Biomassaförgasning integrerad med kraftvärme erfarenheter från en demoanläggning i Chalmers kraftcentral

Transkript

1 Biomassaförgasning integrerad med kraftvärme erfarenheter från en demoanläggning i Chalmers kraftcentral Henrik Thunman Avdelningen för energiteknik Chalmers tekniska högskola Bakgrund För att reducera CO2-emissioner och öka leveranssäkerheten av bränslen finns en ökande vilja att utnyttja biomassan för att för utom att producera el och värma också producera drivmedel. Genom samproduktion av dessa tre kan detta göras både energi- och kostnadseffektivt. Här ska jag presentera den lösning som vi känner till som ger den teknisk högsta verkningsgraden för biomassa med en fukthalt på mindre än 60 %. 1

2 Omvandlingssteg för fasta bränslen 2

3 Indirekt förgasning, 4-8 MW fuel /m 2 Flue gas T chimny >T min ( ton/h m 2 ) Dry N 2 free product gas Q G Q GL Drying Waste water (liq), X w Q GH +Q CH Air Q Q CL Q CH Fuel T quench > T sat Q GH Drying Q evap Product gas Evaporated and Pre-heating of waste water Combustion Heat Char Devolatilization Gasification Fluidized Bed Fluidiserad bädd Heat Char Circulerand bädd Bubbling bädd 3

4 Energibalans indirekt förgasning Optimized gasifier Q (LHV) Q(HHV) Q G Fuel 50% moist, Q fuel Q fuel,dried Q GL Fuel 20% moist, Q fuel,dried Productgas, Q G Q CL Q GH X w =0.15 prod. gasi., Q GH Q CH Drying prod. comb., Q CH Devolatilization Low temp heat, gasi.,q GL Low temp heat, comb.,q CL Combustion Air pre-heated to 53 % of max Heat Char Gasification Q fuel,dry Heat demand drying Q GH +Q CH Q GH +Q CH xq GL Drying Q GH +Q CH +0.5Q GL Q fuel Krav på syntesgas SNG (SyntheticNatural Gas) Hög metanhalt, fri från kväve och tjäror och låga nivåer av svavel- och klorämnen FT(Fisher-Tropch)-diesel, Metanol, Etanol, DME ren blandning av CO, H 2, CO 2 och H 2 O, mycket låga nivåer av svavel- och klorämnen, mycket höga tryck Gasturbin Partikelfri, torr, tjärfri 4

5 Marknadsintroduktion Att producera biobränslen från biomassa via förgasning har än så länge inte varit ekonomsikt genomförbart, dock finns idag förväntningar och krav som långsamt håller att på förändra detta till förgasningsprocesses fördel. En väg som kan påskynda introduktionen av produktion av biobränslen från biomassa via förgasning är att nyttigöra existerande infrastrukturför kraft och värme produktion att också producera an brännbar gas. Koncept för Chalmers förgasare Circulerande fluidbädd (CFB) Värme, el, ånga Värme, el, ånga Bränsle, ex. biomassa eller kol Hot Bed Material Bränsle, ex. biomassa eller kol Hot Bed Material Brännbar gas Bränsle Circulerande bädd Bubblande bädd Luft Före ombyggnad Luft Ånga Efter ombyggnad 5

6 Chalmers forskningsförgasare Chalmers 12 MW CFB panna Värme, el, åmga Rökgas Gas Bränsle, ex. biomassa eller kol Hot Bed Material Brännbar gas Bränsle Varmt bäddmaterial Luft Ånga, rökgas eller luft Ånga, rökgas eller luft 6

7 Drifterfarenheter Bränsleflöde Fuel Feed (MW) (MW) 2 1,5 1 0,5 0 Day Dag11 Day Dag22 Day Dag33 Temperatur I fördelare ~870 C Temperaturreduktion i förgasare ~20 C / MW torrbiomassa Uppehållstid i förgasare ~220 s Temperaturdifferans Temperature Difference över across förgasare Gasifier ( C) Day Dag11 Day Dag22 Day Dag33 T 07:00:00 07:43:00 08:26:00 09:09:00 09:52:00 10:35:00 11:18:00 12:01:00 12:44:00 13:27:00 14:10:00 14:53:00 15:36:00 16:19:00 17:02:00 17:45:00 18:28:00 Specificationer Chalmers förgasare Flexibilitet Bränsle 0 4 MW (0-1 ton/h) (testat: MW) Oloka fluidiserings medium -Ånga -Rökgas -Luft (ej testat än) Temperatur I förgasare C (testat C) Uppehållstid - Reglerbar cirkulationshastighet - Reglerbar bäddhöjd (Ej testat) Fuel - Dry pellets (tested: Wood and Bark) - Wet biomass (tested: Wood chips) Bädd material (testat: kvartzsand) Mätningar Produktgas sammansättning Cirkulationsflöde Bränslelast Temperaturer Tryck Extraktion av gaser och bäddmaterial innefrån förgasaren Extraktion av gasflöde för externa experiment Accumulerad driftstid med bränsle ~250 h utan bränsle ~1800 h 7

8 Torr produktgas sammansättning Gas H 2 [mol%] CO [mol%] CO 2 [mol%] CH 4 [mol%] C 2 H 4 [mol%] C 2 H 6 [mol%] N March wood pellets 327 C 25.1 [mol%] 33.1 [mol%] 14.8 [mol%] 11.8 [mol%] 4.2 [mol%] 0.4 [mol%] 9.3 [mol%] Värmevärde (Beräknad på torr gas) 13.7 MJ/nm 3 eller 14.1 MJ/kg Tars (Gravimetric tar analysis) 7.8g/nm 3 Sammanfattning Indirekt förgasning är den mest energieffektiva processen att producera en kväve fri produktgas från biomassa i mellan och storskaliga applikationer, upp till flera hundra MW bränsletillförsel Produktgasen från indirekt förgasning måste genomgå gasreningsprocesser och uppgraderas för nedströms omvandling till efterfrågat biobränsle Trycksättning kan ske och är förknippad med samma problem som andra trycksatta processer som använder fasta bränslen Samproduktion av el, värme och gas, förenklar konstruktionen och driften av en produktionsanläggning för biobränslen. Samproduktion möjliggör även att man kan exploatera torkningens lågtemperaturebehov maximalt Genom ombyggnad av befintliga pannor kan samproduktion göras energi och mycket kostnadseffektivt 8