biomassevergasung wiese tuhh (6.377 KB)

KAPITEL 9. MESSUNGEN AN VHKW
˙QN/ ˙ EN = 4,56 beträgt. Daher übersteigt der exergetische Brennstoffausnutzungsgrad mit
ζges = 30,2 % den exergetischen elektrischen Wirkungsgrad nur um 8,7 %-Punkte. Durch eine
Anhebung der Vor- und Rücklauftemperaturen wird der exergetische Brennstoffausnutzungsgrad
weiter erhöht.
Da beim FICFB-VHKW Nutzwärme auf einem relativ hohen Temperaturniveau von 353/393 K
ausgekoppelt wird ( ˙ QN/ ˙ EN = 3,96) und zusätzlich 10,1 % des Reingases im Kessel zur Nutzwärmeerzeugung
verbrannt werden, wird ein exergetischer Brennstoffausnutzungsgrad von 28,6 %
erreicht. Dieser liegt um 10,8 %-Punkte über dem exergetischen elektrischen Wirkungsgrad.
Allerdings entstehen bei der Nutzwärmeerzeugung hohe Exergieverluste. Daher werden im
Kessel nur 18,8 % der Rohgasexergie und im Rohgaswärmetauscher WT1 bei einer oberen Grädigkeit
von 727 K nur 26,0 % der ausgekoppelten Exergie der Rohgaswärme in der Exergie der
Nutzwärme gebunden. In einem optimierten FICFB-VHKW sollte deshalb auf eine Verbrennung
von Reingas im Kessel vollständig verzichtet werden. Auch sollte geprüft werden, ob Rohgaswärme
auf einem hohen Temperaturniveau zurück in den Vergasungsprozess geführt werden kann.
Im Gegenstrom-VHKW in Harbøore beträgt der exergetische Brennstoffausnutzungsgrad
ζges = 31,5 %, da zusätzlich zur elektrischen Leistung von Pel, Brutto = 819,4 kW Nutzwärme mit
einer Exergie von ˙ EN = 436,6 kW erzeugt wird. Dafür wird unter anderem im Wärmetauscher
WT1 Nutzwärme bei der Abkühlung des Rohgases von 350 K auf 310 K ausgekoppelt. Da bei
der Optimierung der untersuchten VHKW ein einheitliches Temperaturniveau der Nutzwärmeauskopplung
von 333/363 K gewählt wird, kann in einem optimierten Gegenstrom-VHKW keine
Nutzwärme bei der Rohgaskühlung mehr ausgekoppelt werden.
Durch die diskontinuierliche Verbrennung der im Teertank gespeicherten Teere wird zusätzlich
Nutzwärme erzeugt, die jedoch bei der Berechnung des Brennstoffausnutzungsgrades nicht
berücksichtigt wird. Würden diese Teere kontinuierlich verbrannt werden, würden zusätzlich
79,0 kW Nutzwärmeexergie erzeugt und der exergetische Brennstoffausnutzungsgrad auf
ζges = 33,5 % steigen.
Insgesamt wird deutlich, dass ein sinnvoller Vergleich des exergetischen Brennstoffausnutzungsgrades
der untersuchten Vergasungsheizkraftwerke nur dann möglich ist, wenn die in
den unterschiedlichen VHKW ausgekoppelte Nutzwärme auf gleichem Temperaturniveau liegt.
Dies wird bei der Erstellung der Simulationsmodelle der optimierten Vergasungsheizkraftwerke
(Kapitel 10) berücksichtigt, sodass die vergleichende Bewertung der optimierten Anlagen
(Kapitel 11) aussagekräftig ist.
Exergetischer Wirkungsgrad der Vergasung
Bei der Vergasung finden nach der Trocknung der festen Biomasse Pyrolyse, Oxidations- und
Reduktionsreaktionen statt. Die Oxidationsreaktionen laufen bei Temperaturen von über 1200 K
ab. Das Temperaturniveau der Reduktionsreaktionen sollte, um eine ausreichende Reaktionsgeschwindigkeit
zu erhalten, bei über 1000 K liegen. Für die Pyrolyse der Biomasse ist ein
Temperaturniveau von ca. 470 K bis 850 K notwendig. Die Trocknung findet bereits bei einer
vergleichsweise niedrigen Temperatur von bis zu 470 K statt.
In den vier untersuchten Anlagen kann das Reingas in einem Motor zur Stromerzeugung
verbrannt werden. Dafür muss es bei einer Temperatur von T