Verstromung von Holz mittels direktgefeuerter Gasturbine zur Nutzung regenerativer Energiequellen - Teilprojekt: Staubmessung des Abgases und anlagennaher Betrieb

01.11.2006 - 15.05.2007
Forschungsförderungsprojekt
Am Institut durchgeführte Studien über die Verstromung von Biomasse in Form von Holz zeigten sehr früh, dass sich eine direkt holzstaubgefeuerte Gasturbine für einen ökonomischen Betrieb besonders eignet, da im überwiegenden Ausmaß ausgereifte Technologien verwendet werden können. Einzig eine Förderanlage für den zu verstromenden Holzstaub und eine Brennkammer müssen neu entwickelt werden. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes einer Gasturbine liegt in der relativ hohen Abgastemperatur, wodurch eine ökonomische Auskopplung von Nah- oder Fernwärme möglich ist. Die Energiequelle Holz kann deshalb in einem hohen Ausmaß umweltfreundlich genutzt werden. Die in den letzten Jahren an medialer Präsenz zugenommene Problematik der Feinstaubbelastung betrifft unter anderem auch Anlagen zur Strom- und Wärmeerzeugung. Da das Konzept der direktgefeuerten Gasturbine sowohl aus ökologischen als auch ökonomischen Gründen eine dezentrale Nutzung regenerativer Energiequellen vorsieht, werden typischerweise Anlagen mit kleinen Nennleistungen erhalten. Da gerade bei solchen Anlagen die Investitionskosten einen entscheidenden Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit und somit auch auf die Realisierung der Anlage haben, muss es bereits in der Konzeptionsphase der Anlage das vorrangige Ziel sein, Emissionen, das sind unter anderem Stickoxide, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Staub, durch primäre Maßnahmen zu vermeiden. Unter der Gesamtheit der primären Maßnahmen versteht man dabei, dass die Prozessführung derart gewählt wird, dass diese chemischen Verbindungen gar nicht oder zumindest nur in einem solchen Ausmaß entstehen, dass der eigentlichen Anlage zur Nutzung regenerativer Energiequellen keine eigene, zumeist sehr kostenintensiven Reinigung des Abgases nachgeschaltet werden muss. Der Ascheanteil des Brennstoffes Holz kann je nach Holzart bis zu mehreren Prozent betragen. Da Asche der nicht brennbare Anteil eines Brennstoffes ist, entsteht bei jeder Verbrennung von Holz Staub und kann nicht durch primäre Maßnahmen vermieden werden. Bei Anlagen zur Strom- und Wärmeerzeugung ist im Allgemeinen eine Entstaubung des Abgases unumgänglich. Ausnahmen bilden hier kleine Kessel zur Wärmeerzeugung, wie sie in Ein- oder Mehrfamilienhäusern verwendet werden. Um einen sicheren und zuverlässigen Anlagenbetrieb zu gewährleisten, beinhaltet das Konzept der direktgefeuerten Gasturbine eine Staubabscheidung des Heißgases noch vor dem Eintritt in die Turbine. Um eine belastbare Aussage über die Notwendigkeit einer Entstaubungsanlage am Austritt einer direktgefeuerten Gasturbine machen zu können, soll am Austritt der Gasturbine eine Messeinrichtung zur Erfassung der Staubbeladung installiert werden. Bei der im Labor des Instituts für Thermodynamik und Energiewandlung der Technischen Universität installierten direktgefeuerten Gasturbinenanlage wird der Brennstoff Holz in Form von Holzstaub pneumatisch in die druckaufgeladene Brennkammer gefördert. Die Förderluft, die den Holzstaub mitreißt, liefert ein separater Schraubenkompressor. Die eigenständige Luftversorgung wurde aus Gründen der Flexibilität in der Versuchsführung gewählt. Die gemeinsam mit dem Brennstoff in die Brennkammer strömende Förderluft bewirkt jedoch einen höheren Massenfluss durch die Turbine, wodurch der Betriebspunkt der Gasturbinenanlage vom tatsächlich auftretenden Betriebspunkt abweicht. Um einen anlagennahen Betrieb der Gasturbinenanlage zu erreichen, soll ein Teil der vom Verdichter geförderten Luft vor der Brennkammer entnommen werden. Versuche nach der Erhöhung der Leistungsdichte der druckaufgeladenen Brennkammer haben gezeigt, dass beim Anfahren der direktgefeuerten Gasturbinenanlage ein Teil der Luftzufuhr in die erste Brennkammerstufe abgeschaltet und unmittelbar nach Zündung des Brennstoffes zugeschaltet werden muss. Dadurch kann ein zuverlässiges Anfahren bei gleichzeitig ausreichender Kühlung der Brennkammer im Betrieb erreicht werden.

Personen

Projektleiter_in

Institut

Förderungmittel

  • Hochschuljubiläumsfonds der Stadt Wien (National) Hochschuljubiläumsfonds der Stadt Wien

Schlagwörter

DeutschEnglisch
Biomassebiomass
Staubmessungmeasurement of dust
direkt gefeuertdirectly fired
GasturbineGas Turbine
Holzstaubwood particle
anlagennaher Betrieboperation typical for directly wood particle fired gas turbine plants
Automatisierungautomation

Publikationen