BHKWs mit Holzvergaser - Innovative Beispiele

Holzgaskraftwerk mit Gleichstrom–Festbettvergasung für 100/150 kWel

Die Beispiele dienen nur zur Information!

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)

Nach dem Prinzip der KWK wird mit diesem Holzgaskraftwerkssystem Ökostrom und Biowärme erzeugt.

Als nutzbare Heizwärme, fällt die Abwärme des Kühlwassers und des Abgases aus dem BHKW–Betrieb sowie die Wärme aus der Holzgaskühlung an.

Hohe Wirtschaftlichkeit durch EEG

In Deutschland liegt der Einspeisetarif für Strom bei 21,5 Cent/KWh bis 150 KWel, und 19,9 Cent/KWh bis 500 KWel.

Für Österreich 16 Cent/KWh bis 2000 KWel für Strom aus fester Biomasse (Waldhackgut).

Hauptkomponenten

Das Holzgaskraftwerk besteht im Prinzip aus einen Gleichstrom–Festbettvergaser zur Holzgaserzeugung mit Kühl- und Reinigungseinrichtungen und einem Gasmotor-BHKW zur Wärme und Stromerzeugung.

Zertifizierung

Es ist das erste marktreife EU–zertifizierte Holzgaskraftwerk mit CE-Kennzeichnung.

Erfahrungen

Über Langzeiterfahrungen, Laufzeiten, Probleme etc. liegen uns z. Z. noch keine zufrieden stellende Ergebnisse vor. Alle Angaben sind Herstellerangaben.

Die Wirtschaftlichkeitsberechnungen der Hersteller sind kritisch zu betrachten, da in d. R. nicht alle Kosten erfasst und die angesetzten Betriebsstunden u. U. nicht erreicht werden.

Vergasertechnik

Boudouardisches Gleichgewicht

Das neuartige dieser Vergasertechnik liegt bei der Optimierung des katalytischen Vergasungsprozesses bei der Erzeugung des Holzgases.

Dabei ist das Boudouardische Gleichgewicht der Reaktionen zwischen Oxidation und Reduktion so eingestellt, das nahezu keine unverbrannten Kohlenwasserstoffe bzw. Teerdestillate mehr im Holzgas anfallen.

Gaswäsche und Entsorgung des verschmutzten Kondensatanfalls

Das hierbei erzeugte reine Holzgas wird ohne zusätzlichen Aufwand für eine Gaswäsche und Entsorgung des verschmutzten Kondensatanfalls – in Kombination mit einem Gasmotor–BHKW als Antriebsenergie des Generators eingesetzt.

Gleichstrom–Festbettvergasung

Der innovative Durchbruch ist Ing. Kuntschar nun nach jahrelangen Versuchen mit einem Holzvergaser gelungen, der sich durch hohe Vergaserleistung (kleiner Vergaserraum bei maximaler Holzgasproduktion) auszeichnet und als autothermer, druckloser Vergaser nach dem Prinzip der Gleichstrom–Festbettvergasung funktioniert.

Systemkonzeption des Holzgas-BHKWs

- Holzvergaser mit Beschickungseinheit

- Schüttrichter zur Bevorratung des Brennstoffes

- Gasbehandlung (Kühlung, Reinigung)

- Vollautomatische Entaschung (Reststoffaustragung)

- Gasmotor–BHKW mit Schaltschrank für Netzparallel- und

Inselbetrieb zur Erzeugung von Ökostrom und Biowärme

Funktion des autothermen, drucklosen Holzvergasers

Festbettvergasung

Die Festbettvergasung basiert auf der Verfahrenstechnik der Reaktionszonen „Trocknung, Zersetzung, Entgasung und Vergasung„ des Holzes.

Diese verläuft drucklos von oben nach unten im Gleichstrom.

