biomassevergasung wiese tuhh (6.377 KB)

6.3. EXERGETISCHE KENNZAHLEN VON KWK-ANLAGEN
verhindern würden, abgeschieden. Zur Bewertung der dabei auftretenden Energieverluste wird der
Verlust der Gasaufbereitung als neue Kennzahl eingeführt. Entsprechend Abbildung 6.2 errechnet
sich diese Kennzahl θGA nach folgender Gleichung:
θGA = ˙ Q 4 ′′
˙Q3
= 1 − ˙ Q 4 ′ + ˙ Q5
˙Q3
. (6.24)
Im Rahmen dieser Arbeit werden Vergasungsheizkraftwerke mit integriertem motorischen
BHKW betrachtet. Wie aus Tabelle 4.2, in welcher die Anforderungen an die Reingasqualität bei
motorischer Nutzung des Reingases aufgeführt sind, hervorgeht, muss das Rohgas in der Gasaufbereitung
auf eine Temperatur von 280 K bis 320 K abgekühlt werden. Zusätzlich müssen, um den
maximalen Reingas-Teergehalt von 100 mg/m 3 (i.N.) einzuhalten, in der Gasaufbereitung ggf. noch
Teere aus dem Rohgas abgeschieden werden. Damit errechnet sich die in der Gasaufbereitung
abgeschiedene Leistung ˙ Q4 in Abbildung 6.2 aus der Summe der Abwärme und der in den Teeren
gebundenen Leistung. Um nun die Verlustleistung ˙ Q ′′
4 so gering wie möglich zu halten, muss
versucht werden, sowohl die Abwärme als auch die Teere zurück in den Vergasungsreaktor oder
die Biomasseaufbereitung zu führen. So kennzeichnet ein geringer Verlust der Gasaufbereitung
θGA Vergasungsheizkraftwerke, in denen die Gasaufbereitung energetisch optimiert in die
Gesamtanlage integriert ist.
Wie auch bei der Berechnung des Wirkungsgrades der Vergasung ηGas (Gleichung 6.20) und der
Effizienz der Vergasung ɛGas (Gleichung 6.23) entspricht die Reingasleistung in Gleichung 6.24
der chemisch gebundenen Gasleistung ( ˙ Q5 = ˙m5 · Hu,5), da die fühlbare Wärme des Reingases
bei der Stromerzeugung im motorischen BHKW nicht in elektrische Leistung umgesetzt wird.
6.3 Exergetische Kennzahlen von KWK-Anlagen
Mittels exergetischer Analysen lassen sich Aussagen über die Qualität der in einem Heizkraftwerk
erzeugten Leistungen treffen. Als Exergie wird der Anteil der Energie verstanden, der sich unter
Zuhilfenahme der Umgebung in jede andere Energieform umwandeln lässt [5]. Als Umgebungszustand
und damit auch Bezugszustand wird in dieser Arbeit Tu=298,15 K und pu=1,1013 bar
verwendet. Die Exergie eines Stoffstromes wird mit Gleichung 6.25 berechnet:
˙E = ˙m · e = ˙m · (h − hu − Tu · (s − su)) . (6.25)
In der Literatur wird die Brennstoffexergie oft durch den Brennwert des Brennstoffes angenähert.
Diese Vorgehensweise liefert aber bei gasförmigen Brennstoffen keine zufrieden stellende Genauigkeit.
Daher wird in dieser Arbeit die Brennstoffexergie der festen Biomasse und des erzeugten
Roh- und Reingases berechnet, indem die Entropien und Enthalpien der Reaktionsedukte und der
Reaktionsprodukte einer stöchiometrischen Verbrennung des Brennstoffes mit reinem Sauerstoff
bilanziert werden. Mit den Standardenthalpien (h 0 ) und -entropien (s 0 ) der Reaktionsedukte und
-produkte beträgt die spezifische Brennstoffexergie:
37