biomassevergasung wiese tuhh (6.377 KB)

anzuheben.
11.2. EXERGETISCHE BEWERTUNG
Von den vier in Tabelle 11.3 aufgeführten Vergasungsheizkraftwerken wird der niedrigste
exergetische Wirkungsgrad der Vergasung von ζGas = 61,8 % beim Betrieb des Carbo-V-VHKW
erreicht (Abbildung 11.6), da in dieser Anlage heißes Rauchgas, welches durch Verbrennung von
Erdgas erzeugt wird, für die Vergasungsluftvorwärmung und zur Biomassetrocknung verwendet
wird. Durch diese Prozessführung werden dem Vergasungsreaktor mit der vorgetrockneten
Biomasse und der erhitzten Vergasungsluft 93,4 % der Exergie der Biomasse, des Erdgases
und der aus dem Abgas ausgekoppelten und dem Trockner zugeführten Exergie zugeführt. Bei
der Kühlung der Brennkammer und den irreversiblen Vergasungsreaktionen entstehen weitere
Exergieverluste, sodass 90,2 % der dem Vergasungsreaktor zugeführten Exergieströme im Rohgas
gebunden werden. In der Gasaufbereitung wird die Rohgaswärme zur Frischdampferzeugung
genutzt und nicht zurück in den Vergasungsreaktor geführt. Daher beträgt das Verhältnis von
der Reingasexergie zur Rohgasexergie 73,3 %. Durch die aufgeführten Exergieverluste in der
Biomasseaufbereitung, im Vergasungsreaktor und in der Gasaufbereitung wird der exergetische
Wirkungsgrad der Vergasung zu ζGas = 61,8 % berechnet.
Im optimierten Carbo-V-VHKW wird Erdgas verbrannt und die dabei erzeugte Wärme zur
Trocknung der Biomasse und zur Vergasungsluftvorwärmung verwendet. Würde diese Wärme
aus dem Rohgas ausgekoppelt und auf die Verbrennung des Erdgases verzichtet werden, würde
der exergetische Wirkungsgrad der Vergasung um 4,1 %-Punkte auf 65,9 % steigen und damit
über dem des FICFB- und des Gegenstrom-VHKW liegen.
Da die für die Pyrolyse der Biomasse benötigte Wärme im NTV durch partielle Oxidation der
Biomasse erzeugt werden muss und nicht wie im Viking-VHKW durch Abwärme aus der Anlage
gedeckt werden kann, liegt der exergetische Wirkungsgrad der Vergasung eines optimierten
zweistufigen Carbo-V-VHKW unter dem des zweistufigen Viking-VHKW.
Zusammenfassend kann wiederum festgestellt werden, dass bei den hier betrachteten VHKW
keine Abhängigkeit zwischen der Vergasungsreaktorbauart und dem Wirkungsgrad der Vergasung
erkennbar ist. So liegen die Wirkungsgrade der Vergasung der beiden VHKW mit integriertem
zweistufigen Vergasungsreaktor, dem Viking- und dem Carbo-V-VHKW, um 19,4 %-Punkte
auseinander. Ein hoher Wirkungsgrad der Vergasung wird erreicht, wenn durch Rückführung
von aus dem Rohgas ausgekoppelten Exergieströmen auf eine Oxidation von Biomasse oder
Zusatzbrennstoffen zur Deckung des Wärmebedarfs der endothermen Vergasungsreaktionen
verzichtetet werden kann. So wird beim Viking-VHKW der hohe exergetische Wirkungsgrad
der Vergasung erreicht, weil der Wärmebedarf der endothermen Pyrolysereaktionen, der auf einem
Temperaturniveau von 470 K bis 850 K liegt, durch Nutzung von Rohgaswärme gedeckt wird.
Exergetische Effizienz der Vergasung
Von den vier untersuchten Vergasungsheizkraftwerken erreicht das Viking-VHKW die höchste
exergetische Effizienz der Vergasung von χ Gas = 87,3 % (Abbildung 11.6). Sie liegt um 6,1 %-
Punkte über dem Wirkungsgrad der Vergasung, da 7,5 % der Exergie der Biomasse als Wärme
aus dem Abgas des BHKW ausgekoppelt und zur Trocknung der Biomasse und Erwärmung
des entstandenen Wasserdampfes auf 473 K verwendet werden. Durch diese Wärmerückführung
kann teilweise auf die Verbrennung von exergetisch hochwertiger Biomasse verzichtet werden,
wodurch die hohe exergetische Effizienz der Vergasung von χ Gas = 87,3 % erreicht wird.
151