesse.
2.3.2 DNA – historisk
DNA er en forkortelse for ”Dynamic Network Analysis”, programmet opstod i
forbindelse med et eksamensprojekt tilbage i 1990 [7], dengang hed koden blot NA,
men siden hen er den blevet kraftigt renoveret og nytænkt, i 1995 [6] og i 1999 [1].
Hvorved programmet bl.a. har fået tilført den dynamiske dimension – og således nu
klarer at løse systemer af både differentielle og algebraiske ligninger.
En grundtanke bagved programmet og dets udvikling har været, at det skulle følge et
dogme kaldet PREFUR, som står for Portability, Robustness, Efficiency, Flexibility,
User friendliness and Readability [1].
Det kompatible element (Portability) er sikret, idet DNA er udviklet i standard
Fortran77, som findes til alle platforme. Koden er open source og frit tilgængelig
[19]. Fortran udmærker sig ved, at have et meget kraftigt bibliotek af numeriske
rutiner til rådighed, hvorfor programmet sikres en vis Robustness og Efficiency.
I kraft af open source tankegangen, samt muligheden for relativt let at kunne tilføre
nye komponenter til DNA, fås også den ønskede Flexibility.
Herved er det kun kravet omkring brugervenlighed og gennemsigtighed,
dokumentation af programmet der mangler at blive tilvejebragt, heri ligger imidlertid
også DNA’s akilleshæl – men mere herom senere.
2.3.3 Fordele og ulemper ved DNA
Dna udmærker sig ved, at have et helt programbibliotek med energitekniske
komponenter, samt stofdata for de mest almindeligt forekommende fluider og faste
stoffer. I DNA opbygges energisystemerne som et netværk af komponenter, som
eksempelvis illustreret i Figur 2.1
Figur 2.1 Netværks repræsentation af en Rankine cyklus. [web manual]
Fordelen herved er, at det logisk og meget struktureret måde at opbygge system
modeller. Det giver mulighed for hurtigt at ændre systemet, som f.eks. at bytte om på
11

Introduktion
to komponenter el.lign. Endvidere kan komponenterne være meget generelle, hvorfor
de kan genbruges i et utal af variationer.
Udvikling eller modificering af komponenter foregår teoretisk set, via en skabelon
(template.dna) [1], hvori de nødvendige matematiske/fysiske modeller kan
implementeres.
En styrke ved DNA omkring komponentudvikling er, at DNA selv sørger for at
implementere bevarelsessætningerne for de nye komponenter.
DNA er et meget light og hurtigt program, selve programmet fylder f.eks. kun 1MB
og simuleringer for veludførte modeller udføres ofte på under 10 sek.
Den store svaghed ved DNA er, at det kræver en del erfaring at bruge, inden alle de
nødvendige tricks er lært, og der i denne indlæringsperiode kun er begrænset hjælp til
rådighed fra DNA. Brugergrænsefladen er nærmest ikke eksisterende, selve
programmet er tekstbaseret, idet model-koden kan opskrives i en vilkårlig teksteditor
efter en bestemt syntaks [19 og 1].
2.3.4 Numerisk baggrund og problemer i DNA
I dette afsnit vil nogle af de numeriske metoder og teorier, som DNA benytter sig af,
kort blive opridset og til dels forklaret 1 .
Afsnittet er medtaget i rapporten, fordi der i opbygningen af systemmodellerne og
under de indledende simuleringer, ofte opstår problemer med at finde løsninger til
ligningssystemet (energisystemet).
Fejlene har som regel rod i to problemer:
1. Ligningssystemet er underbestemt. (lokalt overbestemt, f.eks. kan et tryk
indirekte være angivet to gange for ét knudepunkt).
2. Dårlige startgæt. Det har af erfaring vist sig, at DNA specielt er meget følsom
mht. startgæt for kompositioner af gasser eller fluider.
Fejlene udtrykkes af DNA som: divergence eller error during factorization.
Ved at studere DNAs opbygning og virkemåde, er det muligt at undgå flere af de
faldgrupper som opstår når en model skal formuleres til DNA, endvidere giver det
mulighed for bedre at forstå de sparsomme fejlmeddelelser som DNA kommer med,
således at der forhåbentlig også kan spares tid under debugging af DNA model-koden.
Når en model er formuleret i DNA, bliver de nødvendige ligninger fra de enkelte
komponenter automatisk opstillet af DNA (algebraiske og differentielle). Og DNA
forsøger at løse ligningssystemet simultant vha. en modificeret Newton Raphson
metode.
Newton Raphson metoden for én variabel er givet ved [3]:
f ( xi
)
f ( xi
) + ( xi
1 xi
) f ′
+ − ⋅ ( xi
) = 0 xi
+ 1 = xi
− ,
f ′ ( xi
)
hvor indekset, i, står for iterationsnummeret.
For flere variable lader det sig umiddelbart udvide til matrix form, [4]:
1 Store dele af dette afsnit, vil af gode grunde være stærkt inspireret af [1 6 7]
12

∂f
∂x
∂f
∂x
1
1
2
1
∂f
∂x
n
1
∂f
∂x
∂f
∂x
1
2
2
∂f
∂x
2
n
2
∂f
∂x
∂f
∂x
n
n
n
n
∂f
∂x
n
n
⋅
∆x
1
∆x
2
∆x
n
=
−
−
−
f
f
f
Introduktion
Matricen med de partielt afledede, kaldes også Jacobi-matricen.
1
2
n
Eftersom det kan være en meget udfordrende opgave at udregne partielt afledede,
bliver de i DNA tilnærmet vha.:
∂f f i i(
x1,
x 2,
, x j + ∆x
j,
, xn
) − fi
( x1,
x
=
∂x
∆x
j
j
Trods denne approksimation, er Jacobi-matricen stadigvæk meget dyr at beregne, [1] .
DNA benytter sig derfor at en såkaldt modificeret Newton Raphson metode, der bl.a.
går ud på ikke at opdatere Jacobi-matricen for hver iteration, men kun efter et
variabelt antal iterationer.
Det er muligt at styre en del af den numeriske løser vha. en model.dat fil der knytter
sig til hver formuleret model. Heri kan der bl.a. bestemmes, hvor mange iterationer
der skal være mellem hver opdatering af Jacobi-matricen, hvad stopkriteriet skal være
for iterationerne (succes-kriterie), hvor store skridtene maksimalt må være mellem
hver iteration m.v.
Som tidligere omtalt, er en hyppigt forekommende fejl i DNA, at systemet bliver
underbestemt, singulært. Underbestemte ligningssystemer giver sig i ligningssystemet
udtryk i form af en række med nulelementer. Nogle gange skyldes denne singularitet,
at en betingelse både er påtrykt af brugeren, samtidig med at DNA selv har ”lavet”
ligningen. Dette kan lyde lidt snørklet, men under opstart af DNA compileren,
kontrollerer DNA først, at der er lige mange ligninger som ubekendte, men ikke om to
ligninger eksempelvis udtrykker det samme, om der er en lineær afhængighed.
I [1] er bl.a. beskrevet; hvordan der i et system hvor en af strengene har nul
massestrøm, vil være en risiko for, at en række ligninger helt udgår (bliver nul),
hvorfor ligningssystemet bliver singulært.
Det sidste problem er erfaret nogle gange under modellering/simulering, og løsningen
har ofte været, at påtrykke en lille massestrøm ( m = 0,
01kg
/ s)
- i stedet for ingen
massestrøm.
13
2
,
, x
j
,
, x
n
)

Motoranlæg
3 Motoranlæg
Udgangspunktet for projektet er, at se på et system, hvor en forgasser er integreret i et
motoranlæg, oplægget til et systemdesign er givet af Jens Dahl Bentzen, COWI - og
er skitseret i Figur 3.1. Anlægget er bl.a. introduceret i [20], og er fuldt integreret. I
anlægget indgår bl.a. et tørretrin, en forgasser baseret på 2 trins konceptet, gaskøling
og gasrensning, samt en motor og køling af røggas.
3.1 Forklaring af design
Konceptet omkring et biomasse-forgasser integreret motoranlæg vil efterfølgende
blive beskrevet.
Først bliver biomassen tørret vha. overhedet damp. Dampen bliver overhedet til ca.
250°C via en varmeveksling med røggassen, der dermed bliver kølet.
Den tørre biomasse (ca. 10% fugt på våd basis) føres videre til totrins-forgasseren,
hvor den først pyroliseres vha. overhedet damp. Pyrolysegasserne suges op patiel
oxidations zonen hvor luft med høj fart blæses ind, en del af gassen afbrændes og der
opnås en temperatur på 1250-1300°C. En kombination af il-tjære reaktioner (partiel
oxidation) og den meget høje temperatur bevirker at tjæreindholdet i gassen bliver
meget lavt.
Koksen fra pyrolysen strømmer over i forgasseren, hvor overhedet damp igen er
fluidiseringsmedie, og der tilsættes forvarmet luft for at holde temperaturen oppe på
ca. 900°C.
Produkgassen føres igennem en række varmevekslere for at genbruge varmen, og køle
gassen, så den kan renses og bruges i motoren. Først bliver produktgassen brugt til at
overhede dampen til pyrolyse- og forgasningsenheden. Dernæst til at forvarme luften
til forgasseren og partieloxidation.
For at køle gassen helt ned til 45-50°C, køles gassen ned i en kondenserende kedel
vha. f.eks. fjernvarme, og størstedelen af fugtindholdet bliver udkondenseret.
Herefter kan gassen renses yderligere for partikler og evt. for tjære og alkalimetaller
(Natrium & Kalium), inden den kan indføres i en lean burn motor.
Røggassen fra motoren, benyttes først til at overhede dampen til tørrekredsløbet, og
køles derefter yderligere vha. f.eks. fjernvarme. Der kan evt. også være tale om at
rense røggassen, før den ledes ud af skorstenen.
14

Fuel Drying Dried fuel
Superheated
steam for drying
Engine
Air
Condensate
LOW TAR
TWO-STAGE CFB
Cooling and gascleaning
Particles
Motoranlæg
Preheated
Air
Superheated steam
for pyrolysis
D.H. Air preheat
Char
Sand
Figur 3.1: Forgasser integreret med motor. (COWI)
15
Product gas
Ash
Gasification
Partial
oxidation
3.1.1 Gasmotoren
Der er flere forskellige typer motorer at vælge imellem til kraftvarmeproduktion, i
[17] bliver motorerne beskrevet og fordele og ulemper kort opridset.
Motorer bliver traditionelt delt op i to forskellige typer, diesel og otto (benzin).
Hvorved der forenklet sagt refereres til hvorledes brændslet bliver antændt i motoren,
ved otto processen antændes forbrændingen vha. en gnist (spark ignition) – mens det
for dieselmotoren sprøjtes brændslet direkte ind i forbrændingskammeret ved
slutningen af kompressionsslaget med meget højt tryk, således at der opstår spontan
tænding. Både for otto- og dieselmotorerne kan der med fordel tilkobles turboladere,
hvorved effektiviteten øges væsentlig.
Endelig er der mulighed for at køre med blandet brændsel, de såkaldte Dual Fuel
motorer – det i princippet er dieselmotorer, hvor både diesel og gas bruges som
brændsel, idet andelen af diesel ved fuldlast typisk kun udgør 5%. Dual fuel motorer
har den ubetingede højeste el- og totalvirkningsgrad og har endvidere den fordel, at
hvis gastilførelsen skulle udeblive, så kan motoren under drift omstilles til 100%
dieseloliedrift. Om end en normal gasmotor formentlig også vil kunne omstilles til
f.eks. naturgas.
Ulemperne ved Dual fuel motoren i forgasningsanlæg er, selvfølgelig kravet om
tilførsel af diesel, men specielt, at andelen af diesel i forhold til gas stiger kraftigt ved
dellast.
Gasmotorerne bliver i regelen drevet ved ’lean burn’ drift (lean = mager) – hvorved
forstås, at de køres med et luftoverskud. Herved sikres en maksimal el-virkningsgrad,
og uønskede bestanddele som CO og NOx minimeres. I [8] er forholdene for drift af
motorer yderligere beskrevet.
Pyrolysis

Motoranlæg
3.2 Excel model
Der er på forhånd opbygget en model af anlægget af Jens Dahl Bentzen, COWI - i
Excel 2 [2] Modellen vil i dette projekt tjene som en referenceanlæg. Væsentligste
antagelser i modellen er:
• Gassammensætningen ud af for forgasseren udregnes vha. water-gas shift
ligningen.
• Methan indholdet af gassen udregnes som en procentdel af kulstoffet indført.
• Varmevekslere modelleres vha. en minimum temperatur difference (pinch
temperatur).
• Der regnes ikke med tryktab i systemet.
• Der er mulighed for at indføre varmetab i de enkelte komponenter.
• Motoren modelleres vha. fastsatte el- og varmevirkningsgrader.
3.3 EES Model
Indgangsvinklen til projektet er, at opbygge en simplificeret model af motoranlægget i
EES (Engineering Equation Solver ) og se om det er muligt herved, at reproducere
nogle af de resultater som der opnås i Excel.
EES udmærker sig ved at være et multiple ligningsløser værktøj, med indbyggede
termodynamiske stofdata og funktioner. Programmet er brugervenligt og intuitivt let
at gå til, og bliver ofte benyttet på MEK (DTU) til overslagsberegning.
Modellen vil i denne sammenhæng tjene flere formål:
• Appetitvækker, til projektet, og indføring i projektets ånd eller
problemstillinger.
• Resultaterne kan bruges som initial gæt, (gæt på løsning) ved
videreudvikling af modellen. Og ved opbygning af nye modeller i andre
simuleringsværktøjer (DNA)
• Modellen vil til dels lokalisere, ved sammenligning med Excel, hvor de
simple antagelser holder stik og hvor det går galt. En sammenligning ved
derved vise, hvor meget præcision der vindes ved at gå yderligere i dybden
med komponenter og antagelser.
Modellen er nærmere beskrevet i appendiks A.
Modellen fremkommer med en række resultater, der efterfølgende kort skal
præsenteres og kommenteres. Figur 3.2 viser modellens struktur og nøgletal ved
indføring af 2,22 kg flis i sekundet med en brændværdi på 19MJ/kg (tør).
2 Under arbejdet med Excel modellen, blev der noteret og rettet en fejl. Excel
modellen regnede køleenergien for produkt- og røggas ud, som bidraget fra
kondenseringsenergien, og for køling af produkt og røggas ned til
dugpunktstemperaturen. Men eftersom gassen i modellen køles ned til 45°C, som er
20-25°C under dugpunktet, er det denne temperatur køleenergien skal udregnes efter.
Endvidere kan det bemærkes, at hvis gassen kun køles ned til dugpunktstemperaturen,
så ville der netop ikke være noget kondensat, og dermed ingen kondenseringsenergi.
16

T1=25 [C]
Træflis
T8=200 [C]
Gaskøling og kondensering
(fjernvarme)
Q luftcooling=1,66 [MW]
Q m otor =5,853 [MJ/s ]
P m otor =7,652 [MW]
Røggas T7=460,1 [C]
Motor
m 9=12,73
T9=150 [C]
Motoranlæg
Tøring
T10=268,7 [C]
T6=45 [C]
Indsugningsluft Gaskøling og kondensering
(fjernvarme)
17
T2=150 [C]
T11=675,6 [C]
Damp overopheder
Luftforvarmer
T5=486,4
To-trins forgasser
Q gascooling =2,014 [MJ/s ]
Q condensing=2,03 [MJ/s ]
Figur 3.2: Flowdiagram, EES model - samt resultater. (50% fugt)
T3=850 [C]
T4=694,3 [C]
T12=493,5
Indsugningsluft
ηvarm e,nyttiggjort =0,6209
ηel,nyttiggjort=0,4112
ηtotal=1,032
Tabel 3.1 viser resultater for simulering med varierende fugtindhold. Det bemærkes,
at systemet, trods en defineret elvirkningsgrad på 40%, producerer mere end 40% el
ved f.eks. 50% fugtindhold i flis. Dette må betyde, at der bliver tilført energi til
systemet, hvorfor der formentlig er tale om en introduceret fejl som følge af den noget
simplificerede metode. Dog synes fejlen på dette niveau, at være til at leve med.
Tabel 3.2 indeholder resultater for de tilsvarende simuleringer foretaget i Excelmodellen.
I Tabel 3.3 er afvigelserne fra af EES modellen i forhold til Excel modellen tabelleret.
Indledningsvis bemærkes det, at der er god overensstemmelse for den totale
energibalance, kun afvigelser på 1 – 4 %. Endvidere er afvigelserne for EL og total
varmeproduktion fornuftige. Der hvor det går galt, er ved fordelingen af
varmeproduktionen. Det ses af tabellen, at det fortrinsvis er køling af motor og køling
af røggas der bliver forskellig for de to modeller. Dette skyldes formentlig den
forenklede betragtning omkring kondensering og fordampning af vandet i produkt og
røggassen. For EES modellen bliver der ikke regnet med kondensering af vand i
røggassen, idet der ikke er tilført vand til processen, og resultatet ville derfor blive, at
røggassen tidligst er mættet ved 45°C igen, som i den forrige gaskøler.

Motoranlæg
20%
30%
40%
50%
fugtindhold fugtindhold fugtindhold fugtindhold
% % % % % % % %
MW nedre øvre MW nedre øvre MW nedre øvre MW nedre øvre
Brændværdi (nedre og øvre)
[MJ/s] 32,78 35,56 28,06 31,11 23,33 26,67 18,61 22,22
Køling og kondensering af rågas 3,01 0,09 0,08 3,38 0,12 0,11 3,77 0,16 0,14 4,04 0,22 0,18
Køling af motor 14,62 0,45 0,41 11,14 0,40 0,36 8,72 0,37 0,33 5,91 0,32 0,27
Køling og kondensering af røggas 1,99 0,06 0,06 1,88 0,07 0,06 1,77 0,08 0,07 1,66 0,09 0,07
Total varmeproduktion 19,62 0,60 0,55 16,41 0,58 0,53 14,26 0,61 0,53 11,61 0,62 0,52
El – produktion 12,85 0,39 0,36 11,14 0,40 0,36 9,30 0,40 0,35 7,62 0,41 0,34
Total energi produktion 32,47 0,99 0,91 27,55 0,98 0,89 23,57 1,01 0,88 19,23 1,03 0,87
Tabel 3.1: Resultater EES motormodel, ved varierende fugtindhold af flis.
20%
30%
40%
50%
fugtindhold fugtindhold fugtindhold fugtindhold
% % % % % % % %
MW nedre øvre MW nedre øvre MW nedre øvre MW nedre øvre
Brændværdi (nedre og øvre)
[MJ/s] 32,78 35,56 28,06 31,11 23,33 26,67 18,61 22,22
Køling og kondensering af rågas 3,23 0,10 0,09 3,52 0,13 0,11 3,80 0,16 0,14 4,05 0,22 0,18
Køling af motor 8,22 0,25 0,23 7,09 0,25 0,23 6,01 0,26 0,23 4,94 0,27 0,22
Køling og kondensering af røggas 8,06 0,25 0,23 6,40 0,23 0,21 4,72 0,20 0,18 2,99 0,16 0,13
Total varmeproduktion 19,51 0,60 0,55 17,01 0,61 0,55 14,53 0,62 0,54 11,98 0,64 0,54
El - produktion 11,67 0,36 0,33 10,12 0,36 0,33 8,58 0,37 0,32 7,06 0,38 0,32
Total energi produktion 31,18 0,95 0,88 27,13 0,97 0,87 23,11 0,99 0,87 19,04 1,02 0,86
Tabel 3.2: Resultater Excel motormodel, ved varierende fugtindhold af flis.
20% 30% 40% 50%
fugtindhold fugtindhold fugtindhold fugtindhold
[%] [%] [%] [%]
Køling og kondensering af rågas -6,8 -3,9 -0,8 -0,2
Køling af motor 77,9 57,1 45,1 19,6
Køling og kondensering af røggas -75,3 -70,6 -62,5 -44,5
Total varmeproduktion 0,6 -3,6 -1,8 -3,1
El - produktion 10,1 10,1 8,4 7,9
Total energi produktion 4,1 1,5 2,0 1,0
Tabel 3.3: Procentvise afvigelser af EES modellen fra Excel modellen.
Af Tabel 3.4 fremgår temperaturer og massestrømme for de to modeller, en del af
temperaturerne er direkte sat efter Excel modellen, og ligeledes med et par af
massestrømmene. Afvigelserne beror til dels på forskellige betragtninger for
varmevekslerne. I EES modellen opererer alle varmevekslere med en konstant
effektivitet på 0,7 – mens der i Excel opereres med individuelle pinch temperatur
differenser. De største afvigelser forekommer ved knudepunkt 12 (Figur 3.2), her er
massestrømmen sat lig med massestrømmen af indført biomasse. Hvilket er en
antagelse, som ses ikke at være helt nøjagtig, og som også får noget indflydelse på
temperaturniveauerne i resten af proceskredsløbet.
18

Motoranlæg
EES Excel Afv. EES Excel Afv
Knudepunkt Temperatur Temperatur Massestrøm Massestrøm
[°C] [°C] [%] [kg/s] [kg/s] [%]
1 25 25 0,0 2,2 2,2 0,0
2 150 150 0,0 1,2 1,2 0,0
3 800 800 0,0 4,4 4,1 -8,0
4 657 667 1,5 4,4 4,1 -8,0
5 459 498 7,8 4,4 4,1 -8,0
6 45 45 0,0 3,5 3,6 1,7
7 460 461 0,2 10,6 9,9 -7,6
8 200 227 11,9 10,6 9,9 -7,6
9 150 150 0,0 12,7 15,0 15,6
10 269 250 -7,6 12,7 15,0 15,6
11 641 700 8,4 1,0 1,0 0,0
12 467 617 24,3 2,2 1,9 -17,5
Tabel 3.4: Temperatur og massestrømme, EES og EXCEL.
Afslutningsvis kan det konkluderes, at EES modellen for de fleste massestrømme og
temperaturniveauer opnår resultater med en afvigelse på under 10% af Excel
modellen. Modellen vil uden videre lade sig udbygge, med bedre antagelser og evt.
varmeveksler betragtninger som i Excel, således at der formentlig vil kunne opnås
stort set sammenfaldende resultater.
Der hvor EES modellen kommer til kort, er ved gassammensætning. Samt ved det
forhold, at modellen behøver en række input, fra allerede eksisterende modeller (luft
tilsætning til forgasser og motor). Herved mister modellen noget af sin anvendelighed.
Heri ligger også dens svaghed, idet den således bare risikerer at reproducere fejl og
antagelser begået i andre tilsvarende modeller.
3.4 DNA model
I følgende afsnit vil opbygningen af motormodellen Figur 3.1 i DNA blive behandlet.
Det er nærliggende først at spørge, hvorfor modellen i det hele taget er relevant ?, når
der nu allerede eksisterer en model for energisystemet i Excel. Hertil er der flere svar;
For det første, så har der været et ønske om at få opbygget modellen med et andet og
måske mere anerkendt simuleringsværktøj. Herved opnås formentlig, at resultaterne
fra Excel bliver reproduceret, og dermed bliver Excel modellen verificeret 3 . Dette vil
være tilfældet, eftersom energisystemet i DNA er opbygget af komponenter, hvis
rigtighed tidligere er eftervist, og er programmeret uafhængigt af Excel modellen.
Endvidere er der de konkrete fordele forbundet ved at bruge et komponent baseret
simulerings-værktøj. I DNA vil det være langt lettere at studere energisystemet, og
vurdere hvorvidt det er optimalt, idet komponenter relativt let kan udskiftes og/eller
ombyttes. F.eks. vil det være relativt hurtigt, at få resultater med luftforvarmning før
dampoverophedning o.a. lignende modificeringer.
Et afsluttende argument for at opbygge modellen i DNA er, at eftersom det er besluttet
at udvikle andre modeller og modificerede modeller i DNA, så er det bedst og måske
også lettest, at sammenligne simuleringer foretaget i samme værktøj. Desuden kan der
3 Som nævnt i en tidligere fodnote, så blev der faktisk fundet en fejl i Excel modellen, takket være
DNA modellen, nemlig fejlen omkring køling og kondensering af produkt- og røggas.
19

Motoranlæg
argumenteres for, at enkelte komponenter er mere korrekte i DNA, f.eks. bygger
forgasseren på minimering af Gibbs-energi hvorved der kan regnes på f.eks. svovl i
biomassen, og varmevekslerne modelleres vha. effektiviteter frem for minimum
temperatur differens.
Omkring valget af DNA som simuleringsværktøj, henvises desuden til kapitel 1.
3.4.1 Motorkomponenten
Den oplagte simple motormodel, og den model der er implementeret i DNA, beregner
el-produktion, varmeproduktion og varmetab som nogle faste procentdele af
brændværdien, og energibalancen (1. H.S.) benyttes til bestemmelse af
røggastemperaturen. Modellen er formuleret og skitseret Figur 3.3.
Implementeringen af modellen som en komponent til DNA gennemgås i Appendiks B.
Udskrift og nærmere beskrivelse af DNA motor modellen er i appendiks B.
H
b
H b
= W + Q
cool
W
MOTOR
Q cool
+ Q
loss
+ H
W
exhaust
Q
Q loss
cool
η el = ; ηc
= ;
H b H b
η
H exhaust
loss
Q
=
H
Figur 3.3: Kontrolvolumen for motormodel, og erklæring af ligninger.
For at ligningssystemet kan løses, kræves tre input. Hvor det, hvis modellen skal
henledes på noget fysisk, giver bedst mening at fastlægge røggastemperaturen, elvirkningsgraden
og motortabet, hvorved varmeproduktionen bliver bestemt af
ligningerne.
Ofte, når en model er udviklet, er det praksis, at verificere denne med nogle målinger,
med noget fysisk. Men grundet denne models semiempiriske og simple natur giver det
i dette tilfælde ikke nogen mening.
Denne model er simpel og til mange formål tilstrækkelig, imidlertid siger den ikke
noget omkring virkningsgradernes variation i forhold til lasten. Hertil kunne det være
interessant at udvikle en mere nuanceret model.. En oplagt forbedring af
motorkomponenten ville være, at indføre curvefits for el-virkningsgraden, tabskoefficienten,
varmevirkningsgraden og eller røggastemperaturen. Hermed ville den
ønskede lastafhængighed fås, uden at forlade gummikomponent princippet. Og det vil
være muligt mere detaljeret at modellere en konkret motor.
20
loss
b

Motoranlæg
3.4.2 Excel vs. DNA
Indledningsvis er det forsøgt, at opbygge en model i DNA, der kan eftervise resultater
opnået i Excel. Dette er gjort ved at opbygge en model i DNA, med de samme
forudsætninger som Excel, men i enkelte tilfælde også ved at ændre en smule på input
til Excel modellen. Modellen er illustreret på Figur 3.4 og Figur 3.1
Figur 3.4: Principdiagram for motoranlæg
Ændringer Excel: (I forhold til udleveret model, [2])
• Temperatur efter tørring (knudepunkt 2) sættes til 150°C.
• Parameteren, Procent kulstof til metan sættes til 0% (ingen methan)
• Cp for biomassen sættes til 1350 J/(kgK)
• Alle tabene sættes til 0 kW
• Den minde fejl i nedkøling af produkt og røggas rettes. (se evt. fodnote 2)
• Nedre brændværdi af tør biomasse sættes til 19,0 MJ/kg
21

Motoranlæg
Forudsætninger, DNA.
• Indført biomasse, sammensætning 4 : C – 50,62% , H2 – 6,22%, O2 – 43,15
% , S - 0,01 %.
• 50% fugtindhold (våd basis) i biomasse før tørring, 10% efter tørring.
• Der indføres 8 tons biomasse i timen (2,22kg/s)
• Motor komponenten arbejder med konstant varmevirkningsgrad på 28%.
• 5 % af indført effekt i motoren går tabt.
• Luftoverskudstallet, for motoren sættes til 1,3.
• Produkt og røggas bliver kølet ned til 45°C.
• Temperaturforskel mellem luft ud og rågas ind sættes til 50°C.
• Temperaturforskel mellem damp ud og rågas ind sættes til 100°C.
DNA koden forefindes i appendiks D.
Resultatet af sammenligningen fremgår af Tabel 3.5 og Tabel 3.6. Bemærk, at
knudepunkterne henviser til numrene fra Figur 3.4 (evt. fra appendiks, Illustration
D.2)
Knudepunkt
Temperatur
EXCEL
[°C]
Temperatur
DNA
[°C]
22
Afvigelse
[%]
m
EXCEL
[kg/s]
m
DNA
[kg/s]
Afvigelse
1 25,0 25,0 0,0% 2,22 2,22 0,0%
2 150,0 150,0 0,0% 1,23 1,23 0,0%
3 800,0 800,0 0,0% 4,11 4,01 -2,4%
4 666,7 666,9 0,0% 4,11 4,01 -2,4%
5 498,0 502,8 1,0% 4,11 4,01 -2,4%
6 45,0 45,0 0,0% 3,60 3,41 -5,3%
7 45,0 45,0 0,0% 3,60 3,41 -5,3%
72 25,0 25,0 0,0% 6,28 6,52 3,8%
8 461,4 468,3 1,5% 9,88 9,94 0,6%
9 150,0 150,0 0,0% 15,04 15,57 3,5%
10 250,0 250,0 0,0% 15,04 15,57 3,5%
105 700,0 700,0 0,0% 0,99 0,99 0,0%
11 25,0 25,0 0,0% 1,89 1,79 -5,3%
12 616,7 616,9 0,0% 1,89 1,79 -5,3%
13 227,2 205,5 -9,6% 9,88 9,94 0,6%
14 45,0 45,0 0,0% 9,22 9,30 0,9%
Tabel 3.5: Temperatur og massestrøm sammenligning, Excel og DNA.
Det ses, af Tabel 3.5, at der er glimrende overensstemmelse mellem Excel og DNA
model. Den største forskel ligger ved knudepunkt 13, hvor der er en forskel på
temperaturerne på næsten 10%. Denne forskel skyldes, at det i DNA modellen ikke
lykkedes at modellere varmeveksleren med en konstant temperaturdifference ved
pinchpunktet, men kun som en simpel varmeveksler. De øvrige afvigelser er så små, at
de formentlig kan tilskrives de små forskelle der er i gassammensætningen, Tabel 3.6.
4 Biomassen har en sammensætning - stort set svarende til Excel. DNA’s forgasserkomponent vil
umiddelbart ’divergere’, hvis der ikke er svovl med i nogle af strømmene til forgasseren. Problemet er
bl.a. forklaret og behandlet i appendiks F.
[%]

[Vol-%] (våd basis)
Motoranlæg
Produktgas Røggas
EXCEL DNA Afv. [%] EXCEL DNA Afv. [%]
H2 24,40% 24,93% 2,2 0,00% 0,00%
O2 0,00% 0,00% - 3,02% 3,11% 2,8
N2 26,60% 25,02% -5,9 64,21% 63,92% -0,5
CO 11,80% 12,64% 7,1 0,00% 0,00%
CO2 12,30% 11,75% -4,5 13,44% 13,46% 0,1
H2O 24,90% 25,35% 1,8 19,32% 18,75% -3,0
H2S 0,00% 0,00% 2,2 0,00% 0,00%
CH4 0,00% 0,00% - 0,00% 0,00%
Ar 0,00% 0,30% 0,00% 0,76%
TOTAL 100,00% 99,99% 99,99% 100,00% 0,0
Tabel 3.6: Gassammensætning, Excel og DNA.
Det ses af Tabel 3.6, at der ikke er nøjagtig overensstemmelse mellem
røggassammensætningen. Eftersom der er lavet separate sammenligninger af både
motorkomponent og gaskøler-komponent i DNA, og der herfra er produceret
resultater med 100% overensstemmelse, må afvigelserne skyldes de trods alt lidt
forskellige tilgange til modelleringen af forgasseren.
Dog er der ikke tale om store afvigelser og generelt må det konkluderes at de to
modeller genererer resultater af stor ensartethed.
Hermed er det opnået, ikke alene at verificere Excel resultaterne, men også, hvilket er
vigtigt for det videre forløb, en sikring af at DNA modellen er rigtigt skruet sammen.
3.4.3 Reference model
For det videre forløb, er der foretaget nogle forbedringer af modellen. Denne model
beskrives efterfølgende, idet den vil tjene som en slags reference under parameterstudierne
af energisystemet.
Eftersom målinger har vist, at der vil være en hvis mængde methan i produktgassen,
er forgasserkomponenten blevet modificeret således, at den producerer en hvis
mængde methan. Komponenten er nærmere beskrevet i appendiks D.
Varmevekslerne er ændret således, at de frem for at regne med fast temperaturdifferens,
nu regner med en fast effektivitet.
Der skønnes, at 850°C i forgasseren er en mere realistisk ligevægtstemperatur, i
forhold til 800°C i den første model. Temperaturen af produktgassen sættes til 800°.
Det viste sig allerede ved den indledende model, at der er problemer med
varmeveksleren mellem røggas og dampkredsløb. Dette skyldes, at der for brændsler
med 50% fugtindhold er tæt på ikke at være energi nok i røggassen til at tørre
brændslet. I hvert fald kræver det en effektiv varmeveksling mellem de to medier. For
at gøre modellen mere robust, er effektiviteten for denne varmeveksler derfor gjort
variabel, således at modellen finder den teoretiske mindst tilladelige effektivitet.
For motoren er kølebehovet (varmevirkningsgraden) ligeledes gjort variabel, mens det
er sat som en betingelse, at røggastemperaturen konstant holdes på 450°C. Dette er
gjort for at gøre modellen mere realistisk, men også for at undgå, at der under
parametervariationen pludselig skal opstå situationer, hvor motoren f.eks. producerer
kold luft.
23

Motoranlæg
Biomasse sammensætningen er ændret en smule. Eftersom DNA er i stand til at regne
på flere stoffer i gassammensætning m.m. synes det oplagt, at benytte en mere
detaljeret sammensætning af biomassen. Sammensætningen ændres til:
C – 50% , H2 – 6%, O2 – 43% , S - 0,1% , Aske 0,9%.
Der indføres generelle tab i systemet. Tabene er fastsat efter samråd med Jens Dahl
Bentzen, og skulle dække realistiske tryk og varmetab i de enkelte komponenter.
Tabene er tabelleret i Tabel 3.7, hvor det bemærkes, at tryktabene i de komponenter
hvor der er flere strømme, gælder for hver af de to strømme.
Eftersom der er indført tryktab i systemet, må der også indføres nogle pumper eller
kompressorer til at overvinde disse tab. I dampkredsløbet er der derfor indført en
kompressor, og hovedkredsløbet der ligeledes indført en kompressor.
Komponent Tryktab Varmetab Varmetab
[Bar]
[kW] [%-indført]
Tørreenhed 0,025 180 1,00 %
Forgasser 0,050 450 2,50 %
Dampoverheder 0,010 45 0,25 %
Luftforvarmer 0,010 45 0,25 %
Gaskøler produktgas (Fjernvarme) 0,010 15 0,08 %
Gasrensning 0,010 15 0,08 %
Motor 0,000 - 5,00 5 %
Røggas varmeveksler 0,010 45 0,25 %
Gaskøler røggas (Fjernvarme) 0,010 15 0,08 %
Tabel 3.7: Tryk og varmetab for de enkelte komponenter.
Efter disse små justeringer af modellen, opnås reference modellen til parameterstudiet.
Resultaterne fremgår af Tabel 3.8, Tabel 3.9 og Figur 3.5.
H2O
27,00%
CO2
13,59%
CH4
1,79%
H2S
0,01%
CO
10,19%
Ar
0,30%
24
H2
22,09%
N2
25,03%
Figur 3.5: Produktgas, gassammensætning før køling og kondensering (4,48 MJ/kg). Efter
kondensering er brændværdien 5,33 MJ/kg.
5 For indført effekt i motor!

