Biomasse-KWK mit Holzvergasung und Holzgas-BHKW

Technologieforum zur
Biomasseverstromung
fossile & regenerative MHKW-Anlagentechnik
11. Mai 2006, Wartenberg Oval
Dipl.-Ing. (FH) Jan E. E. Kramb
Die Mothermik® Holzverstromungsanlage
„Biomasse-KWK mit Holzvergasung und Holzgas-BHKW“
Kenndaten über 87 Tage Dauerbetrieb der Anlage Hess, Neuenstein
Mitgliedsunternehmen des
Mothermik GmbH
Industriestr. 3
56291 Pfalzfeld / Hunsrück
eMail : [email protected]
Internet : www.mothermik.de
Mothermik Holzverstromungsanlagen - Stand der Technik
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Vorstellung des Unternehmens Mothermik
Das Unternehmen Mothermik GmbH,
Entwicklung, Fertigung und Vertrieb
von Motorenheizkraftanlagen seit über 23 Jahren
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Vorstellung des Unternehmens Mothermik
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- Mothermik GmbH, ein mittelständisches Unternehmen
- gegründet 1983 als GmbH & Co. KG in Simmern / Hunsrück durch
Jan E. E. Kramb & Günther Kramb sen. Im Jahr 2000 Umfirmierung
in GmbH und Einstieg von Jan H. Kramb
- ab 2003 Hauptsitz in Pfalzfeld / Hunsrück, Umzug zur
Erweiterung der Fertigungsmöglichkeiten für größere Anlagen
- Entwicklung, Fertigung und Vertrieb von MHKW-Anlagen im
Leistungsbereich 100 kWel - 2.000 kWel
- Seit Firmengründung wurden ca. 250 MHKW-Anlagen
mit einer Gesamtleistung von ca. 50 MWel errichtet,
vorwiegend Diesel-MHKW, seit 1991 auch Zündstrahlsyst.
- ca. 200 laufende Anlagen werden heute durch den
Mothermik-Kundendienst betreut
- Seit 1999 - Entwicklung der Holzverstromungstechnik
- August 2003 : Inbetriebnahme der ersten vollautomatischen
Holzverstromungsanlage in Pfalzfeld
- 2004 : Preisträger des Innovationspreises Rheinland-Pfalz
- 2005 : Markteinführung der Holzverstromungsanlagen
mit 7 Modulen je 250 kWel, für 2006 sind 10 Module je
250 kWel zur Fertigung vorgesehen und verkauft, in 2007
übersteigen Abschlüsse und Nachfrage die Fertigungsmöglichkeiten
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Zahlen und Fakten
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- Mothermik besteht aus 5 Abteilungen, Elektrik,
Elektronik, Mechanik, Kundendienst und Verwaltung
- Stammsitz in Pfalzfeld / Hunsrück, Kundendienstniederlassungen in Borghorst / Münsterland und Wittgensdorf /
Chemnitz
- Aktuell 47 Mitarbeiter, davon 4 Ingenieure und 13 Meister
aus den Bereichen Elektro, Maschinenbau, Kfz,
Heizungsbau und Verfahrenstechnik
- Mothermik unterstützt Kunden beim Anlagenbetrieb,
Genehmigungsfragen, Optimierung, Zollabwicklungen etc.
