Niedertemperatur Drehrohrpyrolyse als Vorschaltprozess für die Co-Verbrennung von unkonventionellen Brennstoffen in thermischen Anlagen

Abstract

In der Landwirtschaft fallen große Mengen an biogenen Reststoffen wie Stroh, das einen kostengünstigen und regionalen Rohstoff darstellt, an. Solche Rückstände lassen sich jedoch nicht in bestehenden thermischen Kraftwerken, die für fossile Brennstoffe optimiert sind, zufeuern. Der Grund dafür liegt in der chemischen Zusammensetzung der biogenen Reststoffe, da diese oft einen hohen Anteil an korrosiven Elementen (Chlor, Kalium, Natrium, etc.) beinhalten, die im Kraftwerk zu Hochtemperaturkorrosion führen würden. Durch einen Niedertemperatur-Pyrolyseprozess ist es möglich diese Rückstände in ein brennbares Pyrolysegas und in Pyrolysekoks aufzuspalten. Dabei sollen durch eine intelligente Prozessführung die Schadstoffe im Pyrolysekoks angereichert werden. Das Pyrolysegas kann somit ohne Nachteile für den Betrieb des Kessels in das Kraftwerk zugefeuert werden.<br />Eine 3 MW Versuchsanlage ist seit 2008 in Dürnrohr/Niederösterreich in Betrieb. Als Pyrolysereaktor kommt dabei ein indirekt beheiztes Drehrohr zum Einsatz. Der Reaktor wird bei niedrigen Temperaturen von 450 °C bis 630 °C betrieben um die unerwünschten Elemente (Cl, K, Na, etc.) im Pyrolysekoks zurückzuhalten.<br />Aus der Bilanzierung der Anlage lassen sich wertvolle Ergebnisse gewinnen, wie etwa die Entwicklung des Produktspektrums in Abhängigkeit der Betriebsparameter. Besonders interessant ist die Betrachtung der Wirkungsrade der Pyrolyseanlage. So soll möglichst viel Energie vom Rohstoff in ein Brennbares Gas überführt werden, damit daraus im Kraftwerk elektrische Energie mit einem hohen elektrischen Wirkungsgrad generiert werden kann.<br />

Huge amounts of unused biomass in terms of agricultural residues like straw, that is a cheap and local feedstock, are often available.<br />But as a reason of the high amount of corrosive ash elements (K, Cl, S, etc.), the residues are not suitable for co-firing in a thermal power plant. Therefore the feedstock is converted by low temperature pyrolysis into pyrolysis gases and charcoal. The aim of this work is to obtain fundamentals for an advanced pyrolysis model approach based on the results of the pilot plant for co-firing of the pyrolysis gases in a thermal power plant.<br />A 3 MW pyrolysis pilot plant has been operated since 2008 and it is located in Dürnrohr/Austria just next to the coal fired power plant Dürnrohr. For the process, an externally heated rotary kiln reactor is used. The balance of the system can provide important results, such as the development of the product spectrum by a function of the operating parameters. Very interesting is the observation of the efficiencies of the pyrolysis system. As much energy as possible has to be transferred from the raw material into a combustible gas that will be burned in the boiler of the power plant at high temperatures and electrical energy with a high electrical efficiency in the power plant will be produced.