LHV 18,4MJ/kg
HHV 22,6MJ/kg
Motoranlæg
Nedre Øvre
Køling rågas 4,6MJ/s 25,0% 20,3%
Køling motor 4,9MJ/s 26,8% 21,9%
Køling røggas 3,1MJ/s 16,6% 13,5%
I alt 12,6MJ/s 68,4% 55,8%
Elproduktion 7,0MW 38,0% 31,0%
Elforbrug 0,3MW 1,3% 1,1%
Netto El produktion 6,7MW 36,7% 29,9%
Total Energiproduktion 19,3MJ/s 105,1% 85,7%
Tabel 3.8: Nøgletal for referencemodel.
25

Motoranlæg
Knudepunkt Beskrivelse
Temperatur Massestrøm
[°C] [kg/s]
1 Biomasse 25 2,22
2 Tørret biomasse 150 1,23
3 Rågas 800 3,90
4 Rågas efter dampoverheder 678 3,90
5 Rågas efter luftforvarmer 551 3,90
6 Rågas efter kondensering og køling 45 3,28
7 Rågas efter rensning 41 3,28
72 Luft til motor 25 6,45
8 Røggas 450 9,73
9 Damp efter tørrer 150 16,50
10 Damp efter røggas varmeveksler 250 16,50
105 Damp efter overheder 635 0,99
11 Luft til forgasser 25 1,69
12 Luft efter forvarmer 482 1,69
13 Røggas efter varmeveksling med dampkredsløb 194 9,73
14 Røggas efter køling og kondensering 45 9,12
Tabel 3.9: Væsentlige temperaturer og massestrømme i kredsløbet.
3.5 Parameterstudie
Efterfølgende er der foretaget et parameterstudie af energisystemet, modellen. Målet
med dette, er at opnå forståelse for driften af systemet, og finde de parametre der har
afgørende indflydelse på systemets ydelse. Parametervariationerne er foretaget med
referencemodellen som udgangspunkt, herfra er der så ændret én parameter, og
ændringen af enten koldgasvirkningsgrad, el-produktion, eller anden interessant
resultatparameter er afbildet eller tabelleret. Eneste undtagelse er parametervariationen
for varmevekslerne, hvor der er ændret op til to parametre.
Først er der foretaget variation i effektiviteten for damp overheder og luftforvarmer.
Resultatet herfor er vist i Figur 3.6. Det ses, som ventet, at der opnås større elproduktion
ved bedre effektiviteter af varmevekslerne, men at det ikke har nogen
indflydelse hvilken af de to varmevekslere der bliver forbedret. Ved effektiviteter på
0.9 for begge vekslere opnås en el-produktion på 6.93 MW mod 6.75 MW ved
effektiviteter på 0.7, eller en forbedring på 2.5%.
26

Motoranlæg
Figur 3.6: Variation af overheder og luftforvarmers effektivitet. 6
Det bemærkes, at effektiviteten for røggasvarmeveksleren skal være på minimum 0.88
(tørring til 10% fugtindhold i flis) for at overholde energibalancerne. Dette er relativt
meget, specielt set i forhold til at reference effektiviteten for overheder og
luftforvarmer er sat til 0.7.
Efterfølgende ses på varierende fugtindhold i flisen, og det ses meget apropos
ovenstående, at et fugtindhold på 50% i flisen faktisk er maksimum for hvad systemet
umiddelbart kan håndtere, Figur 3.7.
Elvirkningsgrad for system (LHV)
0,50
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
0,00
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Vandindhold af flis [%-våd]
Figur 3.7: Elvirkninggrad som funktion af vandindhold i indfyret flis.
6 Bemærk, at stjernerne i figuren illustrerer de punkter, som der er foretaget simuleringer for. Det kan
måske synes som lidt af et ”overkill” med den noget farvestrålende graf - men det var den bedste måde
hvorpå det umiddelbart var muligt at få resultaterne for de to varmevekslere samlet i en figur.
27
0,50
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
Elvirkningsgrad for system (HHV)
LHV
HHV

Motoranlæg
Det skal bemærkes omkring Figur 3.7, at det stiplede forløb (trekanterne) er lidt
teoretiske, idet de forudsætter en højere røggastemperatur fra motoren. Ellers er der
ikke energi nok i røggassen til at tørre flisen. Kommer fugtindholdet over 50% bør der
derfor overvejes alternative måder at tørre flisen på, et forslag hertil præsenteres i
næste afsnit. Af Figur 3.7, bliver det meget tydeligt, hvor vigtigt det er, om
virkningsgraden henfører til nedre- eller øvre brændværdi, eftersom der faktisk opnås
to helt modsatte tendenser, alt efter hvilken metode el-virkningsgraden opgøres efter.
Der er også foretaget parameter variation af vandindholdet af flisen efter tørring.
Hermed fås et billede af, hvor meget en effektiv tørrer betyder for systemet, og evt.
hvad det betyder, hvis flisen stort set ikke tørres inden den tilføres forgasseren, Figur
3.8.
[MW]
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 0,1 0,2 0,3 0,4
Vandindhold efter tøring [%-våd]
Figur 3.8: Effekt af forskellig grad af tørring.
28
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
[%]
Elproduktion
eta - røggasveksler
Figur 3.8 viser at, at det er vigtigt, at tørre brændslet så meget som muligt, om end en
dårlig tørring selvfølgelig stiller små krav til effektiviteten af røggasvarmeveksleren.
Det gælder om at tilføre så små belastninger til forgasseren som muligt. Hvis flisen
f.eks. skal tørres i forgasseren, så kræves der energi, energi der kun kan opnås ved at
brænde noget af den producerede gas af (ekstra lufttilførsel) – og som dermed levner
mindre gas til motoren.
Ved variation af temperaturen af forgasningsprocessen fra 750 til 950°C sker der en
forringelse af el-produktionen på ca. 5%. Dette skyldes betragtninger som nævnt
ovenfor, om end det af praktiske årsager kan være nødvendigt at holde temperaturen
høj i forgasseren. Dels for at sikre en tilstrækkelig koksomsætning, men også for at
sikre en god gaskvalitet, lavt tjæreindhold m.v. I modellen er koksomsætningen
meget belejligt sat til 100% uanfægtet temperaturen.
Den sidste parametervariation der er foretaget for energisystemet, er temperaturen af
returfjernvarmen, eller evt. af kølevandet. Denne temperatur er bestemmende for,
hvor langt ned produktgassen kan køles og til dels også røggassen. Røggassen skal

Motoranlæg
dog have tilstrækkelig høj temperatur til at sikre lift i skorstenen, undgå yderligere
kondensering m.v.
Temperaturen har ikke indflydelse på hvor meget elektricitet systemet kan producere
men alene hvor meget varme der kan trækkes ud. Ved at køle ned til 40°C i stedet for
45°C er der potentielt ca. 0.4 MJ/s mere til rådighed, men så også ved en lavere
temperatur.
Ovenstående er det forsøgt, at kvantisere optimeringspotentiale for motoranlægget.
Resultaterne er måske ikke dybt overraskende, idet de fleste blot bekræfter hvad der
allerede er vist i andre parameterstudier [13 og 15]. For at opsummere disse
erfaringer, citeres [13]: ”ønskes en høj energiydelse skal der tilstræbes at reducere
ligevægtstemperaturen eller forhøje tilgangstemperaturerne…..Reaktorens varmetab
kan direkte kvantitativt ses som et tab af brændværdi i den producerede gas og må
derfor reduceres mest muligt.”
Det skal bemærkes omkring parameterstudiet, at varmetabet i de enkelte komponenter
ikke er gjort afhængig af temperaturen i komponenterne, dette skyldes at det i DNA
ikke umiddelbart er muligt, at lave sådan en sammenhæng 7 . Havde der været en
sammenhæng mellem varmetab og temperatur havde den imidlertid kun forstærket de
tendenser som parameterstudiet allerede har vist.
3.5.1 Dellast
Som et sidste punkt, kan det være interessant at undersøge forholdene for dellast. Den
nuværende motormodel er uafhængig af lasten. Tidligere i kapitlet er det blevet
behandlet hvordan en mere raffineret motormodel til modellering af dellast evt. kunne
udvikles.
Der forefindes data for en Jenbacher Gasmotor [21], modificeret til brug for
specialgasser. Jfr. [21] omsætter motoren 1.4MW indført effekt til 0.5MW el og 0.7
MJ/s varme. Den har en røggas temperatur på 480°C. Dette svarer til en elvirkningsgrad
på 37%. Ved dellast ændrer billedet sig en smule.
I [17] lægges der op til, at der kan konstrueres motor og generator- systemer med en
samlet el-virkningsgrad på 40% - hvilket er den virkningsgrad der har været brugt til
modellering af motoranlægget. Den pågældende Jenbacher motor er forholdsvis lille, i
forhold til de motorer der må forventes at skulle benyttes til de mellemklasse
kraftvarmesystemer, som der fokuseres på i denne rapport. Hermed ligger måske også
en rimelighed i, at forvente en større virkningsgrad for et større anlæg.
I Tabel 3.10 fremgår virkningsgraderne for de forskellige lastsituationer, når fuldlast
situationen er blevet normeret til 40%.
100 % last 75% last 50% last
El-virkningsgrad 0,40 0,37 0,34
Tabs koefficient 8 0,09 0,09 0,09
Tabel 3.10: El-virkningsgrad for Jenbacher gasmotor [21]
7
Hvis det skulle udføres, så ville det kræve at alle de anvendte komponenter blev modificeret en
smule!
8
Kun oplyst for fuldlast, det antages ens for alle laster, om end der kan argumenteres for at den skal
stige ved faldende elvirkningsgrader.
29

Motoranlæg
Ved de tre laster er der foretaget simuleringer for motoranlægget, og der observeres en
på lineær sammenhæng for de resulterende el-virkningsgrader.
På baggrund af denne erfaring, og eftersom det er valgt at betragte modelleringen
meget overordnet set, er der ingen grund til at gå mere i detaljer mht. dellast.
Endvidere er det klart at der ved valg af passende reguleringsstrategier, kan opnås
stabile virkningsgrader for motoren, f.eks. parallelkobling af flere mindre motorer.
Endvidere må det forventes at der med en obligatorisk varmeakkumuleringstank
formentlig kun vil være nogle få driftspunkter som anlægget skal kunne fungere i.
3.5.2 Kommentar til DNA model
Det sidste punkt i en modelleringsfase er som regel, at forsøge at verificere modellen i
forhold til nogle eksperimentelle data, nogle målinger. I forhold til denne model er det
imidlertid ikke så let, idet der ikke umiddelbart eksisterer et system, som er identisk
med det modellerede.
Alternativt kan det forsøges, at verificere resultaterne fra de enkelte komponenter med
målinger, erfaringer.
Det er specielt forgasseren der er interessant, hvorvidt den beregnede
gasssammensætning er realistisk. I [13] er der foretaget en sammenligning mellem en
forbedret ligevægtsmodel 9 og målinger på en forgasser. Resultatet var, at modellen
blev vurderet tilfredsstillende, idet der kun var afvigelser på op til 5% (absolut værdi)
mellem beregnet og målt værdi for gassammensætning, og 1-4% nøjagtighed på
brændværdien. Det skal i den forbindelse ses i sammenhæng med, at der for en simpel
ligevægtsmodel 10 var afvigelser på op til 10% absolut i gassammensætning, og 6% for
brændværdi.
Hvis modellen ikke regner gassammensætningen med tilstrækkelig tilfredsstillende
sikkerhed, er det muligt, at ændre på ligevægtstemperaturen indtil den beregnede
gasssammensætning passer bedre overens med den målte. Herved kan modellen
kalibreres med virkeligheden.
3.6 Forbedring af design
Der er foretaget simuleringer i DNA med en forgasser komponent, hvor temperaturen
af damptilførsel og lufttilførsel samt biomassen er ændret til maksimal værdier.
Simuleringer er foretaget med henblik på at klarlægge potentialet i at forbedre
procesintegrationen i kredsløbet. Simuleringerne viser, at der for en teoretisk optimal
forgasser, med indført biomasse på 900°C og lufttilsætning på 900°C samt damp på
800°C 11 - kan opnås en teoretisk koldsgaseffektivitet på 95,5% - dette skal
sammenholdes med de 84,5% som der ellers kan opnås ved de sædvanlige
temperaturer i processen. Forøgelsen i effektivitet svarer til en forøgelse på 13% i
energiindhold i gassen. Alternativt, kunne der sammenlignes med en teoretisk 100%
koldgaseffektivitet. Men det viser stadigvæk behovet for og mulighederne for at
optimere forgasningsprocessen.
9 Model af forgasser, byggende på ligevægtsbetragtninger med empirisk fastsat indhold af metan i
produktgas – model ligesom Gasifi_4 i DNA.
10 Model af forgasser, udelukkende byggende på ligevægtsbetragtninger (minimering af Gibbs-energi).
11 De pågældende parametre, synes at være grænsen for, at DNA modellen umiddelbart kunne finde en
løsning!
30

Motoranlæg
For motoranlægget er det imidlertid svært umiddelbart at tilføje stærke forbedringer
til systemet. Det er et relativt ukompliceret system, og den mest oplagte
energiintegration er installeret.
Det der er muligt, som nævnt ovenfor, er at forsøge at beholde endnu mere energi til
forgasseren. Dette kan opnås ved f.eks. at benytte mere effektive varmevekslere så
den termiske energi i rågassen bedre kan genanvendes til opvarmning af luft og damp
til processen.
Løsningen omkring bedre komponenter synes måske en anelse triviel. Og det er
oplagt, at en bedre motor, bedre isolering m.v. – vil kunne forbedre anlægsydelserne.
Her gælder dog, at en nærmere økonomisk analyse vil være nødvendig, for at kunne
tage en kvalificeret stillingtagen til hvorvidt det vil kunne svare sig eller ej.
Et par alternative løsninger skal dog nævnes.
1. Der kan installeres en ekstra varmeveksler efter røggas/damp varmeveksleren til
hjælp til forvarmning af luften. Dette vil muliggøre en endnu højere temperatur
ind i forgasseren. Om end det i den forbindelse igen bør overvejes, om det evt.
bedre kan betale sig, at investere i en mere effektiv varmeveksler til
luftforvarmningen. Løsning vil evt. være ekstra interessant om sommeren – og i
egne hvor det er strømproduktionen der har første prioritet.
2. Hvis anlægget skal benyttes til meget våde brændsler, kunne der evt. indbygges en
varmeveksler efter luftforvarmeren, til hjælp til tørring af brændslet. En sådan
opsætning kunne igen være ekstra interessant om sommeren, idet der da er et
mindre fjernvarmegrundlag.
31

Combined Cycle
4 Combined Cycle anlæg
Alternativt - til at brænde produktgasen af i en motor, kan den nyttiggøres i en
gasturbine, og røggassen kan benyttes i en afgasningskedel. Herved bliver der tale om
et IGCC anlæg, eller når det er biomasse der bliver forgasset BIGCC (Biomass
Integrated Gasification Combined Cycle).
Det er combined cycle anlæg, der hidtil har præsteret de højeste elvirkninggrader,
citat [22]: ” The highest efficiencies for fossil-fuelled power plants are currently
achieved by using the combined cycle process. These high efficiencies are the result of
the high temperature of the heat fed into the gas turbine combustion chamber and the
low temperature of the heat removed in the condenser of the steam turbine.”
For CC anlæg, forventes det, at kunne bryde 60% i elvirkningsgrad [22], og der er
således stor interesse for kunne anvende biomasse i processen, frem for f.eks.
naturgas.
Netop det faktum, at CC anlæg skal bruge et brændsel der fluid, har således sat sine
begrænsninger for dens udbredelse, i hvert fald når det gælder CC anlæg i dets
oprindelige betydning. Men ved forgasning af faste brændsler eller evt. konstruktion
af en indirekte fyret gasturbine, er der skabt mulighed for, at benytte alle slags
brændsler. Efterfølgende er det dog kun forgasning der bliver undersøgt.
Et Combined Cycle anlæg er en del mere kompliceret end motoranlæg, for at opnå et
meget effektivt anlæg, kræves det, at der integreres en masse varmevekslere m.v. i
systemet, hvorved IGCC anlæg foreløbig kun anses som økonomisk realistiske ved
mellemstore, eller større anlæg. (ifølge [23] > 50MW). Et par andre ulemper ved
denne type anlæg er, at gasturbinerne er mere følsomme overfor partikler og
urenheder i gasen end motorerne, samt at gasturbiner har ringe dellast egenskaber.
4.1 Gennemgang af anlægsdesign
Det IGGC anlæg der efterfølgende beskrives, har mange lighedspunkter med motor
anlægget, Figur 4.1.
Biomassen bliver også tørret vha. overhedet damp, og forgasningsagenten er igen
damp. Både forvarmning af luft og damp til forgasseren foregår vha. varmeveksling
med produktgassen.
Det nye består i, at der i forbindelse med nedkøling af produktgassen, også er
integreret en fordamper (evaporator), der tilfører varmen til dampkredsløbet (Rankine
processen). Samt at gassen i stedet for at brændes af i forbindelse med en gasturbine i
stedet for en motor.
Efter gasturbinen indføres røggassen i en afgasningskedel (superheat & evaporator &
economizer). Endeligt benyttes røggassen til at overhede dampen til tørrekredsløbet.
Den overhedede damp fra afgasningskedelen i dampkredsen (steam-cycle)
ekspanderes igennem en udtagsturbine ned til et kondenseringstryk f.eks. bestemt af
fjernvarmetemperaturen. Det kondenseres og pumpes tilbage til economizeren og
dermed afgasningskedelen. Ved våde brændsler, der kræver meget energi for at blive
tørret, er der mulighed for at udtage damp fra turbinen og tilføre dette som en
forvarmning af dampen til tørrekredsløbet.
32

Figur 4.1: Principdiagram over IGCC anlæg.
Combined Cycle
4.2 IGCC reference anlæg
Det efterfølgende studie vil blive bygget på omtalte systemdesign, udviklet og
implementet i DNA i år 2000 af Brian Elmegaard og Jens Dahl Bentzen.
Indledningsvis vil der, ligesom for motoranlægget, blive defineret et referenceanlæg,
hvor det er forsøgt, så vidt muligt, at skabe de samme omgivelser som for
motoranlægget, således, at en sammenligning bliver mere fair.
En udskrift af IGCC referencemodellen er i appendiks E
33

Forudsætninger IGCC:
Combined Cycle
• Indført biomasse: C – 50% , H2 – 6%, O2 – 43% , S - 0,1% , aske 0,9%.
• 50% fugtindhold (våd basis) i biomasse før tørring, 10% efter tørring.
• Laveste temperatur for køling af gas eller damp er 45°C (fjernvarme).
45°C er derfor også bestemmende for laveste kondenseringstryk.
• Ligevægtstemperatur i forgasser, 850°C.
• Der er som udgangspunkt ikke defineret hverken tryk el. varmetab for
systemet.
• Varmevekslere er i systemet modelleret ved at temperaturerne er blevet
fastsat i tre knudepunkter. Den sidste temperatur fremkommer således vha.
energibalancen. Denne betragtning begunstiger ikke nødvendigvis
varmevekslerne, idet effektiviteten af varmevekslingen defineres vha. de
påtrykte betingelser. Derfor stiller metoden også noget større krav til
modelkonstruktøren.
• Trykforholdet i gasturbinen er 20, og den isentropiske virkningsgrad er
89%.
• Massestrømmen af biomasse bestemmes af, at der skal der skal være en
temperatur på 1150°C ved forbrænding af forgassergassen, og et tryk på 20
bar.
Den sidste forudsætning kan måske synes lidt speciel, den er i hvert fald forskellig fra
motormodellen. Årsagen til denne antagelse skal findes i, at der for gasturbiner kun
meget dårligt kan opereres med dellast – Denne forudsætning betinger netop, at
gasturbinen vil køre under stort set ens forhold. For at imødekomme den forskellige
tilgang til indført biomasse, vil grafer og tabeller i de tilfælde hvor de bliver
sammenlignet med motor eller andre anlæg, blive normeret.
Det bemærkes endvidere, at røggassen, ikke bliver nyttiggjort til fjernvarme. I
referencetilfældet er røggassen knap 100°C efter at den er nyttiggjort i economizer og
til tørrekredsløb. Her er dog stadigvæk et potentiale ned til 45°C, som er temperaturen
på returløbet af fjernvarmen. For referencetilfældet udgør denne varme ca. 6% af
indført effekt, for fugtige brændsler stiger potentialet.
Et mere detaljeret knudepunktsdiagram for IGCC anlægget fremgår af Figur 4.2.
Dampkredsen udgør her det blå kredsløb, og tørrekredsen det røde.
34

Røggas
82
81
Tørring
Combined Cycle
Biomasse luft
1
2
28
24
11
Economizer
48
30
14
Fordamper
80
Pumpe
45
38
37
Fordamper
Kompressor
Pumpe
35
42
31
43
47
Kompressor
Kondensator
Generator
To-trins forgasser
34
36
Overheder
46
Dampturbine
35
3
Generator
5
Fordamper
Overheder
49
150
25
16
Fordamper
70
41
71
9
12
Luftforvarmer
15
Gasturbine
Figur 4.2: Flow- og knudepunktsdiagram for IGCC anlægskonfiguration.
17
32
10
44
150
Kompressor
13 50
29
Gaskøling
Kompression
Gasrensning
19
20
7
18
luft
Kompression
Resultatmæssigt er det ikke umiddelbart interessant, igen at se på variation af
forgasserparametrene, idet de allerede er afdækket i afsnittet omkring DNA motor
modellen. Herfor vil der efterfølgende hovedsageligt bliver set på følgerne af, at
motoren er erstattet af en gasturbine og en afgasningskedel, og hvordan varmen fra og
til forgasningskomponenten kan integreres på en hensigtsmæssig måde.
I Tabel 4.1 og Tabel 4.2 er resultaterne for reference anlægget givet.
MW % - nedre % - øvre
Brændværdi [MJ/s] 15,773 19,347
Gaskøling 2,32 14,7% 12,0%
Intercooling 0,77 4,9% 4,0%
Kondensering 5,36 34,0% 27,7%
Total Varme 8,45 53,6% 43,7%
El, gasturbine 6,38 40,4% 33,0%
El, dampturbine 2,29 14,5% 11,8%
Total tab/forbrug 1,66 10,5% 8,6%
Total El 7,01 44,4% 36,2%
Tabel 4.1: El- og varme produktion for IGCC reference anlægget.
Intercooling

Combined Cycle
Knudepunkt
Temperatur Massestrøm
[°C] [kg/s]
1 biomasse 25 1,9
2 tørret biomasse 120 1,1
3 produktgas 900 3,7
5 produktgas efter dampoverheder 732 3,7
12 produkgas efter fordamper 300 3,7
13 produkgas efter luftforvarmer 223 3,7
50 produktgas efter gaskøling 45 3,1
24 luft til forgasser 25 1,8
25 luft efter forvarmning 280 1,8
15 komprimeret produktgas 220 3,1
29 komprimeret luft 477 12,8
9 røggas før ekspansion 1150 16,0
10 røggas 518 16,0
16 røggas efter overheder 436 16,0
17 røggas efter 1. Fordamper 368 16,0
81 røggas efter 2. Fordamper 130 9,0
11 røggas efter economizer 60 7,0
82 røggas til skortsten 100 16,0
46 damp fra dampturbine 45 2,4
47 vand efter kondensator 45 2,4
43 udtagsdamp 300 0,0
45 efter forvarmer 167 0,0
48 damp/vand til economizer 45 2,4
42 damp/vand efter economizer 269 2,4
71 damp efter produktgasfordamper 269 1,6
44 damp efter røggasfordamper 269 2,4
49 damp til turbine 500 2,4
30 damp til tørreprocess 250 9,5
31 damp efter tørreprocess 120 10,3
34 overhedet damp til forgasser 748 0,9
38 damp efter forvarmer 122 9,5
Tabel 4.2: Temperaturer og massestrømme for IGCC reference anlæg.
Der ses en noget større el-produktion end fra motoranlægget, der i tabsfri tilstand
havde en el-virkningsgrad på ca. 38,5%. Dog kan det synes lidt problematisk, at
sammenligne på denne måde, idet motoren per definition højest kan producere 40%
elektricitet. Ligeledes gælder for IGCC anlægget, at der er defineret nogle
isentropiske virkningsgrader m.v. der betinger en maksimal effektivitet.
Herfor bør der i stedet konkluderes, at betinget af, at disse definitioner følger
praktiske realiserbare værdier, så er IGCC anlægget helt forventeligt mere effektivt
end motoranlægget.
For IGCC anlægget er fugtindholdet varieret fra 20% til 70%. Umiddelbart synes
IGCC anlægget at skulle være meget robust ved behandling af særligt våde brændsler.
Idet både røggassen samt evt. udtagsdamp fra dampturbinen kan benyttes til tørring af
brændslet. Det bemærkes dog, at næsten alt dampen bliver udtaget af dampturbinen
ved de ekstremt våde brændsler, og der derfor stort set ikke bliver genereret noget el
36

Combined Cycle
herfra - hvorfor hele dampkredsen bliver overflødig. En sammenligning af elvirkningsgrad
for både IGCC og motoranlæg ses af Figur 4.3.
Elvirkningsgrad for system (LHV)
0,5
0,45
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0 20 40 60 80
Vandindhold af flis [%-våd]
Figur 4.3: Elvirkningsgrader ved varierende fugtindhold i flis.
37
MOTOR
Af Figur 4.3 ses, at der er stort set konstant el-virkningsgrad for IGCC anlægget, dette
skyldes den effektive udnyttelse af røggassen i dampkredsløbet, hvorimod motoren
ikke kan nyttiggøre røggassen til el-produktion.
Det bemærkes omkring IGCC anlægget, at det for brændsel over ca. 50% fugtindhold
bliver nødvendigt at justere på nogle parametre i modellen, såsom udtagsdamp m.v.
for motor anlægget gælder noget lignende (se evt. kapitel 2), her er
røggastemperaturen fra motoren der skal hæves. Det sidste er måske ikke så realistisk
i virkeligheden, hvorimod IGCC anlægget sagtens kan reguleres således, at de
ønskede temperaturer opnås.
Det vil angiveligt være muligt at få IGCC anlægget til at fungere med brændsler med
mere end 70% fugtindhold, hvis dampkredsen bliver helt udeladt (by-passed).
4.2.1 Forbedring af anlægsdesign
Det er forsøgt at forbedre ydelsen af det foreslåede anlæg, det er imidlertid ikke let, da
anlægget allerede er tænkt meget kompakt og integreret. Det har dog vist sig, at der
kan vindes 0,3-0,4% i el-virkningsgrad ved at forvarme luften til forgasseren før
varmeveksling med dampkredsløbet - eller hurtigt sagt; hvis de to varmevekslere
bytter plads.
Det er endvidere forsøgt, om det evt. ville være en fordel, at indføre en varmeveksler
efter luftforvarmeren, der kan tilføre varme til den tryksatte gas. Det blev fundet at
denne konfiguration, der vil koste noget i produceret dampmængde, vil medføre end
forringelse af el-virkningsgraden på ca. 0,7%.
Hvis hele forgasningskredsen tryksættes, vil der kunne forventes en forbedring af
anlægsydelsen, men det vil da også medføre nogle tekniske vanskeligheder. Som
f.eks. at skulle tryksætte biomasseindføringen m.v.
IGCC

Combined Cycle
4.3 GT anlæg
Det er også muligt, at integrere en gasturbine i forbindelse med forgasning.
Efterfølgende vil et simple cycle gasturbine anlæg blive undersøgt, og mulighederne
for at nyttiggøre varmen fra og til forgasningen i den forbindelse.
Et gasturbine anlæg er i sagens natur noget simplere end et Combined Cycle anlæg,
og kan således også tænkes noget mindre, evt. vha. af de nye micro-gasturbiner.
Derfor kommer gasturbine anlæggene også til at ligge i skarp konkurrence med
motoranlæggene. I [24] er der kommenteret for og imod hhv. gasturbine og gasmotor,
det pointeres her, at en gasturbine har lavere vedligeholdelsesudgifter og er mindre
pladsforbrugende end en gasmotor. Om end motoren er billigere i investering.
Hvis anlægget skal indgå i en industriel sammenhæng, har gasturbinen endvidere et
større potentiale for at producere procesdamp. Det kommer således helt an på den
sammenhæng som anlægget skal indgå i, hvad der kan betale sig bedst. Efterfølgende
vil det blive undersøg, om gasturbinen i det hele taget energi og produktionsmæssigt
kan konkurrere med gasmotoren.
4.3.1 Procesbeskrivelse for GT anlæg
Procesforløbet i et simpelt Simple Cycle gasturbine anlæg, eller også bare et GT
anlæg, følger helt IGCC anlægget, idet hele dampkredsen blot er fjernet. Desuden er
der, ligesom der principielt også kan være for IGCC anlægget, yderligere køling af
røggassen f.eks. vha. fjernvarme.
Det referenceanlæg der bliver betragtet for GT systemet, har identiske omgivelses
parametre og påtrykte parametre som IGCC anlægget. Grunden hertil skyldes i høj
grad, at modellen til anlægget er bygget direkte efter IGCC modellen, hvor dampkreds
komponenterne simpelthen er trukket ud. Det bemærkes dog, at luftforvarmeren nu er
modelleret som en varmeveksler med konstant effektivitet, 0.7.
Et principdiagram for reference GT anlægget ses af Figur 4.4.
38

Tørring
Combined Cycle
Biomasse luft
1
2
28
24
Røggas
82
11
Gaskøling
11
81
30
38
Fordamper
Generator
Kompressor
150
80
10
35
31
9
Kompressor
Gasturbine
39
To-trins forgasser
34
36
Overheder
29
3
25
5
19
Luftforvarmer
Kompression Intercooling
Figur 4.4: Principdiagram for et simpelt gasturbineanlæg, reference anlægget.
32
150
15
20
luft
18
13
50
Kompression
Kompressor
Gaskøling
Gasrensning
4.3.2 Modificering af GT design
Efterfølgende bliver der set på tre varianter eller forbedringer af anlægget. Her er tale
om såkaldte recuperated (genvindings) gasturbineanlæg. Hvor røggassen fra turbinen
bruges til enten at forvarme den komprimerede luft eller den komprimerede gas inden
forbrændingen. Dette er en konfiguration som er meget brugt, og som også er
integreret i micro-gasturbinerne. Normalt bliver røggassen brugt til at forvarme
forbrændingsluften i gasturbinen, efter at den er tryksat. Eftersom forgasningsgas ofte
har en relativ lav brændværdi og som følge heraf stor massestrøm, bliver et
recuperated anlæg, hvor gasen forvarmet også medtaget.
Princippet i at genanvende røggassen til at forvarme hhv. gas hhv. luft ses af Figur 4.5
og Figur 4.6 hvilket også er ændringerne bag design 1 og 2.
Generator
150
150
Gasturbine
Recuperator
Kompression
Figur 4.5: Design 1, forvarmning af luften vha. røggassen.
Gas
Røggas
Luft
7

Generator
150
Røggas
150
Gasturbine
Recuperator
Combined Cycle
40
Kompressor
Figur 4.6: Design 2, forvarmning af gasen vha. røggassen.
Det sidste anlæg der bliver betragtet, er et ultimativt anlæg, hvorved forstået, at det er
forsøgt at genbruge den termiske energi i processtrømmene bedst muligt. I dette
anlæg, design 3, benyttes røggassen til at forvarme den komprimerede luft, og senere
til ekstra forvarmning af luften til forgasseren. Endvidere er der indsat en
varmeveksler der flytter energi fra den varme rågas til den tryksatte og rensede gas.
Ændringerne i forhold til reference anlægget ses af Figur 4.7. Det bemærkes
endvidere, at alle varmevekslerne i det sidste anlæg modelleres med en forholdsvis
høj effektivitet på 0,9. Dette kan synes lidt snyd i forhold til sammenligning med
motor og IGCC anlæg, men det er som nævnt et forsøg på at skabe et ultimativt
Simple Cycle gasturbine anlæg. Og derved se, hvor hårdt det kan presse
motoranlægget.
luft
Røggas
Kompressor
Gaskøling/
fjernvarme
Luftforvarmer
Fordamper - tørring
Forvarmet luft til forgasser
Generator
150
Rågas
Luftforvarmer
150
Gasturbine
Gas
Luft
Recuperator
Recuperator
Gaskøling/
fjernvarme
Gasrensning
Kompression Intercooling
Kompression
Figur 4.7: Design 3, forvarmning af både tryksat gas og luft, samt ekstra luftforvarmning til
forgasser.
Tabel 4.3angiver udvalgte temperaturer og massestrømme for de fire anlægsdesign, og
Tabel 4.4 angiver energiproduktionen for de fireanlæg.
luft

Combined Cycle
Knudepunkt Beskrivelse Ref. Design 1 Design 2 Design 3
T m T m T m T m
[°C] [kg/s] [°C] [kg/s] [°C] [kg/s] [°C] [kg/s]
1 Biomasse 25 2,2 25 2,2 25 2,2 25 2,3
2 Tørret biomasse 150 1,2 150 1,2 150 1,2 150 1,3
3 Rågas før overheder 850 4,0 850 4,0 850 4,0 850 4,1
5 Rågas efter overheder 686 4,0 686 4,0 686 4,0 660 4,1
13 Rågas efter luftforvarmer 542 4,0 542 4,0 542 4,0 335 4,1
24 Luft til forgasning 25 1,8 25 1,8 25 1,8 25 1,8
28 Tryksat luft 44 1,8 44 1,8 44 1,8 44 1,8
25 Forvarmet luft 557 1,8 557 1,8 557 1,8 629 1,8
50 Rågas efter køling 45 3,4 45 3,4 45 3,4 45 3,5
7 Rågas efter rensning 45 3,4 45 3,4 45 3,4 45 3,5
18 Rågas efter 1. kompression 221 3,4 221 3,4 221 3,4 221 3,5
19 Rågas efter intercooling 45 3,4 45 3,4 45 3,4 45 3,5
15 Komprimeret rågas 220 3,4 220 3,4 452 3,4 531 3,5
20 Luft til gasturbine 25 16,2 25 16,9 25 17,8 25 20,5
29 Komprimeret luft 477 16,2 505 16,9 477 17,8 505 20,5
9 Røggas højt tryk 1150 19,6 1150 20,2 1150 21,1 1150 24,0
10 Røggas atm. tryk 512 19,6 511 20,2 510 21,1 508 24,0
11 Røggas efter fordamper 237 8,8 231 9,4 222 10,3 156 7,9
11 Røggas "by-pass" 512 10,8 490 10,8 461 10,9 486 16,1
11 Røggas før køling 390 19,6 372 20,2 347 21,1 359 24,0
82 Røggas efter køling 45 19,6 45 20,2 45 21,1 45 24,0
30 Damp til tørring 250 10,9 250 10,9 250 10,9 250 11,4
31 Damp efter tørring 120 11,9 120 11,9 120 11,9 120 12,5
34 Damp til forgasning 708 1,0 708 1,0 708 1,0 779 1,0
Tabel 4.3: Temperaturer og massestrømme for de fire forskellige GT anlæg
Ref.
Design
1
41
Design
2
Design
3
Indført energi (LHV) MJ/s 18,1 18,1 18,1 19,0
Elproduktion MW 5,9 6,1 6,4 7,2
Elvirkningsgrad % 32,8 33,9 35,3 38,1
Rågaskøling MJ/s 4,6 4,6 4,6 3,3
Intercooling MJ/s 0,9 0,9 0,9 0,9
Røggaskøling MJ/s 7,4 7,2 6,9 8,1
Total varmeproduktion (45°C) MJ/s 12,8 12,6 12,3 12,3
Varmevirkningsgrad (LHV) % 70,8 69,6 68,0 64,9
Tabel 4.4: El og varme produktion for de fire GT anlæg.
Som det umiddelbart ses af Tabel 4.3, så er der et stort tab i exergi for
referenceanlægget ved kølingen af gasen (fra 542°C til 45°C). IGCC anlægget
omsatte meget af denne energi til dampkredsen og dermed til elektricitet. Ved
anlægsforslag 4 opnås en lignende effekt, idet den termiske energi bliver overført til
den tryksatte gas.