1. Reaktionszone

Das Holz wird zunächst getrocknet und zersetzt

2. Reaktionszone

Im 2. Abschnitt findet die Entgasung statt bzw. die flüchtigen Bestandteile werden in die Gasphase übergeführt

3. Reaktionszone

Unter gezielter Eindüsung von heißem Luft–Sauerstoff (unterstöchiometrische Verbrennung) werden jetzt die entstandene Oxidationsprodukte, Schweldämpfe sowie der in der Luft und Holzfeuchte enthaltene Wasserdampf in der glühenden Holzkohle (Reaktionszone) in ihre chemischen Bestandsteile des Holzgases Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2), Methan (CH4 ), u. a. umgewandelt.

Ein Teil des Wassers zersetzt sich in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2), der mit dem Kohlenstoff der Holzkohle sofort eine Verbindung zu Kohlenmonoxid (CO) eingeht.

Alle diese komplexen, chemischen Reaktionen verlaufen unter Zuführung von Energie zum Teil gleichzeitig oder nacheinander, bis sich das Boudouardische Gleichgewicht für CO2/CO und für die Wassergasbildung H2/CO einstellt.

Rückstandsfreie Vergasung

Die richtige Einstellung dieses Gleichgewichtes zwischen den exothermen und endothermen Prozessen ist die Kunst der Vergasertechnologie für rückstandsfreie Vergasung.

Im Gegensatz zu den bisher bekannten Vergasersystemen gibt es bei diesem Vergasungssystem durch die optimierte Betriebsführung nahezu keine unverbrannte Kohlenwasserstoffe bzw. Teerdestillate, so dass die Holzgas–Kühlung und Reinigung im Trockenverfahren ausgeführt wird.

Auf diese Weise fallen keine erhöhten Aufwendungen für die Holzgasreinigung bzw. Kondensate an, die zu entsorgen wären.

Dieser neuartig entwickelte Holzvergaser nach System Gustloff 1935 ist ein mit Hilfe neuer Techniken aus dem Motorenbau, Mikroprozess- und Softwaretechnik modifizierter Hochleistungsvergaser, der mit dieser Technik auch die geforderten Umweltstandards erfüllt.

Die Arbeitsweise des Holzvergasers

Einbringung des Brennstoffs

Zuvor wird das in den Holzvergaser leistungsabhängig konditionierte Hackgut mit der geforderten Qualität über die Zellradschleuse im oberen Vergaserraum eingebracht.

Start des Holzvergasers

Der Start des Holzvergasers erfolgt durch eine vollautomatische Zündung.

1. Phase: Kontrollierte überstöchiometrische Verbrennung

Über die einzelnen Reaktionszonen (Trocknung – Zersetzung – Entgasung und Vergasung) wird anfangs das Hackgut überstöchiometrisch kontrolliert verbrannt,

bis der Holzvergaser seine Betriebstemperatur von etwa 800 °C erreicht hat.

Der Verlauf dieses Prozesses erfolgt autotherm und drucklos im Gleichstrom.

Die bis dahin im Vergaser entstehenden unreinen Schwelgas–Verbrennungsprodukte werden vom Saugzuggebläse über die Abgasleitung des BHKWs abgesaugt und ins Freie abgeleitet.

2. Phase: Kontrollierte unterstöchiometrische Verbrennung

Nach Erreichung der Vergasertemperatur werden die entstandenen Oxidationsprodukte und Schweldämpfe sowie der in der Luft und Holzfeuchte enthaltene Wasserdampf nicht mehr mit Luftüberschuss verbrannt,

sondern in der glühenden Holzkohle (Reaktionszone) unter gezielter Eindüsung von heißer Luft (Sauerstoffzufuhr, unterstöchiometrische Verbrennung) das Holzgas erzeugt (Einstellung des Boudouardischen Gleichgewichtes).

In diesem erreichten Betriebszustand des thermodynamischen Gleichgewichtes wird auf den Gasmotor–BHKW-Betrieb umgeschaltet und der Gasmotor startet mit dem reinen Holzgas.

Der Gasmotor, der zu 100 % mit Holzgas betrieben wird, saugt das Holzgas vom Vergaser kontinuierlich für die Verbrennung ab.

