Beta 1


Title Modellering af Low-Tar BIG processen
Author Andersen, Lars Henrik
Supervisor Qvale, Einar Bjørn (Institut for Mekanisk Teknologi, Danmarks Tekniske Universitet, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark)
Elmegaard, Brian (Termiske Energisystemer, Institut for Mekanisk Teknologi, Danmarks Tekniske Universitet, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark)
Bentzen, Jens Dall (Cowi)
Institution Technical University of Denmark, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark
Thesis level Master's thesis
Year 2002
Abstract This report describes the possibilities of integrating a biomass gasifier in a combined heat and power plant. The purpose of the study is, among others, to see if the gasification technology can challenge existing heat and power production methods. A research programme dealing with the construction of a low tar gasifier (LT-BIG), which easily can be scaled to large gasification plants, is in progress. This report also contains a model formulation and implementation for this suggested low tar gasifier. All the models are created by the use of the energy simulation tool DNA. For some cases it has been necessary to develop new components or to alter existing components in DNA. Three different systems are considered; Gas Engine, Simple Cycle Gas Turbine and Combined Cycle. When biomass with and lower heating value of 19 MJ/kg and a moisture content of 50% is employed the subsequent results and designs are achieved · The Engine plant utilizes the hot fluegas to dry the biomass, but has difficulties taking advantage of the potential energy from the cooling of the syngas. An engine with a net electric efficiency of 40% at full load is computed to convert 38,5% of the energy content in the biomass to electricity. · The Simple Cycle Gas Turbine plant has good potential for integration with a gasifier. It dries the biomass by means of the fluegas and recuperates the energy from the hot syngas to preheat the pressurised gas before it enters the combustion chamber. With an isentropic efficiency of 89% and a pressure ratio of 20, an electric efficiency of 38% is computed. · The Combined Cycle plant almost reach a computed efficiency of 45%. It utilises the cooling of the hot syngas to produce extra steam for the cycle, which results in a very steady efficiency, even when the moisture content of the fuel is changed. A grand parametric and sensitivity study of the LT-BIG model is carried out. The study includes estimates of the air demand for the gasifier and the partial oxidation zones, among others. So far, only few experiments have been carried out with the LT-BIG laboratory model. This means that the model has not been proven. However, tests have shown, among other things, that it is necessary to add air to the gasifierzone, which is also predicted by the model. Work with the models has shown that a crucial aspect of a good integration of the gasifier is the utilization of the thermal energy of the syngas. This can be done either by directing the thermal energy to the gasifier, utilizing it for the production of steam, or by using it to pre-heat the other processes. Further studies of the models and issues in this report should be carried out insofar as the financial and regulatory strategies and potentials have only been touched upon lightly. The LT-BIG model can be further modified when reliable test data from the laboratory model are available.
Abstract I denne rapport bliver mulighederne for at integrere en biomasse drevet forgasser i et kraftvarmeværk med Gasmotor, Gasturbine, eller Combined Cycle undersøgt, med henblik på at kunne være konkurrencedygtig og udfordre konventionel teknik. Der er en udvikling er i gang, hvor der arbejdes med at udvikle en low tar forgasser der lader sig opskalere til storskala brug, LT-BIG. I rapporten præsenteres også en modelformulering samt implementering af LT-BIG forgasseren. For at løse ovenstående opgaver er simuleringsværktøjet DNA benyttet. I det omfang det var nødvendigt, er DNA’s komponentbibliotek udvidet eller modificeret. Resultaterne foreligger efterfølgende, idet de henviser til et biobrændsel med en LHV på 19MJ/kg og 50% fugtindhold. · Motoranlægget er svært at integrere med forgasseren, idet motoren slet ikke kan nyttiggøre den varme produktgas. Dog kan røggassen fra motoren benyttes til at tørre biobrændslet. En motor med en netto el-virkningsgrad på 40 % er beregnet til at kunne omdanne 38,5 % af energien i biobrændslet til elektricitet. · Gasturbine anlægget har gode muligheder for at integreres med en forgasser, idet den varme produktgas f.eks. kan genbruges til at forvarme den rensede og komprimerede gas, inden den introduceres i gasturbinen. En el-virkningsgrad på 38% er beregnet. · IGCC anlægget opnår en el-virkningsgrad på næsten 45%. Anlægget nyttiggør det meste af energien fra den varme produkgas, og har en meget stabil virkningsgrad ved varierende fugtindhold i brændslet. Den udviklede LT-BIG modellen kan bl.a. bruges til udregning af luftbehov i forgasser og partiel oxidations zonerne. I rapporten indgår bl.a. et større parameter og følsomhedsstudie af LT-BIG modellen. P.t. har der kun været sparsomme forsøg med et LT-BIG laboratorieanlæg, så modellen er ikke eftervist, men forsøgene har bl.a. vist, at det er nødvendigt med luft til forgasserzonen, hvilket modellen også forudsiger. Arbejdet med modellerne har vist, at et springende punkt for god integrering af forgasseren er nyttiggørelse af den termiske energi, som produktgassen besidder. Enten ved at tilbageføre varmen til forgasseren, eller ved at udnytte den til dampproduktion eller forvarmning/opvarmning af andre processer. Et videre arbejde med modellerne og problemstillingerne foreligger umiddelbart, idet økonomi og styringsstrategier samt potentialer kun er berørt sparsomt i rapporten. LT-BIG modellen kan endvidere tilpasses, så snart der foreligger stabile forsøgsdata fra laboratorieanlægget.
Imprint Technical University of Denmark (DTU) : Kgs. Lyngby, Denmark
Fulltext
Original PDF rapportrev1.pdf (1.56 MB)
Admin Creation date: 2009-11-05    Update date: 2010-10-28    Source: dtu    ID: 252063    Original MXD