Combined Cycle
Efterfølgende bliver der, ligesom det har været tilfældet for Motor og IGCC anlægget,
set på elvirkningsgraden baseret på nedre brændværdi ved varierende fugtindhold i
biomassen for anlægsdesign 4, Figur 4.8.
Elvirkningsgrad for system (LHV)
0,5
0,45
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Fugtindhold i flis [%-våd]
Figur 4.8: Elvirkningsgrader ved varierende fugtindhold i flis.
42
MOTOR
Det bemærkes, at GT anlægget ligesom motoranlægget er ret følsomt overfor
variationer i fugtindholdet af flisen. Dette skyldes, at røggassen ikke nyttiggøres i
samme grad for de tørrebrændsler. Igen er IGCC anlægget meget fleksibelt, idet det
ved de tørre brændsler. blot omsætter røggassen til ekstra damp.
For det meget våde biomasse (70%), ses en stort set jævnbyrdig el-produktion for GT
og IGCC anlægget, dette skyldes at alt røggassen her bliver omsat til tørring af
biomassen, og dampkredsen i IGCC anlægget bliver overflødig, som også nævnt i
afsnittet om IGCC anlæg.
Afslutningsvis skal en række forbehold bemærkes. Det er klart at med de
betragtninger der er gjort for GT anlæggene, hvor der hverken er tryk eller varmetab i
varmevekslerne, da vil det altid kunne betale sig at indføre flere varmevekslere, bare
der er et temperatur potentiale på ganske få grader. Dette er selvfølgelig ikke
realistisk, og der kan f.eks. stilles spørgsmål ved, om det i praksis ville være rentabelt,
at indføre den ekstra luftforvarmning til forgasseren som foreslået i design 3.
Endvidere, som afsnittet også blev begyndt med, vil nogle af de fordele som
gasturbinen havde i forhold til motoren forsvinde, når den integreres med forgasseren,
idet den f.eks. ikke længere vil have et større potentiale for at genere procesdamp m.v.
IGCC
GT

5 Low-Tar BIG anlægget
Low-Tar BIG anlægget
COWI, Vølund og DTU har et samarbejde i gang, med henblik på, inden for
rammerne af et PSO forskningsprojekt, at udvikle en effektiv forgasser der kan
producere gas med et lavt tjære indhold, og som let kan opskaleres. I den forbindelse
er der indledningsvis konstrueret et 100 kW forsøgsanlæg, Figur 5.1.
Figur 5.1: 100kW Low-Tar BIG laboratorieanlæg (før isolering). Indfødning og pyrolyseenhed i
forgrund, forgasser i baggrund og partiel oxidationskammer til tjærenedbrydning af
pyrolysegasser på skrå (venligst udlånt af COWI).
Anlægget er døbt LT-BIG, som står for Low Tar Biomass Integrated Gasification. Det
bygger videre på erfaringer fra totrinsprocessen, som bl.a. DTU har haft meget
forsøgsaktivitet med. Totrinsprocessen er karakteriseret ved at have pyrolyse og
forgasning separeret i to trin, med en mellemliggende zone der afbrænder de flygtige
bestanddele fra pyrolysen ved en meget høj temperatur, hvorved indholdet af tjæren i
43

Low-Tar BIG anlægget
produktgasen minimeres, en skitse over princippet i totrinsprocessen er givet i Figur
5.2.
BIOMASSE
FLYGTIGE
BESTANDDELE
Delvis
Afbrænding
PYROLYSE KOKS Forgasning
VARME
LUFT & DAMP
VARME Forvarmning
Figur 5.2: Typisk fremstilling af totrinsprocessen.
44
Køling og
Rensning
Det er meningen, at LT-BIG forgasseren skal kunne indgå i anlægsdesign på op til
50MW og evt. større, hvor der både kan være tale om gasproduktion til motor,
gasturbine, eller evt. til tilsatsfyring i eksisterende anlæg, en skitse der angiver
processerne i en foreslået 50MW forgasser fremgår af Figur 5.4.
I [25] er arbejdet og ideudviklingen vedrørende den nye forgasser dokumenteret. Det
fremgår heraf, at et problem med den eksisterende tortrinsproces ved op skalering er,
at opnå en stor koksomsætning. F.eks. nævnes, at et 10MW anlæg ved en
koksomsætning på 98% vil producere ca. 1 ton uomsat biomasse om dagen – for at
imødekomme dette problem, er der foreslået en revideret totrinsproces. Her bliver den
uomsatte koks forgasset i en efterforgasser, og den dannede varme blive tilført
pyrolyse eller forgasser, Figur 5.3
VARME
GAS

Low-Tar BIG anlægget
Figur 5.3: Revideret totrinsproces, med henblik på forøgelse af koksomsætningen, og ud fra
hvilken LT-BIG anlægget er udtænkt.
Herefter følger en kort beskrivelse af de tilsigtede processer i et storskalaanlæg 12 af
typen LT-BIG. (følger Figur 5.4)
Pyrolyse:
Brændslet tilføres i den ene ende (venstre) og strømmer langsomt mod den anden
ende ovenpå (og delvist i) en aflang sandbed. Transporten foregår pga. fortrængning
som en væske. Damp tilføres som fluidiseringsmedie via et rør i bunden af
sandbedden. Herved holdes pyrolysetrinnet helt inert.
Varmekilden til pyrolysen er varmt sand fra cyklon evt. varme fra efterforgasning af
koks fra cyklon (såfremt der tilsættes luft)
I pyrolysereaktoren tilføres recirkuleret sand og små kulstykker fra cyklon.
I denne region, hvor koks og sand fra cyklonen indløber kan tilsættes luft og herved
vil koksen der er recirkuleret omsættes til CO (Den recirkulerede koks er fint neddelt
og mere reaktiv end friskt pyrolyseret koks). Som udgangspunkt tilsættes dog kun
damp til pyrolyseenheden.
Partiel oxidation:
Luft med høj fart blæses ind i partiel oxidationskammeret, og suger herved
pyrolysegasser med. Luft- og pyrolysegas fordelingen/udformning bevirker at der
kommer god opblanding mellem pyrolysegasser og luft.
De exoterme gas-gas reaktioner er meget hurtige og gastemperaturen bliver 1250-
1300°C.
En kombination af ilt-tjære reaktioner (partiel oxidation) og den høje temperatur
bevirker at tjæreindholdet i gassen bliver meget lavt.
Forgasning:
Forgasningsprocesserne sker i tre reaktionszoner.
1. Boblebed: Koks og sand fra pyrolysen strømmer over i forgasningstrinnet.
Forgasningstrinnet er som pyrolysetrinnet en boblebed som holdes flydende vha.
damp. Dampen benyttes til såvel fluidiseringmedie og til forgasningsmedie.
12 Procesbeskrivelsen er en direkte afskrivning af materialet, [26].
45

Low-Tar BIG anlægget
Varme/energi til forgasningsprocesser kommer fra sand der recirkuleres fra svævet.
Temperaturen i boblebedden er omkring 900°C.
2. Svævet: Sand og mindre koksstykker strømmer op i svævet, hvor gasserne fra
partiel oxidationskammeret tilføres. I svævet overføres varme fra partiel
oxidationsgasser til sand og koks. Koksen forgasses og det varme sand tilføres
pyrolysekammer via cyklon og forgasserkammer via backmixing. I svævet nedbrydes
tilmed resttjæren ved koks-tjære reaktioner. Temperaturen i bunden af svævet vil være
omkring 1000°C og i toppen omkring 900°C.
3. Meget fint koks og sandpartikler strømmer til cyklonen og tilføres
pyrolysekammeret. Ved tilsætning af luft i pyrolysekammeret vil uomsat koks
omsættes.
Figur 5.4: Skitse over muligt design af 50MW forgasser (venligst udlånt af COWI).
46

Low-Tar BIG anlægget
5.1 DNA LT-BIG model
For at klarlægge processerne bedre, er der blevet udviklet en model i DNA.
Udgangspunktet for modellen var, først og fremmest hurtigt vha. af eksisterende
komponenter udviklet til DNA, at sammensætte en simpel model af processen. Og så
eventuelt senere at udvide modellen med mere detaljeret tilgang til processerne
medtagende flere input.
Dette har ført til, at der er opbygget en model som skitseret af Figur 5.5 i DNA, døbt
4-zone modellen. Den består ud over de sædvanlige pyrolyse, forgasning og partiel
oxidations zoner, også af en zone der mikser forgasser gassen med gassen fra partiel
oxidation, og varmeveksler med denne. Energistrømmene i processen afpasses
således, at Q1+Q2=Q4.
Tørret biomasse
Q
Tjære
Pyrolysegas
Luft
Partiel oxidation
Koks
GAS
Pyrolyse Forgasning
47
Produktgas
3 4
Varmeveksling
1 2
Damp
Q
Damp
Figur 5.5: Forslag til simpel model af LT-BIG processen.
P-15
Endvidere indføres mulighed for, at en fraktion af forgassergassen kan strømme
tilbage til pyrolysegasserne og ind i partiel oxidationszonen.
Modellen var tænkt hurtigt implementeret i DNA, imidlertid opstod der en del
komplikationer ved brugen af de eksisterende komponenter, hvilket er uddybet i
Appendiks F.
5.1.1 Parametervariation
Helt i tråd med de øvrige modeller der er opbygget i DNA, så er der for LT-BIG
modellen også lavet en referencemodel. Ud fra denne model er der så udført
parametervariation. Det kan synes lidt misvisende at kalde modellen for
referencemodel, idet der måske mere er tale om en nul-model – en tabsfri model, idet
den egentlige proces for LT-BIG systemet endnu ikke kendes – hvorfor en reference
situation selvfølgelig vil blive lidt arbitrær.
I samråd med Jens Dahl Bentzen, er følgende parametre valgt til referencemodellen,
Tabel 5.1.
Q
Aske

Low-Tar BIG anlægget
Indført biomasse 1,5 kg/s (ca. 25MW)
Temperatur af biomasse 150°C (Fra tørreenhed)
Komposition af biomasse
H2 5,4% O2 38,7%
(våd masse basis)
C 45% S 0,09%
H2O 10% Aske 0,81%
Nedre brændværdi for biomasse (tør) 19MJ
Temperatur i pyrolyse 600°C
Koksomsætning i forgasser 80%
Temperatur af overhedet damp 600°C
Temperatur af forvarmet luft 600°C
Damp til pyrolyse 0,3 kg/s (20% af indført
biomasse
Damp til forgasser 0,75 kg/s (50% af indført
biomasse)
Kulstof til methan i partiel oxidation 25%
(svarer til ca. 2,7 Vol-% i produktgas)
Temperatur i partiel oxidation 1300°C
Temperatur i forgasser 900°C (også ligevægtstemperatur)
Recirkulation (gas fra forgasser til
pyrolyse)
10%
Varmetab i system 0 % (af indført effekt)
Tryktab i system 0 bar
Tabel 5.1: Antagelser og parametre i referencemodellen.
Temperatur og komposition af biomasse svarer til, at det er kommet ud af en termisk
tørreenhed magen til den der bl.a. er blevet brugt i motor, IGCC og GT
systemdesignene.
Koksomsætningen i forgasseren kan synes noget lavt sat, men den blev valgt med
henblik på at den uomsatte koks skulle efterforgasses og den herved dannede varme
bruges til at drive processen. Imidlertid er denne efterforgasser ikke blevet
implementeret i modellen. En grund hertil er bl.a., at det må formodes, at en forgasser
i serie med den eksisterende, og med de præcis samme input for temperatur og
massestrøm etc. - vil medføre de præcist samme resultater, som hvis der blot bliver
regnet med koksomsætning på 100%. For referencemodellen svarer en
koksomsætning i forgasseren på 80% til, at der bliver produceret 50g koks i sekundet.
Hvilket er et potentiale på ca. 1.3MW eller 5% af indført effekt.
Kulstof til metan parameteren er lidt kunstig, idet den blot er afstemt efter, at der cirka
er den samme mængde methan i produktgassen, som tilfældet ved eksperimentelle
data fra andre forgassere.
Efterfølgende er der foretaget en følsomhedsanalyse for LT-BIG modellen, idet
ovenstående parametre er varieret enkeltvis, og dets indvirkning på brændværdi og
koldgaseffektivitet er afbildet på
Figur 5.6 og Figur 5.7.
48

Nedre brændværdi [kJ/kg]
5000
4900
4800
4700
4600
4500
4400
4300
4200
4100
4000
REFERENCE
20°C biomasse
500°C luft
Low-Tar BIG anlægget
850°C i forgasser
950°C i forgasser
49
100%
koksomsætning
Figur 5.6: Brændværdi følsomhedsanalyse for LT-BIG model.
Koldgaseffektivitet
86%
84%
82%
80%
78%
76%
74%
72%
70%
REFERENCE
20°C biomasse
500°C luft
850°C i forgasser
950°C i forgasser
100%
koksomsætning
90%
kokdsomsætning
90%
kokdsomsætning
Figur 5.7: Koldgaseffektivitet følsomhedsanalyse for LT-BIG model. (nedre brændværdi)
Af
Figur 5.6 og Figur 5.7 ses klart, at en høj brændværdi ikke nødvendigvis medfører høj
koldgaseffektivitet. En høj koldgaseffektivitet er selvfølgelig mest ønskværdigt idet
det medfører størst mulig bevarelse af energien i biomassen til brug i motor eller
turbine. Om end en høj brændværdi også kan være vigtig, idet motor eller gasturbine
kan være afhængig af dette for at fungere tilfredsstillende.
Det ses at en koksomsætning på 100% medfører en forøgelse af koldgaseffektiviteten
på ca. 4 procentpoint. Det er klart, at hvis referencemodellen havde antaget 100%
3% tab i system
3% tab i system
5% tab i system
5% tab i system

Low-Tar BIG anlægget
koksomsætning, så var alle koldgaseffektiviteterne blot blevet forskudt 4 procentpoint
opad.
Figur 5.6 viser, at alle tiltag der resulterer i øget lufttilsætning til forgasseren, medfører
en forringet brændværdi for gassen, idet den ekstra luft kan betragtes som en
fortynding af gassen. Hvorimod en nedsættelse af ligevægtstemperaturen i forgasseren
på 50°C medfører at der skal tilsættes mindre luft, og brændværdien stiger. Dette
sidste resultat skal dog betragtes lidt varsomt, idet modellen ikke tager hensyn til
varierende koksomsætning som følge af lavere temperatur i forgasseren, således som
det eller i praksis vil være tilfældet. I [27] er det bl.a. vist, at brug af ren ilt, eller bare
ilt beriget luft kan være et redskab til at forøge brændværdien af produktgassen.
Efterfølgende er damptilsætningens indflydelse på brændværdi og koldgaseffektivitet
undersøgt, Figur 5.8.
[kJ/kg]
5200
5100
5000
4900
4800
4700
4600
4500
4400
4300
Brændværdi
Koldgaseffektivitet
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1
Dampmængde [kg/s]
Figur 5.8: Variation af dampmængde, i forhold til brændværdi og koldgaseffektivitet.
Der er klart, at øget damptilførsel fører til lavere brændværdi og lavere
koldgaseffektivitet. Der må derfor tilskyndes til, at forgasser og pyrolyse konstrueres
således, at der opnås maksimal omsætning med lavest mulig dampmængde. Idet det er
klart, at den egentlige værdi for dampmængden, bestemmes af den konkrete forgasser
– af krav til fluidiseringen samt gaskvaliteten, Figur 5.9.
50
85%
84%
83%
82%
81%
80%
79%
78%
77%
76%
75%

40%
35%
30%
25%
20%
15%
10%
5%
0%
Low-Tar BIG anlægget
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1
Dampmængde [kg/s]
51
Hydrogen
Kvælstof
Kulmonoxid
Kuldioxid
Vanddamp
Svovlsulfid
Methan
Argon
Figur 5.9: Gassammensætning, som funktion af varierende dampmængde. (vol%)
Figur 5.9 viser, at gaskvaliteten falder ved stigende damptilførsel, om end det meste af
vanddampen formentlig kan udkondenseres.
I Figur 5.10, er lufttiltilsætningen til hhv. forgasser og partiel oxidation vist for 80- og
100% koksomsætning. Det ses, som følge af energibalancen, at stigende luftforbrug i
forgasseren fører til faldende luftforbrug i partiel oxidation. Summen af de to
luftstrømme er konstant.
Luftforbrug [kg/s]
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
Forgasser (80% oms.)
Partiel Oxidation
Forgasser (100% oms.)
800 900 1000 1100 1200 1300 1400
Temperatur i partiel oxidation [°C]
Figur 5.10: Luftforbrug for LT-BIG, ved varierende temperatur i den partielle oxidation.

Low-Tar BIG anlægget
I Figur 5.11 er luftoverskudstallet (lamda) for partiel oxidation afbildet og
sammenholdt med luftforbruget. Det forventes, at et højere luftoverskudstal vil føre til
et lavere tjæreindhold i produktgassen, om end det vil kræve eksperimentelle
undersøgelser, at undersøge de præcise sammenhænge herimellem.
Luftforbrug [kg/s]
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
Partiel oxidation
Luftoverskudstal i
partiel oxidation
800 900 1000 1100 1200 1300 1400
Temperatur i partiel oxidation [°C]
Figur 5.11: Luftoverskudstal og forbrug for varierende temperatur af den partielle oxidation.
Afslutningsvis, er der foretaget en parametervariation af methanindholdet i
produktgassen, Figur 5.12. Heraf ses, at et større methanindhold i gassen medfører et
lavere luftforbrug og dermed en bedre brændværdi. Dette kan umiddelbart synes lidt
mærkværdigt – og dette er heller ikke nogen eksperimentel eftervisning af, at det
forholder sig sådan!. Det er derimod udelukkende et resultat af den metode med
hvilken gassammensætningen bliver udregnet. Dog er det muligt, at sandsynliggøre
resultatet med følgende argumentation:
Hvis temperaturen holdes konstant for den partielle oxidation, så vil et lavere
luftforbrug medføre; idet der er et højt indhold af methan i pyrolysegasserne, at en
lavere del af methanen vil omsættes til CO2 , CO og H2. Endvidere vil et lavere
luftforbrug medføre mindre frigivet energi til processen, hvorfor ligevægten
C 2 H ↔ CH + Q vil forskydes mod højre.
+ 2
4
52
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
Lambda

[kJ/kg]
5600
5400
5200
5000
4800
4600
4400
4200
4000
Low-Tar BIG anlægget
0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7%
Methanindhold i produktgas [Vol%]
Figur 5.12: Methanindholdets indflydelse på brændværdi og luftforbrug.
53
2,00
1,80
1,60
1,40
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00
Luftforbrug [kg/s]
Brændværdi
Forgasser
Partiel oxidation
Der er også set på variation af andelen af forgassergas der suges tilbage og blandes
med pyrolysegasserne. I referencemodellen er denne andel sat til 10%, det ses, at ved
en variation af denne parameter opnås ændring af lufttilførsel til forgasser og partiel
oxidation.
5.2 LT-BIG modellen i et motoranlæg
Det er oplagt, at forsøge at benytte den nye LT-BIG model i et større energisystem, og
dermed se på hvilke nye muligheder for systemintegration der opstår. Det mest
oplagte vil være at se på muligheden for at levere overhedet damp eller luft ved
forskellige temperaturer, alt afhængigt af hvor i systemet det skal introduceres,
pyrolysen, forgasseren eller partiel oxidation. Men med kendskab til modellen, kan
det imidlertid hurtigt konstateres, at en sådan graduering ikke vil medføre et nyt
optimum for modellen. Eftersom der blot er tale om simple energibetragtninger for
modellen. Endvidere ville en sådan løsning i praksis, angiveligt være mere
kompliceret og komplekst med flere varmevekslere, hvorfor det formentlig af denne
grund heller ikke vil være interessant.
Det vil være en mulighed, idet et endeligt anlægsdesign for LT-BIG endnu ikke er
fastsat, at køle produktgassen ned til ca. 700°C - idet den f.eks. kan varmeveksle med
pyrolysezonen. Denne løsning er undersøgt for systemet ved 100% koksomsætning,
men med fastholdt ligevægtstemperatur på 900°C i forgasseren. Umiddelbart gav
løsningen ikke anledning til nævneværdig forøgelse af gasproduktionen, eftersom
forgasseren i forvejen er udmærket integreret med dampoverheder og luftforvarmer.
En koldere produktgas resulterer således bare i dårligere forvarmning af damp og luft.
Imidlertid kan denne konstruktion være nyttigt, idet problematik omkring materiale til
dampoverheder varmeveksleren vil kunne undgås.
Som et eksempel på, at LT-BIG modellen også kan bruges til analyse af større
energisystemer, er den indsat i motoranlægget, Figur 3.1.

Low-Tar BIG anlægget
For en model, med ligevægtstemperatur på 900 grader i forgasseren, og 100%
koksomsætning fås en el-virkningsgrad på 37,5% hvilket tilnærmelsesvis er den
samme som der opnås ved brug af en sædvanlig model for en forgasser. I appendiks F
er denne model beskrevet, og der er en nærmere sammenligning og dermed
verificering af LT-BIG modellen i forhold til en almindelig forgassermodel.
5.3 Eksperimentel verificering af model
Under projektforløbet er der lavet forsøg med LT-BIG laboratorieanlægget. Desværre
har der været nogle komplikationer mht. at få laboratorieanlægget til at køre optimalt,
derfor er der ved indeværende projekts afslutning endnu ikke foretaget tilstrækkeligt
stabile og omfangsrige målinger til at modellen kan eftervises, ej heller til at modellen
kan justeres med mere erfaringsmæssigt korrekte input. Det skal her understreges, at
det eksperimentelle arbejde der er foretager og problemerne med dette for så vidt ikke
har noget med dette projekt at gøre. I den forstand, at denne rapport ikke beskæftiger
sig med opbyggelsen af en virkelig forgasser, men kun om konstruktion og benyttelse
af en model for en forgasser.
Dog er modellen benyttet, og ikke dementeret, ved to konkrete beregninger for LT-
BIG anlægget:
• Det har været forsøgt ved hjælp af modellen, at bestemme varmetabet fra
anlægget under forsøget. Dette er gjort under den antagelse, at den
producerede gas antager samme komposition og mængde som i modellen.
Heraf er der bestemt et varmetab på ca. 8% af indført effekt. Hvilket er højt,
men måske meget realistisk for et lille nedskaleret anlæg.
• Inden de første forsøg blev iværksat, blev modellen brugt til at skabe et
overblik over luftbehovet til de enkelte zoner. Lidt overraskende, skulle der i
følge modellen tilsættes en del luft til selve forgasser zonen. Det var ellers
tænkt, at zonen i høj grad skulle opvarmes af den varme luft fra den partielle
oxidation. Forsøgene bekræftede imidlertid modellen efterfølgende, idet
lufttilsætning til forgasseren i høj grad var nødvendig for at opnå en
tilstrækkelig høj temperatur i forgasseren.
5.3.1 Muligheder for videreudbygning af model
I et videre arbejde med DNA modellen, kunne det være interessant at udvide DNA og
komponenterne i modellen således at:
• DNA kan arbejde med tjære som medie. Dette vil formentlig kræve et meget
stort arbejde, idet forskellige empiriske udtryk for enthalpi m.v skal opstilles
og implementeres i DNA, endvidere vil der formentlig være et stort arbejde i
at få afstemt metoden til at give realistiske/troværdige resultater.
• DNA kan arbejde med sand som medie. Denne udfordring er også meget stor,
idet der vil kræve meget arbejde at fastlægge en realistisk model for sands
strømning mellem zonerne.
• Der implementeres en efterforgasser, der forgasser den sidste koksrest. Denne
udvidelse vil være hurtig at indføre, men spørgsmålet er bare, som også
tidligere nævnt, om den egentlig vil medføre en reel forbedring af modellen
54

Low-Tar BIG anlægget
• Der evt. opbygges et simpelt, men dog mere brugervenligt, interface til
modellen. Således at den med større sandsynlighed vil gøre nytte i de videre
studier af to-trins- og LT-BIG processen.
5.3.2 Afrunding
Energimæssigt er der ikke mere at vinde ved LT-BIG processen, med mindre den
samme gas kan produceres med mindre damp og/eller ved en lavere temperatur, høj
koksomsætning eller et lavere varmetab. Hvis der vha. procesintegration kan opnås
højere tilgangstemperaturer for damp og luft til forgasningen, vil koldgaseffektiviteten
dog stige. Men hele ideen med designet er selvfølgelig også, at opnå et lavt
tjæreindhold i den producerede gas. Eftersom pyrolyse og forgasning er delt i to trin,
er der principielt mulighed for at integrere forgasseren mere optimalt ind i et
energisystem, idet luft og damp da kan nyttiggøres ved forskellige temperaturer.
55

Videre Arbejde
6 Videre Arbejde
Et videre arbejde foreligger umiddelbart. Idet der bør foretages et nærmere studie af
de økonomiske og styringsmæssige potentialer for de enkelte anlægsdesign. Dette vil
være nødvendigt for et bedre sammenlignings grundlag, med henblik på at kunne
udpege den mest optimale udnyttelse af forgasningsteknologien. Som nævnt i
Introduktion, kunne det bl.a. være interessant at se på muligheden for at adskille el og
varmeproduktion. Samt på muligheden for at bruge brændsler med forskellig fugt
indhold, alt afhængig af årstiden.
LT-BIG modellen bør afstemmes med stabile forsøgsdata, så snart sådanne foreligger.
56

Konklusion
7 Konklusion
Integrering af atmosfærisk biomasseforgasning med kraftvarmeproduktion kan gøres
effektivt både for Motor, Gasturbine og Combined Cycle anlæg. Det er
sandsynliggjort, at el-virkningsgrader, der kan konkurrere med dem som opnås ved de
store konventionelle anlæg, kan realiseres.
Modellering af de tre anlægstyper er foretaget i DNA, og nye komponenter er udviklet
eller gamle komponenter modificeret til brug i modellerne.
Idet der tages udgangspunkt i tabsfri systemer, og biomasse med et fugtindhold på
50% og nedre brændværdi på 19MJ/kg, er følgende resultater og erfaringer gjort for
de tre anlæg:
Motor anlæg:
Med baggrund i en eksisterende Excel model for et motor-anlæg udviklet af COWI, er
der udviklet og implementeret en ny model i DNA, der har eftervist Excel modellen.
For en gasmotor med el-virkningsgrad på 40%, opnår motorsystemet en samlet elvirkningsgrad
på 38,5. Når tab medregnes, bliver den 36,7%.
Anlægs designet er ret fastlåst mht. forbedringer, dog er foreslået en række
anlægsmodifikationer, således at anlægget f.eks. vil kunne fungere med ekstra våde
brændsler, samt mulighed for yderligere forvarmning af luft til forgasser.
Der er endvidere udtænkt og beskrevet en simpel dellastmodel for motor-anlægget,
som kan implementeres som ønsket.
Gasturbine anlæg:
På baggrund af et simpelt gasturbine anlæg kombineret med forgasning, er et mere
raffineret anlægsdesign foreslået. Dette design genvinder den frigivne varme fra
nedkølingen af produktgassen til forvarmning af den tryksatte gas i gasturbinen.
Herved opnås en el-virkningsgrad på 38%, hvorfor gasturbine anlægget umiddelbart
godt kan konkurrere med motoranlægget.
Parametervariation har vist, at ydelsen af anlægget er forholdsvis afhængig af
fugtindholdet i biomassen.
Combined Cycle anlæg:
Anlægget er meget effektivt, og robust i forhold varierende fugtindhold i biomasse.
Der er set på forskellige muligheder for at forbedre anlægsdesignet, og der er
konstateret en marginal forbedring af el-virkningsgraden, hvis luftforvarmning til
forgasseren foretages før varmeveksling med dampkredsløb, på ca. 0,3%.
El-virkningsgraden for systemet bliver da på næsten 45%.
Der er opbygget en computermodel af LT-BIG forgasseren. Overordnet set
fremkommer modellen forventeligt med de samme resultater, som en standard ”blackbox”
forgassermodel – det interessante er imidlertid, at den også beskriver de interne
processer og energistrømme i forgasseren.
Herved er skabt et redskab, hvorved der let kan laves systemstudier, af energibalancer
og stofsammensætninger i og imellem de enkelte zoner (pyrolyse, partiel oxidation,
forgasning og svæv).
57

Konklusion
Ved indeværende rapports afslutning, har der kun været foretaget få forsøg med en
laboratorie model af LT-BIG forgasseren, der foreligger således ikke endelige stabile
måledata der kan verificere modellen.
Modellen har dog allerede vist sin duelighed, idet den bl.a. har forudsagt,
nødvendigheden af at tilføre luft til forgasserzonen, hvilket forsøg senere har
bekræftet. Endvidere er den blevet benyttet til at estimere et varmetab fra
forsøgsmodellen på 8%.
Det opstår i forbindelse med integrering af forgassere i kraftvarmeværker en stor
udfordring i optimalt at udnytte den energi der frigøres, når produktgassen bliver kølet
kraftigt ned med henblik på rensning – og dermed forhindre noget af det exergitab der
opstår, hvis varm gas omformes til lunken fjernvarme. Alternativt består udfordringen
i, at konstruere en forgasser, hvor gassen ikke behøver at blive renset, eller i mindste
kan renses ved en højere temperatur.
58

8 Litteraturliste
Litteraturliste
1. Elmegaard, (1999). Simulation of Boiler Dynamics – Development, Evaluation
and Application of a General Energy System Simulation tool. (ET-PhD 99-02).
Institut for Energiteknik, DTU.
2. Excel model af et motor anlæg integreret med en forgasser, Udleveret af Jens
Dahl Bentzen, COWI.
3. Shampine, Allen & Pruess, (1997). Fundamentals of Numerical Computing.
WILEY
4. Jaluria, (1998). Design and Optimization of Thermal System. Mc. Graw Hill.
5. Arfken & Weber, (1995). Mathematical Methods for Physicists, International
Edition. Academic Press.
6. Lorentzen, (1995). Power Plant Simulation. Institut for Energiteknik, DTU.
7. Perstrup, (1991). Analysis of Power plant installations based on nework
theory. Institut for Energiteknik, DTU.
8. Witt & Christensen, (1995). Various Parameters Influencing Efficiency of and
Emission from High-efficient Gas Engines. Artikel udgivet ved International
Gas Research Conference.
9. Smith, Ness & Abbot, (2001). Introduction to Chemical Engineering
Thermodynamics, sixth edition. Mc Graw Hill.
10. Incropera & DeWitt, (1996). Introduction to Heat Transfer, third edition.
WILEY.
11. Larsen, (1993). Termodynamik 2. udgave. Polyteknisk forlag.
12. Gøbel, (1999). Dynamisk modellering af forgasning i fixed koksbed. (ET-PhD
99-04). Institut for Energiteknik, DTU.
13. Henriksen, Kofoed, Christensen, Gabriel & Koch, (1991). Pyrolyse og
forgasning af halm – delrapport 4. Laboratoriet for Energiteknik, DTU.
14. Sorensen & Schramm, (1996). Forbrænding og Luftforurening: Notesamling.
(ET-NE 96-01). Institut for Energiteknik, DTU.
15. Fock & Thomsen, (1999). Modellering af totrinsforgasser, Hovedrapport.
Institut for Energiteknik, DTU.
16. Moran & Shapiro, (1998). Fundamentals of Engineering Thermodynamics,
Third edition. WILEY
59

Litteraturliste
17. Danielsson, (1991). Motorer och kraftvärmeaggregat för naturgasdrift.
Nordisk Gasteknisk Center.
18. Noter udleveret omkring modellering i forbindelse med kurset; Termiske
kræftværker, (2000) af Lektor Niels Houbak, MEK, DTU.
19. www.et.dtu.dk/software/dna/
20. Bentzen & Hummelshøj, (2000). Low Tar and High Efficient Gasification
Concept. Artikel i udgivet i forbindelse med ECOS 2000.
21. Datablad for gasmotoren; JENBACHER JMC 316 GS-S.L – B45.
22. Lenk & Voigtländer, (2001). Use of Different Fuels in Gas Turbines. Artikel
fra tidsskriftet, VGB Powertech (8/2001).
23. Udnyttelse af biomasse i energisektoren, (1996). Biomasse kraftvarme
udviklingskortlægning, (2001). Rapporter udgivet af EMU, Energi & Miljø
Undersøgelser. (http://www.emu-consult.dk/biomasse_d.shtml)
24. Jensen, (1996). Gasturbiner eller gasmotorer i kraftvarmeværker?. Artikel fra
tidskriftet, Energi & Planlægning (1-96).
25. Papirer udleveret af Jens Dahl Bentzen, COWI. Beskrivende: Mulige
reaktordesign af delprocesser til storskala totrinsforgasning.
26. Papirer udleveret af Jens Dahl Bentzen, COWI. Beskrivende: procesforløbet i
den planlagte LT-BIG forgasser.
27. Fock & Thomsen, (1999). Optimering af koncepter for medstrømsforgasning,
Hovedrapport. Institut for Energiteknik, DTU.
28. Andersen & Pedersen, (2001). Pyrolyse af træflis – hovedrapport. (MEK-ET-
EP 2001-04). MEK, DTU.
29. Arcangioli, Gamberi, Milli & Scapecchi, (2002). Analysis of an Indirectly
Biomass-fired Gas Turbine Engine Integrated with Pyrolysis for
Supplementary Internal Firing. MEK, DTU.
30. Personlig samtale med Ph.D. Benny Gøbel. MEK, DTU.
31. Kalkschmitt & Bridgwater, (1997). Biomass Gasification & Pyrolysis – State
of the Art and Future Prospects. CPL Press.
32. Dalegaard, Hansen, Kipp & Pedersen, (2002). Implementering af
Biogasfællesanlæg. Teksam, RUC. http://www.akademiskopgavebank.dk
33. Nielsen, (2002). Koksomsætning i LT-CFB anlæg. MEK, DTU.
60

9 APPENDIKS
APPENDIKS A - EES
A EES model
Efterfølgende vil EES modellen kort blive præsenteret og beskrevet.
A.1 Beskrivelse af modellen og antagelserne
Oplægget til modellen var, at hvor det var muligt at ”skære en hæl og klippe en tå” der
skulle det gøres!
Medierne i modellen består udelukkende af luft og vand. Luft beskriver både;
produktgas og røggas. Vand beskriver dels vandindholdet i gassen (fugtig luft) men
også dampkredsløbet.
Der regnes ikke med entalpier, men derimod med gennemsnitlige CP værdier samt
brændværdier.
I tørreprocessen betragtes to nedre brændværdier 13 . En brændværdi baseret på flis ved
en given fugtprocent, og en brændværdi baseret på den samme flis tørret til en lavere
fugtprocent, f.eks. 10%. Energien der skal tilføres tørreprocessen findes som
forskellen i brændværdi plus energi til opvarmning af flis fra omgivelsernes
temperatur til en fastsat temperatur f.eks. 150°C.
Forgasningsprocessen modelleres ved en simpel energibetragtning. Damp mængden
der tilføres, udregnes fra tørringen, og massestrømmen af luft ind, antages at være det
samme som massestrømmen af flis indført. Den sidste antagelse er baseret på nogle
hurtige overslag fra både Excel model [2] og [15]. Brændværdien af produktgassen
udregnes som brændværdien efter tørreprocessen minus det energiforbrug der har
været til opvarmning af flis, luft og damp til en fastsat forgasningstemperatur.
Motoren modelleres vha. en el-virkningsgrad, en varmevirkningsgrad og en tabskoefficient.
Lufttilførelsen til motoren er, i lighed med luftstrømmen til forgasseren,
antaget at være et konstant forhold - to gange massestrøm af produktgas, baseret på
overslag fra [2 og [15].
Resten af processerne i energisystemet betragtes som rene varmevekslere med og
uden kondensering.
Varmevekslerne er modelleret som modstrøms vekslere med en konstant effektivitet
(Følger NTU metoden bl.a. beskrevet i [10])
For at bestemme kondenseringsenergien, udregnes først damptrykket ved den kolde
temperatur, idet det antages, at gasen/luften er mættet med vand. Herefter kan
vandindholdet og dermed kondenseringsenergien udregnes.
(Følger teori for fugtig luft, bl.a. beskrevet i [11])
13 Det bemærkes, at der i EES modellen er arbejdet med begrebet brændværdi på en lidt utraditionel
måde. I modellen bliver brændværdien ”uspecifik”, idet enheden er [kJ/(kg*s)]
61

APPENDIKS A - EES
A.2 Udskrift af EES program
{ - Simpel model af forgasnings motor anlæg! - }
"luft - damp varmeveksler"
FUNCTION c_min(T3;m6;T10;m3)
cp3=specheat(AIR;T=T3)
cp5=specheat(STEAM;T=T10;P=100)
IF (m3*cp3