Holzgaskühlung und Reinigung

Asche und Reststoffentsorgung

Bevor jedoch das Holzgas in den Gasmotor zur Verbrennung gelangt, wird das Holzgas gekühlt und gereinigt.

Hierbei wird das Holzgas in einem Zyklon mit integriertem Gaskühler von den Staubpartikeln gereinigt.

Die abgegebene Wärme vom Gaskühler wird zur weiteren Nutzung in den Heizungsverteiler eingespeist.

Das abgekühlte Holzgas wird schließlich in einem Doppel–Ölbadfilter nachgereinigt bevor es mit einem Luft–Sauerstoffgemisch zur Verbrennung in den Gasmotor - BHKW gelangt.

Nach Erreichen der erforderlichen Motorbetriebstemperatur und Synchronisierung wird der betriebsbereite Generator auf das öffentliche Stromnetz aufgeschaltet.

Bei der Vergasung fallen ca. 0,5 % (Gewichtsprozent) reine Holzasche an, die über eine Differenzdruckschaltung vollautomatisch – pneumatisch in einen Aschekasten entsorgt wird. (Reststoffentsorgung).

Die gefilterte Entaschungsluft wird wieder dem Vergaser zugeführt.

Nach dem EU–Düngemittelgesetz kann die mineralhaltige Holzasche der Waldwirtschaft zur Entsäuerung von Waldböden zugeführt werden, wodurch sich der natürliche Kreislauf schließt.

Die vollautomatische Vergasung und Ökostromerzeugung im Normalbetrieb

Der störungsfreie Holzvergaserbetrieb ist u. a. hauptsächlich von der Qualität des Holzes und der Einstellung der Betriebstemperatur im Vergaser abhängig.

Besonders wichtig ist die erforderliche Betriebstemperatur zwischen 700 bis 1000 °C für den exothermen Vergasungs-Prozess.

Alle wichtigen Parameter des Holzvergasers werden kontinuierlich über eine integrierte SPS-Prozesssteuerung überwacht bzw. eingestellt.

Die Holzgasproduktion wird über die geforderte elektrische Leistung des BHKW prozessgesteuert (SPS).

Über die Temperaturmesssonden im Vergaser und über die Druckdifferenz zwischen Lufteindüsung und Holzgasabsaugung wird auf diese Weise das Boudouardische Gleichgewicht für die optimale Holzgasgewinnung eingestellt.

Die Emissionen des Holzgaskraftwerkssystems

Für Holzgas gibt es bislang noch keine technischen Richtwerte über gasförmige Emissionen.

Nach der neuen TA–Luft 2002 werden die geforderten Emissionsgaswerte wie bei BHKWs mit Gasmotor für Biogas und Klärgas – auch für Holzgas eingehalten.

Die erhöhten CO–Emissionen können durch den Einbau eines Oxidationskatalysators verlässlich auf den geforderten Emissionsgaswert reduziert und nachgewiesen werden.

Es gibt keine flüssige Emissionen – wie Kondensate, Teerdestillate oder Abwässer für Holzgasreinigung, etc., die bei diesem Holzgaskraftwerkssystem zu entsorgen wären.

Als feste Emissionen wie Asche (0,5% Gewichtsprozent) fällt reine Holzasche an, die entweder als Dünger verwendet werden oder zu entsorgen sind.

Dazu zählt auch die im Ölbadfilter anfallende Feinasche, die gemeinsam mit dem Altöl vom Motorölwechsel des BHKW zu entsorgen sind.

Die Schallemissionen vom BHKW–Gasmotor sind standardmäßig mit entsprechend ausgeführten Schalldämpfern beherrschbar und sind nur eine Frage der Anforderung.

Technische Daten (Beispiel)

Quelle: SW-Energietechnik

Für wesentlich mehr Informationen stehen wir Ihnen mit einer persönlichen Fachberatung jederzeit gerne zur Verfügung.

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