- Mothermik bietet dem Kunden eine zuverlässige Ersatzteileversorgung, Stör- und Kundendienst rund um die Uhr
an jedem beliebigen Tag im Jahr
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Unternehmensstruktur & Dienstleistungen
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Luftaufnahme des Werkes Pfalzfeld - Juni 2004
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Luftaufnahme
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Frühere Zeiten
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Brennstoff
Luft
Gas
“ absteigender Gleichstromvergaser
Austragsrinne,
kein Rost
Holzkoks
mit Asche
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Gas
Vergasungsverfahren, absteigend - Gleichstrom
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Trocknung : Verdampfen des enthaltenen Wassers
T < 200 °C
Luft
Austragsrinne,
kein Rost
Holzkoks
mit Asche
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Pyrolyse :
Zersetzung des Holzes
T = 200 ... 500 °C
Oxidation :
Exotherm, Energiebereitstellung für die
nachfolgende Reduktion
T = 500 ... 1200 °C
Reduktion : Endotherm, Bildung des eigentlichen
Holzgases
T < 550 °C
Gas
Vergasungsverfahren, die Reaktionszonen
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Vol-% 100
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Boudouard - Reaktion
C + CO2 “ 2 CO
80
Wassergasreaktion
C + H2O “ CO + H2
Methanreaktion
60
C + 2 H2 “ CH4
40
niedrigere Temperatur
mehr an CH4
mehr Teer
höhere Klopffestigkeit
größere Gasmenge
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0
400
600
800
1000
Temperatur in °C
höhere Temperatur
mehr an H2 und CO
weniger Teer
geringere Klopffestigkeit
geringere Gasmenge
Gleichgewichtskurven bei Kohlenstoffvergasung
Nussbaumer, 1990
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Kohlendioxid
12%
Kohlenmonoxid
19%
Stickstoff
54%
Wasserstoff
11%
Methan + höhere KW
4%
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Zusammensetzung des Gases, nach Analyse Mothermik
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Der Einsatz von Zündstrahlmotoren zur
Nutzung von Holzgas
Zweistoff-, Hybrid- bzw. Zündstrahlmotoren
Gründe für den bevorzugten Einsatz bei der Energieerzeugung aus
Schwachgasen (Bsp. Holzgas)
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Einsatz von Zündstrahlmotoren
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- Zündstrahlmotor
- Kraftstoffdosierung
- Einspritzpumpe, Düsen,
Regelung
- motorische Verbrennung,
Verdichtung
- Emissionsverhalten,
Oxidationskatalysator,
CO, NOx, Staub
Maschinensatz V8 - Zündstrahl
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Grundsätzliche Funktionsweise
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Kraftstoffdosierung
- Gasdosierung
- variabler Volumenstrom, Gasmischer,
Leistungsregelung, Gleichförmigkeitsregelung
Gasregelstrecke
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Gas- und Kraftstoffregelung
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Vorteile
Nachteile
- hoher mechanischer
Wirkungsgrad
- Zündölbedarf und die hierzu
erforderlichen Investitionen
(Kraftstofftank, Leitungen,
Dosierung, Aufbereitung etc.)
- Start- und Anlaufverhalten,
stabile Regelbarkeit, hohe Zündenergie - zuverl. Zündverhalten
bei Schwankungen des Heizwertes
und Zusammensetzung des
Schwachgases
- Heizöl bzw. RME (Biodiesel)
als Zündöl
- geringe politische Akzeptanz
- stabiles Emissionsverhalten,
robuste Motorkonstruktion, hohe
Standzeiten, lange Wartungsintervalle
- System ist langzeiterprobt verfügbar
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Vor- und Nachteile im praktischen Einsatz
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Brennstoff z.Bsp. Waldholz (Hackschnitzel)
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- Der „Brennstoff“ - sauberes,
unbelastetes Holz (Waldholz)
- Hackgut G50
- Einsatz verschiedener Hölzer
(Fichte,Tanne, Buche, Eiche etc.)
- Heizwert atro ca. 4,5 - 5,5 kWh/kg
- Greifkran zur Bewältigung aller
Holzbewegungen, Steuerung des
Greifers in 3 Achsen mit Feuchteerkennungssystem
- Idealer Prozesswassergehalt bei
ca. 15 % absolut
- Vortrocknung allen Brennstoffs
und Regelung auf Prozessbedürfnisse
Brennstoff, Logistik & Trocknung
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Reaktor mit Beschickungseinrichtung
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- Der Vergaserreaktor Typ 265 mit einer