APPENDIKS A - EES
"To-trinsforgasser"
m3=m12+m11+m2_vand+m1_biomasse
LHV3=(LHV2*1000-m1_biomasse*Cp_biomasse*(T9-T2)-
m2_vand*specheat(STEAM;T=(T3-T2)/2;P=100)*(T3-T2)m11*specheat(STEAM;T=(T3-T11)/2;P=100)*(T3-T11)m12*specheat(AIR;T=(T3-T12)/2)*(T3-T12))/(1000)
{[MW]}
"varmeveksler1"
m11=m1_flis-(m1_biomasse+m2_vand)
q1=eta_varmeveksler*c_min(T3;m11;T10;m3)*(T3-T10)
q1=m3*specheat(AIR;T=T3)*(T3-T4)
q1=m11*specheat(STEAM;T=T10;P=100)*(T11-T10)
"Varmeveksler2"
m12=m1_flis
q2=eta_varmeveksler*c_min2(T4;m12;T1;m3)*(T4-T1)
q2=m3*specheat(AIR;T=T4)*(T4-T5)
q2=m12*specheat(AIR;T=T1)*(T12-T1)
"Varmeveksler3"
{Indtil videre ! , "luften" køles ned til 50 grader (fjernvarme)
}
T6=45
Q_gascooling=m3*specheat(AIR;T=(T5-T6)/2)*(T5-T6)/1000 {[MJ/s]}
Ps=0,000001396*T6^3 - 0,00006091*T6^2 + 0,001896*T6 + 0,002375
m_kondens=m1_vand-(m3-m1_vand)*0,622*Ps/(1-Ps) "Det antages, at
gassen er mættet med vanddamp "
” molmasse forholdet mellem vand og luft er 18/29 = 0,622 ”
Q_condensing=m_kondens*h_evap_vand {[MJ/s]}
m6=m3-m_kondens
"motor"
P_motor=eta_el*LHV3 {[MW]}
LHV3=Q_motor+P_motor+Q_luft/1000+Q_tabprocent*LHV3
m_luft=2*m6 "Bemærk, empirisk !! lala "
Q_luft=m6*specheat(AIR;T=(T7-T6)/2)*(T7-
T6)+m_luft*specheat(AIR;T=(T7-T1)/2)*(T7-T1)+(m1_vandm_kondens)*h_evap_vand
"varmeveksler4"
q4=(m1_vandm2_vand)*h_evap_vand*1000+cp_biomasse*m1_biomasse*(T2-T1)+m2_vand*specheat(STEAM;T=(T2-T1)/2;P=100)*(T2-T1)+(m1_vandm2_vand)*specheat(STEAM;T=(T9-T1)/2;P=100)*(T9-T1)
m7=m_luft+m6
m9=m10+m1_vand-m2_vand
q4=eta_varmeveksler*c_min(T7;m7;T9;m9)*(T7-T9)
q4=m7*specheat(AIR;T=T7)*(T7-T8)
q4=m9*specheat(STEAM;T=T9;P=100)*(T10-T9)
"diverse"
Q_luftcooling=m7*(T8-T6)*specheat(AIR;T=(T8-T6)/2)/1000{[MW]}
eta_el_nyttiggjort=P_motor/(LHV1)
eta_varme_nyttiggjort=(Q_motor+Q_luftcooling+Q_gascooling+Q_conde
nsing)/(LHV1)
eta_total=eta_el_nyttiggjort+eta_varme_nyttiggjort
63

APPENDIKS B - Motor model
B Motor model
Eftersom der ikke fandtes en komponent i DNA biblioteket, der på tilfredsstillende vis
kunne simulere en motor, blev det besluttet at udvikle en simpel men fleksibel
komponent. Se evt. kapitel 1.
B.1 Komponent opbygning, GASBUR_3
Som udgangspunkt, ved opbygning af komponenter i DNA, er det smart at tage
udgangspunkt i en allerede eksisterende model/komponent, i realiteten er det muligt at
starte helt fra scratch, om end en del mere besværligt.
Engine_1 har taget udgangspunkt i GASBUR_3 (burner.for) hvis flowdiagram ser ud
som i Illustration B.1 Det er en simpel gasbrænder, der for støkiometrisk eller
overstøkiometrisk ideal forbrænding (perfect combustion), udregner
røggassammensætningen, og temperaturen heraf, når gas og luft betragtes som
idealgasser. Røggassen bliver udregnet for indhold af otte bestanddele:
{02 N2 NO CO2 H2O SO2 NO2 Ar}
GAS
Parametre: tryktab
GASBUR_3
LUFT
VARMETAB
RØGGAS
Illustration B.1: Udgangspunkt for ENGINE_1 komponent.
Ialt består komponenten til at bestå af følgende ubekendte:
Tryk 3
Temperatur 3
Massestrøm 3
Sammensætning af røggas 8
Varmetab 1
I alt 18
Til løsning heraf opstilles følgende ligninger:
Ens tryk af GAS og LUFT 1
Konstant trykforhold imellem gas og røggas 1
Røggassammensætning (Atombalance m.v.) 8
Massebevarelse 1
Energibevarelse 1
I alt 12
Eksternt påtrykte konditioner 6
I alt 18
64

APPENDIKS B - Motor model
B.2 Komponent opbygning, ENGINE_1
Engine_1 tager som tidligere omtalt sit afsæt i GASBUR_3 komponenten, idet denne
allerede inkorporerer ligninger for bestemmelse af røggassammensætning og
trykforhold. komponenten ændres en smule, således at den får et flowdiagram som i
Illustration B.2.
Parametre: tryktab, lambda,
elvirkningsgrad,
varmevirkningsgrad,
tabskoefficient
GAS
ENGINE_1
LUFT
VARMETAB
EL
RØGGAS
KØLEEFFEKT
Illustration B.2: Flowdiagram for Engine_1 komponent.
Nu består modellen af følgende ubekendte
Tryk 3
Temperatur 3
Massestrøm 3
Sammensætning af røggas 8
Varmetab 1
Køleeffekt 1
El 1
I alt 20
Og til bestemmelse heraf, kan følgende ligninger formuleres:
Ens tryk af GAS og LUFT 1
Konstant trykforhold imellem gas og røggas 1
Røggassammensætning (Atombalance m.v.) 8
Massebevarelse 1
Energibevarelse 1
Varmetab som andel af LHV 1
El produktion som andel af LHV 1
Varmeproduktion som andel af LHV 1
m luft som funktion af m gas & lambda 1
I alt 16
Eksternt påtrykte konditioner 4
I alt 20
65

APPENDIKS B - Motor model
B.2.1 Lambda og LHV
Efterfølgende skal de nødvendig ligninger, for udregning og behandling af lambda og
LHV introduceres. Begge størrelser er beskrevet og forklaret i [14]
Lambda, som også benævnes luftoverskudstallet kan udregnes efter en fast definition:
m
luft
= λ ⋅ AF
AF
På residualform
mluft
RES =
λ ⋅ AF
⋅ m
gas
λ = luftoverskudstallet
min
min
= luft − brændstofforhold,
min
:
− m
Udregning af LHV:
gas
støkiometrisk
66
forbrænding.
LHV udregnes efter de vægtede bidrag fra H2, CO samt CH4’s brændværdier.
LHV
LHV
MIX
m
=
Enhedskontrol
MIX
=
GAS
⋅ nV ⋅
:
⋅ ⋅
kg
⋅
Nm
kmol
kg mol kJ
3
s Nm
1000 3
( vol%(
H ) ⋅ LHV ( H ) + vol%(
CO)
⋅ LHV ( CO)
+ vol%(
CH ) ⋅ LHV ( CH ) )
2
⇔
kJ
s
Udregning af nV: (mol pr. normalkubikmeter)
nV ≡
n
V
Idealgasli gning:
pV = nRT ⇔nV
=
p = 101325Pa
mol
nV = 44,
62 3
Nm
Udregning af ρ:
;
p
RT
J
R = 8,
314
mol⋅
K
2
;
1000 ⋅ ρ
T = 273,
15°
K
4
4

ρ =
ρ =
nV ⋅
Enhedskontrol
APPENDIKS B - Motor model
X∈{
H , N , CO,
CO , H O,
CH , Ar}
:
mol kg
⋅ 3
Nm kmol
1000
2
2
2
⇔
vol%(
X ) ⋅ M ( X )
2
1000
4
kg
Nm
3
B.2.2 Kontrol
Under udvikling af motorkomponenten, er der blevet skelet meget til motor modellen
i Excel [2]. Denne kontrol sigter på, med ens input i Excel og DNA, at skabe et ens
output. Derved sandsynliggøres, at DNA modellen er rigtigt implementeret.
I Skema B.1 ses resultater for Excel og DNA, og der bemærkes en udmærket
overensstemmelse, dog får DNA en lidt forskellig temperatur for røggassen – denne
uoverensstemmelse skyldes formentlig små forskelle i råstof data for de to modeller.
Af Skema B.2 ses de fælles input til motoren.
EXCEL DNA
Trøggas [°C] 451 463
mluft [kg/s] 6,28 6,29
mrøg [kg/s] 9,79 9,80
Elproduktion [MW] 7,19 7,19
Køling af motor [MW] 5,04 5,03
Tab i motor [MW] 0,9 0,9
CO2 0,1364 0,1364
H20 0,1813 0,1813
N2 0,6516 0,6517
O2 0,0307 0,0307
check 1,0000 1,0001
Skema B.1: Sammenligning af EXCEL og DNA motorresultater.
Tgas
45°C
Tluft
25°C
mgas
3,51 kg/s
Lambda 1,3
Elvirkningsgrad 40 %
Varmevirkningsgrad 28 %
Procent til tab 5 %
CO2
0,1491
CO 0,1421
H2O 0,0916
H2
0,2955
CH4
0,0000
0,3217
N2
Skema B.2: Inputdata til motorkontrol.
67

APPENDIKS B - Motor model
B.2.3 DNA programudskrift, ENGINE_1
C********************************************************************
SUBROUTINE ENGINE_1(KOMTY,ANTLK,ANTKN,ANTPK,ANTM1,
: MEDIE,ANTME,VARME,ANTEL,
: VAREL,MDOT,E,P,Q,PAR,RES,X_J)
C********************************************************************
C
C Engine_1 is a simpel model of a gasengine. In the chamber gas
C is burned under perfect combustion.
C The gas may not contain NH3, H2S, HCN and COS.
C The electric and "cooling" efficencies are gives as parameters.
C The heat loss in the engine is an additional parameter as well.
C There is a pressure loss through the chamber.
C
C********************************************************************
C
CA FKOMP - INPUT - Flag with the value:
CA 1: Initialize the component.
CA 2: Initialize with actual system.
CA 3: Fluid composition calculation (constant).
CA 4: Find residuals.
CA 5: Find residuals and check variables.
CA 6: Output information about component.
CA MDOT - INPUT - Massflows from nodes.
CA P - INPUT - Pressure in nodes.
CA Q - INPUT - Exchanged heat.
CA PAR - INPUT - Parameters of the component.
CA X_J - INPUT - Fluid composition.
CA KOMTY - OUTPUT - Component name.
CA ANTPK - OUTPUT - Number of parameters for the component.
CA ANTLK - OUTPUT - Number of equations in the component.
CA ANTEX - OUTPUT - Number of independent equations in the component.
CA ANTED - OUTPUT - Number of differential independent equations.
CA ANTKN - OUTPUT - Number of nodes connected to the component.
CA ANTM1 - OUTPUT - Number of massflows in the first conservation of
CA mass equation.
CA ANTM2 - OUTPUT - Number of massflows in the second.
CA DYCOM - OUTPUT - Type of conservation equations (static or dynamic
CA mass and internal energy on side 1 and 2
respectively;
CA and dynamic solid internal energy).
CA MEDIE - IN/OUT - Media (fluid) of the connected nodes.
CA The values mean :
CA 29 : Nitrogen rich gas.
CA 26 : Syngas.
CA 31 : Exhaust gas (variable composition).
CA 300 : Heat.
CA ANTME - OUTPUT - Number of fluids with variable composition.
CA VARME - OUTPUT - Fluid numbers (with variable composition).
CA ANTEL - OUTPUT - Number of compounds in these variable fluids.
CA VAREL - OUTPUT - Compound numbers in variable fluids.
CA RES - OUTPUT - Residuals for the component.
C
CL AF Nitrogen rich air-to-syngas ratio.
CL DPP P3 as a percentage of P1.
CL XPRO Exhaust gas composition.
CL K_PAR Parameter description.
CL K_LIG Equation description.
CL K_BET Condition description.
CL K_MED Media description.
68

C
C Subroutines : COMB_PRO
C COMINF
APPENDIKS B - Motor model
CP Programmer : Bent Lorentzen 1994
CP Lab. for Energetics, DTH, Denmark.
C********************************************************************
C
C Including the common "environment"
C
INCLUDE 'ENVIRO.INI'
INCLUDE 'THERPROP.DEC'
C
C Parameter variables
C
INTEGER ANTLK, ANTKN, MEDIE(6), ANTPK,
: ANTM1, ANTME, VARME(3), ANTEL(3),
: VAREL(ANTST,3)
DOUBLE PRECISION X_J(MAXME,ANTST), PAR(5), RES(14),
: MDOT(3), P(3), Q(3), E
CHARACTER*20 KOMTY
C
C Local variables
C
INTEGER K_MED(4)
DOUBLE PRECISION DPP, AF, XPRO(ANTST), AFMIN, LHV,LAMBDA,
: etavarme, etael, etatab, nV, rho
CHARACTER*20 KMEDDS(4)
CHARACTER*40 K_PAR(1),K_STAT(1)
CHARACTER*80 K_LIG(10), K_BET, KOMDSC
EXTERNAL COMB_PRO,COMINF
INCLUDE 'THERPROP.INI'
C====================================================================
GOTO (100,200,1,400,400,200) FKOMP
1 RETURN
C--------------------------------------------------------------------
C Component name
C--------------------------------------------------------------------
100 CONTINUE
KOMTY = 'ENGINE_1'
GOTO 9999
C--------------------------------------------------------------------
C Component characteristics
C--------------------------------------------------------------------
200 CONTINUE
KOMTY = 'ENGINE_1'
ANTKN = 6
ANTPK = 5
ANTLK = 14
ANTM1 = 3
MEDIE(1) = -4
MEDIE(2) = -4
MEDIE(3) = -4
MEDIE(4) = 200
MEDIE(5) = 300
MEDIE(6) = 300
ANTME = 3
VARME(1) = -1
VARME(2) = -2
VARME(3) = -3
ANTEL(1) = 0
69

APPENDIKS B - Motor model
ANTEL(2) = 0
ANTEL(3) = 8
VAREL(1,3) = 2
VAREL(2,3) = 3
VAREL(3,3) = 5
VAREL(4,3) = 6
VAREL(5,3) = 7
VAREL(6,3) = 10
VAREL(7,3) = 30
VAREL(8,3) = 36
IF (FKOMP.EQ.6) GOTO 600
*** FKOMP = 3
GOTO 9999
C--------------------------------------------------------------------
C Component equations. All in residual form.
C Do not include the conservation laws, since these are treated
C automatically by DNA.
C--------------------------------------------------------------------
400 CONTINUE
AF = MDOT(1)/MDOT(2)
CALL COMB_PRO(AF,AFMIN,MEDIE(1),MEDIE(2),X_J,XPRO)
DPP = PAR(1)
LAMBDA = PAR(2)
etael = PAR(3)
etavarme = PAR(4)
etatab = PAR(5)
C
C Pressure
C
RES(1) = P(1) - P(2)
RES(2) = P(1)*DPP - P(3)
C
C Variable mole ratios
C
RES(3) = X_J(MEDIE(3),2) - XPRO(2)
RES(4) = X_J(MEDIE(3),3) - XPRO(3)
RES(5) = X_J(MEDIE(3),5) - XPRO(5)
RES(6) = X_J(MEDIE(3),6) - XPRO(6)
RES(7) = X_J(MEDIE(3),7) - XPRO(7)
RES(8) = X_J(MEDIE(3),10) - XPRO(10)
RES(9) = X_J(MEDIE(3),30) - XPRO(30)
RES(10) = X_J(MEDIE(3),36) - XPRO(36)
C Udregning af mol/Nm3 vha idealgas.
nV=101325/(273.15*8.314)
C Udregning af rho, for indført gas i motor (våd)
rho=(X_J(MEDIE(2),1)*M_MOL(1)+X_J(MEDIE(2),3)*M_MOL(3)+
+X_J(MEDIE(2),4)*M_MOL(4)+X_J(MEDIE(2),6)*M_MOL(6)+
+X_J(MEDIE(2),7)*M_MOL(7)+X_J(MEDIE(2),9)*M_MOL(9)+
+X_J(MEDIE(2),11)*M_MOL(11)+X_J(MEDIE(2),36)*M_MOL(36))*nV/1000
C PRINT*, nV, rho
C
C LHV (Lower heating value) of fuel (medie 2)
C
70

APPENDIKS B - Motor model
LHV = mdot(2)*(X_J(MEDIE(2),1)*NED_H(1)+
+X_J(MEDIE(2),4)*NED_H(4)+X_J(MEDIE(2),11)*NED_H(11))*nV/1000/rho
C
C Varmeproduktion
C
RES(11) = LHV*etavarme+Q(2)
C
C Elproduktion
C
C
C Varmetab
C
RES(12) = etael*LHV+E
RES(13) = etatab*LHV+Q(1)
C
C Implementering af lambda betingelse..
C
RES(14) = MDOT(1)/LAMBDA/AFMIN - MDOT(2)
C RES(13) = (MDOT(1)/MDOT(2))/AFMIN - LAMBDA
C JFR NOTESAMLING,,, giver samme resultat !
C
IF (FKOMP.EQ.5) GOTO 500
GOTO 9999
C--------------------------------------------------------------------
C Solution check
C--------------------------------------------------------------------
500 CONTINUE
IF (MDOT(1).LT.-1D-10) GOTO 550
IF (MDOT(2).LT.-1D-10) GOTO 550
IF (MDOT(3).GT.1D-10) GOTO 550
IF (Q(1).GT.1D-10) GOTO 550
IF (P(1).LT.P(3)) GOTO 550
IF (AF.LT.AFMIN) GOTO 550
GOTO 9999
550 FBETI = .FALSE.
GOTO 9999
C--------------------------------------------------------------------
C Write component information
C--------------------------------------------------------------------
600 CONTINUE
KOMDSC =
$ 'Gas Engine'
K_LIG(1) = 'P1 = P2'
K_LIG(2) = 'DDP = P3/P1'
K_LIG(3) = 'X_J(O2) = XPRO(M1,M2,X_J)'
K_LIG(4) = 'X_J(N2) = XPRO(M1,M2,X_J)'
K_LIG(5) = 'X_J(CO2) = XPRO(M1,M2,X_J)'
K_LIG(6) = 'X_J(NO) = XPRO(M1,M2,X_J)'
K_LIG(7) = 'X_J(H2O) = XPRO(M1,M2,X_J)'
K_LIG(8) = 'X_J(SO2) = XPRO(M1,M2,X_J)'
K_LIG(9) = 'X_J(NO2) = XPRO(M1,M2,X_J)'
K_LIG(10) = 'X_J(Ar) = XPRO(M1,M2,X_J)'
K_LIG(11) = 'Q(2) = LHV*etavarme'
71

APPENDIKS B - Motor model
K_LIG(12) = 'E = LHV*etael'
K_LIG(13) = 'Q(1) = LHV*etatab'
K_LIG(14) = 'LAMBDA = (MDOT(1)/MDOT(2))/AFMIN'
K_PAR(1) = 'DPP'
K_PAR(2) = 'LAMBDA'
K_PAR(3) = 'Electric eff.'
K_PAR(4) = 'Cooling/heating eff.'
K_PAR(5) = 'Loss eff.'
K_BET = 'MDOT1>0 ; MDOT2>0 ; MDOT3AFMIN'
K_MED(1) = MEDIE(1)
K_MED(2) = MEDIE(2)
K_MED(3) = MEDIE(3)
K_MED(4) = MEDIE(4)
K_MED(5) = MEDIE(5)
K_MED(6) = MEDIE(6)
KMEDDS(1)= 'Air'
KMEDDS(2) = 'Fuel'
KMEDDS(3) = 'Combustion products'
KMEDDS(4) = 'Electricity'
KMEDDS(5) = 'Heat loss'
KMEDDS(6) = 'Heat production'
K_STAT(1) = ' '
CALL COMINF(KOMTY,KOMDSC,ANTKN,ANTPK,ANTLK,1,
$ K_MED,K_PAR,K_LIG,K_BET,KMEDDS,K_STAT)
GOTO 9999
C
9999 CONTINUE
RETURN
END
C====================================================================
72

APPENDIKS C - Bestemmelse af gassammensætning
C Bestemmelse af gassammensætning
Bestemmelse af gassammensætningen efter forgasning, kan ske ved at der ses på en
ligevægtsbetragtning. Dvs. sammensætningen udregnes, som var der indtruffet en
ligevægt i systemet.
I [15 27 m.fl.] er gassammensætningen udregnet vha. den såkaldte water-gas shift
ligning. Herved ses på ligevægten:
CO2 + H 2 ↔ CO + H 2O
Løsning af problemet er beskrevet i [12], og i [15], idet molstrømmen af methan er
empirisk bestemt, og molstrømmen af N2 holdes uden for reaktionen, kan
gassammensætningen ud af forgasseren bestemmes for en given temperatur.
Ligevægtskonstanten er ligeledes empirisk kendt for forskellige temperaturer.
Gassammensætningen bestemmes for; H2 , H2O , CO , CO2 , N2 og CH4.
For reaktioner med flere reagerende stoffer, kan ovenstående metode ikke benyttes, og
dog, er det stadig muligt at opstille et antal ligevægte og bestemme ligevægtskonstanterne
for disse.
En anden metode er imidlertid at minimere gibbs’ fri energi. Ved konstant temperatur
og tryk vil der opstå en ligevægt, hvor den totale Gibbs-energi antager er minimum.
dG
Hvilket vil sige, at ændringen af Gibbs-energi er nul; ( ) 0
73
, = T P
Metoden ved minimering af Gibbs-energi går ud på at finde dette minimum, og
udregne gassammensætningen i minimaet.
C.1 Indledende øvelser
En længere rejse tilbage i termodynamikken synes nødvendig, for at udlede de
relevante formuleringer til brug ved minimering af Gibbs-energi.
Gibbs-energi eller Gibbs’ fri energi er defineret som:
Enthalpien H, er defineret som:
G ≡ H − T ⋅ S
H ≡ U +
PV
Den indre energi U fremgår af 1. hovedsætning som:
d U = dQ − dW , dQrev
= TdS og dW = PdV
Heraf følger, at Gibbs-energi også kan udtrykkes som:
dG =
dH − SdT − TdS
dG = dU + PdV + VdP − SdT − TdS
dG = TdS − PdV + PdV + VdP − SdT − TdS
dG = VdP − SdT

APPENDIKS C - Bestemmelse af gassammensætning
Endvidere følger, at de partielle afledede for hhv. konstant temperatur hhv. konstant
tryk, kan skrives som:
∂G
∂G
= V ,
= −S
∂P
∂T
T
Ovenstående udtryk gælder for ét stof i én fase. Hvis udtrykket skal udvides til at
gælde for en blanding af reaktive stoffer, da bliver Gibbs-energi ikke blot afhængig af
temperatur og tryk, men også af antal mol af de respektive stoffer i blandingen.
Hvis der er i stoffer i blandingen, og ni er antallet af mol af stof i – kan Gibbs-energi
nu formuleres:
dG =
∂G
∂P
T
dP +
74
∂G
∂T
P
P
dT +
i
∂G
∂n
i
P,
T , n
Gibbs’ fri energi er nu en funktion af: {T,P,n1,n2,…,ni}
Det sidste led i udtrykke kaldes per definition for det kemiske potentiale, og betegnes
µ.
µ ≡
i
∂G
∂n
i
T , P,
n
Det kemiske potentiale er for ideale blandinger [16] også lig med:
j
yiP
µ i = Gi
+ RT ln
,
P
ref
ni
yi
=
n
C.2 Minimering af Gibbs-energi
Normalt ved bestemmelse af en funktions ekstrema, løses først for; ”første afledede
lig med nul”, og bagefter for ”anden afledede større end nul”, hvis det er et minimum
der skal bestemmes.
Ovenstående metode kræver imidlertid at funktionen er to gange differentiabel, samt
at den er ubegrænset (unconstrained).
Dette er ikke tilfældet ved minimering af gibbs energi, en begrænsning er da, at der
skal være ”atombevarelse”, endvidere er Gibbs funktion afhængig af flere variable
{T,P,n1,n2,…,ni}.
En måde at løse optimeringsproblemer er, for flervariable funktioner med
begrænsninger, at benytte: TheLagrange undetermined multiplier method.
Metoden er beskrevet i [5, 13, 9 og 4], resultatet af metoden er en transformering af
ovenstående problem - til et system er x ligninger med x ubekendte.
j
dn
i

APPENDIKS C - Bestemmelse af gassammensætning
C.2.1 Lagrange metoden
Det vil selvfølgelig være for vidtfavnende at gennemgå alt den bagvedliggende
matematik, og formentlig også meget svært. Efterfølgende bliver teorien derfor kun
kort postuleret, således som den kan bruges. (Frit fra [4])
En funktion U (x)
, hvor der skal findes optimum for, og som er begrænset af
funktionerne G (x)
- kan omskrives til en ny funktion, Lagrange funktionen:
Y ( x)
= U ( x)
+ λ ⋅G(
x)
, hvor λ benævnes Lagrange multipliers. Optimum for U (x)
findes ved at løse ligningssystemet:
∂U
∂G(
x)
+ λ ⋅ = 0
∂x
∂x
75
og
G(
x)
= 0
C.2.2 Lagrange metoden i praksis 14
De forgasser komponenter som er lavet til DNA, kan udregne gassammensætningen
for 15 forskellige stoffer: H2 , O2 , N2 , CO , CO2 , H2O , NH3 , H2S , SO2 , CH4 , NO2
, HCN , COS , Ar samt for aske. I disse stoffer indgår seks forskellige atomer: H, O,
C, N, S og Ar.
Problemet er, at finde det sæt af molsammensætninger, som minimerer Gibbs-energi
for fastholdt temperatur og tryk, begrænset af at atombalancerne skal overholdes.
Atombalancen kan for et atom skrives som:
i
ni ⋅ aik
= Ak
⇔ ni
⋅ aik
− Ak
= 0
i
( For DNA : k =
ni er molstrømmen for stoffet i.
aik er antalet af atomer af typen k i stoffet i. (f.eks. 4 brint atomer i methan)
Ak er total molstrøm med atom k i blandingen.
H, O, C, N, S og Ar)
For DNA, er der seks atombalancer (seks begrænsende ligninger), hver atombalance
skal multipliceres med Lagrange multiplier, λk:
Summeret over de k atombalancer:
λ k ⋅ ni
⋅ aik
− Ak
k
i
λ ⋅
k
i
n ⋅ a
i
ik
− A
14 Afsnittet er delvist afskrevet fra [9] – samt [1].
= 0
k
= 0

APPENDIKS C - Bestemmelse af gassammensætning
Jævnfør teorien omkring Lagrange, kan der nu opskrives en ny funktion F, som
summen af Gibbs-energi og de begrænsende funktioner (atombalancer).
F = G + λ ⋅
k
k
76
i
n ⋅ a
i
ik
− A
Minimum for funktionen F, er også minimum for funktionen G, når den er udsat for
atombalance indskrænkningen. Minimum indtræffer når alle de partielt afledede er lig
med nul:
∂F
∂n
i
T , P,
n
j
=
∂G
∂n
i
T , P,
n
j
+
k
λ ⋅ a
I et tidligere afsnit er det vist, at
k
ik
∂G
∂n
= 0
i
T , P,
n
µi, der for idealgasser, også kan skrives som:
µ = G + RT ln
i
i
j
k
( For DNA : i = 1,
2,...,
15)
netop er definitionen på kemisk potentiale,
yiP
P
Hvor Gi er den frie Gibbske energi for stoffet i.
Hermed er problemet løst, idet det for DNA kan formuleres, som et system af 21
ligninger (15+6) med 21 ubekendte (ni samt λk), nemlig:
yiP
Gi
+ RT ln
P
i
n ⋅ a
i
ik
= A
ref
k
+
k
λ ⋅ a
k
ik
= 0
ref
( For DNA : i = 1,
2,...,
15)
( For DNA : k =
H, O, C, N, S og
Det endelige ligningssystem løses simultant i DNA vha. Newton Raphson metoden.
Idet Gibbs-energi, Gi - for hvert stof udregnes på vanlig vis, når DNA har udtryk for
enthalpi og entropi. I [1] findes yderligere detaljer omkring implementeringen i
DNA. Metoden er til dels vist for 15 reagerende stoffer, og 6 forskellige atomer, men
er selvfølgelig helt generel.
Ar)

APPENDIKS D - DNA motormodel
D DNA motormodel
Flowdiagrammer for DNA koden, er specifikt lavet for at hjælpe til forståelsen af
modellerne, og lette arbejdet med modellerne. Det er forsøgt at holde en ens linie for
flowdiagrammerne, med en ”standard” syntaks. I Illustration D.1, er gengivet en
generel komponent for flowdiagrammerne, og efterfølgende vil kort blive beskrevet
hvorledes dennes information skal læses.
I DNA skal hver komponent have et nummer, dette nummer er i flowdiagrammerne
repræsenteret ved, X. Pilene til og fra komponenten repræsenterer knudepunkterne
med hver deres nummer, her arbitrært valgt som 1 til 4. Endelig er varmetab illustreret
vha. en bølget linie, og har teksten Q-50X. Hvor 50X dækker over knudepunktsnummeret.
1
Q-50X
4
X-Komponent
3
Illustration D.1: Generel komponent i et flowdiagram
2
D.1 DNA vs. Excel modellen
DNA motormodellens flowdiagram ses af Illustration D.2. Det røde kredsløb
illustrerer dampkredsløbet. De tre valves (ventiler) der indgår i dampkredsløbet, viste
sig nødvendige for at undgå at ligningssystemet blev divergent (se evt. kapitel 1).
14
Flis
Kølevand
131
1
13-GASCOOL1
Q_dot
W_dot
141 142
Q-513
81
82
13
1-DRYER_03
2
2-GASIFI_03
101
9
5-VALVE_01
91
3-HEATEX_1
8
Q-501 Q-502
12-ENGINE_1
72
Luft
Q-512
10
6-VALVE_01
102
4-SPLITTER
77
103
7
Q-508
Kølevand
51
Illustration D.2: Flowdiagram for DNA vs. Excel motormodel.
Q-503
7-VALVE_01
Q-510
Q-511
Aske
31
105
8-HEATEX_2
3
104 4
5
9-HEATEX_2
10-GASCOOL1
6
11-GASCLE_1
12
52
61
Kondensat
71
Q-509
11
Luft

APPENDIKS D - DNA motormodel
D.1.1 Programudskrift for DNA vs. Excel model.
TITLE "Sammenligning af DNA motor model med Excel"
C Indsættelse af damptørrekomponent
STRUC 1 DRYER_03 1 101 2 9 501 0.1 0
MEDIA 1 41 2 62 101 97 9 97
C Flis komposition: C 50%, H 6%, O 43%, Aske 1%, LHV 19MJ/kg, Cp 1.35 kJ/kgK,
C vandprocent 50%
SOLID 41 28 0.5062 1 0.0622 2 0.4315 29 0.0001 LHV 19000 CP 1.35 MOI 0.50
ADDCO M 1 1 2.2222 T 1 1 25 P 1 1 T 1 9 150 Q 1 501 0 P 2 1
ADDCO T 1 101 250
ADDCO P 9 1
C ******* STARTGÝT **************
START T 1 101 250 M 1 2 -1.3 T 1 2 150 M 1 9 -11 M 1 101 10
C START X_J 62 7 0.10
START X_J 62 1 0.05 X_J 62 2 0.4 X_J 62 28 0.5 X_J 62 29 0.001
C
C Forgasser komponent:
C P=1 ; T=850 ; tryktab=0 ; damp-luft forhold = 0,1 ; Omsætning af koks=100%
STRUC 2 GASIFI_3 8 2 105 12 3 31 502 1 3 4 6 7 9 11 36 1 850 0 .1 1.0
C damp luftforhold gøres variabel!
VARPA 2 12 P 31 1
C Specificering af medierne i noderne
MEDIA 12 9 3 22 31 69
C Konditioner
ADDCO Q 2 502 0 T 2 3 800
C ******* STARTGÝT **************
START T 2 3 800 T 2 31 800 T 2 105 600 T 2 2 100
START M 2 12 4 M 2 3 -6 M 2 31 -0.01 M 2 105 1.1
START Q 2 502 0.00000E+00
START ZA 2 1 0.96146E+01 ZA 2 2 0.36122E+01
START ZA 2 3 0.12987E+02 ZA 2 4 0.35904E+02 ZA 2 5 0.20873E+02
START ZA 2 6 0.25377E+02 ZA 2 7 -0.25906E+07
START X_J 22 1 0.25150E+00 X_J 22 2 0.00000E+00 X_J 22 3 0.25125E+00
START X_J 22 4 0.11725E+00 X_J 22 5 0.00000E+00 X_J 22 6 0.12637E+00
START X_J 22 7 0.25042E+00 X_J 22 8 0.00000E+00 X_J 22 9 0.18250E-03
START X_J 22 10 0.00000E+00 X_J 22 11 0.44650E-04 X_J 22 30 0.00000E+00
START X_J 22 31 0.00000E+00 X_J 22 32 0.00000E+00 X_J 22 36 0.29911E-02
START X_J 69 38 0.10000E+01 X_J 69 28 0.00000E+00
C
C Indsættelse af varmeveksler (mellem røggas og dampkredsløb)
STRUC 3 HEATEX_1 8 13 91 10 503 0 0
ADDCO Q 3 503 0
ADDCO T 3 10 250
C ******* STARTGÝT **************
START T 3 91 150 T 3 13 300
C START M 3 600 20 P 600 0.10000E+01
START M 3 10 -0.175E+02
START Q 3 503 0.00000E+00
C
C Indsættelse af strømsplitter! (til tørrekomponent & forgasser)
STRUC 4 SPLITTER 10 102 103
C ******* STARTGÝT **************
START M 4 102 -16.4 M 4 103 1.1
START T 4 102 250
START T 4 103 250
C
C trykudligning:
STRUC 5 VALVE_01 9 91
STRUC 6 VALVE_01 102 101
STRUC 7 VALVE_01 103 104
C Overophedning af damp ind i forgasser !
78

STRUC 8 HEATEX_2 3 4 104 105 508 100 0 0
ADDCO Q 8 508 0
C ******* STARTGÝT **************
START T 8 105 600 T 8 4 500 P 4 1 P 105 1
C
C Luftforvarmning !
STRUC 9 HEATEX_2 4 5 11 12 509 50 0 0
APPENDIKS D - DNA motormodel
ADDCO Q 9 509 0 T 9 11 25
C ******* STARTGÝT **************
START M 9 4 0.39729E+01 H 9 4 -0.48280E+04 M 9 5 -0.39729E+01
START P 5 0.10000E+01 H 9 5 -0.50354E+04 M 9 11 0.17607E+01
START P 11 0.10000E+01 H 9 11 -0.88741E+02 M 9 12 -0.17607E+01
START H 9 12 0.37914E+03 Q 9 509 0.00000E+00 ZA 9 1 0.82380E+03
C
C Kondenserende køling af røggas !
STRUC 10 GASCOOL1 5 6 61 51 52 510 0 0
MEDIA 51 99 6 23
ADDCO T 10 51 20 T 10 52 100 P 51 10
ADDCO Q 10 510 0 T 10 6 45
C ******* STARTGÝT **************
START M 10 61 -0.3 M 10 51 100
START T 10 61 30 P 6 1 P 61 1 P 52 1
START X_J 23 1 0.32129E+00 X_J 23 3 0.32097E+00
START X_J 23 4 0.14978E+00 X_J 23 6 0.16144E+00
START X_J 23 7 0.42415E-01 X_J 23 9 0.23314E-03
START X_J 23 11 0.57040E-04 X_J 23 36 0.38212E-02
C
C Rensning af gas
STRUC 11 GASCLE_1 6 7 71 511 0
MEDIA 7 24 71 25
ADDCO Q 11 511 0
C ******* STARTGÝT **************
START M 11 71 -0.001 T 11 71 30 M 11 7 -5
START T 11 7 30
START X_J 24 1 0.32136E+00 X_J 24 3 0.32104E+00
START X_J 24 4 0.14982E+00 X_J 24 6 0.16147E+00
START X_J 24 7 0.42425E-01 X_J 24 11 0.57054E-04
START X_J 24 36 0.38221E-02
START X_J 25 9 0.10000E+01
C
C Motorkomponent, lambda=1,3 ; eta_el=0,4 ; eta_varme=0,28 ; eta_tab=0,05
STRUC 12 ENGINE_1 72 7 8 300 512 400 1 1.3 0.4 0.28 0.05
MEDIA 72 9 8 26
C VARPA 12 4 T 12 8 450
ADDCO T 12 72 25
C STARTGÝT:
START M 12 8 -12 T 12 8 500 P 8 1 M 12 7 3.5 Q 12 400 -30000 Q 12 512 -7000
START M 12 72 8.5 E 12 300 -40000 P 72 1
START X_J 26 2 0.44414E-01 X_J 26 3 0.71710E+00 X_J 26 5 0.00000E+00
START X_J 26 6 0.76827E-01 X_J 26 7 0.15313E+00 X_J 26 10 0.00000E+00
START X_J 26 30 0.00000E+00 X_J 26 36 0.85332E-02
C
C Kondenserende køling af røggas !
STRUC 13 GASCOOL1 13 14 142 131 141 513 0 0
MEDIA 131 99 14 27
ADDCO T 13 131 20 T 13 141 100 P 131 10
ADDCO Q 13 513 0 T 13 14 45
C ******* STARTGÝT **************
START M 13 14 -38 M 13 131 100 M 13 142 -2 T 13 142 30
START P 14 1 P 142 1
START X_J 27 2 0.51E-01 X_J 27 3 0.72E+00
START X_J 27 6 0.13E+00 X_J 27 7 0.96E-01 X_J 27 36 0.85E-02
C
79

