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KAPITEL 9. MESSUNGEN AN VHKW
9.2.1 Vergasermodul in Ebsilon Professional
Bei der Vergasung der Biomasse laufen eine Vielzahl von chemischen Reaktionen ab. Bei ausreichender
Verweilzeit stellt sich je nach Druck, Temperatur und Konzentration der Reaktionspartner
chemisches Gleichgewicht ein. Wie sich jedoch im Rahmen dieser Arbeit gezeigt hat, wird dies
bei den Vergasungsreaktoren, an denen Messungen durchgeführt wurden, aufgrund zu geringer
Verweilzeiten nicht erreicht [68].
Die Geschwindigkeit des Ablaufes der bei der Vergasung stattfindenden chemischen Globalreaktionen
wird durch die Reaktionsgeschwindigkeit der Elementarreaktionen und die molekularen
Transportprozesse bestimmt. Daher müssen für die Berechnung der Reaktionskinetik sowohl
das Temperatur- und Strömungsprofil als auch die Feststoffverteilung im Vergasungsreaktor
detailliert gemessen und anschließend im Simulationsmodell nachgebildet werden. Da dieses
jedoch aufgrund der in den untersuchten Vergasungsheizkraftwerken vorhandenen Messtechnik
nicht möglich war, basiert das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Vergasermodul auf der
Einhaltung der Elementar-, Massen- und Energiebilanzen.
Ziel der energetischen Simulation der Vergasungsheizkraftwerke ist es, die Messdaten zu
validieren und die Massen- und Energiebilanzen der Vergasungsheizkraftwerke zu schließen. So
können die beim Betrieb in den Funktionsgruppen auftretenden Energieverluste bestimmt und das
Optimierungspotenzial aufgezeigt werden. Daher besteht an ein zu erstellendes Vergasermodul
die Anforderung, die in den Vergasungsreaktor ein- und austretenden Elementar-, Massen- und
Energieströme realitätsnah nachzubilden.
In Abbildung 9.14 ist der Ablauf der im Vergasermodul hinterlegten Berechnung vereinfacht
dargestellt.
Den untersuchten Vergasungsreaktoren wird Biomasse, Vergasungsluft und ggf. Vergasungsdampf
oder Stickstoff (als Sperrgas in Schleusen und Dichtungen eingesetzt) zugeführt. Beim
FICFB-Vergasungsreaktor wird mit dem heißen Bettmaterial zusätzlich eine Wärmeleistung in
den Reaktor eingebracht. Während der Messkampagnen wurden sowohl der Massenstrom, die
Temperatur und die Zusammensetzung der Stoffströme als auch die zugeführte Wärmeleistung
˙Qzu, V bestimmt. So ist der dem Vergasungsreaktor zugeführte Energiestrom ˙ Qzu bekannt.
Aus den Messwerten der dem Vergasungsreaktor zugeführten Massenströme und deren Zusammensetzung
werden im programmierten Vergasermodul zunächst die zugeführten Molenströme ˙n
für die Elemente C, H, O und N berechnet. Der dem Vergasungsreaktor zugeführte Kohlenstoff
wird im Rohgas (CO, CO2, CH4, Teer (vereinfachend als eine aus CH2-Verbindungen bestehende
Kohlenwasserstoffkette angenommen)) und in der kohlenstoffhaltigen Asche gebunden. Daher
werden die Verhältnisse der Molenströme kCO = ˙nCO/˙nC, kCO2 = ˙nCO2/˙nC, kCH4 = ˙nCH4/˙nC und
kCH2 = ˙nCH2/˙nC und der mit der Asche ausgetragene Kohlenstoffstrom mit Hilfe der Messwerte
berechnet und auf diese Weise die Molenströme ˙n für die im Rohgas vorhandenen Verbindungen
CO, CO2, CH4 und CH2 bestimmt.
Da im erzeugten Rohgas aufgrund der Unterstöchiometrie im Vergasungsreaktor keine freien
O2-Moleküle vorhanden sind, wird mit der Sauerstoff-Elementarbilanz der Molenstrom des
Wasserdampfes ˙nH2O im Rohgas berechnet.
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