Feuerungswärmeleistung von ca. 900 kW
- Festbettvergaser, absteigend
- Im Gegensatz zu bestehenden Vergasertypen hat der Reaktor eine rechteckige,
nicht runde Reaktorsymmetrie
- Dies erleichtert die Luftverteilung im Reaktor,
der Vorteil ist ein teerärmeres Gas
- Auskleidung der Oxidationszone mit einer
hochtemperaturfesten Keramik
- Der Rahmen des Reaktormantels wird
wassergekühlt
- kein Gegenfeuer bzw. keine Veraschung
im Unterteil des Vergasers, kein Rost,
Durchschleusung von Störstoffen bis 60mm
- Holzkohlekoks wird dem Prozess entnommen, der Koks wird vermarktet
Der Vergasungsreaktor
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- mehrstufige Gasaufbereitung
Gaskühlung und Entstaubung mittels
Quensche, Tropfenabscheider und
Endreinigung mittels Hochspannung
- Rückführung der Abscheideprodukte in
Oxidationszone des Vergaserreaktors
- Reinigung des Quenschwassers über ein
Hackschnitzelbett, Rückkühlung des
Prozesswassers und Wärmeabgabe an den
Brennstofftrockner
- Rückführung der verunreinigten Hackschnitzel in den Vergasungsprozess
- geschlossener Prozesswasserkreis, keine
Einleitung oder Entsorgung von Abwasser
- Rückführung von Kondenswasser in den
Brennstoff, möglich durch Übertrocknung
des Holzes
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Gas- und Wasseraufbereitung
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Maschinensatz & Visualisierungspanel
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- Maschinensatz für Holzgashybridbetrieb im Container
- Auf Basis eines speziell hierfür
abgestimmten Zündstrahlmotors
- spezielle Einspritzanlage zur
Minimierung des Zündstrahlanteils
- Zündstrahlanteil ca. 7% - 10%
- Ausrüstung mit einem speziellen
Abgaswärmetauscher zur Erzeugung von Heißluft aus Abgas
bei ca. 120 °C, welche zur
Trocknung eingesetzt wird
- Steuerung der Anlage über Visualisierungs - Panels, Visualisierung
via PC, Fernwartung
Motorische Nutzung & Steuerung
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Trockner mit Greifkran – Innenansicht Halle, Hess-Neuenstein
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- Fa. Hilmar Hess, geplantes Projekt im Juni 2004
- Mothermik Holzverstromungsanlage vom Typ 1 x MTHG.CNm.265
- Baugenehmigung erteilt im Oktober 2004
- Verbrennungsmotorenanlage mit Feuerungswärmeleistung von 900 kW
- 1. Bauabschnitt, Halle und Trafostation im Sommer 2005
- Gebäudeaußenmaße, 24m x 13m x 9m Traufhöhe
- Förderung durch das Land Hessen
- 2. Bauabschnitt, Herbst-Winter 2005/2006
- Holzverstromungsanlage incl. aller notwendigen Komponenten
- Ende Dez. 05, erste Inbetriebnahme, Probeläufe, Abn. Einspeisung
Jan. 06, Fertigstellung und weitere Testläufe
10.02.2006, Freigabe für den vollaut. Betrieb rund um die Uhr
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Das Projekt
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- Betriebsverhalten der Anlage vom 10.02.2006 - 08.05.2006
(erste 87 Betriebstage)
Betriebsstunden max. möglich
Anlagenbetrieb
Verfügbarkeit erste 87 Tage
Stromerzeugung max. möglich
Eingespeiste Strommenge
Tatsächliche Auslastung erste 87 Tage
Mittlere Anlagenleistung erste 87 Tage
Wärmenutzung für eigene Trocknung
Wärmenutzung für Lohntrocknung ca.
Wärmenutzung für Holztrocknung gesamt
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2.088,00 Stunden
1.840,00 Stunden
88,12 %
522.000 kWh
387.119 kWh
74,16 %
210,39 kW
2.060 Srm *
900 Srm
2.960 Srm
Kenndaten der Anlage, Holzverbrauch, Stromerzeugung etc.
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- Eingesetzte Brennstoffe vom 10.02.2006 - 08.05.2006 (erste 87 Betriebstage)
Bedarf Zündöl (Heizöl EL) ca.
Bedarf Holzmasse (bez. atro) ca.
Dies entspricht :
Hackschnitzelvolumen (bez. Fichte)
Holzeinkauf ca.
Hackschnitzelvolumen (bez. Eiche)
Holzeinkauf ca.
Brennstoffwärmeleistung zugeführt
Wirkungsgrad Stromerzeugung
Wirkungsgrad Wärmeerzeugung
* 160 kg/Srm atro,
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12.880,00 Liter Qzu HEL 127.512 kWh
330 to
Qzu Holz 1.051.424 kWh **
2.060
735
1.373
490
Srm
fm
Srm
fm
1.178.936 kWh
32,84 %
noch nicht genau anzugeben, ca. 600 to Holz wurden von ca. 35%
auf ca. 8% getrocknet
** Ö-Norm – 3,19 kWh/kg bei 35% Wassergehalt,
*** Wassergehalt 35% im Lieferzustand
Energieeinsatz und energetische Ausbeute
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