APPENDIKS D - DNA motormodel
D.2 DNA reference motormodel.
Den modificerede motormodels ses af Illustration D.3. Det røde kredsløb illustrerer
dampkredsløbet. Bemærk, komponent nummer 5 er udskiftet med en kompressor,
dette sker for at imødekomme de tryktab som nu er introduceret i systemet. Endvidere
er der indført en komponent 14, som også er en kompressor, denne komponent er lidt
fiktiv, idet en motor, trods turbo m.v., normalt vil levere røggassen ved et højere tryk
end omgivelsernes – komponenten skal således simulere den trykstigning der normalt
vil være efter en motor.
I forhold til den oprindelige model, er forgasseren ændret til at regne med methan i
produktgassen. Varmevekslerne er ændret fra at være modelleret ved en minimum
temperatur differens i pinch punktet - til at være modelleret som varmevekslere med
en fast effektivitet. DNA koden for referencemodellen er listet i appendiks D.2.3.
14
Flis
Kølevand
131
1
13-GASCOOL1
Q_dot
W_dot
141 142
Q-513
81
82
13
Q-501 Q-502
1-DRYER_03
2
2-GASIFI_04
101
9
5-COMPRE_1
91
3-HEATEX_4
12-ENGINE_1
72
Luft
85
8
Q-512
Q-503
14-COMPRE_1
10
6-VALVE_01
102
4-SPLITTER
80
103
7
Q-508
Kølevand
51
Illustration D.3 Flowdiagram for modificeret dna motormodel.
Q-514
Q-505
7-VALVE_01
Q-510
Q-511
Aske
31
105
8-HEATEX_4
3
104 4
5
9-HEATEX_4
10-GASCOOL1
6
11-GASCLE_1
12
Q-509
52
61
Kondensat
71
11
Luft

APPENDIKS D - DNA motormodel
D.2.1 GASIFI_4
Minimering af Gibbs-energi metoden viser, at der stort set ikke vil være noget methan
i forgassergasen, dette er imidlertid i modstrid med hvad der er målt ved talrige
forsøg. Grunden hertil må være, at der ikke opstår ligevægt mellem methan og de
øvrige komponenter. I [13] er et identisk problem beskrevet, heri foreslås, at methankomponenten
tages ud af ligevægtsberegningerne, og i stedet tilskrives en fast
eksperimentelt erfaret værdi. Efterfølgende er dette implementeret i en ny
forgassermodel, GASIFI_4.
Den nye forgassermodel har fået en ekstra parameter, C2M – der er en fraktion:
’kulstof til metan’ (C2M), som sættes til en værdi mellem 0 og 1. Det skal dog
bemærkes, at dannelsen af methan selvfølgelig kræver to hydrogen molekyler, hvorfor
disse i hvert fald skal være til stede.
Fortran koden for hele den modificerede komponent, er listet i appendiks D.2.2.
Efterfølgende vil de væsentlige tilføjelser til den eksisterende model GASIFI_3, kort
blive forklaret.
Da massestrømmen af de enkelte komponenter skal bruges ved minimering af Gibbsenergi,
bliver andelen af kulstof og hydrogen der indgår til dannelse af den bestemte
mængde metan, indledningsvis trukket ud af massebetragtningerne.
NOUT(ANTST+1)=(-MDOT(4)-C2M*NIN(28)*M_MOL(11))/(M_BL(4)-
: X_J(MEDIE(4),11)*M_MOL(11))
NOUT(28)=NOUT(28)-C2M*NIN(28)
NOUT(1)=NOUT(1)-2*C2M*NIN(28)
Efterfølgende, under den egentlige løsning af ligningssystemet til bestemmelse af
gassammensætningen, bliver ligningen til bestemmelse af methan indhold sprunget
over.
IF (I.EQ.11) THEN
ELSE
En del af løsningsmetoden går ud på løbende at foretage atombalance (se evt.
appendiks C, omkring minimering af gibbs energi). Derfor må kulstof og hydrogen
tilbageføres til denne del.
NOUT(28)=NOUT(28)+C2M*NIN(28)
NOUT(1)=NOUT(1)+2*C2M*NIN(28)
Endeligt kan ligningen til fastsættelse af methan indholdet i produktgassen opskrives
(RES(19)).
NOUT(ANTST+1)=-MDOT(4)/M_BL(4)
RES(19) = X_J(MEDIE(4),11)-C2M*NIN(28)/NOUT(ANTST+1)
81

APPENDIKS D - DNA motormodel
D.2.2 Programudskrift af Fortran koden for GASIFI_4
C***********************************************************************
SUBROUTINE GASIFI_4(KOMTY,ANTLK,ANTEX,ANTKN,ANTPK,ANTM1,
: MMVAR,PARNAM,ZANAM,MEDIE,
: ANTME,VARME,ANTEL,VAREL,MDOT,P,H,Q,PAR,ZA,
: RES,X_J,CP,HV,HF)
C***********************************************************************
C
C !!!!! With given fraction of methane !!!!!
C GASIFI_4 is a model of a gasifier. The fuel is added
C with water based on the steam table and is gasified using an
C oxydant. The
C gasifier works at given pressure and temperature. Through the plant
C is a constant pressure drop. A heat loss representing real losses
C due to radiation and convection, and also the removed high tempe-
C ture ashes is modelled. Using equilibrium assumption and minimizing
C Gibbs energy the composition of the raw gas is found. Pressure and
C temperature are identical on all outlets.
C
C***********************************************************************
C
CA FKOMP - INPUT - Flag with the value:
CA 1: Initialize the component.
CA 2: Initialize with actual system.
CA 3: Fluid composition calculation (constant).
CA 4: Find residuals.
CA 5: Find residuals and check variables.
CA 6: Output information about component.
CA MDOT - INPUT - Massflows from nodes.
CA P - INPUT - Pressure in nodes.
CA Q - INPUT - Exchanged heat.
CA PAR - INPUT - Parameters of the component.
CA X_J - INPUT - Fluid composition.
CA KOMTY - OUTPUT - Component name.
CA ANTPK - OUTPUT - Number of parameters for the component.
CA ANTLK - OUTPUT - Number of equations in the component.
CA ANTEX - OUTPUT - Number of independent equations in the component.
CA ANTED - OUTPUT - Number of differential independent equations.
CA ANTKN - OUTPUT - Number of nodes connected to the component.
CA ANTM1 - OUTPUT - Number of massflows in the first conservation of
CA mass equation.
CA MEDIE - IN/OUT - Media (fluid) of the connected nodes.
CA The values mean :
CA 2 : Coal.
CA 8 : Water (liquid).
CA 27 : Oxygen rich gas.
CA 25 : Raw gas.
CA 300 : Heat.
CA ANTME - OUTPUT - Number of fluids with variable composition.
CA VARME - OUTPUT - Fluid numbers (with variable composition).
CA ANTEL - OUTPUT - Number of compounds in these variable fluids.
CA VAREL - OUTPUT - Compound numbers in variable fluids.
CA RES - OUTPUT - Residuals for the component.
C
CL M4 Mass flow of raw gas.
CL DELP Pressure drop through the plant.
CL PGAS Gasifier pressure.
CL TGAS Gasifier temperature.
CL DMVC Amount of water relative to amount of coal.
CL XRAW Composition of raw gas.
CL K_PAR Parameter description.
CL K_LIG Equation description.
CL K_BET Condition description.
CL K_MED Media description.
C
C Subroutines : COMINF
C REAC
C
CP Programmer : Brian Elmegaard 2000 (Bent Lorentzen 1994, Niels Emsholm 1991)
CP Dept. Energy Engr., DTU, Denmark.
C***********************************************************************
C
C Include the common "environment"
C
82

APPENDIKS D - DNA motormodel
INCLUDE 'ENVIRO.INI'
INCLUDE 'THERPROP.DEC'
INCLUDE 'GASI.DEC'
C
C Parameter variables
C
INTEGER ANTLK, ANTEX, ANTKN, MEDIE(6), ANTPK,
: ANTM1, ANTME, VARME(4), ANTEL(4),
: VAREL(ANTST,4),MMVAR(MAXMM)
DOUBLE PRECISION X_J(MAXME,ANTST), PAR(21), RES(30),
: MDOT(5),P(5),Q(1),CP(MAXME),HV(MAXME),HF(MAXME),
: H(5),ZA(7)
CHARACTER*20 KOMTY
CHARACTER*12 ZANAM(7),PARNAM(21)
C
C Local variables
C
INTEGER K_MED(6),I,J,CALCOM(ANTST)
DOUBLE PRECISION DELP, PGAS, TGAS, DMVC, C2M,
: T4,H5,V,S,X,U,CC,NIN(ANTST+1),NOUT(ANTST+1),
: M_BL(5),G(15),R,GIBTEM
CHARACTER*40 K_PAR(5),K_STAT(1)
CHARACTER*80 K_LIG(30), K_BET, KOMDSC
CHARACTER*20 KMEDDS(6)
EXTERNAL COMINF,GIBBS,STATES
INTRINSIC DABS,DLOG,NINT,EXP
INCLUDE 'THERPROP.INI'
INCLUDE 'GASI.INI'
C=======================================================================
GOTO (100,200,1,400,400,200,350) FKOMP
1 RETURN
C-----------------------------------------------------------------------
C Component name
C-----------------------------------------------------------------------
100 CONTINUE
KOMTY = 'GASIFI_4'
MMVAR(1) = 15
GOTO 9999
C-----------------------------------------------------------------------
C Component characteristics
C-----------------------------------------------------------------------
200 CONTINUE
KOMTY = 'GASIFI_4'
ANTKN = 6
ANTPK = 6+MMVAR(1)
ANTLK = 23
ANTEX = 7
ANTM1 = 5
ZANAM(1) = 'MULTIPLIER H'
ZANAM(2) = 'MULTIPLIER C'
ZANAM(3) = 'MULTIPLIER N'
ZANAM(4) = 'MULTIPLIER O'
ZANAM(5) = 'MULTIPLIER S'
ZANAM(6) = 'MULTIPL Ar'
ZANAM(7) = 'GIBBS ENERGY'
DO I=1,ANTM1
PARNAM(I) = 'CAL COMPOUND'
ENDDO
PARNAM(ANTM1+1) = 'EQ PRESSURE'
PARNAM(ANTM1+2) = 'EQ TEMPERAT'
PARNAM(ANTM1+3) = 'PRESSURELOSS'
PARNAM(ANTM1+4) = 'STEAM FLOW'
PARNAM(ANTM1+5) = 'UNCONV CARBO'
PARNAM(ANTM1+6) = 'CARBON TO METHAN'
MEDIE(1) = -5
MEDIE(2) = 97
MEDIE(3) = -4
MEDIE(4) = -4
MEDIE(5) = -5
MEDIE(6) = 300
ANTME = 4
VARME(1) = -1
VARME(2) = -3
VARME(3) = -4
VARME(4) = -5
ANTEL(1) = 0
ANTEL(2) = 0
83

APPENDIKS D - DNA motormodel
ANTEL(3) = 15
ANTEL(4) = 2
VAREL(1,3) = 1
VAREL(2,3) = 2
VAREL(3,3) = 3
VAREL(4,3) = 4
VAREL(5,3) = 5
VAREL(6,3) = 6
VAREL(7,3) = 7
VAREL(8,3) = 8
VAREL(9,3) = 9
VAREL(10,3) = 10
VAREL(11,3) = 11
VAREL(12,3) = 30
VAREL(13,3) = 31
VAREL(14,3) = 32
VAREL(15,3) = 36
VAREL(1,4) = 28
VAREL(2,4) = 38
IF (FKOMP.EQ.6) GOTO 600
*** FKOMP = 3
GOTO 9999
C-----------------------------------------------------------------------
C Specific heat, heat of formation, heating value of ashes
C-----------------------------------------------------------------------
350 CONTINUE
CP(MEDIE(5)) = 1
HF(MEDIE(5)) = -5083.0D0
HV(MEDIE(5)) = X_J(MEDIE(5),28)*NED_H(28)/M_MOL(28)
GOTO 9999
C-----------------------------------------------------------------------
C Component equations. All in residual form.
C Do not include the conservation laws, since these are treated
C automatically by DNA.
C-----------------------------------------------------------------------
400 CONTINUE
C
C Ash characteristics
C
CP(MEDIE(5)) = 1
HF(MEDIE(5)) = -5083.0D0
HV(MEDIE(5)) = X_J(MEDIE(5),28)*NED_H(28)/M_MOL(28)
C
CALCOM(1) = -1
CALCOM(2) = -2
CALCOM(3) = -3
CALCOM(4) = -4
CALCOM(5) = -5
CALCOM(6) = -6
CALCOM(7) = -7
CALCOM(8) = -8
CALCOM(9) = -9
CALCOM(10) = -10
CALCOM(11) = -11
CALCOM(12) = -30
CALCOM(13) = -31
CALCOM(14) = -32
CALCOM(15) = -36
DO I=1,ANTPK-6
DO J=1,15
IF (CALCOM(J).EQ.-NINT(PAR(I))) THEN
CALCOM(J)=-CALCOM(J)
ENDIF
ENDDO
ENDDO
PGAS = PAR(ANTPK-5)
TGAS = PAR(ANTPK-4)+273.15
DELP = PAR(ANTPK-3)
DMVC = PAR(ANTPK-2)
CC = PAR(ANTPK-1)
C kulstof til methan parameter
C2M = PAR(ANTPK)
R = 8.314D0
C
84

APPENDIKS D - DNA motormodel
C Pressure
C
RES(1) = P(2) - P(3)
RES(2) = P(3) - P(4) - DELP
RES(3) = P(4) - PGAS
C
C Amount of water relative to coal
C
RES(4) = MDOT(2) - DMVC*MDOT(1)
C
C Ash
C
RES(5) = MDOT(5) +
: MDOT(1)*(X_J(MEDIE(1),38)+X_J(MEDIE(1),28)*(1.0D0-CC))
IF (MDOT(5).EQ.0D0) THEN
RES(6) = X_J(MEDIE(5),38)
ELSE
RES(6) = X_J(MEDIE(5),38) + MDOT(1)*X_J(MEDIE(1),38)/MDOT(5)
ENDIF
RES(7) = X_J(MEDIE(5),28) - (1.0D0-X_J(MEDIE(5),38))
CALL STATES(P(4),H(4),T4,V,S,X,U,1,2,MEDIE(4))
CALL STATES(P(5),H5,T4,V,S,X,U,1,3,MEDIE(5))
RES(8) = H(5) - H5
C------------------------------------------------
C Find the composition of the equilibrium gas
C------------------------------------------------
C
C Calculate mole flow of each species in
C
M_BL(3) = 0D0
DO I=1,ANTST
M_BL(3)=M_BL(3)+X_J(MEDIE(3),I)*M_MOL(I)
ENDDO
DO I=1,ANTST
NIN(I)=MDOT(1)*X_J(MEDIE(1),I)/M_MOL(I) +
+ MDOT(3)*X_J(MEDIE(3),I)/M_BL(3)
ENDDO
NIN(37)=NIN(37)+MDOT(2)/M_MOL(37)
NIN(28)=NIN(28)*CC
C
C Calculate mole flow of each species out
C
M_BL(4) = 0D0
DO I=1,ANTST
M_BL(4)=M_BL(4)+X_J(MEDIE(4),I)*M_MOL(I)
ENDDO
NOUT(ANTST+1) = -MDOT(4)/M_BL(4)
DO I=1,ANTST
NOUT(I)=NOUT(ANTST+1)*X_J(MEDIE(4),I)
ENDDO
C
C C2M% kulstof skal "gemmes" til methan..
C
NOUT(ANTST+1)=(-MDOT(4)-C2M*NIN(28)*M_MOL(11))/(M_BL(4)-
: X_J(MEDIE(4),11)*M_MOL(11))
NOUT(28)=NOUT(28)-C2M*NIN(28)
NOUT(1)=NOUT(1)-2*C2M*NIN(28)
C
C Gibbs' free energy of each compound
C
DO I=1,15
IF (CALCOM(I).GT.0) CALL GIBBS(CALCOM(I),TGAS,G(I))
ENDDO
C
C Partial derivatives of the function to be minimized with respect to
C each species molar fraction
DO I=1,15
IF (CALCOM(I).LT.0) THEN
RES(I+8) = X_J(MEDIE(4),-CALCOM(I))
ELSEIF (X_J(MEDIE(4),CALCOM(I)).GT.1.0D-10) THEN
IF (I.EQ.11) THEN
C Der bliver ikke regnet noget bidrag fra gibbs til CH4 !!
ELSE
RES(I+8) = G(I)/(R*TGAS) +
: DLOG(PGAS*NOUT(CALCOM(I))/NOUT(ANTST+1))
85

APPENDIKS D - DNA motormodel
DO J=1,6
RES(I+8) = RES(I+8) + ZA(J)*EL(CALCOM(I),J)
ENDDO
ENDIF
ELSE
RES(I+8) = X_J(MEDIE(4),CALCOM(I))-1.0D-10
ENDIF
ENDDO
C ZA(8)=X_J(MEDIE(4),11)
C
C Molar balance for each atom (H,C,N,O,S,Ar)
C
NOUT(28)=NOUT(28)+C2M*NIN(28)
NOUT(1)=NOUT(1)+2*C2M*NIN(28)
DO J=1,ANTEX-1
RES(ANTLK+J) = 0D0
DO I=1,ANTST
RES(ANTLK+J)=RES(ANTLK+J)-(NIN(I)-NOUT(I))*EL(I,J)
ENDDO
ENDDO
RES(29) = 1.0D0
DO I=1,ANTST
RES(29)= RES(29)-X_J(MEDIE(4),I)
ENDDO
C
C Udregning af molar- CH4 fraktion ! (:
C
NOUT(ANTST+1)=-MDOT(4)/M_BL(4)
RES(19) = X_J(MEDIE(4),11)-C2M*NIN(28)/NOUT(ANTST+1)
C
C Gibbs free energy of the mixture
C
RES(30) = 0.D0
GIBTEM = ZA(7)
DO I=1,15
IF (CALCOM(I).GT.0) THEN
GIBTEM = GIBTEM - G(I)
RES(30) = RES(30) - NOUT(CALCOM(I))/NOUT(ANTST+1)*PGAS
ENDIF
ENDDO
RES(30) = RES(30) - GIBTEM/(R*TGAS)
C Print*, X_J(MEDIE(4),11)
IF (FKOMP.EQ.5) GOTO 500
GOTO 9999
C-----------------------------------------------------------------------
C Solution check
C-----------------------------------------------------------------------
500 CONTINUE
IF (MDOT(1).LT.-1D-10) GOTO 550
IF (MDOT(2).LT.-1D-10) GOTO 550
IF (MDOT(3).LT.-1D-10) GOTO 550
IF (MDOT(4).GT.1D-10) GOTO 550
IF (Q(1).GT.1D-10) GOTO 550
GOTO 9999
550 FBETI = .FALSE.
GOTO 9999
C-----------------------------------------------------------------------
C Write component information
C-----------------------------------------------------------------------
600 CONTINUE
KOMDSC =
$ 'Gasifier with water/steam. 1 identifier: Calculated compounds'
K_LIG(1) = 'P3 = P1'
K_LIG(2) = 'P2 = P1'
K_LIG(3) = 'P4 = P1 - DELP'
K_LIG(4) = 'P3 = PGAS'
K_LIG(5) = 'M2 = DMVC*M1'
K_LIG(6) = 'X_J(H2) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
86

APPENDIKS D - DNA motormodel
K_LIG(7) = 'X_J(O2) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(8) = 'X_J(N2) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(9) = 'X_J(CO) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(10) = 'X_J(NO) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(11) = 'X_J(CO2) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(12) = 'X_J(H2O) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(13) = 'X_J(NH3) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(14) = 'X_J(H2S) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(15) = 'X_J(SO2) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(16) = 'X_J(CH4) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(17) = 'X_J(NO2) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(18) = 'X_J(HCN) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(19) = 'X_J(COS) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(20) = 'X_J(AR) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(21) = 'X_J5(SiO2) = X(M1,X_J,CC)'
K_LIG(22) = 'X_J5(C) = X(M1,X_J,CC)'
K_LIG(23) = 'T5 = T4'
K_PAR(1) = 'Gasifier pressure: PGAS'
K_PAR(2) = 'Gasifier temperature: TGAS'
K_PAR(3) = 'Pressure loss: DELP'
K_PAR(4) = 'Steam-to-air rati: DMVC'
K_PAR(5) = 'Carbon conversion ratio'
K_BET = 'MDOT1 > 0 ; MDOT2 > 0 ; MDOT3 > 0 ; MDOT4 < 0 ; Q5 < 0'
K_MED(1) = MEDIE(1)
K_MED(2) = MEDIE(2)
K_MED(3) = MEDIE(3)
K_MED(4) = MEDIE(4)
K_MED(5) = MEDIE(5)
K_MED(6) = MEDIE(6)
KMEDDS(1) = 'Fuel in'
KMEDDS(2) = 'Steam in'
KMEDDS(3) = 'Air in'
KMEDDS(4) = 'Product gas out'
KMEDDS(5) = 'Ash out'
KMEDDS(6) = 'Heat loss¨'
K_STAT(1) = ' '
CALL COMINF(KOMTY,KOMDSC,ANTKN,5,ANTLK+ANTEX,1,
$ K_MED,K_PAR,K_LIG,K_BET,KMEDDS,K_STAT)
GOTO 9999
C
9999 CONTINUE
RETURN
END
C=======================================================================
87

APPENDIKS D - DNA motormodel
D.2.3 Programudskrift DNA reference model.
TITLE "Motor reference model"
C Indsættelse af tørrekomponent
STRUC 1 DRYER_03 1 101 2 9 501 0.10 .025
MEDIA 1 41 2 62 101 97 9 97
C Flis komposition: C 50%, H 6%, O 43%, Aske 1%, LHV 19MJ/kg, Cp 1.35 kJ/kgK,
vandprocent 50%
SOLID 41 28 0.5 1 0.06 2 0.43 29 0.001 38 0.009 LHV 19000 CP 1.35 MOI 0.5
ADDCO M 1 1 2.2222 T 1 1 25 P 1 1 T 1 9 150 Q 1 501 -180 P 2 1
ADDCO P 9 1
C ******* STARTGÆT **************
START M 1 1 0.22222E+01 P 1 0.10000E+01 H 1 1 -0.10340E+05
START M 1 101 0.16726E+02 P 101 0.10250E+01 H 1 101 -0.12997E+05
START M 1 2 -0.11223E+01 P 2 0.10000E+01 H 1 2 -0.47526E+04
START M 1 9 -0.17826E+02 P 9 0.10000E+01 H 1 9 -0.13195E+05
START Q 1 501 -0.18000E+03 X_J 62 1 0.59400E-01 X_J 62 2 0.42570E+00
START X_J 62 3 0.00000E+00 X_J 62 4 0.00000E+00 X_J 62 5 0.00000E+00
START X_J 62 6 0.00000E+00 X_J 62 37 0.10000E-01 X_J 62 8 0.00000E+00
START X_J 62 9 0.00000E+00 X_J 62 10 0.00000E+00 X_J 62 11 0.00000E+00
START X_J 62 27 0.00000E+00 X_J 62 28 0.49500E+00 X_J 62 29 0.99000E-03
START X_J 62 36 0.00000E+00 X_J 62 38 0.89100E-02
C
C Forgasser komponent:
C P=1 ; T=850 ; tryktab=0 ; damp-luft forhold = 0,1 ; Omsætning af koks=100% ;
C Kulstof til methan, 7%
STRUC 2 GASIFI_4 8 2 105 12 3 31 502 1 3 4 6 7 9 11 36 1 850 0.05 .0 1.0 0.07
C damp luftforhold gøres variabel!
VARPA 2 12 P 31 1.05
C Specificering af medierne i noderne
MEDIA 12 9 3 22 31 69
ADDCO Q 2 502 -450 T 2 3 850
C ******* STARTGÆT **************
START M 2 2 0.11223E+01
START H 2 2 -0.47526E+04 M 2 105 0.10999E+01 P 105 0.10500E+01
START H 2 105 -0.12189E+05 M 2 12 0.15919E+01 P 12 0.10500E+01
START H 2 12 0.37706E+03 M 2 3 -0.38041E+01 P 3 0.10000E+01
START H 2 3 -0.48754E+04 M 2 31 -0.99999E-02 P 31 0.10500E+01
START H 2 31 -0.43080E+04 Q 2 502 -0.45000E+03 ZA 2 1 0.97226E+01
START ZA 2 2 0.69836E+01 ZA 2 3 0.13301E+02 ZA 2 4 0.33008E+02
START ZA 2 5 0.18715E+02 ZA 2 6 0.25965E+02 ZA 2 7 -0.26832E+07
START X_J 22 1 0.22943E+00 X_J 22 2 0.00000E+00 X_J 22 3 0.23924E+00
START X_J 22 4 0.10624E+00 X_J 22 5 0.00000E+00 X_J 22 6 0.13518E+00
START X_J 22 7 0.26871E+00 X_J 22 8 0.00000E+00 X_J 22 9 0.19443E-03
START X_J 22 10 0.00000E+00 X_J 22 11 0.18164E-01 X_J 22 30 0.00000E+00
START X_J 22 31 0.00000E+00 X_J 22 32 0.00000E+00 X_J 22 36 0.28480E-02
START X_J 69 28 0.00000E+00 X_J 69 38 0.10000E+01
C
C Indsættelse af varmeveklser (mellem røggas og dampkredsløb)
STRUC 3 HEATEX_4 85 13 91 10 503 0.7 0.01 0.01
C Variabel effektivitet for veksleren, så 2. HS. overholdes (vistnok)
VARPA 3 1 T 3 10 250
ADDCO Q 3 503 -45
C ******* STARTGÆT **************
START M 3 85 0.97759E+01
START P 85 0.10200E+01 H 3 85 -0.29447E+04 M 3 13 -0.97759E+01
START P 13 0.10100E+01 H 3 13 -0.32835E+04 M 3 91 0.17826E+02
START P 91 0.10700E+01 H 3 91 -0.13180E+05 M 3 10 -0.17826E+02
START P 10 0.10600E+01 H 3 10 -0.12997E+05 Q 3 503 -0.45000E+02
START ZA 3 1 0.33128E+04
C
88

C Indsættelse af strømsplitter!
STRUC 4 SPLITTER 10 102 103
APPENDIKS D - DNA motormodel
C ******* STARTGÆT **************
START M 4 10 0.17826E+02 H 4 10 -0.12997E+05
START M 4 102 -0.16726E+02 P 102 0.10600E+01 H 4 102 -0.12997E+05
START M 4 103 -0.10999E+01 P 103 0.10600E+01 H 4 103 -0.12997E+05
C
STRUC 5 COMPRE_1 9 91 505 305 0.9 1
ADDCO P 91 1.07
C ******* STARTGÆT **************
START M 5 9 0.17826E+02 H 5 9 -0.13195E+05 M 5 91 -0.17826E+02
START H 5 91 -0.13180E+05 Q 5 505 0.00000E+00
C
C trykudligning:
STRUC 6 VALVE_01 102 101
C ******* STARTGÆT **************
START M 6 102 0.16726E+02
START H 6 102 -0.12997E+05 M 6 101 -0.16726E+02 H 6 101 -0.12997E+05
C
STRUC 7 VALVE_01 103 104
C ******* STARTGÆT **************
START M 7 103 0.10999E+01 H 7 103 -0.12997E+05 M 7 104 -0.10999E+01
START P 104 0.10600E+01 H 7 104 -0.12997E+05
C
C Overophedning af damp ind i forgasser !
STRUC 8 HEATEX_4 3 4 104 105 508 0.7 0.01 0.01
ADDCO Q 8 508 -45
C ******* STARTGÆT **************
START M 8 3 0.38041E+01
START H 8 3 -0.48754E+04 M 8 4 -0.38041E+01 P 4 0.99000E+00
START H 8 4 -0.51209E+04 M 8 104 0.10999E+01 H 8 104 -0.12997E+05
START M 8 105 -0.10999E+01 H 8 105 -0.12189E+05 Q 8 508 -0.45000E+02
START ZA 8 1 0.93356E+03
C
C Luftforvarmning !
STRUC 9 HEATEX_4 4 5 11 12 509 0.7 0.01 0.01
ADDCO Q 9 509 -45 T 9 11 25
C ******* STARTGÆT **************
START M 9 4 0.38041E+01 H 9 4 -0.51209E+04
START M 9 5 -0.38041E+01 P 5 0.98000E+00 H 9 5 -0.53276E+04
START M 9 11 0.15919E+01 P 11 0.10600E+01 H 9 11 -0.88741E+02
START M 9 12 -0.15919E+01 H 9 12 0.37706E+03 Q 9 509 -0.45000E+02
START ZA 9 1 0.78653E+03
C
C Kondenserende køling af rågas !
STRUC 10 GASCOOL1 5 6 61 51 52 510 0.01 0.01
MEDIA 51 99 6 23
ADDCO T 10 51 20 T 10 52 100 P 51 10
ADDCO Q 10 510 -15 T 10 6 45
C ******* STARTGÆT **************
START M 10 5 0.38041E+01 H 10 5 -0.53276E+04
START M 10 6 -0.31987E+01 P 6 0.97000E+00 H 10 6 -0.47469E+04
START M 10 61 -0.60547E+00 P 61 0.97000E+00 H 10 61 -0.15783E+05
START M 10 51 0.13309E+02 P 51 0.10000E+02 H 10 51 0.84800E+02
START M 10 52 -0.13309E+02 P 52 0.99900E+01 H 10 52 0.41974E+03
START Q 10 510 -0.15000E+02 X_J 23 1 0.28274E+00 X_J 23 2 0.00000E+00
START X_J 23 3 0.29483E+00 X_J 23 4 0.13092E+00 X_J 23 5 0.00000E+00
START X_J 23 6 0.16660E+00 X_J 23 7 0.98784E-01 X_J 23 8 0.00000E+00
START X_J 23 9 0.23961E-03 X_J 23 10 0.00000E+00 X_J 23 11 0.22385E-01
START X_J 23 36 0.35098E-02
C
89

C Rensning af gas
STRUC 11 GASCLE_1 6 7 71 511 0.01
MEDIA 7 24 71 25
APPENDIKS D - DNA motormodel
ADDCO Q 11 511 -15
C ******* STARTGÆT **************
START M 11 6 0.31987E+01 H 11 6 -0.47469E+04
START M 11 7 -0.31975E+01 P 7 0.96000E+00 H 11 7 -0.47531E+04
START M 11 71 -0.11810E-02 P 71 0.96000E+00 H 11 71 -0.58487E+03
START Q 11 511 -0.15000E+02 X_J 24 1 0.28281E+00 X_J 24 2 0.00000E+00
START X_J 24 3 0.29490E+00 X_J 24 4 0.13095E+00 X_J 24 5 0.00000E+00
START X_J 24 6 0.16664E+00 X_J 24 7 0.98807E-01 X_J 24 11 0.22390E-01
START X_J 24 30 0.00000E+00 X_J 24 36 0.35106E-02 X_J 25 7 0.00000E+00
START X_J 25 8 0.00000E+00 X_J 25 9 0.10000E+01 X_J 25 10 0.00000E+00
START X_J 25 31 0.00000E+00 X_J 25 32 0.00000E+00 X_J 25 36 0.00000E+00
START X_J 25 38 0.00000E+00
C
C Motorkomponent, lambda=1,3 ; eta_el=0,4 ; eta_varme=0,3 ; eta_tab=0,05
STRUC 12 ENGINE_1 72 7 8 312 512 400 1 1.3 0.4 0.3 0.05
MEDIA 72 9 8 26
C Variabel eta_varme => konstant røggastemperatur på 450grader C.
VARPA 12 4 T 12 8 450
ADDCO T 12 72 25
C STARTGÆT:
START M 12 72 0.65784E+01 P 72 0.96000E+00
START H 12 72 -0.88741E+02 M 12 7 0.31975E+01 H 12 7 -0.47531E+04
START M 12 8 -0.97759E+01 P 8 0.96000E+00 H 12 8 -0.29590E+04
START E 12 312 -0.71384E+04 Q 12 512 -0.89230E+03 Q 12 400 -0.51139E+04
START X_J 26 2 0.31859E-01 X_J 26 3 0.63867E+00 X_J 26 5 0.00000E+00
START X_J 26 6 0.13522E+00 X_J 26 7 0.18665E+00 X_J 26 10 0.00000E+00
START X_J 26 30 0.00000E+00 X_J 26 36 0.76024E-02
C
C skaber tryk efter motoren (for motoren)
STRUC 14 COMPRE_1 8 85 514 314 0.9 1
ADDCO P 14 1
C STARTGÆT:
START M 14 8 0.97759E+01
START H 14 8 -0.29590E+04 M 14 85 -0.97759E+01 H 14 85 -0.29447E+04
START Q 14 514 0.00000E+00
C
C Kondenserende køling af røggas !
STRUC 13 GASCOOL1 13 14 142 131 141 513 0.01 0.01
MEDIA 131 99 14 27
ADDCO T 13 131 20 T 13 141 100 P 131 10
ADDCO Q 13 513 -15 T 13 14 45
C ******* STARTGÆT **************
START M 13 13 0.97759E+01 H 13 13 -0.32835E+04
START M 13 14 -0.91558E+01 P 14 0.10000E+01 H 13 14 -0.27511E+04
START M 13 142 -0.62015E+00 P 142 0.10000E+01 H 13 142 -0.15783E+05
START M 13 131 0.11038E+01 P 131 0.10000E+01 H 13 131 0.83954E+02
START M 13 141 -0.11038E+01 P 141 0.99000E+00 H 13 141 0.26763E+04
START Q 13 513 -0.15000E+02 X_J 27 1 0.00000E+00 X_J 27 2 0.35416E-01
START X_J 27 3 0.70999E+00 X_J 27 4 0.00000E+00 X_J 27 5 0.00000E+00
START X_J 27 6 0.15032E+00 X_J 27 7 0.95820E-01 X_J 27 8 0.00000E+00
START X_J 27 9 0.00000E+00 X_J 27 10 0.00000E+00 X_J 27 11 0.00000E+00
START X_J 27 36 0.84513E-02
C
90

APPENDIKS E – IGCC anlæg
E IGCC anlæg
DNA IGCC modellens knudepunkts flowdiagram ses af Illustration E.1. Det røde
kredsløb illustrerer dampkredsløbet til tørring, og det blå illustrerer dampkredsløbet i
turbinekredsen (Rankineprocessen). Der er mulighed for at tage udtagsdamp fra
dampturbinen hvis der bliver benyttet særligt våde brændsler.
Programudskrift for DNA modellen fremgår af næste afsnit.
91

