Ermittlung von Auslegungsgrundlagen für die Biomassetrocknung

Abstract

Bei der Verwendung von biogenen Brennstoffen zur Erzeugung von Elektrizität, Wärme und Treibstoff spielt der Wassergehalt der eingesetzten Biomasse eine wesentliche Rolle. Eine hierfür einsetzbare Zweibett-Wirbelschicht-Vergasungsanlage besteht aus dem Vergasungsteil, in dem der Brennstoff getrocknet und entgast wird und dem Verbrennungsteil, in dem der unvergaste Brennstoff verbrannt und weiters das Bettmaterial erhitzt wird, um die benötigte Energie für die endothermen Vergasungsreaktionen bereit zu stellen. Der eingebrachte Massenstrom an Wasser muss erst im Prozess verdampft werden. Die Energie dazu wird im Verbrennungsteil der Anlage aufgebracht. Dies führt zu einem verminderten Gesamtwirkungsgrad der Anlage. Um den Wassergehalt noch vor Eintritt der Biomasse in die Anlage zu vermindern, ist eine vorgeschaltete Trocknung der Biomasse von Vorteil. Die Grundlage für die Auslegung eines solchen Trocknungsschrittes liefert aufbauend auf verschiedenen Versuchen mit Einzelpartikeln bzw. Schüttungen von Hackschnitzeln die vorliegende Arbeit. Bei den Versuchen mit Einzelpartikeln wurde – nach einem vergleichenden Versuch zwischen rohfeuchten und wiederbefeuchteten Partikeln – mit wiederbefeuchteten Partikeln gearbeitet. Hier zeigt sich, dass die Partikeldicke große Bedeutung für das Trocknungsverhalten hat, während die anderen variierten Parameter (Holzart, Faserrichtung, Temperatur der Trocknungsluft und Leerrohrgeschwindigkeit) eher geringen Einfluss haben. Bei den Versuchen mit Schüttungen ist als Ergebnis die Höhe der Trocknungsfront in der Schüttung von Interesse, da dadurch die Trocknergeometrie beeinflusst wird. Hier zeigen sich große Abhängigkeiten der Höhe der Trocknungsfront von der Leerrohrgeschwindigkeit und der Partikelgröße der eingesetzten Hackschnitzel, während die Temperatur der Trocknungsluft keine signifikante Rolle spielt.

During the utilisation of biogenic combustibles for the production of electricity, heat and fuels the water content of the used biomass plays a considerable role. A two-bed fluidized bed gasification plant for this purpose consists of a gasification part, where the biomass is dried and devolatilized and a combustion part, in which the ungassed combustible is burned and the bed material is heated to provide the necessary energy for the endothermic gasification-reactions. The inserted mass flow of water has to be vaporised in the process. The energy for this purpose is raised in the combustion-part of the plant. This leads to a reduced efficiency of the plant. To lower the water content, a drying step before upstream the gasification is beneficial. The basics for the design of such a step are provided with this thesis by running several tests with single particles respectively bulks of wood chips. The tests with single particles have been run – after a comparison between particles with original humidity and remoistened particles – with remoistened particles. Here is revealed, that the thickness of a particle has big influence on the drying behaviour, whereas the other researched parameters (wood-type, direction of fibre, temperature of the drying-air and superficial velocity) have rather small influence. In the tests with bulks of wood chips the height of the drying front is of interest, because the geometry of the dryer is influenced by this factor. This height of the drying front is highly dependent on the superficial velocity and the size of the used particles, whereas the temperature of the drying air plays no significant role.