In onderstaande figuur wordt een globale indruk gegeven van een kleinschalige vergassingsinstallatie. Net als bij verbranding wordt de optie van bijstoken van stookgas in energiecentrales buiten beschouwing gelaten.
Figuur: Globale weergave kleinschalige vergassingsinstallatie
Bij vergassing van biomassa kunnen een aantal stadia worden onderscheiden:
Voorbewerking
Afhankelijk van het type vergasser en de vorm van de aangeleverde biomassa kan voorbewerking van de brandstof noodzakelijk zijn (bijvoorbeeld verkleining, verdichting en droging). De warmte in de rookgassen van de motor zijn eventueel beschikbaar voor het drogen van de biomassa.
Vergassing
In de vergasser vindt een onvolledige verbranding van de biomassa plaats bij temperaturen van 500 tot 1.500ºC. Daarbij ontstaat een brandbaar gas. Als vergassingsmedium wordt lucht, stoom of zuivere zuurstof gebruikt waarbij een laag- tot middelcalorisch gas wordt geproduceerd. Het gas verlaat de vergasser met een temperatuur van 200 tot 900ºC. Veelal komt uit de vergasser een reststroom vrij in de vorm van as en niet omgezet koolstof.
Gasreiniging
Voor toepassing van stookgas in een WKK (we beperken ons hier tot motoren en turbines) is gaskoeling en gasreiniging nodig. Voor toepassing in motoren dient het gas zo ver mogelijk tot de omgevingstemperatuur gekoeld te worden om een zo hoog mogelijke energiedichtheid te verkrijgen. Voor toepassing in turbines is koeling tot 300-600ºC nodig (300ºC indien een doekenfilter wordt toegepast terwijl 600ºC de maximum inlaat temperatuur is voor turbines). Afhankelijk van het type brandstof, vergasser en WKK is gasreiniging noodzakelijk. Met name teer- en stofverwijdering is vrijwel altijd noodzakelijk. Stofverwijdering kan met behulp van (multi)cyclonen, vastbedfilters, water- of olie scrubbers, elektrostatische filters en keramische filters. Teerverwijdering kan m.b.v scrubbers, natte elektrostatische filters en thermisch-katalytische kraking. Afhankelijk van de toegepaste componenten zijn daarbij regelmatig verse stoffen nodig, zoals chemicaliën voor wassers of katalysator materiaal. Tevens dienen soms stoffen (as, slib, afvalwater) te worden afgevoerd.
Afvalwaterreiniging
Bij systemen van een groot aantal leveranciers komt in de gasreinigingsinstallatie afvalwater vrij dat moet worden geloosd. Het afvalwater komt vrij tijdens afkoeling van het gas door condensatie van waterdamp en water benodigd in de scrubbers. Dit afvalwater bevat een zekere hoeveelheid koolwaterstoffen en kan niet zonder meer geloosd worden; hiervoor is meestal nog een reinigingsstap noodzakelijk.
WKK
De WKK (motor of turbine gekoppeld aan een generator) zet het gereinigde stookgas om in elektriciteit. In de praktijk worden twee soorten motoren ingezet: gasmotoren en dieselmotoren. Bij gebruik van een dieselmotor is naast het stookgas ook minimaal 15% (op energiebasis) diesel nodig voor de noodzakelijke ontsteking in de cilinders. Gasmotoren kunnen na bijstelling van het ontstekingstijdstip volledig op stookgas worden bedreven.
Rookgasreiniging
Afhankelijk van de gestelde emissie-eisen kan een reiniging van het rookgas (het uitlaatgas uit de WKK) noodzakelijk zijn. Een WKK voor stookgas produceert van nature relatief veel CO omdat stookgas als brandstof reeds ca. 20 vol% CO bevat. Vanwege de zgn. "slip" in de cylinders zullen de uitlaatgassen ca. 2000 ppm CO bevatten, veelal boven de emissie-eis. PS. Deze uitlaatgassen bevatten echter geen onverbrande koolwaterstoffen zoals bij verbrandingssystemen wel het geval is. Om de CO te reduceren, kan gebruik worden gemaakt van een zogenaamde Oxicat in de uitlaat. Huidige katalysatoren de-activeren helaas vrij snel en worden daarom nog niet commercieel toegepast. De Oxicat bestaat uit een katalysator welke de aanwezige CO verbrandt tot CO2. Een tweede mogelijkheid om CO te reduceren is een nageschakelde naverbrander.
NOx wordt met name gevormd uit ammonia is het stookgas. Indien ammonia niet effectief wordt verwijderd uit dit stookgas kan de NOx waarde in de uitlaatgassen te hoog oplopen. Een mogelijkheid om NOx te reduceren is verlaging van de vlamtemperatuur door de motor met een grotere overmaat zuurstof (hogere lambda) te bedrijven. Helaas leidt een lagere vlamtemperatuur tot hogere CO emissies, dus gezocht moet worden naar een optimum.
Indien het gehalte aan NOx te hoog blijkt, zal een deNOx-installatie nodig zijn, vaak in combinatie met de injectie van een stikstofhoudende wasvloeistof in de uitlaatgassen (bijvoorbeeld Ureum).
Warmteterugwinning
De uitlaatgassen verlaten de motor met een temperatuur van circa 400 - 550ºC. Bruikbare warmte komt vrij bij gaskoeling, uit het koelwatersysteem van de motor en bij de hete uitlaatgassen van de WKK-installatie. Deze warmte kan via een rookgaswarmtewisselaar worden teruggewonnen en benut.
Print
Stuur door
Bookmark