APPENDIKS E – IGCC anlæg
Illustration E.1: Knudepunktsdiagram for IGCC anlæg.
92

APPENDIKS E – IGCC anlæg
E.1 Programudskrift for IGCC model
TITLE PCFB BIOMASS GASIFIER INTEGRATED WITH GAS TURBINE. NON IDEAL
C Model af IGCC anlæg med 50% fugt. Atmosfærisk forgasning.
C * * * * * * * * * * *
C Pretreatment section*
C * * * * * * * * * * *
C fuel dryer
STRUC 1 DRYER_02 1 30 2 31 301 0.10 0
NAMES FL 41 wood FL 61 dried_wood
MEDIA 1 41 2 61
SOLID 41 28 0.5 1 0.06 2 0.43 29 0.001 38 0.009 LHV 19000 CP 1.35 MOI 0.5
ADDCO T 1 1 25 P 1 1 P 2 1
ADDCO T 1 30 250 Q 1 301 0
ADDCO P 30 1
START M 1 1 0.18428E+01 P 1 0.10000E+01 H 1 1 -0.10458E+05
START M 1 30 0.96564E+01 P 30 0.10000E+01 H 1 30 -0.12994E+05
START M 1 2 -0.96989E+00 P 2 0.10000E+01 H 1 2 -0.54486E+04
START M 1 31 -0.10529E+02 P 31 0.10000E+01 H 1 31 -0.13245E+05
START Q 1 301 0.00000E+00 X_J 61 1 0.59090E-01 X_J 61 2 0.40974E+00
START X_J 61 3 0.95000E-04 X_J 61 4 0.00000E+00 X_J 61 5 0.00000E+00
START X_J 61 6 0.00000E+00 X_J 61 37 0.50000E-01 X_J 61 8 0.00000E+00
START X_J 61 9 0.00000E+00 X_J 61 10 0.00000E+00 X_J 61 11 0.00000E+00
START X_J 61 12 0.00000E+00 X_J 61 13 0.00000E+00 X_J 61 14 0.00000E+00
START X_J 61 15 0.00000E+00 X_J 61 16 0.00000E+00 X_J 61 17 0.00000E+00
START X_J 61 18 0.00000E+00 X_J 61 19 0.00000E+00 X_J 61 20 0.00000E+00
START X_J 61 21 0.00000E+00 X_J 61 22 0.00000E+00 X_J 61 23 0.00000E+00
START X_J 61 24 0.00000E+00 X_J 61 25 0.00000E+00 X_J 61 26 0.00000E+00
START X_J 61 27 0.00000E+00 X_J 61 28 0.48089E+00 X_J 61 29 0.95000E-04
START X_J 61 30 0.00000E+00 X_J 61 31 0.00000E+00 X_J 61 32 0.00000E+00
START X_J 61 33 0.00000E+00 X_J 61 34 0.00000E+00 X_J 61 35 0.00000E+00
START X_J 61 36 0.00000E+00 X_J 61 38 0.95000E-04
STRUC 30 SPLITTER 31 32 35
VARPA 2 13 T 1 31 120
START H 30 31 -0.13245E+05 M 30 32 -0.87290E+00 P 32 0.10000E+01
START H 30 32 -0.13245E+05 M 30 35 -0.96564E+01 P 35 0.10000E+01
START H 30 35 -0.13245E+05
STRUC 31 COMPRE_1 32 36 331 131 0.9 1.0
START M 31 32 0.87290E+00 H 31 32 -0.13245E+05
START M 31 36 -0.87290E+00 P 36 0.12000E+01 H 31 36 -0.13207E+05
START Q 31 331 0.00000E+00 M 30 31 0.10529E+02
C * * * * * * * * *
C gasifier section*
C * * * * * * * * *
STRUC 2 GASIFI_2 9 2 34 25 3 4 302 1 3 4 6 7 8 9 11 /
36 1 850 .2 0.9 1.0
MEDIA 25 9 3 21 4 69
C Medium 9: Air
C Medium 21: Syngas
C Medium 69: Ashes
ADDCO Q 2 302 0 P 4 1 M 2 25 1.8 T 2 3 900
START M 2 2 0.96989E+00 H 2 2 -0.54486E+04
START M 2 34 0.87290E+00 P 34 0.12000E+01 H 2 34 -0.11932E+05
START M 2 25 0.18000E+01 P 25 0.12000E+01 H 2 25 0.17257E+03
START M 2 3 -0.36427E+01 P 3 0.10000E+01 H 2 3 -0.42246E+04
START M 2 4 -0.92139E-04 P 4 0.10000E+01 H 2 4 -0.42080E+04
START Q 2 302 0.00000E+00 ZA 2 1 0.97315E+01 ZA 2 2 0.74647E+01
START ZA 2 3 0.13269E+02 ZA 2 4 0.32048E+02 ZA 2 5 0.21192E+02
START ZA 2 6 0.25863E+02 ZA 2 7 -0.30797E+07 X_J 21 1 0.21280E+00
START X_J 21 2 0.00000E+00 X_J 21 3 0.28728E+00 X_J 21 4 0.11701E+00
START X_J 21 5 0.00000E+00 X_J 21 6 0.11445E+00 X_J 21 7 0.26501E+00
START X_J 21 8 0.11533E-04 X_J 21 9 0.17123E-04 X_J 21 10 0.00000E+00
START X_J 21 11 0.29214E-05 X_J 21 30 0.00000E+00 X_J 21 31 0.00000E+00
START X_J 21 32 0.00000E+00 X_J 21 36 0.34203E-02 X_J 69 28 0.00000E+00
93

START X_J 69 38 0.10000E+01
APPENDIKS E – IGCC anlæg
C Gas cooler/gasification steam heater
STRUC 3 HEATEX_4 3 5 36 34 303 .8 0 0
START M 3 3 0.36427E+01 H 3 3 -0.42246E+04 M 3 5 -0.36427E+01
START P 5 0.10000E+01 H 3 5 -0.45302E+04
START M 3 36 0.87290E+00 H 3 36 -0.13207E+05 M 3 34 -0.87290E+00
START H 3 34 -0.11932E+05 Q 3 303 0.00000E+00 ZA 3 1 0.11133E+04
ADDCO Q 3 303 0
C Gas cooler/Evaporator
STRUC 4 HEATEX_1 5 12 70 71 304 0 1
ADDCO Q 4 304 0 X 4 71 1 T 4 12 300
START M 4 5 0.36427E+01 H 4 5 -0.45302E+04 M 4 12 -0.36427E+01
START P 12 0.10000E+01 H 4 12 -0.52160E+04 M 4 70 0.15490E+01
START P 70 0.54000E+02 H 4 70 0.11789E+04 M 4 71 -0.15490E+01
START P 71 0.53000E+02 H 4 71 0.27917E+04 Q 4 304 0.00000E+00
START ZA 4 1 0.24982E+04
C Gas cooler/gasification air heater
STRUC 6 HEATEX_1 12 13 28 25 306 0 0
START M 6 12 0.36427E+01 H 6 12 -0.52160E+04
START M 6 13 -0.36427E+01 P 13 0.10000E+01 H 6 13 -0.53358E+04
START M 6 28 0.18000E+01 P 28 0.12000E+01 H 6 28 -0.69826E+02
START M 6 25 -0.18000E+01 H 6 25 0.17257E+03 Q 6 306 0.00000E+00
START ZA 6 1 0.43631E+03
ADDCO Q 6 306 0 T 6 25 280
C Condensing gas cooler
STRUC 10 GASCOOL1 13 50 51 60 61 310 0 0
ADDCO T 10 50 45 Q 10 310 0
MEDIA 50 22 60 99
ADDCO T 10 60 30 T 10 61 80 P 60 5
START M 10 13 0.36427E+01 H 10 13 -0.53358E+04
START M 10 50 -0.30183E+01 P 50 0.10000E+01 H 10 50 -0.39906E+04
START M 10 51 -0.62436E+00 P 51 0.10000E+01 H 10 51 -0.15804E+05
START M 10 60 0.11835E+02 P 60 0.50000E+01 H 10 60 0.12612E+03
START M 10 61 -0.11835E+02 P 61 0.50000E+01 H 10 61 0.33528E+03
START Q 10 310 0.0
START X_J 22 1 0.26817E+00 X_J 22 2 0.00000E+00
START X_J 22 3 0.36204E+00 X_J 22 4 0.14746E+00 X_J 22 5 0.00000E+00
START X_J 22 6 0.14424E+00 X_J 22 7 0.73750E-01 X_J 22 8 0.14534E-04
START X_J 22 9 0.21578E-04 X_J 22 10 0.00000E+00 X_J 22 11 0.36816E-05
START X_J 22 12 0.00000E+00 X_J 22 13 0.00000E+00 X_J 22 14 0.00000E+00
START X_J 22 15 0.00000E+00 X_J 22 16 0.00000E+00 X_J 22 17 0.00000E+00
START X_J 22 18 0.00000E+00 X_J 22 19 0.00000E+00 X_J 22 20 0.00000E+00
START X_J 22 21 0.00000E+00 X_J 22 22 0.00000E+00 X_J 22 23 0.00000E+00
START X_J 22 24 0.00000E+00 X_J 22 25 0.00000E+00 X_J 22 26 0.00000E+00
START X_J 22 27 0.00000E+00 X_J 22 28 0.00000E+00 X_J 22 29 0.00000E+00
START X_J 22 30 0.00000E+00 X_J 22 31 0.00000E+00 X_J 22 32 0.00000E+00
START X_J 22 33 0.00000E+00 X_J 22 34 0.00000E+00 X_J 22 35 0.00000E+00
START X_J 22 36 0.43103E-02
C Gas cleaner
STRUC 5 GASCLE_1 50 7 8 305 0
MEDIA 7 24 8 25
C Medium 24: Cleaned syngas
C Medium 25: Removed gas
ADDCO Q 5 305 0
START M 5 50 0.30183E+01 H 5 50 -0.39906E+04
START M 5 7 -0.30182E+01 P 7 0.10000E+01 H 5 7 -0.39907E+04
START M 5 8 -0.13090E-03 P 8 0.10000E+01 H 5 8 -0.11096E+04
START Q 5 305 0.00000E+00 X_J 24 1 0.26818E+00 X_J 24 2 0.00000E+00
START X_J 24 3 0.36205E+00 X_J 24 4 0.14746E+00 X_J 24 5 0.00000E+00
START X_J 24 6 0.14424E+00 X_J 24 7 0.73753E-01 X_J 24 11 0.36818E-05
START X_J 24 30 0.00000E+00 X_J 24 36 0.43105E-02 X_J 25 7 0.00000E+00
START X_J 25 8 0.40247E+00 X_J 25 9 0.59753E+00 X_J 25 10 0.00000E+00
START X_J 25 31 0.00000E+00 X_J 25 32 0.00000E+00 X_J 25 36 0.00000E+00
START X_J 25 38 0.00000E+00
C Gas compressor
STRUC 7 COMPRE_1 7 18 307 107 .9 1.0
START M 7 7 0.30182E+01 H 7 7 -0.39907E+04
START M 7 18 -0.30182E+01 P 18 0.46000E+01 H 7 18 -0.37500E+04
START Q 7 307 0.00000E+00
ADDCO P 18 4.6
94

APPENDIKS E – IGCC anlæg
C Gas cooler
STRUC 8 HEATSNK0 18 19 308 0
ADDCO T 8 19 45
START M 8 18 0.30182E+01 H 8 18 -0.37500E+04
START M 8 19 -0.30182E+01 P 19 0.46000E+01 H 8 19 -0.39907E+04
START Q 8 308 -0.72652E+03
C Gas compressor
STRUC 9 COMPRE_1 19 15 309 109 .9 1.0
START M 9 19 0.30182E+01 H 9 19 -0.39907E+04
START M 9 15 -0.30182E+01 P 15 0.21000E+02 H 9 15 -0.37515E+04
START Q 9 309 0.00000E+00
ADDCO P 15 21
C * * * * * * * * * * *
C Gas turbine section
C * * * * * * * * * * *
C air compressor
STRUC 21 COMPRE_1 20 29 321 150 0.85 1
MEDIA 20 9
C Medium 9: Air
ADDCO T 21 20 25 P 20 1.013
START M 21 20 0.12869E+02 P 20 0.10130E+01
START H 21 20 -0.88741E+02 M 21 29 -0.12869E+02 P 29 0.20000E+02
START H 21 29 0.38375E+03 Q 21 321 0.00000E+00
C Booster compressor
STRUC 29 COMPRE_1 24 28 329 129 0.85 1.0
START M 29 24 0.18000E+01
START P 24 0.10000E+01 H 29 24 -0.88741E+02 M 29 28 -0.18000E+01
START H 29 28 -0.69826E+02 Q 29 329 0.00000E+00
ADDCO T 29 24 25 P 24 1
C gas combustor
STRUC 24 GASBUR_2 29 15 9 324 1150 1
MEDIA 9 26
C Medium 26: Combustion products
ADDCO Q 24 324 0
START M 24 29 0.12869E+02
START H 24 29 0.38375E+03 M 24 15 0.30182E+01 H 24 15 -0.37515E+04
START M 24 9 -0.15887E+02 P 9 0.20000E+02 H 24 9 -0.40184E+03
START Q 24 324 0.00000E+00 X_J 26 2 0.11762E+00 X_J 26 3 0.71247E+00
START X_J 26 6 0.70685E-01 X_J 26 7 0.90741E-01 X_J 26 10 0.00000E+00
START X_J 26 36 0.84810E-02
C Gas turbine
STRUC 27 TURBIN_1 9 10 150 .89
ADDCO P 9 20
START M 27 9 0.15887E+02 H 27 9 -0.40184E+03
START M 27 10 -0.15887E+02 P 10 0.10300E+01 H 27 10 -0.11869E+04
STRUC 50 SIM_GENE 250 350 150 0.98
START E 50 250 -0.62649E+04 Q 50 350 -0.12786E+03
C Steam fan
STRUC 40 COMPRE_1 35 37 340 140 1 1
START M 40 35 0.96564E+01
START H 40 35 -0.13245E+05 M 40 37 -0.96564E+01 P 37 0.10200E+01
START H 40 37 -0.13241E+05 Q 40 340 0.00000E+00
C Flue gas cooler/dryer steam heater
STRUC 32 HEATEX_1 43 45 37 38 328 0 .02
ADDCO Q 32 328 0 X 32 45 0
START M 32 43 0.82718E-03
START P 43 0.76646E+01 H 32 43 0.30581E+04 M 32 45 -0.82718E-03
START P 45 0.76646E+01 H 32 45 0.71317E+03 M 32 37 0.96564E+01
START H 32 37 -0.13241E+05 M 32 38 -0.96564E+01 P 38 0.10000E+01
START H 32 38 -0.13241E+05 Q 32 328 0.00000E+00 ZA 32 1 0.19397E+01
STRUC 36 HEATEX_1 80 81 38 30 336 0 0
ADDCO T 36 81 130 T 36 38 122 Q 36 336 0
START M 36 80 0.90622E+01 P 80 0.10100E+01 H 36 80 -0.13533E+04
START M 36 81 -0.90622E+01 P 81 0.10100E+01 H 36 81 -0.16169E+04
START M 36 38 0.96564E+01 H 36 38 -0.13241E+05 M 36 30 -0.96564E+01
START H 36 30 -0.12994E+05 Q 36 336 0.00000E+00 ZA 36 1 0.23890E+04
95

APPENDIKS E – IGCC anlæg
C * * * * * * *
C Steam cycle *
C * * * * * * *
STRUC 41 HEATEX_1 10 16 44 49 341 0.01 1
ADDCO T 41 49 500
ADDCO Q 41 341 0
START M 41 10 0.15887E+02 H 41 10 -0.11869E+04 M 41 16 -0.15887E+02
START P 16 0.10200E+01 H 41 16 -0.12788E+04 M 41 44 0.22824E+01
START P 44 0.53000E+02 H 41 44 0.27917E+04 M 41 49 -0.22824E+01
START P 49 0.52000E+02 H 41 49 0.34314E+04 Q 41 341 0.00000E+00
START ZA 41 1 0.14601E+04
STRUC 44 HEATEX_1 16 17 41 44 344 0.01 1
ADDCO Q 44 344 0 X 41 44 1
START M 44 16 0.15887E+02 H 44 16 -0.12788E+04
START M 44 17 -0.15887E+02 P 17 0.10100E+01 H 44 17 -0.13533E+04
START M 44 41 0.73338E+00 P 41 0.54000E+02 H 44 41 0.11789E+04
START M 44 44 -0.73338E+00 H 44 44 0.27917E+04 Q 44 344 0.00000E+00
START ZA 44 1 0.11828E+04
STRUC 42 SPLITTER 42 41 70
START M 42 42 0.22824E+01 P 42 0.54000E+02
START H 42 42 0.11789E+04 M 42 41 -0.73338E+00 H 42 41 0.11789E+04
START M 42 70 -0.15490E+01 H 42 70 0.11789E+04
STRUC 43 VALVE_01 71 44
START M 43 71 0.15490E+01
START H 43 71 0.27917E+04 M 43 44 -0.15490E+01 H 43 44 0.27917E+04
STRUC 35 SPLITTER 17 14 80
START M 35 17 0.15887E+02 H 35 17 -0.13533E+04 M 35 14 -0.68252E+01
START P 14 0.10100E+01 H 35 14 -0.13533E+04 M 35 80 -0.90622E+01
START H 35 80 -0.13533E+04
STRUC 33 HEATEX_1 14 11 48 42 333 0.01 1
ADDCO P 48 55 Q 33 333 0 T 33 11 60 X 33 42 0
MEDIA 48 99
ADDCO P 11 1.0
START M 33 14 0.68252E+01 H 33 14 -0.13533E+04
START M 33 11 -0.68252E+01 P 11 0.10000E+01 H 33 11 -0.16908E+04
START M 33 48 0.22824E+01 P 48 0.55000E+02 H 33 48 0.16973E+03
START M 33 42 -0.22824E+01 H 33 42 0.11789E+04 Q 33 333 0.00000E+00
START ZA 33 1 0.23034E+04
STRUC 34 TURCYCLE 3 49 43 46 134 .8
START M 34 49 0.22824E+01 H 34 49 0.34314E+04
START M 34 43 -0.82718E-03 H 34 43 0.30581E+04 M 34 46 -0.22816E+01
START P 46 0.95930E-01 H 34 46 0.24147E+04
C ADDCO M 34 43 0.001
ADDCO T 34 43 300
ADDCO P 46 .09593
STRUC 37 STECON_0 46 47 337 0
START M 37 46 0.22816E+01
START H 37 46 0.24147E+04 M 37 47 -0.22816E+01 P 47 0.9593E-01
START H 37 47 0.16338E+03 Q 37 337 -0.51366E+04
STRUC 38 LIQPUM_1 47 48 238 .9
START M 38 47 0.22816E+01
START H 38 47 0.16338E+03 M 38 48 -0.22816E+01 H 38 48 0.16953E+03
START E 38 238 0.14029E+02
STRUC 39 LIQPUM_1 45 48 239 .9
START M 39 45 0.82718E-03 H 39 45 0.71317E+03
START M 39 48 -0.82718E-03 H 39 48 0.71902E+03 E 39 239 0.48411E-02
STRUC 45 VALVE_01 81 11
START M 45 81 0.90622E+01 H 45 81 -0.16169E+04 M 45 11 -0.90622E+01
START H 45 11 -0.16169E+04
STRUC 46 ADDANODE 11 82
START M 46 11 0.15887E+02 H 46 11 -0.16486E+04
START M 46 82 -0.15887E+02 P 82 0.10000E+01 H 46 82 -0.16486E+04
96

E.2 GT anlæg
APPENDIKS E – IGCC anlæg
DNA GT modellens knudepunkts flowdiagram ses af Illustration E.2. Det røde
kredsløb illustrerer dampkredsløbet til tørring. Programudskrift af DNA koden
fremgår af efterfølgende afsnit. Bemærk, at der er et by-pass kredsløb uden om
varmeveksler 36 (røggas og tørrekredsløb), dette er for at gøre systemet mere stabilt,
idet der ellers blev observeret nogle problemer med at ligningssystemet ville
konvergere.
I afsnit E.2.2 er der endvidere programudskrift for det gasturbineanlæg, der er
skitseret i Figur 4.7. Der er et ultimativt anlæg, idet så meget af processtrømmen er
forsøgt genanvendt og integreret som muligt.
82
142
1
35
40-COMPRE_1
1-DRYER_02 2-GASIFI_2
2
31
30-SPLITTER
46-GASCOOL1 45-VALVE_01 81 36-HEATEX_1
80
141
Q-346
460
30
38
Q-301 Q-302 34
Q-303
50-SIM_GENE
32
97
3
31-COMPRE_1
35-SPLITTER
27-TURBIN_1
3-HEATEX_4
Illustration E.2: Knudepunktsdiagram for simpelt GT anlæg.
11
Q-336
10
36
9
25
5 6-HEATEX_1
24-GASBUR_2
28
29-COMPR_1
E.2.1 Programudskrift for GT anlæg
TITLE PCFB BIOMASS GASIFIER INTEGRATED WITH GAS TURBINE. NON IDEAL
C Model af GT anlæg med 50% fugt. Atmosfærisk forgasning.
C * * * * * * * * * * *
C Pretreatment section*
C * * * * * * * * * * *
C fuel dryer
STRUC 1 DRYER_02 1 30 2 31 301 0.10 0
NAMES FL 41 wood FL 61 dried_wood
MEDIA 1 41 2 61
Q-340
Q-350
150
Q-331
Q-324
150
15
24
29
Q-306 Q-310
Q-329
10-GASCOOL1
13
51
Q-309
9-COMPRE_1
60
61
50
5-GASCLE_1
7
7-COMPRE_1
18
8-HEATSNK0
19
21-COMPR_1 20
SOLID 41 28 0.5 1 0.06 2 0.43 29 0.001 38 0.009 LHV 19000 CP 1.35 MOI 0.50
ADDCO T 1 1 25 P 1 1 P 2 1
ADDCO T 1 30 250 Q 1 301 0
ADDCO P 30 1
START M 1 1 0.18428E+01 P 1 0.10000E+01 H 1 1 -0.10458E+05
START M 1 30 0.96564E+01 P 30 0.10000E+01 H 1 30 -0.12994E+05
START M 1 2 -0.96989E+00 P 2 0.10000E+01 H 1 2 -0.54486E+04
START M 1 31 -0.10529E+02 P 31 0.10000E+01 H 1 31 -0.13245E+05
START Q 1 301 0.00000E+00 X_J 61 1 0.59090E-01 X_J 61 2 0.40974E+00
START X_J 61 3 0.95000E-04 X_J 61 4 0.00000E+00 X_J 61 5 0.00000E+00
Q-321
Q-307
Q-308
Q-305
8

APPENDIKS E – IGCC anlæg
START X_J 61 6 0.00000E+00 X_J 61 37 0.50000E-01 X_J 61 8 0.00000E+00
START X_J 61 9 0.00000E+00 X_J 61 10 0.00000E+00 X_J 61 11 0.00000E+00
START X_J 61 12 0.00000E+00 X_J 61 13 0.00000E+00 X_J 61 14 0.00000E+00
START X_J 61 15 0.00000E+00 X_J 61 16 0.00000E+00 X_J 61 17 0.00000E+00
START X_J 61 18 0.00000E+00 X_J 61 19 0.00000E+00 X_J 61 20 0.00000E+00
START X_J 61 21 0.00000E+00 X_J 61 22 0.00000E+00 X_J 61 23 0.00000E+00
START X_J 61 24 0.00000E+00 X_J 61 25 0.00000E+00 X_J 61 26 0.00000E+00
START X_J 61 27 0.00000E+00 X_J 61 28 0.48089E+00 X_J 61 29 0.95000E-04
START X_J 61 30 0.00000E+00 X_J 61 31 0.00000E+00 X_J 61 32 0.00000E+00
START X_J 61 33 0.00000E+00 X_J 61 34 0.00000E+00 X_J 61 35 0.00000E+00
START X_J 61 36 0.00000E+00 X_J 61 38 0.95000E-04
STRUC 30 SPLITTER 31 32 35
VARPA 2 13 T 1 31 120
START H 30 31 -0.13245E+05 M 30 32 -0.87290E+00 P 32 0.10000E+01
START H 30 32 -0.13245E+05 M 30 35 -0.96564E+01 P 35 0.10000E+01
START H 30 35 -0.13245E+05
STRUC 31 COMPRE_1 32 36 331 131 0.9 1.0
START M 31 32 0.87290E+00 H 31 32 -0.13245E+05
START M 31 36 -0.87290E+00 P 36 0.12000E+01 H 31 36 -0.13207E+05
START Q 31 331 0.00000E+00 M 30 31 0.10529E+02
C * * * * * * * * *
C gasifier section*
C * * * * * * * * *
STRUC 2 GASIFI_2 9 2 34 25 3 4 302 1 3 4 6 7 8 9 11 /
36 1 850 .2 0.9 1.0
MEDIA 25 9 3 21 4 69
C Medium 9: Air
C Medium 21: Syngas
C Medium 69: Ashes
ADDCO Q 2 302 0 P 4 1 M 2 25 1.8 T 2 3 900
START M 2 2 0.96989E+00 H 2 2 -0.54486E+04
START M 2 34 0.87290E+00 P 34 0.12000E+01 H 2 34 -0.11932E+05
START M 2 25 0.18000E+01 P 25 0.12000E+01 H 2 25 0.17257E+03
START M 2 3 -0.36427E+01 P 3 0.10000E+01 H 2 3 -0.42246E+04
START M 2 4 -0.92139E-04 P 4 0.10000E+01 H 2 4 -0.42080E+04
START Q 2 302 0.00000E+00 ZA 2 1 0.97315E+01 ZA 2 2 0.74647E+01
START ZA 2 3 0.13269E+02 ZA 2 4 0.32048E+02 ZA 2 5 0.21192E+02
START ZA 2 6 0.25863E+02 ZA 2 7 -0.30797E+07 X_J 21 1 0.21280E+00
START X_J 21 2 0.00000E+00 X_J 21 3 0.28728E+00 X_J 21 4 0.11701E+00
START X_J 21 5 0.00000E+00 X_J 21 6 0.11445E+00 X_J 21 7 0.26501E+00
START X_J 21 8 0.11533E-04 X_J 21 9 0.17123E-04 X_J 21 10 0.00000E+00
START X_J 21 11 0.29214E-05 X_J 21 30 0.00000E+00 X_J 21 31 0.00000E+00
START X_J 21 32 0.00000E+00 X_J 21 36 0.34203E-02 X_J 69 28 0.00000E+00
START X_J 69 38 0.10000E+01
C Gas cooler/gasification steam heater
STRUC 3 HEATEX_4 3 5 36 34 303 .8 0 0
START M 3 3 0.36427E+01 H 3 3 -0.42246E+04 M 3 5 -0.36427E+01
START P 5 0.10000E+01 H 3 5 -0.45302E+04
START M 3 36 0.87290E+00 H 3 36 -0.13207E+05 M 3 34 -0.87290E+00
START H 3 34 -0.11932E+05 Q 3 303 0.00000E+00 ZA 3 1 0.11133E+04
ADDCO Q 3 303 0
C Gas cooler/gasification air heater
STRUC 6 HEATEX_1 5 13 28 25 306 0 0
START M 6 5 0.36427E+01 H 6 5 -0.52160E+04
START M 6 13 -0.36427E+01 P 13 0.10000E+01 H 6 13 -0.53358E+04
START M 6 28 0.18000E+01 P 28 0.12000E+01 H 6 28 -0.69826E+02
START M 6 25 -0.18000E+01 H 6 25 0.17257E+03 Q 6 306 0.00000E+00
START ZA 6 1 0.43631E+03
ADDCO Q 6 306 0 T 6 25 280
C Condensing gas cooler
STRUC 10 GASCOOL1 13 50 51 60 61 310 0 0
ADDCO T 10 50 45 Q 10 310 0
MEDIA 50 22 60 99
ADDCO T 10 60 30 T 10 61 80 P 60 5
START M 10 13 0.36427E+01 H 10 13 -0.53358E+04
START M 10 50 -0.30183E+01 P 50 0.10000E+01 H 10 50 -0.39906E+04
START M 10 51 -0.62436E+00 P 51 0.10000E+01 H 10 51 -0.15804E+05
START M 10 60 0.11835E+02 P 60 0.50000E+01 H 10 60 0.12612E+03
START M 10 61 -0.11835E+02 P 61 0.50000E+01 H 10 61 0.33528E+03
START Q 10 310 0.0
98

APPENDIKS E – IGCC anlæg
START X_J 22 1 0.26817E+00 X_J 22 2 0.00000E+00
START X_J 22 3 0.36204E+00 X_J 22 4 0.14746E+00 X_J 22 5 0.00000E+00
START X_J 22 6 0.14424E+00 X_J 22 7 0.73750E-01 X_J 22 8 0.14534E-04
START X_J 22 9 0.21578E-04 X_J 22 10 0.00000E+00 X_J 22 11 0.36816E-05
START X_J 22 12 0.00000E+00 X_J 22 13 0.00000E+00 X_J 22 14 0.00000E+00
START X_J 22 15 0.00000E+00 X_J 22 16 0.00000E+00 X_J 22 17 0.00000E+00
START X_J 22 18 0.00000E+00 X_J 22 19 0.00000E+00 X_J 22 20 0.00000E+00
START X_J 22 21 0.00000E+00 X_J 22 22 0.00000E+00 X_J 22 23 0.00000E+00
START X_J 22 24 0.00000E+00 X_J 22 25 0.00000E+00 X_J 22 26 0.00000E+00
START X_J 22 27 0.00000E+00 X_J 22 28 0.00000E+00 X_J 22 29 0.00000E+00
START X_J 22 30 0.00000E+00 X_J 22 31 0.00000E+00 X_J 22 32 0.00000E+00
START X_J 22 33 0.00000E+00 X_J 22 34 0.00000E+00 X_J 22 35 0.00000E+00
START X_J 22 36 0.43103E-02
C Gas cleaner
STRUC 5 GASCLE_1 50 7 8 305 0
MEDIA 7 24 8 25
C Medium 24: Cleaned syngas
C Medium 25: Removed gas
ADDCO Q 5 305 0
START M 5 50 0.30183E+01 H 5 50 -0.39906E+04
START M 5 7 -0.30182E+01 P 7 0.10000E+01 H 5 7 -0.39907E+04
START M 5 8 -0.13090E-03 P 8 0.10000E+01 H 5 8 -0.11096E+04
START Q 5 305 0.00000E+00 X_J 24 1 0.26818E+00 X_J 24 2 0.00000E+00
START X_J 24 3 0.36205E+00 X_J 24 4 0.14746E+00 X_J 24 5 0.00000E+00
START X_J 24 6 0.14424E+00 X_J 24 7 0.73753E-01 X_J 24 11 0.36818E-05
START X_J 24 30 0.00000E+00 X_J 24 36 0.43105E-02 X_J 25 7 0.00000E+00
START X_J 25 8 0.40247E+00 X_J 25 9 0.59753E+00 X_J 25 10 0.00000E+00
START X_J 25 31 0.00000E+00 X_J 25 32 0.00000E+00 X_J 25 36 0.00000E+00
START X_J 25 38 0.00000E+00
C Gas compressor
STRUC 7 COMPRE_1 7 18 307 107 .9 1.0
START M 7 7 0.30182E+01 H 7 7 -0.39907E+04
START M 7 18 -0.30182E+01 P 18 0.46000E+01 H 7 18 -0.37500E+04
START Q 7 307 0.00000E+00
ADDCO P 18 4.6
C Gas cooler
STRUC 8 HEATSNK0 18 19 308 0
ADDCO T 8 19 45
START M 8 18 0.30182E+01 H 8 18 -0.37500E+04
START M 8 19 -0.30182E+01 P 19 0.46000E+01 H 8 19 -0.39907E+04
START Q 8 308 -0.72652E+03
C Gas compressor
STRUC 9 COMPRE_1 19 15 309 109 .9 1.0
START M 9 19 0.30182E+01 H 9 19 -0.39907E+04
START M 9 15 -0.30182E+01 P 15 0.21000E+02 H 9 15 -0.37515E+04
START Q 9 309 0.00000E+00
ADDCO P 15 21
C * * * * * * * * * * *
C Gas turbine section
C * * * * * * * * * * *
C air compressor
STRUC 21 COMPRE_1 20 29 321 150 0.85 1
MEDIA 20 9
C Medium 9: Air
ADDCO T 21 20 25 P 20 1.013
START M 21 20 0.12869E+02 P 20 0.10130E+01
START H 21 20 -0.88741E+02 M 21 29 -0.12869E+02 P 29 0.20000E+02
START H 21 29 0.38375E+03 Q 21 321 0.00000E+00
C Booster compressor
STRUC 29 COMPRE_1 24 28 329 129 0.85 1.0
START M 29 24 0.18000E+01
START P 24 0.10000E+01 H 29 24 -0.88741E+02 M 29 28 -0.18000E+01
START H 29 28 -0.69826E+02 Q 29 329 0.00000E+00
ADDCO T 29 24 25 P 24 1
C gas combustor
STRUC 24 GASBUR_2 29 15 9 324 1150 1
MEDIA 9 26
C Medium 26: Combustion products
99

APPENDIKS E – IGCC anlæg
ADDCO Q 24 324 0
START M 24 29 0.12869E+02
START H 24 29 0.38375E+03 M 24 15 0.30182E+01 H 24 15 -0.37515E+04
START M 24 9 -0.15887E+02 P 9 0.20000E+02 H 24 9 -0.40184E+03
START Q 24 324 0.00000E+00 X_J 26 2 0.11762E+00 X_J 26 3 0.71247E+00
START X_J 26 6 0.70685E-01 X_J 26 7 0.90741E-01 X_J 26 10 0.00000E+00
START X_J 26 36 0.84810E-02
C Gas turbine
STRUC 27 TURBIN_1 9 10 150 .89
ADDCO P 9 20
START M 27 9 0.15887E+02 H 27 9 -0.40184E+03
START M 27 10 -0.15887E+02 P 10 0.10300E+01 H 27 10 -0.11869E+04
STRUC 50 SIM_GENE 250 350 150 0.98
START E 50 250 -0.62649E+04 Q 50 350 -0.12786E+03
C Steam fan
STRUC 40 COMPRE_1 35 38 340 140 1 1
START M 40 35 0.96564E+01
START H 40 35 -0.13245E+05 M 40 38 -0.96564E+01 P 38 0.10200E+01
START H 40 38 -0.13241E+05 Q 40 340 0.00000E+00
STRUC 35 SPLITTER 10 11 80
START M 35 10 0.15887E+02 H 35 10 -0.13533E+04 M 35 11 -0.68252E+01
START P 11 0.10100E+01 H 35 11 -0.13533E+04 M 35 80 -0.90622E+01
START H 35 80 -0.13533E+04
C Røggas - tørrekredsløb varmeveksling
STRUC 36 HEATEX_4 80 81 38 30 336 0.7 0 0
ADDCO Q 36 336 0
START M 36 80 0.90622E+01 H 36 80 -0.13533E+04
START M 36 81 -0.90622E+01 P 81 0.10100E+01 H 36 81 -0.16169E+04
START M 36 38 0.96564E+01 H 36 38 -0.13241E+05 M 36 30 -0.96564E+01
START H 36 30 -0.12994E+05 Q 36 336 0.00000E+00 ZA 36 1 0.23890E+04
STRUC 45 VALVE_01 81 11
START M 45 81 0.90622E+01 H 45 81 -0.16169E+04 M 45 11 -0.90622E+01
START H 45 11 -0.16169E+04
C køling af røggas til fjernvarme temperatur!
STRUC 46 GASCOOL1 11 82 142 460 141 513 0.00 0.00
MEDIA 460 99 82 27
ADDCO P 82 1
ADDCO T 46 460 20 T 46 141 100 P 460 10
ADDCO Q 46 513 0 T 46 82 45
C
C ******* STARTGÆT **************
START M 46 11 0.97759E+01 H 46 11 -0.32835E+04
START M 46 82 -0.91558E+01 P 82 0.10000E+01 H 46 82 -0.27511E+04
START M 46 142 -0.62015E+00 P 142 0.10000E+01 H 46 142 -0.15783E+05
START M 46 460 0.11038E+01 P 460 0.10000E+01 H 46 460 0.83954E+02
START M 46 141 -0.11038E+01 P 141 0.10000E+00 H 46 141 0.26763E+04
START Q 46 513 0
START X_J 27 1 0.00000E+00 X_J 27 2 0.35416E-01
START X_J 27 3 0.70999E+00 X_J 27 4 0.00000E+00 X_J 27 5 0.00000E+00
START X_J 27 6 0.15032E+00 X_J 27 7 0.95820E-01 X_J 27 8 0.00000E+00
START X_J 27 36 0.84513E-02
E.2.2 Programudskrift for ”ultimativt” GT anlæg
TITLE GT-ULTIMATE
C Model GT anlæg, med genvinding af varme (recuperated)
C til tryksat gas og tryksat luft i gasturbine.
C Samt yderligere luftforvarmning!
C fuel dryer
STRUC 1 DRYER_02 1 30 2 31 301 0.10 0
NAMES FL 41 wood FL 61 dried_wood
MEDIA 1 41 2 61
SOLID 41 28 0.5 1 0.06 2 0.43 29 0.001 38 0.009 LHV 19000 CP 1.35 MOI 0.50
100

