Parametervariation bei einer druckaufgeladenen Wirbelschichtvergasung von Biomasse

Abstract

Aufgrund des Klimawandels, der steigenden Energiepreise und der begrenzten fossilen Energieträger wird intensiv nach alternativen Möglichkeiten zur Deckung des Energiebedarfs geforscht. Das größte Potential als erneuerbare Energiequelle wird dabei der Biomasse zugesprochen.<br />Im Rahmen dieser Arbeit wurden Versuche an einer druckaufgeladenen Biomassevergasungsanlage mit stationärer Wirbelschicht durchgeführt.<br />Ziel der Untersuchungen war es, einerseits Verfahrensparameter zu variieren und andererseits das Verhalten der Wirbelschicht unter Druck zu erforschen.<br />Ausgehend von den Standardversuchsbedingungen (Vergasungstemperatur 820 °C, Vergasungsdruck 3 bar, Luftüberschusszahl 0,3 und Luft als Vergasungsmedium) wurden einzelne Betriebsparameter verändert. Eine Variation der Anlagenleistung zeigte, dass unter den Standardbedingungen eine maximale Leistung von 40 kW möglich ist. Bei einer höheren Leistung ist es nur mehr schwer möglich konstante Betriebsbedingungen zu erreichen, zudem kommt es zu einer starken Erhöhung des Teergehalts im Produktgas. Durch eine Variation des Vergasungsdrucks von 1 bar (d.h.<br />atmosphärische Bedingungen) bis ca. 5,5 bar konnte eine leichte Zunahme der Methankonzentration im Produktgas nachgewiesen werden. Die leichte Erhöhung der Methankonzentration hat zur Folge, dass auch der Heizwert des Produktgases leicht ansteigt. Des Weiteren konnte eine Brennstoffvariation zeigen, dass es möglich ist, nicht nur Holz-Pellets, sondern auch Holz-Stroh-Pelletmischungen zu vergasen. Zudem wurden durch die Beimischung von Dampf zum Vergasungsmittel Luft, positive Effekte für den Betrieb der Druckvergasungsanlage erzielt.<br />Da es während der Versuche immer wieder zur Bildung von Agglomerationen in der Reaktorwirbelschicht kam, wurde versucht, diese Agglomeratbildung zu erforschen und zu unterbinden. Durch die geeignete Wahl der Fluidisierungszahl und durch eine engere Korngrößenverteilung des Bettmaterials ist dies auch geglückt.<br />

Due to the climate change, the increasing price of energy and the exhaustion of fossil source of energy, alternative sources of energy are researched. Biomass as renewable energy source is supposed to have a great potential. This diploma thesis contains the experiments with a bubbling pressurized biomass gasification pilot plant. On the one hand the objective was a variation of the operating conditions and on the other hand to investigate the behavior of the fluidized bed under pressure.<br />Based on the standard test conditions (820 °C gasification temperature, 3 bar operating pressure, 0.3 air ratio and air as gasification agent) individual operating parameters were modified. The variation of the plant power shows that under standard conditions a maximal power of 40 kW is possible. At higher power it is difficult to reach constant operating conditions, furthermore the tar content raises in the producer gas. The gasification pressure was varied from 1 bar (atmospheric conditions) to about 5.5 bars. The producer gas methane concentration easily increases in combination with the increasing operating pressure.<br />This reason causes an equal rising of the lower heating value. Moreover the fuel variation showed that not only wood pellets can be gasified but also mixtures of wood and straw as pellets. By the addition of steam to the gasification agent air, positive effects for the operation conditions of the pressurized gasification appear.<br />During the experiments consistently appeared agglomeration in the reactor fluidized bed. Therefore the agglomerate were investigated and tried to reduce them. By the use of an adequate fluidization number and a tighter grain size distribution of the bed material the agglomeration could be reduced.