Scale Up der Dampf - Wirbelschicht - Biomassevergasung : vom Technikumsmaßstab in den industriellen Maßstab

Abstract

Am Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und technische Biowissenschaften wurde im Rahmen von RENET Austria eine Versuchsanlage eines Dampf- Wirbelschicht- Biomassevergasers mit einer Leistung von 100 KWth betrieben. An der Versuchsanlage mit ähnlichem Design wie die Demonstrationsanlage in Güssing, wurden umfangreichen Untersuchungen durchgeführt.<br />Die Produktgasreinigung, Precoatfilter und Lösungsmittelwäscher wurden im Technikumsmaßstab entwickelt. In verschiedenen Versuchsreihen wurde die Produktgasreinigung auf Tauglichkeit für die Anwendung im Prozess der Dampf- Wirbelschicht Biomassevergasung untersucht. Nach den umfangreichen Untersuchungen an der Versuchsanlage an der TU Wien konnte genug Erfahrung gesammelt werden, um ein Scale Up des Dampf- Wirbelschicht- Biomassevergasers im industriellen Maßstab durchzuführen.<br />Diese Maßstabsvergrößerung des Vergasungsreaktors wurde mit einem Kaltmodell im Labor in Bezug auf die Strömungsmechanik untersucht. Nach den Kriterien von Klicksmann wurde das Design des Vergasungsreaktors der Demonstrationsanlage Güssing auf das Kaltmodell skaliert und aus Plexiglas gefertigt. Es wurden die wichtigsten Parameter wie Bettmaterialumlauf (im Kaltmodell Bronze), Austrag an Bettmaterial aus dem Reaktor sowie die Leckage an Produktgas (im Kaltmodell Methan) in den Vergasungsteil gemessen.<br />Der nächste Schritt der Arbeit war es die gesamte Demonstrationsanlage in Güssing im Detail darzustellen und zu untersuchen. Dabei wurde der Ist- Stand der Anlage erhoben und die einzelnen Hauptkomponenten beschrieben und dargestellt. Weiters wurden die gesamten Messdaten ausgewertet und analysiert.<br />Die Ergebnisse der Ist- Analyse bezüglich des Bettmaterialumlaufs, Austrag an Bettmaterial aus dem Vergasungsreaktor sowie die Leckage an Produktgas aus dem Verbrennungsteil in der Vergasungsteil der Demonstrationsanlage Güssing wurden mit den Erkenntnissen aus den Versuchen am Kaltmodell verglichen. Dabei konnte festgestellt werden, dass die Tendenzen der Ergebnisse der Versuche am Kaltmodell an der Demonstrationsanlage reproduziert werden konnten. Bei den effektiven Werten kam es zu geringen Abweichungen, welche mit den idealisierten Bedingungen des Kaltmodells erklärt werden konnten.<br />Die Ergebnisse der Analysen bezüglich der Produktgasqualität der Demonstrationsanlage in Güssing wurden mit den Ergebnissen der Produktgasqualität der Versuchsanlage an der TU Wien verglichen. Die Produktgaszusammensetzung an der Versuchsanlage entsprach im Wesentlichen der Produktgaszusammensetzung an der Demonstrationsanlage Güssing. Auch die Menge an Teeren im Produktgas welche an der Versuchsanlage gemessen wurden, konnten an der Demonstrationsanlage bestätigt werden.<br />Um weitere Erkenntnisse für die Betriebsoptimierung der Anlage in Güssing zu gewinnen, wurde sämtlicher Betriebsmittelverbrauch erfasst und analysiert. Durch die detaillierte Beobachtung und Aufzeichnung des Betriebsmittelverbrauches der Demonstrationsanlage und die gleichzeitige Optimierung des Anlagenbetriebes konnte ein wesentlicher Beitrag zum wirtschaftlichen Betrieb dieses Anlagentyps geleistet werden.<br />

At the Institute of chemical engineering at the technical university Vienna in the framework of RENET Austria a pilot plant of a steam fluidised bed gasifier with a thermal output of 100 kWth was operated. At the pilot plant, with similar Design as the demonstration plant Güssing, extensive investigations were carried out.<br />The product gas cleaning system consisting of a precoat- filter and solvent scrubber, were developed in a laboratory scale pilot plant. In different test series the product gas system on availability at the process of fluidised bed steam reactor was researched. After extensive investigations at the pilot plant of the technical university Vienna, could enough experiences be collected, to carry out the scale-up of the steam fluidised bed gasifier in the industrial scale.<br />With the cold model in the laboratory the fluid mechanics of the fluidisation system were investigated. The design of the demonstration plant Güssing was scaled down of the criteria of Klicksmann for the cold model and was built in plexiglass. The most important parameters such as bed material circulation (in the cold model bronze), discharge at bed material from the reactor as well as the leakage at product gas (in the cold model methane) into the gasification part were measured.<br />The next step of the work was to show and to analyse the whole demonstration plant in Güssing in detail. The actual status of the plant was analysed and the individual main components was described and represented. Further the entire measuring data were evaluated and analyzed.<br />The results of the actual analysis concerning the bed material circulation, discharge at bed material from the gasification reactor as well as the leakage at product gas from the combustion part in the gasification part of the demonstration unit of Güssing were compared with the experiences from the attempts at the cold model.<br />It could be shown that the tendencies of the result of the attempts at the cold model at the demonstration plant could be reproduced. At the real values it came to small differences which could be explained with the idealized conditions of the cold model.<br />The results of the analyses of the product gas quality on the demonstration plant in Güssing, was compared with the result of the product gas quality of the test range at the university Vienna. The product gas composition at the test range essentially corresponded to the product gas composition at the demonstration plant Güssing. Also the quantity of tars in the product gas which on the test range were measured could at the demonstration plant be confirmed.<br />The consumption of the main operating resources were determined and analysed to get further experience to optimize the operating of the demonstration plant Güssing. Through the exact determination of the consumption of the main operating resources of the demonstration plant, hand in hand with the optimisation of the operating of the plant, a big step could be done to improve the economic efficiency of this type of power plant.