APPENDIKS E – IGCC anlæg
ADDCO T 1 1 25 P 1 1 P 2 1
ADDCO T 1 30 250 Q 1 301 0
ADDCO P 30 1
START M 1 1 0.19052E+01 P 1 0.10000E+01 H 1 1 -0.10340E+05
START M 1 30 0.94903E+01 P 30 0.10000E+01 H 1 30 -0.12994E+05
START M 1 2 -0.10584E+01 P 2 0.10000E+01 H 1 2 -0.57644E+04
START M 1 31 -0.10337E+02 P 31 0.10000E+01 H 1 31 -0.13245E+05
START Q 1 301 0.00000E+00 X_J 61 1 0.54000E-01 X_J 61 2 0.38700E+00
START X_J 61 3 0.00000E+00 X_J 61 4 0.00000E+00 X_J 61 5 0.00000E+00
START X_J 61 6 0.00000E+00 X_J 61 37 0.10000E+00 X_J 61 8 0.00000E+00
START X_J 61 9 0.00000E+00 X_J 61 10 0.00000E+00 X_J 61 11 0.00000E+00
START X_J 61 12 0.00000E+00 X_J 61 13 0.00000E+00 X_J 61 14 0.00000E+00
START X_J 61 15 0.00000E+00 X_J 61 16 0.00000E+00 X_J 61 17 0.00000E+00
START X_J 61 18 0.00000E+00 X_J 61 19 0.00000E+00 X_J 61 20 0.00000E+00
START X_J 61 21 0.00000E+00 X_J 61 22 0.00000E+00 X_J 61 23 0.00000E+00
START X_J 61 24 0.00000E+00 X_J 61 25 0.00000E+00 X_J 61 26 0.00000E+00
START X_J 61 27 0.00000E+00 X_J 61 28 0.45000E+00 X_J 61 29 0.90000E-03
START X_J 61 30 0.00000E+00 X_J 61 31 0.00000E+00 X_J 61 32 0.00000E+00
START X_J 61 33 0.00000E+00 X_J 61 34 0.00000E+00 X_J 61 35 0.00000E+00
START X_J 61 36 0.00000E+00 X_J 61 38 0.81000E-02
STRUC 30 SPLITTER 31 32 35
VARPA 2 13 T 1 31 120
START M 30 31 0.10337E+02
START H 30 31 -0.13245E+05 M 30 32 -0.84675E+00 P 32 0.10000E+01
START H 30 32 -0.13245E+05 M 30 35 -0.94903E+01 P 35 0.10000E+01
START H 30 35 -0.13245E+05
STRUC 31 COMPRE_1 32 36 331 131 0.9 1.0
START M 31 32 0.84675E+00 H 31 32 -0.13245E+05
START M 31 36 -0.84675E+00 P 36 0.12000E+01 H 31 36 -0.13207E+05
START Q 31 331 0.00000E+00
C * * * * * * * * *
C gasifier section*
C * * * * * * * * *
STRUC 2 GASIFI_2 9 2 34 25 3 4 302 1 3 4 6 7 8 9 11 /
36 1 850 .2 0.9 1.0
MEDIA 25 9 3 21 4 69
C Medium 9: Air
C Medium 21: Syngas
C Medium 69: Ashes
ADDCO Q 2 302 0 P 4 1 M 2 25 1.8 T 2 3 850
START M 2 2 0.10584E+01 H 2 2 -0.57644E+04
START M 2 34 0.84675E+00 P 34 0.12000E+01 H 2 34 -0.11932E+05
START M 2 25 0.18000E+01 P 25 0.12000E+01 H 2 25 0.17257E+03
START M 2 3 -0.36966E+01 P 3 0.10000E+01 H 2 3 -0.42898E+04
START M 2 4 -0.85733E-02 P 4 0.10000E+01 H 2 4 -0.42080E+04
START Q 2 302 0.00000E+00 ZA 2 1 0.96609E+01 ZA 2 2 0.67899E+01
START ZA 2 3 0.13216E+02 ZA 2 4 0.33157E+02 ZA 2 5 0.18947E+02
START ZA 2 6 0.25797E+02 ZA 2 7 -0.29737E+07 X_J 21 1 0.21846E+00
START X_J 21 2 0.00000E+00 X_J 21 3 0.28309E+00 X_J 21 4 0.11111E+00
START X_J 21 5 0.00000E+00 X_J 21 6 0.12183E+00 X_J 21 7 0.26195E+00
START X_J 21 8 0.15349E-04 X_J 21 9 0.17446E-03 X_J 21 10 0.00000E+00
START X_J 21 11 0.85562E-05 X_J 21 30 0.00000E+00 X_J 21 31 0.00000E+00
START X_J 21 32 0.00000E+00 X_J 21 36 0.33705E-02 X_J 69 28 0.00000E+00
START X_J 69 38 0.10000E+01
C Gas cooler/gasification steam heater
STRUC 3 HEATEX_4 3 5 36 34 303 .9 0 0
ADDCO Q 3 303 0
START M 3 3 0.36966E+01 H 3 3 -0.42898E+04
START M 3 5 -0.36966E+01 P 5 0.10000E+01 H 3 5 -0.45819E+04
START M 3 36 0.84675E+00 H 3 36 -0.13207E+05 M 3 34 -0.84675E+00
START H 3 34 -0.11932E+05 Q 3 303 0.00000E+00 ZA 3 1 0.10799E+04
C Gas cooler/gasification air heater
STRUC 6 HEATEX_4 5 14 49 25 306 0.9 0 0
ADDCO Q 6 306 0
START M 6 5 0.36966E+01 H 6 5 -0.45819E+04 M 6 14 -0.36966E+01
START P 14 0.10000E+01 H 6 14 -0.47000E+04 M 6 49 0.18000E+01
START P 49 0.12000E+01 H 6 49 -0.69826E+02 M 6 25 -0.18000E+01
START H 6 25 0.17257E+03 Q 6 306 0.00000E+00 ZA 6 1 0.43631E+03
C Condensing gas cooler
101

STRUC 10 GASCOOL1 13 50 51 60 61 310 0 0
ADDCO T 10 50 45 Q 10 310 0
APPENDIKS E – IGCC anlæg
MEDIA 50 22 60 99
ADDCO T 10 60 30 T 10 61 80 P 60 5
START M 10 13 0.36966E+01 H 10 13 -0.47000E+04 M 10 50 -0.31329E+01
START P 50 0.10000E+01 H 10 50 -0.42752E+04 M 10 51 -0.56375E+00
START P 51 0.10000E+01 H 10 51 -0.15783E+05 M 10 60 0.23509E+02
START P 60 0.50000E+01 H 10 60 0.12612E+03 M 10 61 -0.23509E+02
START P 61 0.50000E+01 H 10 61 0.33528E+03 Q 10 310 0.00000E+00
START X_J 22 1 0.26763E+00 X_J 22 2 0.00000E+00 X_J 22 3 0.34681E+00
START X_J 22 4 0.13611E+00 X_J 22 5 0.00000E+00 X_J 22 6 0.14925E+00
START X_J 22 7 0.95820E-01 X_J 22 8 0.18804E-04 X_J 22 9 0.21372E-03
START X_J 22 10 0.00000E+00 X_J 22 11 0.10482E-04 X_J 22 12 0.00000E+00
START X_J 22 34 0.00000E+00 X_J 22 35 0.00000E+00 X_J 22 36 0.41292E-02
C Gas cleaner
STRUC 5 GASCLE_1 50 7 8 305 0
MEDIA 7 24 8 25
C Medium 24: Cleaned syngas
C Medium 25: Removed gas
ADDCO Q 5 305 0
START M 5 50 0.31329E+01 H 5 50 -0.42752E+04 M 5 7 -0.31318E+01
START P 7 0.10000E+01 H 5 7 -0.42764E+04 M 5 8 -0.10570E-02
START P 8 0.10000E+01 H 5 8 -0.66875E+03 Q 5 305 0.00000E+00
START X_J 24 1 0.26770E+00 X_J 24 2 0.00000E+00 X_J 24 3 0.34689E+00
START X_J 24 4 0.13615E+00 X_J 24 5 0.00000E+00 X_J 24 6 0.14928E+00
START X_J 24 7 0.95842E-01 X_J 24 11 0.10485E-04 X_J 24 30 0.00000E+00
START X_J 24 36 0.41301E-02 X_J 25 7 0.00000E+00 X_J 25 8 0.80868E-01
START X_J 25 9 0.91913E+00 X_J 25 10 0.00000E+00 X_J 25 31 0.00000E+00
START X_J 25 32 0.00000E+00 X_J 25 36 0.00000E+00 X_J 25 38 0.00000E+00
C Gas compressor
STRUC 7 COMPRE_1 7 18 307 107 .9 1.0
ADDCO P 18 4.6
START M 7 7 0.31318E+01 H 7 7 -0.42764E+04 M 7 18 -0.31318E+01
START P 18 0.46000E+01 H 7 18 -0.40308E+04 Q 7 307 0.00000E+00
C Gas cooler
STRUC 8 HEATSNK0 18 19 308 0
ADDCO T 8 19 45
START M 8 18 0.31318E+01 H 8 18 -0.40308E+04 M 8 19 -0.31318E+01
START P 19 0.46000E+01 H 8 19 -0.42764E+04 Q 8 308 -0.76920E+03
C Gas compressor
STRUC 9 COMPRE_1 19 15 309 109 .9 1.0
START M 9 19 0.31318E+01 H 9 19 -0.42764E+04 M 9 15 -0.31318E+01
START P 15 0.21000E+02 H 9 15 -0.40323E+04 Q 9 309 0.00000E+00
ADDCO P 15 21
C * * * * * * * * * * *
C Gas turbine section
C * * * * * * * * * * *
C air compressor
STRUC 21 COMPRE_1 20 29 321 150 0.85 1
MEDIA 20 9
C Medium 9: Air
ADDCO T 21 20 25 P 20 1.013
START M 21 20 0.12831E+02 P 20 0.10130E+01 H 21 20 -0.88741E+02
START M 21 29 -0.12831E+02 P 29 0.20000E+02 H 21 29 0.38375E+03
START Q 21 321 0.00000E+00
C Booster compressor
STRUC 29 COMPRE_1 24 28 329 129 0.85 1.0
START M 29 24 0.18000E+01 P 24 0.10000E+01
START H 29 24 -0.88741E+02 M 29 28 -0.18000E+01 H 29 28 -0.69826E+02
START Q 29 329 0.00000E+00
ADDCO T 29 24 25 P 24 1
C Genvinding af termisk energi i produktgas, til forvarming af
C tryksat gas.
STRUC 47 HEATEX_2 14 13 15 47 347 50 0 0
ADDCO Q 47 347 0
C MEDIA 46 9
C ADDCO T 47 46 200 M 47 46 4 P 46 1
102

C ADDCO T 47 47 400
APPENDIKS E – IGCC anlæg
C gas combustor
STRUC 24 GASBUR_2 17 47 9 324 1150 1
MEDIA 9 26
C Medium 26: Combustion products
ADDCO Q 24 324 0
START M 24 17 0.12831E+02 H 24 17 0.38375E+03
START M 24 47 0.31318E+01 H 24 47 -0.40323E+04 M 24 9 -0.15963E+02
START P 9 0.20000E+02 H 24 9 -0.48263E+03 Q 24 324 0.00000E+00
START X_J 26 2 0.11556E+00 X_J 26 3 0.70537E+00 X_J 26 6 0.71643E-01
START X_J 26 7 0.99028E-01 X_J 26 10 0.00000E+00 X_J 26 36 0.83965E-02
C Gas turbine
STRUC 27 TURBIN_1 9 10 150 .89
ADDCO P 9 20
START M 27 9 0.15963E+02 H 27 9 -0.48263E+03 M 27 10 -0.15963E+02
START P 10 0.10000E+01 H 27 10 -0.12759E+04
C Genvinding af røggassen fra turbine, til forvarming af luft
STRUC 41 HEATEX_4 10 16 29 17 341 0.9 0 0
ADDCO Q 41 341 0
C T 41 17 500
START T 41 17 500 T 41 16 500
STRUC 50 SIM_GENE 250 350 150 0.98
START E 50 250 -0.64682E+04
START Q 50 350 -0.13200E+03
C Steam fan
STRUC 40 COMPRE_1 35 38 340 140 1 1
START M 40 35 0.94903E+01 H 40 35 -0.13245E+05
START M 40 38 -0.94903E+01 P 38 0.10000E+01 H 40 38 -0.13245E+05
START Q 40 340 0.00000E+00
STRUC 35 SPLITTER 16 11 80
START M 35 16 0.15963E+02 H 35 16 -0.12759E+04
START M 35 11 -0.83098E+01 P 11 0.10000E+01 H 35 11 -0.12759E+04
START M 35 80 -0.76534E+01 P 80 0.10000E+01 H 35 80 -0.12759E+04
C Overhedning af damp til tørring vha. røggassen.
STRUC 36 HEATEX_4 80 81 38 30 336 0.9 0 0
ADDCO Q 36 336 0
START M 36 80 0.76534E+01 H 36 80 -0.12759E+04 M 36 81 -0.76534E+01
START P 81 0.10000E+01 H 36 81 -0.15874E+04 M 36 38 0.94903E+01
START H 36 38 -0.13245E+05 M 36 30 -0.94903E+01 H 36 30 -0.12994E+05
START Q 36 336 0.00000E+00 ZA 36 1 0.23840E+04
STRUC 45 VALVE_01 81 11
START M 45 81 0.76534E+01
START H 45 81 -0.15874E+04 M 45 11 -0.76534E+01 H 45 11 -0.15874E+04
C Køling af røggas til fjernvarmetemperatur
STRUC 46 GASCOOL1 48 82 142 460 141 513 0.00 0.00
MEDIA 460 99 82 27
ADDCO P 82 1.0
ADDCO T 46 460 20 T 46 141 100 P 460 10
ADDCO Q 46 513 0 T 46 82 45
C Yderligere forvarmning af luft til forgasser!
STRUC 38 HEATEX_4 11 48 28 49 328 0.9 0 0
ADDCO Q 38 328 0
START T 38 48 200 T 38 49 300
C
C ******* STARTGÆT **************
START M 46 48 0.15963E+02 H 46 48 -0.14252E+04 M 46 82 -0.15928E+02
START P 82 0.10000E+01 H 46 82 -0.17680E+04 M 46 142 -0.35516E-01
START P 142 0.10000E+01 H 46 142 -0.15783E+05 M 46 460 0.17825E+02
START P 460 0.10000E+02 H 46 460 0.84800E+02 M 46 141 -0.17825E+02
START P 141 0.10000E+02 H 46 141 0.41974E+03 Q 46 513 0.00000E+00
START X_J 27 1 0.00000E+00 X_J 27 2 0.11597E+00 X_J 27 3 0.70789E+00
START X_J 27 4 0.00000E+00 X_J 27 5 0.00000E+00 X_J 27 6 0.71898E-01
START X_J 27 7 0.95820E-01 X_J 27 8 0.00000E+00 X_J 27 9 0.00000E+00
START X_J 27 34 0.00000E+00 X_J 27 35 0.00000E+00 X_J 27 36 0.84264E-02
103

F LT-BIG model
APPENDIKS F – LT-BIG model
4-zonersmodellen er implementeret i DNA og et knudepunktsdiagram fremgår af
Illustration F.1.
3
6
4-GASIFI_5
14 20
10-MIXER_01
1-PYRO_1 5
2-GASIFI_3
1
Q-301
Q-304
17
22-MIXER_03
2 7
13
12
3-MIXER_01 51
52
8-VALVE_01
53
14-MIXER_01
57
15-VALVE_01
4
11-VALVE_01 15
104
Q-302
13-FRCSPLIT
9
12-HEATSRC0
Illustration F.1: Knudepunkts repræsentation af 4zoners modellen, som den er opbygget i DNA.
F.1 Nye komponenter
Udviklingen af modellen i DNA krævede en del modifikation af DNA, bl.a. ændring
af fire komponenter, samt kreativ udnyttelse af andre.
F.1.1 PYRO_1
Pyrolysen er modelleret vha. en model udviklet i [28] og implementeret i DNA [29].
DNA modellen beskriver en eksternt opvarmet pyrolyseenhed, som f.eks. tilfældet for
pyrolysemodulet i Viking [12], hvor røggasser i en kappe rundt om pyrolyserøret
sørger for, at pyrolysen har den tilsigtede temperatur. I LT-BIG forgasseren er det
imidlertid meningen, at pyrolysen til dels skal opvarmes internt ved hjælp af
overhedet damp.
Dette krævede nogle ændringer af DNA komponenten, jfr. [30] kan dampen godt
regnes for inaktivt i pyrolysen, hvorfor modellen ændres til internt at få tilført damp
som fluidiseringsmiddel. Eftersom dampen kan betragtes som inaktivt, er denne
ændring dog streng taget overflødig, idet den ikke ændrer på energibalancer eller
stofbalancer for komponenten. Men eftersom den oprindelig pyrolysekomponent var
programmeret på en måde, så det ikke var muligt at bruge vanddamp i kappen, blev
hele programmet ændret til kun at kunne fungere med damp.
92
91
Q-301
8
10
11
21
Q-301

APPENDIKS F – LT-BIG model
I den forbindelse blev der også fjernet en restriktion der gjorde, at komponenten kun
kan have et varmetab, således at komponenten også kan få tilført varme / energi.
F.1.2 Partiel oxidation
Denne zone bliver modelleret vha. en forgasserkomponent. I forbindelse med
udviklingen af LT-BIG modellen opstod der problemer omkring dette, idet
forgasserkomponenterne udviklet til DNA kræver at der er svovl til stede. Som det er
beskrevet i appendiks C, består ligningerne der indgår i forgasseren; af én ligning for
hvert stof der skal indgå i beregningen af gassammensætningen, samt seks
atombalancer for hhv. H, N, C, O, S og Ar.
Uanset svovlindhold i den biomasse der bliver tilført pyrolysen, så er
pyrolysemodellen opbygget således, at der ikke vil indgå noget svovl i
pyrolysegaserne. Herved opstår et singulært ligningssystem, idet lagrange
multiplieren, λ svovl kan antage en vilkårlig værdi;
yiP
Gi
+ RT ln
P
i
i
n ⋅ a
i
n ⋅ a
i
iS
ik
= A
= A
ref
S
k
+ λ
svovl
⋅ 0 +
k
λ ⋅ a
k
ik
= 0
( For DNA : k =
105
( For DNA : i = 1,
2,...,
15)
H, O, C, N, og
Derfor er GASIFI_5 blevet udviklet, hvor atombalancen for svovl er fjernet fra
ligningssystemet. Endvidere er muligheden for at fritage methan fra
ligevægtsberegningerne implementeret i modellen, som beskrevet i appendiks D.
Udskrift af fortrankoden til GASIFI_5, er listet i F.2
F.1.3 Øvrige komponenter
Forgasseren er modelleret vha. GASIFI_2 komponenten i DNA, der dog blev ændret
således, at den får et ekstra knudepunkt med varmetab/tilførsel.
MIXER_03 er en ny komponent der er udviklet, som følge af, at det ikke umiddelbart
var muligt at sammenføre to knudepunkter med vanddamp. Komponenten er blot en
Mixer_01 komponent, hvor det er defineret at der er vanddamp (medie 97) i
knudepunkterne. Der er det kun er massebalancen og energibalancen der skal
afstemmes.
Desuden, er nogle af komponenterne benyttet lidt kreativt, det drejer sig f.eks. om
HEATSRC0, der egentlig er tænkt som en komponent der kan simulere en
varmekilde. I modellen bliver den imidlertid benyttet som et varmedræn, idet den
køler forgassergassen og partiel- oxidationsgassen ned til den temperatur som der er i
forgasseren, og tilfører den fjernede energi til forgasser eller pyrolyse.
Det samme gælder for forgasseren, hvor Q-301 oprindeligt også er tænkt som et
varmetab, men hvor det i denne model kan komme til af fungere som en
varmetilførsel.
Bemærk her, at det modelteknisk er muligt at komme til at overtræde anden
hovedsætning, hvis HEATSRC0 sættes til at køle gassen længere ned end
ligevægtstemperaturen i forgasseren.
Ar)

APPENDIKS F – LT-BIG model
F.2 Programudskrift af GASIFI_5
C***********************************************************************
SUBROUTINE GASIFI_5(KOMTY,ANTLK,ANTEX,ANTKN,ANTPK,ANTM1,
: MMVAR,PARNAM,ZANAM,MEDIE,
: ANTME,VARME,ANTEL,VAREL,MDOT,P,H,Q,PAR,ZA,
: RES,X_J,CP,HV,HF)
C***********************************************************************
C
C GASIFI_5 is a model of a gasifier. The fuel is added
C with steam (ideal gas) and is gasified using an oxydant. The
C gasifier works at given pressure and temperature. Through the plant
C is a constant pressure drop. A heat loss representing real losses
C due to radiation and convection, and also the removed high tempe-
C ture ashes is modelled. Using equilibrium assumption and minimizing
C Gibbs energy the composition of the raw gas is found. Pressure and
C temperature are identical on all outlets.
C
C
C***********************************************************************
C
CA FKOMP - INPUT - Flag with the value:
CA 1: Initialize the component.
CA 2: Initialize with actual system.
CA 3: Fluid composition calculation (constant).
CA 4: Find residuals.
CA 5: Find residuals and check variables.
CA 6: Output information about component.
CA MDOT - INPUT - Massflows from nodes.
CA P - INPUT - Pressure in nodes.
CA Q - INPUT - Exchanged heat.
CA PAR - INPUT - Parameters of the component.
CA X_J - INPUT - Fluid composition.
CA KOMTY - OUTPUT - Component name.
CA ANTPK - OUTPUT - Number of parameters for the component.
CA ANTLK - OUTPUT - Number of equations in the component.
CA ANTEX - OUTPUT - Number of independent equations in the component.
CA ANTKN - OUTPUT - Number of nodes connected to the component.
CA ANTM1 - OUTPUT - Number of massflows in the first conservation of
CA mass equation.
CA MEDIE - IN/OUT - Media (fluid) of the connected nodes.
CA The values mean :
CA 2 : Coal.
CA 8 : Water (liquid).
CA 27 : Oxygen rich gas.
CA 25 : Raw gas.
CA 300 : Heat.
CA ANTME - OUTPUT - Number of fluids with variable composition.
CA VARME - OUTPUT - Fluid numbers (with variable composition).
CA ANTEL - OUTPUT - Number of compounds in these variable fluids.
CA VAREL - OUTPUT - Compound numbers in variable fluids.
CA RES - OUTPUT - Residuals for the component.
C
CL M4 Mass flow of raw gas.
CL DELP Pressure drop through the plant.
CL PGAS Gasifier pressure.
CL TGAS Gasifier temperature.
CL DMVC Amount of water relative to amount of coal.
CL XRAW Composition of raw gas.
CL K_PAR Parameter description.
CL K_LIG Equation description.
CL K_BET Condition description.
CL K_MED Media description.
C
C Subroutines : COMINF
C REAC
C
CP Programmer : Brian Elmegaard 2000 (Bent Lorentzen 1994, Niels Emsholm 1991)
CP Dept. Energy Engr., DTU, Denmark.
C***********************************************************************
C
C Include the common "environment"
C
INCLUDE 'ENVIRO.INI'
INCLUDE 'THERPROP.DEC'
INCLUDE 'GASI.DEC'
C
106

APPENDIKS F – LT-BIG model
C Parameter variables
C
INTEGER ANTLK, ANTEX, ANTKN, MEDIE(6), ANTPK,
: ANTM1, ANTME, VARME(4), ANTEL(4),
: VAREL(ANTST,4),MMVAR(MAXMM)
DOUBLE PRECISION X_J(MAXME,ANTST), PAR(20), RES(29),
: MDOT(5),P(5),Q(1),CP(MAXME),HV(MAXME),HF(MAXME),
: H(5),ZA(6)
CHARACTER*20 KOMTY
CHARACTER*12 ZANAM(6),PARNAM(20)
C
C Local variables
C
INTEGER K_MED(6),I,J,CALCOM(ANTST)
DOUBLE PRECISION DELP, PGAS, TGAS, DMVC, C2M,
: T4,H5,V,S,X,U,CC,NIN(ANTST+1),NOUT(ANTST+1),
: M_BL(5),G(15),R,GIBTEM
CHARACTER*40 K_PAR(5),K_STAT(1)
CHARACTER*80 K_LIG(30), K_BET, KOMDSC
CHARACTER*20 KMEDDS(6)
EXTERNAL COMINF,GIBBS,STATES
INTRINSIC DABS,DLOG,NINT,EXP
INCLUDE 'THERPROP.INI'
INCLUDE 'GASI.INI'
C=======================================================================
GOTO (100,200,1,400,400,200,350) FKOMP
1 RETURN
C-----------------------------------------------------------------------
C Component name
C-----------------------------------------------------------------------
100 CONTINUE
KOMTY = 'GASIFI_5'
MMVAR(1) = 15
GOTO 9999
C-----------------------------------------------------------------------
C Component characteristics
C-----------------------------------------------------------------------
200 CONTINUE
KOMTY = 'GASIFI_5'
ANTKN = 6
ANTPK = 6+MMVAR(1)
ANTLK = 23
ANTEX = 6
ANTM1 = 5
ZANAM(1) = 'MULTIPLIER H'
ZANAM(2) = 'MULTIPLIER C'
ZANAM(3) = 'MULTIPLIER N'
ZANAM(4) = 'MULTIPLIER O'
C ZANAM(5) = 'MULTIPLIER S'
ZANAM(5) = 'MULTIPL Ar'
ZANAM(6) = 'GIBBS ENERGY'
DO I=1,ANTM1
PARNAM(I) = 'CAL COMPOUND'
ENDDO
PARNAM(ANTM1+1) = 'EQ PRESSURE'
PARNAM(ANTM1+2) = 'EQ TEMPERAT'
PARNAM(ANTM1+3) = 'PRESSURELOSS'
PARNAM(ANTM1+4) = 'STEAM FLOW'
PARNAM(ANTM1+5) = 'UNCONV CARBO'
PARNAM(ANTM1+6) = 'CARBON TO METHAN'
MEDIE(1) = -5
MEDIE(2) = 97
MEDIE(3) = -4
MEDIE(4) = -4
MEDIE(5) = -5
MEDIE(6) = 300
ANTME = 4
VARME(1) = -1
VARME(2) = -3
VARME(3) = -4
VARME(4) = -5
ANTEL(1) = 0
ANTEL(2) = 0
ANTEL(3) = 15
ANTEL(4) = 2
VAREL(1,3) = 1
VAREL(2,3) = 2
107

APPENDIKS F – LT-BIG model
VAREL(3,3) = 3
VAREL(4,3) = 4
VAREL(5,3) = 5
VAREL(6,3) = 6
VAREL(7,3) = 7
VAREL(8,3) = 8
VAREL(9,3) = 9
VAREL(10,3) = 10
VAREL(11,3) = 11
VAREL(12,3) = 30
VAREL(13,3) = 31
VAREL(14,3) = 32
VAREL(15,3) = 36
VAREL(1,4) = 28
VAREL(2,4) = 38
IF (FKOMP.EQ.6) GOTO 600
*** FKOMP = 3
GOTO 9999
C-----------------------------------------------------------------------
C Specific heat, heat of formation, heating value of ashes
C-----------------------------------------------------------------------
350 CONTINUE
CP(MEDIE(5)) = 1
HF(MEDIE(5)) = -5083.0D0
HV(MEDIE(5)) = X_J(MEDIE(5),28)*NED_H(28)/M_MOL(28)
GOTO 9999
C-----------------------------------------------------------------------
C Component equations. All in residual form.
C Do not include the conservation laws, since these are treated
C automatically by DNA.
C-----------------------------------------------------------------------
400 CONTINUE
C
C Ash characteristics
C
CP(MEDIE(5)) = 1
HF(MEDIE(5)) = -5083.0D0
HV(MEDIE(5)) = X_J(MEDIE(5),28)*NED_H(28)/M_MOL(28)
C
CALCOM(1) = -1
CALCOM(2) = -2
CALCOM(3) = -3
CALCOM(4) = -4
CALCOM(5) = -5
CALCOM(6) = -6
CALCOM(7) = -7
CALCOM(8) = -8
CALCOM(9) = -9
CALCOM(10) = -10
CALCOM(11) = -11
CALCOM(12) = -30
CALCOM(13) = -31
CALCOM(14) = -32
CALCOM(15) = -36
DO I=1,ANTPK-5
DO J=1,15
IF (CALCOM(J).EQ.-NINT(PAR(I))) THEN
CALCOM(J)=-CALCOM(J)
ENDIF
ENDDO
ENDDO
PGAS = PAR(ANTPK-5)
TGAS = PAR(ANTPK-4)+273.15
DELP = PAR(ANTPK-3)
DMVC = PAR(ANTPK-2)
CC = PAR(ANTPK-1)
C Kulstof til methan
C2M = PAR(ANTPK)
R = 8.314D0
C
C Pressure
C
RES(1) = P(2) - P(3)
RES(2) = P(3) - P(4) - DELP
RES(3) = P(4) - PGAS
C
108

APPENDIKS F – LT-BIG model
C Amount of water relative to coal
C
RES(4) = MDOT(2) - DMVC*MDOT(1)
C
C Ash
C
RES(5) = MDOT(5) +
: MDOT(1)*(X_J(MEDIE(1),38)+X_J(MEDIE(1),28)*(1.0D0-CC))
IF (MDOT(5).EQ.0D0) THEN
RES(6) = X_J(MEDIE(5),38)
ELSE
RES(6) = X_J(MEDIE(5),38) + MDOT(1)*X_J(MEDIE(1),38)/MDOT(5)
ENDIF
RES(7) = X_J(MEDIE(5),28) - (1.0D0-X_J(MEDIE(5),38))
CALL STATES(P(4),H(4),T4,V,S,X,U,1,2,MEDIE(4))
CALL STATES(P(5),H5,T4,V,S,X,U,1,3,MEDIE(5))
RES(8) = H(5) - H5
C------------------------------------------------
C Find the composition of the equilibrium gas
C------------------------------------------------
C
C Calculate mole flow of each species in
C
M_BL(3) = 0D0
DO I=1,ANTST
M_BL(3)=M_BL(3)+X_J(MEDIE(3),I)*M_MOL(I)
ENDDO
DO I=1,ANTST
NIN(I)=MDOT(1)*X_J(MEDIE(1),I)/M_MOL(I) +
+ MDOT(3)*X_J(MEDIE(3),I)/M_BL(3)
ENDDO
NIN(37)=NIN(37)+MDOT(2)/M_MOL(37)
NIN(28)=NIN(28)*CC
C
C Calculate mole flow of each species out
C
M_BL(4) = 0D0
DO I=1,ANTST
M_BL(4)=M_BL(4)+X_J(MEDIE(4),I)*M_MOL(I)
ENDDO
NOUT(ANTST+1) = -MDOT(4)/M_BL(4)
DO I=1,ANTST
NOUT(I)=NOUT(ANTST+1)*X_J(MEDIE(4),I)
ENDDO
C
C C2M% kulstof skal "gemmes" til methan!!
C
NOUT(ANTST+1)=(-MDOT(4)-C2M*NIN(28)*M_MOL(11))/(M_BL(4)-
: X_J(MEDIE(4),11)*M_MOL(11))
NOUT(28)=NOUT(28)-C2M*NIN(28)
NOUT(1)=NOUT(1)-2*C2M*NIN(28)
C
C Gibbs' free energy of each compound
C
DO I=1,15
IF (CALCOM(I).GT.0) CALL GIBBS(CALCOM(I),TGAS,G(I))
ENDDO
C
C Partial derivatives of the function to be minimized with respect to
C each species molar fraction
DO I=1,15
IF (CALCOM(I).LT.0) THEN
RES(I+8) = X_J(MEDIE(4),-CALCOM(I))
ELSEIF (X_J(MEDIE(4),CALCOM(I)).GT.1.0D-10) THEN
IF (I.EQ.11) THEN
C Der regnes ikke med bidrag til gibbs energi fra methan! )
ELSE
RES(I+8) = G(I)/(R*TGAS) +
: DLOG(PGAS*NOUT(CALCOM(I))/NOUT(ANTST+1))
RES(I+8) = RES(I+8) + ZA(1)*EL(CALCOM(I),1)
RES(I+8) = RES(I+8) + ZA(2)*EL(CALCOM(I),2)
RES(I+8) = RES(I+8) + ZA(3)*EL(CALCOM(I),3)
RES(I+8) = RES(I+8) + ZA(4)*EL(CALCOM(I),4)
109

APPENDIKS F – LT-BIG model
RES(I+8) = RES(I+8) + ZA(5)*EL(CALCOM(I),6)
ENDIF
ELSE
RES(I+8) = X_J(MEDIE(4),CALCOM(I))-1.0D-10
ENDIF
ENDDO
C
C Molar balance for each atom (H,C,N,O,S,Ar)
C Tilbageføre molbalancen !
NOUT(28)=NOUT(28)+C2M*NIN(28)
NOUT(1)=NOUT(1)+2*C2M*NIN(1)
C START, Ligningerne udskrevet, uden svovl!
J=1
RES(ANTLK+J) = 0D0
DO I=1,ANTST
RES(ANTLK+J)=RES(ANTLK+J)-(NIN(I)-NOUT(I))*EL(I,J)
ENDDO
J=2
RES(ANTLK+J) = 0D0
DO I=1,ANTST
RES(ANTLK+J)=RES(ANTLK+J)-(NIN(I)-NOUT(I))*EL(I,J)
ENDDO
J=3
RES(ANTLK+J) = 0D0
DO I=1,ANTST
RES(ANTLK+J)=RES(ANTLK+J)-(NIN(I)-NOUT(I))*EL(I,J)
ENDDO
J=4
RES(ANTLK+J) = 0D0
DO I=1,ANTST
RES(ANTLK+J)=RES(ANTLK+J)-(NIN(I)-NOUT(I))*EL(I,J)
ENDDO
J=6
RES(ANTLK+5) = 0D0
DO I=1,ANTST
RES(ANTLK+5)=RES(ANTLK+5)-(NIN(I)-NOUT(I))*EL(I,J)
ENDDO
C SLUT
C
C Udregning af CH4 molar fraktion! !
NOUT(ANTST+1)=-MDOT(4)/M_BL(4)
RES(19)=X_J(MEDIE(4),11)-C2M*NIN(28)/NOUT(ANTST+1)
RES(28) = 1.0D0
DO I=1,ANTST
RES(28)= RES(28)-X_J(MEDIE(4),I)
ENDDO
C Gibbs free energy of the mixture
C
RES(29) = 0.D0
GIBTEM = ZA(6)
DO I=1,15
IF (CALCOM(I).GT.0) THEN
C IF (NOUT(CALCOM(I)).NE.0.D0) THEN
GIBTEM = GIBTEM - G(I)
RES(29) = RES(29) - NOUT(CALCOM(I))/NOUT(ANTST+1)*PGAS
C ELSE
C RES(30) = RES(30) -
C : (G(I)+R*TGAS*DLOG(1.D-15*PGAS))
C ENDIF
ENDIF
ENDDO
110

APPENDIKS F – LT-BIG model
RES(29) = RES(29) - GIBTEM/(R*TGAS)
C
IF (FKOMP.EQ.5) GOTO 500
GOTO 9999
C-----------------------------------------------------------------------
C Solution check
C-----------------------------------------------------------------------
500 CONTINUE
IF (MDOT(1).LT.-1D-10) GOTO 550
IF (MDOT(2).LT.-1D-10) GOTO 550
IF (MDOT(3).LT.-1D-10) GOTO 550
IF (MDOT(4).GT.1D-10) GOTO 550
IF (Q(1).GT.1D-10) GOTO 550
GOTO 9999
550 FBETI = .FALSE.
GOTO 9999
C-----------------------------------------------------------------------
C Write component information
C-----------------------------------------------------------------------
600 CONTINUE
KOMDSC =
$ 'Gasifier with steam (i.g.). 1 identifier: calculated compounds '
K_LIG(1) = 'P3 = P1'
K_LIG(2) = 'P2 = P1'
K_LIG(3) = 'P4 = P1 - DELP'
K_LIG(4) = 'P3 = PGAS'
K_LIG(5) = 'M2 = DMVC*M1'
K_LIG(6) = 'X_J(H2) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(7) = 'X_J(O2) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(8) = 'X_J(N2) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(9) = 'X_J(CO) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(10) = 'X_J(NO) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(11) = 'X_J(CO2) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(12) = 'X_J(H2O) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(13) = 'X_J(NH3) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(14) = 'X_J(H2S) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(15) = 'X_J(SO2) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(16) = 'X_J(CH4) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(17) = 'X_J(NO2) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(18) = 'X_J(HCN) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(19) = 'X_J(COS) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(20) = 'X_J(AR) = XRAW(M1,M2,M3,X_J,PGAS,TGAS)'
K_LIG(21) = 'X_J5(SiO2) = X(M1,X_J,CC)'
K_LIG(22) = 'X_J5(C) = X(M1,X_J,CC)'
K_LIG(23) = 'T5 = T4'
K_PAR(1) = 'Gasifier presssure: PGAS'
K_PAR(2) = 'Gasifier temperature: TGAS'
K_PAR(3) = 'Pressure loss: DELP'
K_PAR(4) = 'Steam-to-air ratio: DMVC'
K_PAR(5) = 'Carbon conversion ratio'
K_BET = 'MDOT1 > 0 ; MDOT2 > 0 ; MDOT3 > 0 ; MDOT4 < 0 ; Q5 < 0'
K_MED(1) = MEDIE(1)
K_MED(2) = MEDIE(2)
K_MED(3) = MEDIE(3)
K_MED(4) = MEDIE(4)
K_MED(5) = MEDIE(5)
K_MED(6) = MEDIE(6)
KMEDDS(1) = 'Fuel in'
KMEDDS(2) = 'Steam in'
KMEDDS(3) = 'Air in'
KMEDDS(4) = 'Product gas out'
KMEDDS(5) = 'Ash out'
KMEDDS(6) = 'Heat loss¨'
K_STAT(1) = ' '
CALL COMINF(KOMTY,KOMDSC,ANTKN,5,ANTLK+ANTEX,1,
$ K_MED,K_PAR,K_LIG,K_BET,KMEDDS,K_STAT)
GOTO 9999
C
9999 CONTINUE
RETURN
END
111

F.3 Kontrol af LT-BIG model
APPENDIKS F – LT-BIG model
Der er foretaget en kontrol af LT-BIG modellen ved at den er sammenlignet med en
sædvanlig forgasserkomponent, GASIFI_4.
Methan produktionen er afstemt således, at begge modeller producerer den samme
andel methan. Der regnes med sædvanlig komposition af biomasse til forgasseren.
Resultatet af sammenligningen ses af Skema F.1 og Skema F.2.
Temperatur Massestrøm
GASIFI_4 LT-BIG GASIFI_4 LT-BIG
Biomasse 150 150 1,50 1,50
Damp 600 600 1,05 1,05
Luft 600 600 1,99 2,02
Koks 900 900 0,00 0,00
Produktgas 900 900 4,52 4,56
Skema F.1: Resultater fra sammenligning af LT-BIG model med alm. forgasser.
Gassammensætning
GASIFI_4 LT-BIG
H2 21,2% 19,4%
O2 0,0% 0,0%
N2 25,7% 26,0%
CO 10,9% 12,5%
CO2 13,7% 11,9%
H2O 25,6% 27,3%
H2S 0,0% 0,0%
CH4 2,6% 2,6%
Ar 0,3% 0,3%
Brændværdi
[kJ/kg] 4705 4706
Skema F.2: Resultater fra sammenligning af LT-BIG model med alm. forgasser.
Det ses, at der ikke er nogen nævneværdig forskel på det overordnede resultat af LT-
BIG modellen og en standart forgasser model. Dette ses som en god indikering af, at
der ikke er fejl i LT-BIG modellen – at den regner rigtigt.
112

APPENDIKS F – LT-BIG model
F.4 Brugermanual til LT-BIG – DNA model
For at undgå at LT-BIG modellen ikke blev alt for indspist, har der været et ønske om
at udfærdige en kort introduktion til DNA og brugen af modellen.
For generel info omkring DNA, henvises til:
http://www.et.dtu.dk/Software/dna/index.html
Hvor der bl.a. er tilgang til en lille ”tutorial” til DNA, samt en mere dybdegående
manual.
Programteksten til LT-BIG modellen er listet sidst i denne manual. I programteksten
er det forsøgt, at lave en masse forklarende kommentarer, hver gang en ny komponent
eller betingelse for modellen bliver tilføjet.
Efterfølgende er det forsøgt, at forklare de tre kommandoer der oftest bliver brugt i
programmet. For at forstå gennemgangen, kan det evt. være en fordel at have
programteksten ved siden af – til at følge med i. Forklaringerne er på ingen måde
fuldstændige, hertil henvises til DNA manualen eller evt. tutorial.
Komponenter bliver tilføjet med kommandoen STRUC (structure), herefter følger det
nummer som komponenten skal tilskrives, og endelig navnet på den ønskede
komponent. Efter komponentnavnet vil der, alt afhængig af hvilken komponent der er
tale om, følge de knudepunkter som er forbundet med komponenten, og evt. også de
parametre som skal gælde for komponenten. Indsættelse af en komponent kan f.eks.
se således ud:
STRUC 1 PYRO_1 3 4 5 6 7 1 2 301 1 600
Ovenstående kommando indsætter en pyrolyse komponent (pyro_1), med
knudepunkterne 3, 4, 5, 6, 7, 1, 3, 301 og parametrene: 1 (tryk) og 600 (temperatur).
Betingelser for modellen, eller de enkelte komponenter tilføjes ved at kalde
kommandoen ADDCO (add condition), efterfulgt af den størrelse der skal betinges,
f.eks.: M (massestrøm) , T (temperatur) , P (tryk) , Q (varmestrøm) m.fl.. Herefter
skal følge tre tal; første tal er komponent nummeret, dvs. den komponent som
betingelsen skal gælde for. Næste tal er knudepunktet, og sidste tal er værdien for
betingelsen.
ADDCO T 1 3 150
Ovenstående kommando betyder således: Temperaturen for komponent nummer 1 og
knudepunkt 3 skal være 150°C.
Det kan også blive nødvendigt, at ændre på startgættene. Et startgæt defineres vha.
kommandoen START, og værdierne sættes ligesom for ADDCO – dvs.
START T 1 3 150
113

APPENDIKS F – LT-BIG model
- svarer til at gætte på, at temperaturen i komponent 1, knudepunkt 3 – bliver 150°C.
Det bør bemærkes, at når et tryk skal betinges, eller indgå i et startgæt, så skal der ikke
angives noget komponentnummer!
Simuleringer med modellen foretages, ved først at placere LTBIGref.dna i samme
bibliotek som DNA execute filen ligger placeret (evt. ved at gøre DNA.exe
tilgængelig fra alle biblioteker). Herefter kan en simulering foretages ved at skrive
følgende kommando (i dos): dna LTBIGref.dna
Hvis simuleringen forløber uden problemer, kan resultatet læses af LTBIGref.sta filen.
Et eksempel på et udsnit af en STA fil er nedenstående:
NO | TO | MEDIA | M | T | P | H | ENERGY
DE | CM. | | [KG/S] | [C] | [BAR] | [KJ/KG] | [KJ/S]
----------------------------------------------------------------------------
3 | 1 | 18 | 1.50 | 150.00 | - | -5715.4 |
4 | 1 | 61 | -0.26 | 600.00 | - | -597.9 |
Det fremgår umiddelbart, at resultaterne refererer til et knudepunkt (NODE) og til en
komponent (TOCM.). Nummeret under MEDIA, angiver hvilket medie der er i det
respektive knudepunkt. Når nummeret dækker over et medie der er beskrevet i
programteksten.
Hvis betingelser eller forudsætninger for modellen skal ændres, så foregår det lettes
ved, at komponenten og/eller knudepunktet hvor ændringen skal foretages lokaliseres,
evt. vha. Illustration F.2.
3
6
4-GASIFI_5
14 20
10-MIXER_01
1-PYRO_1 5
2-GASIFI_3
1
Q-301
Q-304
17
22-MIXER_03
2 7
13
12
3-MIXER_01 51
8-VALVE_01
14-MIXER_01
57
15-VALVE_01
4
11-VALVE_01 15
114
Q-302
13-FRCSPLIT
Illustration F.2: Knudepunktsdiagram for netværksopbygninen i DNA.
52
53
92
91
9
Q-301
12-HEATSRC0
8
10
11
21
Q-301

APPENDIKS F – LT-BIG model
Herefter er det blot, vha. de beskrevne kommandoer, at ændre parametre for
komponenterne eller ændre på betingelserne (konditionerne) for systemet, og evt. i
tilfæde af divergens, at prøve at ændre på startgættene.
F.4.1 LTBIGref - programudskrift
STRUC 1 PYRO_1 3 4 5 6 7 1 2 301 1 600
C Pyrolyse komponent!
C node 1: Damp ind, (MEDIE 97)
C node 2: Damp ud (MEDIE 97)
C node 3: Biomasse ind, (standard biomasse, MEDIE 18)
C node 4: Koks ud (MEDIE 61 )
C node 5: Gas ud (MEDIE 21 )
C node 6: tjære ud (MEDIE 62 )
C node 7: vand ud (MEDIE 97 )
C node 301: varmekredsløb: pyrolyse & forgasser & "gaskøler"
C parameter 1: trykdifferens, Parameter 2: temperatur af pyrolyse
MEDIA 3 18
MEDIA 4 61
MEDIA 5 21
MEDIA 6 62
ADDCO M 1 3 1.5 T 1 3 150 P 3 1
C massestrøm biomasse, 1,5 kg/s
C Temperatur biomasse 150 grader celsius
C "tryk" biomasse, 1 bar
ADDCO M 1 1 0.3 T 1 1 600 P 1 1
C Massestrøm damptilsætning, 0,3 kg/s
C Temperatur af damp, 600 grader celsius
C Tryk af damp, 1 bar
SOLID 18 28 0.5 1 0.06 2 0.43 29 0.001 38 0.009 LHV 19000 CP 1.35 MOI 0.1
C Biomasse komposition (massebasis, tør)
C C: 50% H2: 6% O2: 43% S: 0,1% Aske: 0,9%
C STARTGÆT
START M 1 3 0.15000E+01 P 3 0.10000E+01 H 1 3 -0.57154E+04
START M 1 4 -0.25650E+00 P 4 0.10000E+01 H 1 4 -0.59789E+03
START M 1 5 -0.51975E+00 P 5 0.10000E+01 H 1 5 -0.55079E+04
START M 1 6 -0.42525E+00 P 6 0.10000E+01 H 1 6 -0.40047E+03
START M 1 7 -0.29850E+00 P 7 0.10000E+01 H 1 7 -0.12266E+05
START M 1 1 0.30000E+00 P 1 0.10000E+01 H 1 1 -0.12483E+05
START M 1 2 -0.30000E+00 P 2 0.10000E+01 H 1 2 -0.12266E+05
C START Q 1 301 0.17902E+04
C KOKS
START X_J 61 28 0.80737E+00 X_J 61 2 0.11000E+00
START X_J 61 1 0.30000E-01 X_J 61 29 0.52632E-02 X_J 61 3 0.00000E+00
START X_J 61 38 0.47368E-01
C Pyrolysegas
START X_J 21 6 0.29581E+00 X_J 21 4 0.39085E+00
START X_J 21 11 0.27665E+00 X_J 21 1 0.36692E-01
C Tjære
START X_J 62 28 0.60383E+00
START X_J 62 1 0.82787E-01 X_J 62 2 0.31338E+00
C
STRUC 22 MIXER_03 2 7 17
C Mixer damp tilsat pyrolyse- med damp skabt under pyrolyse.
C STARTGÆT
START M 22 2 0.30000E+00
START H 22 2 -0.12266E+05 M 22 7 0.29850E+00 H 22 7 -0.12266E+05
START M 22 17 -0.59850E+00 P 17 0.10000E+01 H 22 17 -0.12266E+05
C
STRUC 8 VALVE_01 53 52
C Trykudligning! ("DNA teknisk" komponent)
115

APPENDIKS F – LT-BIG model
C STARTGÆT
START M 8 53 0.10219E+01 P 53 0.10000E+01 H 8 53 -0.61752E+04
START M 8 52 -0.10219E+01 P 52 0.10000E+01 H 8 52 -0.61752E+04
C
STRUC 3 MIXER_01 52 51 12
C Tilsætter luft til pyrolyse og forgassergas!
C node 5; pyrolysegas (MEDIE 21)
C node 51; standard luft (MEDIE 9)
C node 12; blandingsgas (MEDIE 23)
MEDIA 51 9
MEDIA 12 23
ADDCO T 3 51 600
C Temperatur af luft til pyrolyse, 600 grader celsius
C STARTGÆT
START M 3 52 0.10219E+01 H 3 52 -0.61752E+04 M 3 51 0.20151E+01
START P 51 0.10000E+01 H 3 51 0.35386E+03 M 3 12 -0.30370E+01
START P 12 0.10000E+01 H 3 12 -0.18431E+04
C Blandingsgas (luft og pyrolysegas)
START X_J 23 1 0.11678E+00
START X_J 23 2 0.12120E+00 X_J 23 3 0.45255E+00 X_J 23 4 0.10048E+00
START X_J 23 5 0.00000E+00 X_J 23 6 0.76604E-01 X_J 23 7 0.84603E-01
START X_J 23 8 0.00000E+00 X_J 23 9 0.17608E-03 X_J 23 10 0.00000E+00
START X_J 23 11 0.42225E-01 X_J 23 12 0.00000E+00 X_J 23 13 0.00000E+00
START X_J 23 14 0.00000E+00 X_J 23 15 0.00000E+00 X_J 23 16 0.00000E+00
START X_J 23 17 0.00000E+00 X_J 23 18 0.00000E+00 X_J 23 19 0.00000E+00
START X_J 23 20 0.00000E+00 X_J 23 21 0.00000E+00 X_J 23 22 0.00000E+00
START X_J 23 23 0.00000E+00 X_J 23 24 0.00000E+00 X_J 23 25 0.00000E+00
START X_J 23 26 0.00000E+00 X_J 23 27 0.00000E+00 X_J 23 28 0.00000E+00
START X_J 23 29 0.00000E+00 X_J 23 30 0.00000E+00 X_J 23 31 0.00000E+00
START X_J 23 32 0.00000E+00 X_J 23 33 0.00000E+00 X_J 23 34 0.00000E+00
START X_J 23 35 0.00000E+00 X_J 23 36 0.53861E-02 X_J 23 38 0.00000E+00
C
STRUC 4 GASIFI_5 7 6 17 12 14 13 304 1 3 4 6 7 11 36 1 1300 .0 .8 1 0.25
C Partiel Oxidation !
C node 6 Tjære (MEDIE 62)
C node 17 damp fra pyrolyse (MEDIE 97)
C node 12 pyrolysegas + luft (MEDIE 23)
C node 14 produceret GAS (MEDIE 24)
C node 13 Koksrest (MEDIE 64)
C node 304 varmetab
C Der regnes på gassammensætning af flg. 7 stoffer;
C H2 (1) , N2 (3) , CO (4) , CO2 (6) , H2O (7) , CH4 (11) , Ar (36)
C Parametre:
C 1: Forgasningstryk, 1 bar
C 2: ligevægtstemperatur, 1300 grader Celsius
C 3: Tryktab, 0 bar
C 4: Damp/luft forhold, 0,8 (senere variabelt)
C 5: Koks omsætningsfaktor, 100%
C 6: Procent af C til methan, 25%
MEDIA 14 24
MEDIA 13 64
ADDCO Q 4 304 0
C Varmetab i partiel oxidation er 0 kJ/s
ADDCO T 4 14 1300
C Temperatur af produceret gas, 1300 grader Celsius
VARPA 4 11 P 13 1
C parameter for Damp/luft forhold, gøres variabel
C medfølger en betingelse: Tryk af aske (koksrest) , 1 bar
C STARTGÆT
START M 4 6 0.42525E+00 H 4 6 -0.40047E+03 M 4 17 0.59850E+00
START H 4 17 -0.12266E+05 M 4 12 0.30370E+01 H 4 12 -0.18431E+04
START M 4 14 -0.40608E+01 P 14 0.10000E+01 H 4 14 -0.32283E+04
START M 4 13 0.00000E+00 P 13 0.10000E+01 H 4 13 -0.38580E+04
START Q 4 304 0.00000E+00
116

APPENDIKS F – LT-BIG model
C Multipliers, 5 grundstoffer og gibbs fri energi
START ZA 4 1 0.10134E+02 ZA 4 2 0.10769E+02
START ZA 4 3 0.13651E+02 ZA 4 4 0.26536E+02 ZA 4 5 0.26338E+02
START ZA 4 6 -0.30661E+07
C Oxideret gas
START X_J 24 1 0.19755E+00 X_J 24 2 0.00000E+00
START X_J 24 3 0.28897E+00 X_J 24 4 0.17147E+00 X_J 24 5 0.00000E+00
START X_J 24 6 0.82729E-01 X_J 24 7 0.25575E+00 X_J 24 8 0.00000E+00
START X_J 24 9 0.00000E+00 X_J 24 10 0.00000E+00 X_J 24 11 0.39700E-11
START X_J 24 30 0.00000E+00 X_J 24 31 0.00000E+00 X_J 24 32 0.00000E+00
START X_J 24 36 0.35311E-02
C koksrest oxidation
START X_J 64 28 0.10000E+01 X_J 64 38 0.00000E+00
C
STRUC 2 GASIFI_3 8 4 11 10 9 8 301 302 1 3 4 6 7 9 11 36 1 900 0. 0.8 0.8
C FORGASSER!
C node 11 overhedet damp (MEDIE 97)
C node 10 forvarmet luft (MEDIE 9)
C node 9 GAS (MEDIE 22)
C node 8 Koks (MEDIE 63)
C node 301: varmekredsløb: pyrolyse & forgasser & "gaskøler"
C node 302 varmetab
C Der regnes på gassammensætning af flg. 8 stoffer;
C H2 (1) , N2 (3) , CO (4) , CO2 (6) , H2O (7) , H2S (8) , CH4 (11) , Ar (36)
C Parametre:
C 1: Forgasningstryk, 1 bar
C 2: ligevægtstemperatur, 900 grader Celsius
C 3: Tryktab, 0 bar
C 4: Damp/luft forhold, 0,8 (senere variabelt)
C 5: Koks omsætningsfaktor, 80%
MEDIA 10 9
MEDIA 8 63
MEDIA 9 22
ADDCO T 2 10 600 T 2 11 600
C Temperatur af luft til forgasser, 600 grader Celsius
C Temperatur af damp til forgasser, 600 grader Celsius
ADDCO M 2 11 0.75
C Massestrøm af damp til forgasser, 0,75 kg/s
ADDCO T 2 9 900
C Temperatur af forgassergas, 900 grader Celsius
ADDCO Q 2 302 0
C Varmetab af forgasser, 0 kJ/s
VARPA 2 12 P 8 1
C parameter for Damp/luft forhold, gøres variabel
C medfølger en betingelse: Tryk af aske (koksrest) , 1 bar
C STARTGÆT
START M 2 4 0.25650E+00 H 2 4 -0.59789E+03 M 2 11 0.75000E+00
START P 11 0.10000E+01 H 2 11 -0.12266E+05 M 2 10 0.10000E-01
START P 10 0.10000E+01 H 2 10 0.35386E+03 M 2 9 -0.10044E+01
START P 9 0.10000E+01 H 2 9 -0.68659E+04 M 2 8 -0.12150E-01
START P 8 0.10000E+01 H 2 8 -0.43080E+04
C Multipliers, grundstoffer og gibbs fri energi
START ZA 2 1 0.92724E+01 ZA 2 2 0.51822E+01 ZA 2 3 0.15254E+02
START ZA 2 4 0.34859E+02 ZA 2 5 0.18320E+02 ZA 2 6 0.29965E+02
START ZA 2 7 -0.25906E+07
C Forgasser-gas
START X_J 22 1 0.42228E+00 X_J 22 2 0.00000E+00
START X_J 22 3 0.42542E-02 X_J 22 4 0.15504E+00 X_J 22 5 0.00000E+00
START X_J 22 6 0.11879E+00 X_J 22 7 0.29892E+00 X_J 22 8 0.00000E+00
START X_J 22 9 0.66876E-03 X_J 22 10 0.00000E+00 X_J 22 11 0.10000E-09
START X_J 22 30 0.00000E+00 X_J 22 31 0.00000E+00 X_J 22 32 0.00000E+00
START X_J 22 36 0.48045E-04
C Koks forgasser
START X_J 63 28 0.00000E+00 X_J 63 38 0.10000E+01
C
117

APPENDIKS F – LT-BIG model
STRUC 11 VALVE_01 14 15
C Trykudligning! ("DNA teknisk" komponent)
C STARTGÆT
START M 11 14 0.40608E+01 H 11 14 -0.32283E+04 M 11 15 -0.40608E+01
START P 15 0.10000E+01 H 11 15 -0.32283E+04
C
STRUC 10 MIXER_01 91 15 20
C SVÆVET !
C node 9 : forgasser gas (MEDIE 22)
C node 15: Oxidations gas (MEDIE 24)
C node 20: Blandings gas (MEDIE 25)
MEDIA 20 25
C STARTGÆT
START M 10 91 0.50218E+00
START P 91 0.10000E+01 H 10 91 -0.68659E+04 M 10 15 0.40608E+01
START H 10 15 -0.32283E+04 M 10 20 -0.45630E+01 P 20 0.10000E+01
START H 10 20 -0.36286E+04
C Blandingsgas (produktgas)
START X_J 25 1 0.22990E+00 X_J 25 2 0.00000E+00
START X_J 25 3 0.24799E+00 X_J 25 4 0.16911E+00 X_J 25 5 0.00000E+00
START X_J 25 6 0.87919E-01 X_J 25 7 0.26196E+00 X_J 25 8 0.00000E+00
START X_J 25 9 0.96252E-04 X_J 25 10 0.00000E+00 X_J 25 11 0.17791E-10
START X_J 25 12 0.00000E+00 X_J 25 13 0.00000E+00 X_J 25 14 0.00000E+00
START X_J 25 15 0.00000E+00 X_J 25 16 0.00000E+00 X_J 25 17 0.00000E+00
START X_J 25 18 0.00000E+00 X_J 25 19 0.00000E+00 X_J 25 20 0.00000E+00
START X_J 25 21 0.00000E+00 X_J 25 22 0.00000E+00 X_J 25 23 0.00000E+00
START X_J 25 24 0.00000E+00 X_J 25 25 0.00000E+00 X_J 25 26 0.00000E+00
START X_J 25 27 0.00000E+00 X_J 25 28 0.00000E+00 X_J 25 29 0.00000E+00
START X_J 25 30 0.00000E+00 X_J 25 31 0.00000E+00 X_J 25 32 0.00000E+00
START X_J 25 33 0.00000E+00 X_J 25 34 0.00000E+00 X_J 25 35 0.00000E+00
START X_J 25 36 0.30298E-02 X_J 25 38 0.00000E+00
C
STRUC 12 HEATSRC0 20 21 301 0
C Køling af produktgas !
C node 20: Gas ind
C node 21: Gas ud
C node 301: varmekredsløb: pyrolyse & forgasser & "gaskøler"
C parameter 1: tryktab, 0 bar
ADDCO T 12 21 900
C Temperatur efter gaskøling, 900 grader Celsius
C STARTGÆT
START M 12 20 0.45630E+01
START H 12 20 -0.36286E+04 M 12 21 -0.45630E+01 P 21 0.10000E+01
START H 12 21 -0.43348E+04
C
STRUC 13 FRCSPLIT 9 91 92 0.9
C Delstrøm suges ind i pyrolyse og til partiel oxidation
C node 9: Forgasser gas ind
C node 91: Forgassergas til gaskøling
C node 92: forgassergas til pyrolyse
C parameter 1: Gas til node 91, 90%
C STARTGÆT
START M 13 9 0.10044E+01
START H 13 9 -0.68659E+04 M 13 91 -0.50218E+00 H 13 91 -0.68659E+04
START M 13 92 -0.50218E+00 P 92 0.10000E+01 H 13 92 -0.68659E+04
C
STRUC 14 MIXER_01 57 92 53
C Forgassergas og pyrolysegas mixes! (node 53 (MEDIE 26))
MEDIA 52 26
C STARTGÆT
START M 14 57 0.51975E+00 P 57 0.10000E+01 H 14 57 -0.55079E+04
START M 14 92 0.50218E+00 H 14 92 -0.68659E+04 M 14 53 -0.10219E+01
START H 14 53 -0.61752E+04
C Forgasser og pyrolysegas - mix
START X_J 26 1 0.28078E+00 X_J 26 2 0.00000E+00
START X_J 26 3 0.26931E-02 X_J 26 4 0.24157E+00 X_J 26 5 0.00000E+00
118

APPENDIKS F – LT-BIG model
START X_J 26 6 0.18375E+00 X_J 26 7 0.18922E+00 X_J 26 8 0.00000E+00
START X_J 26 9 0.42335E-03 X_J 26 10 0.00000E+00 X_J 26 11 0.10152E+00
START X_J 26 12 0.00000E+00 X_J 26 13 0.00000E+00 X_J 26 14 0.00000E+00
START X_J 26 15 0.00000E+00 X_J 26 16 0.00000E+00 X_J 26 17 0.00000E+00
START X_J 26 18 0.00000E+00 X_J 26 19 0.00000E+00 X_J 26 20 0.00000E+00
START X_J 26 21 0.00000E+00 X_J 26 22 0.00000E+00 X_J 26 23 0.00000E+00
START X_J 26 24 0.00000E+00 X_J 26 25 0.00000E+00 X_J 26 26 0.00000E+00
START X_J 26 27 0.00000E+00 X_J 26 28 0.00000E+00 X_J 26 29 0.00000E+00
START X_J 26 30 0.00000E+00 X_J 26 31 0.00000E+00 X_J 26 32 0.00000E+00
START X_J 26 33 0.00000E+00 X_J 26 34 0.00000E+00 X_J 26 35 0.00000E+00
START X_J 26 36 0.30414E-04 X_J 26 38 0.00000E+00
C
STRUC 15 VALVE_01 5 57
C Trykudligning! ("DNA teknisk" komponent)
C STARTGÆT
START M 15 5 0.51975E+00
START H 15 5 -0.55079E+04 M 15 57 -0.51975E+00 H 15 57 -0.55079E+04
C
F.5 LT-BIG i motoranlægget
Tilgangen til at benytte LT-BIG modellen i et større system har været, at påtrykke ind
og uddata fra LT-BIG modellen i et system som vist i Illustration F.3.
Kølevand
14
131
13-GASCOOL1
Q_dot
W_dot
141 142
Q-513
81
82
13
91
3-HEATEX_1
8
12-Engine_1
72
Luft
Q-512
Q-503
10
119
Q-508
Kølevand
51
7
Q-510
Q-511
105
8-HEATEX4
3
104 4
5
9-HEATEX4
10-GASCOOL1
6
11-GASCLE_1
Illustration F.3: Knudepunktsdiagram for Motoranlægget minus forgasser og tørre komponent.
Det selvfølgelig ikke den bedste måde at gøre det på, i og med at der kræver at der er
to modeller der skal samkøres / samstemmes. Men til gengæld er det en hurtig måde,
at få en model til at virke på. Og eftersom der ikke bliver kørt nævneværdige
simuleringer med det sammenlagte system, så er metoden tilstrækkelig til at eftervise,
at det er muligt, at benytte LT-BIG modellen i et større system.
12
52
61
71
Q-509
11
Luft

APPENDIKS F – LT-BIG model
F.5.1 Programudskrift for LT-BIG motoranlæg
TITLE "LTBIG i system"
MEDIA 3 18
C Produktgas, fra LT-big forgasser!
FLUID 18 1 0.1893 3 0.252 4 0.115 6 0.1189 7 0.2972 9 0.163E-3
+ 11 0.2457E-01 36 0.2867E-02
C Indsættelse af varmeveklser (mellem røggas og tørrekredsløb)
STRUC 3 HEATEX_1 85 13 91 10 503 0.01 0.01
MEDIA 91 97
ADDCO T 3 91 158 M 3 91 19.85 P 91 1
ADDCO Q 3 503 -45
ADDCO T 3 10 250
C ******* STARTGÆT **************
START M 3 85 0.97759E+01
START P 85 0.10200E+01 H 3 85 -0.29447E+04 M 3 13 -0.97759E+01
START P 13 0.10100E+01 H 3 13 -0.32835E+04 M 3 91 0.17826E+02
START P 91 0.10700E+01 H 3 91 -0.13180E+05 M 3 10 -0.17826E+02
START P 10 0.10600E+01 H 3 10 -0.12997E+05 Q 3 503 -0.45000E+02
START ZA 3 1 0.33128E+04
C
C Overophedning af damp ind i forgasser !
STRUC 8 HEATEX_1 3 4 104 105 508 0.01 0.01
MEDIA 104 97
ADDCO Q 8 508 -45
ADDCO M 8 104 1.2
ADDCO M 8 3 4.73 T 8 3 900 P 3 1
ADDCO T 8 105 600 P 105 1
C ******* STARTGÆT **************
START M 8 3 0.38041E+01
START H 8 3 -0.48754E+04 M 8 4 -0.38041E+01 P 4 0.99000E+00
START H 8 4 -0.51209E+04 M 8 104 0.10999E+01 H 8 104 -0.12997E+05
START M 8 105 -0.10999E+01 H 8 105 -0.12189E+05 Q 8 508 -0.45000E+02
START ZA 8 1 0.93356E+03
C
C Luftforvarmning !
STRUC 9 HEATEX_4 4 5 11 12 509 0.7 0.01 0.01
MEDIA 11 9
ADDCO Q 9 509 -45 T 9 11 25
ADDCO T 9 12 600
ADDCO M 9 11 2.05
ADDCO P 12 1
C ADDCO T 9 12 600
C ******* STARTGÆT **************
START M 9 4 0.38041E+01 H 9 4 -0.51209E+04
START M 9 5 -0.38041E+01 P 5 0.98000E+00 H 9 5 -0.53276E+04
START M 9 11 0.15919E+01 P 11 0.10600E+01 H 9 11 -0.88741E+02
START M 9 12 -0.15919E+01 H 9 12 0.37706E+03 Q 9 509 -0.45000E+02
START ZA 9 1 0.78653E+03
C
C Kondenserende køling af rågas !
STRUC 10 GASCOOL1 5 6 61 51 52 510 0.01 0.01
MEDIA 51 99 6 23
ADDCO T 10 51 20 T 10 52 100 P 51 10
ADDCO Q 10 510 -15 T 10 6 45
C ******* STARTGÆT **************
START M 10 5 0.38041E+01 H 10 5 -0.53276E+04
START M 10 6 -0.31987E+01 P 6 0.97000E+00 H 10 6 -0.47469E+04
START M 10 61 -0.60547E+00 P 61 0.97000E+00 H 10 61 -0.15783E+05
START M 10 51 0.13309E+02 P 51 0.10000E+02 H 10 51 0.84800E+02
START M 10 52 -0.13309E+02 P 52 0.99900E+01 H 10 52 0.41974E+03
START Q 10 510 -0.15000E+02 X_J 23 1 0.28274E+00 X_J 23 2 0.00000E+00
120

APPENDIKS F – LT-BIG model
START X_J 23 3 0.29483E+00 X_J 23 4 0.13092E+00 X_J 23 5 0.00000E+00
START X_J 23 6 0.16660E+00 X_J 23 7 0.98784E-01 X_J 23 8 0.00000E+00
START X_J 23 9 0.23961E-03 X_J 23 10 0.00000E+00 X_J 23 11 0.22385E-01
START X_J 23 12 0.00000E+00 X_J 23 13 0.00000E+00 X_J 23 14 0.00000E+00
START X_J 23 15 0.00000E+00 X_J 23 16 0.00000E+00 X_J 23 17 0.00000E+00
START X_J 23 18 0.00000E+00 X_J 23 19 0.00000E+00 X_J 23 20 0.00000E+00
START X_J 23 21 0.00000E+00 X_J 23 22 0.00000E+00 X_J 23 23 0.00000E+00
START X_J 23 24 0.00000E+00 X_J 23 25 0.00000E+00 X_J 23 26 0.00000E+00
START X_J 23 27 0.00000E+00 X_J 23 28 0.00000E+00 X_J 23 29 0.00000E+00
START X_J 23 30 0.00000E+00 X_J 23 31 0.00000E+00 X_J 23 32 0.00000E+00
START X_J 23 33 0.00000E+00 X_J 23 34 0.00000E+00 X_J 23 35 0.00000E+00
START X_J 23 36 0.35098E-02
C
C Rensning af gas
STRUC 11 GASCLE_1 6 7 71 511 0.01
MEDIA 7 24 71 25
ADDCO Q 11 511 -15
C ******* STARTGÆT **************
START M 11 6 0.31987E+01 H 11 6 -0.47469E+04
START M 11 7 -0.31975E+01 P 7 0.96000E+00 H 11 7 -0.47531E+04
START M 11 71 -0.11810E-02 P 71 0.96000E+00 H 11 71 -0.58487E+03
START Q 11 511 -0.15000E+02 X_J 24 1 0.28281E+00 X_J 24 2 0.00000E+00
START X_J 24 3 0.29490E+00 X_J 24 4 0.13095E+00 X_J 24 5 0.00000E+00
START X_J 24 6 0.16664E+00 X_J 24 7 0.98807E-01 X_J 24 11 0.22390E-01
START X_J 24 30 0.00000E+00 X_J 24 36 0.35106E-02 X_J 25 7 0.00000E+00
START X_J 25 8 0.00000E+00 X_J 25 9 0.10000E+01 X_J 25 10 0.00000E+00
START X_J 25 31 0.00000E+00 X_J 25 32 0.00000E+00 X_J 25 36 0.00000E+00
START X_J 25 38 0.00000E+00
C
STRUC 12 ENGINE_1 72 7 8 312 512 400 1 1.3 0.40 0.3 0.05
MEDIA 72 9 8 26
C konstant røggastemperatur på 450 grader C.
VARPA 12 4 T 12 8 450
ADDCO T 12 72 25
C STARTGÆT:
START M 12 72 0.65784E+01 P 72 0.96000E+00
START H 12 72 -0.88741E+02 M 12 7 0.31975E+01 H 12 7 -0.47531E+04
START M 12 8 -0.97759E+01 P 8 0.96000E+00 H 12 8 -0.29590E+04
START E 12 312 -0.71384E+04 Q 12 512 -0.89230E+03 Q 12 400 -0.51139E+04
START X_J 26 2 0.31859E-01 X_J 26 3 0.63867E+00 X_J 26 5 0.00000E+00
START X_J 26 6 0.13522E+00 X_J 26 7 0.18665E+00 X_J 26 10 0.00000E+00
START X_J 26 30 0.00000E+00 X_J 26 36 0.76024E-02
C
STRUC 14 COMPRE_1 8 85 514 314 0.9 1
ADDCO P 14 1
C STARTGÆT:
START M 14 8 0.97759E+01
START H 14 8 -0.29590E+04 M 14 85 -0.97759E+01 H 14 85 -0.29447E+04
START Q 14 514 0.00000E+00
C
C Køling af røggas vha. fjernvarme.
STRUC 13 GASCOOL1 13 14 142 131 141 513 0.01 0.01
MEDIA 131 99 14 27
ADDCO T 13 131 20 T 13 141 100 P 131 10
ADDCO Q 13 513 -15 T 13 14 45
C
C ******* STARTGÆT **************
START M 13 13 0.97759E+01 H 13 13 -0.32835E+04
START M 13 14 -0.91558E+01 P 14 0.10000E+01 H 13 14 -0.27511E+04
START M 13 142 -0.62015E+00 P 142 0.10000E+01 H 13 142 -0.15783E+05
START M 13 131 0.11038E+01 P 131 0.10000E+01 H 13 131 0.83954E+02
START M 13 141 -0.11038E+01 P 141 0.99000E+00 H 13 141 0.26763E+04
START Q 13 513 -0.15000E+02 X_J 27 1 0.00000E+00 X_J 27 2 0.35416E-01
START X_J 27 3 0.70999E+00 X_J 27 4 0.00000E+00 X_J 27 5 0.00000E+00
START X_J 27 6 0.15032E+00 X_J 27 7 0.95820E-01 X_J 27 8 0.00000E+00
START X_J 27 9 0.00000E+00 X_J 27 10 0.00000E+00 X_J 27 11 0.00000E+00
START X_J 27 36 0.84513E-02
121