Numero 1 - Istituto Nazionale per la Guardia d`Onore alle Reali

Tecnologia dei motori a gas per
il gas da legna
2. INFO SYNGAS
“SYNGAS: l’enfant terrible“
Montichiari
Centro Fiera
Venerdì 24 gennaio 2014
G. Herdin/2-G & PGES GmbH
Contenuto
• Basi
• Formazione miscela
• Qualità del gas
• Efficienza elettrica - stato
• Lambda 1 vs motore a miscela povera
• Emissioni e gas di scarico dopo il trattamento
• Conclusioni
Efficienza di varie tecnologie
90
efficienza el.+therm.
processo a vapore
(turbina)
5.2 MW FP
80
gassificazione con
motore a gas
2-8 MW FP
processo ORC
4.5 MW FP
70
60
50
8
12
16
20
24
efficienza el. [%]
Fonte: EVN; Jenbacher; PGES
28
32
Cogeneratore a gas
Fonte:PGES & 2-G
Motore usato come tiraggio indotto – concetto semplice
per piccoli impianti di gassificazione
gas di legna
aria
motore
valvola
vantaggio
svantaggio
Molto semplice
Bassa potenza come output
In caso di utilizzo di biomassa secca
non c’è formazione di condensato
Bassa efficienza
Il sistema è sempre ad una pressione
più bassa dell’ambiente, concetto di
sicurezza
Non è possibile un reale controllo
delle emissioni, la formazione della
miscela di gas è controllata
manualmente attraverso due
regolatori
Motore a otto a gas
gas
compressore
intercooler
aria
valvola
turbina
scatola di accensione
Vantaggi: alta efficienza e basse emissioni
motore
Schema – Motore con accensione pilota Diesel
regolatore portata
compressore
intercooler
aria
(valvola)
turbina
Pompa
Iniezione Diesel
Vantaggio: alta efficienza
Svantaggio: alte emissioni di NOx
motore
Paragone dei fori d‘ugello di miscelazione di aria e gas
per delle diverse qualità del gas di legna
Gas naturale H
Hu = 11.03 kWh/Nm³
agnion HPR
Hu = 3.03 kWh/Nm³
Gas
Aria
Harboore
Hu = 1.7 kWh/Nm³
EU Progetto Prüfling
Hu = 0.69 kWh/Nm³
Fonte: EU Prog. WIKAGASMOT; GEJ, agnion; PGES GmbH
Confronto tra i diversi syngas
80
70
volume [%]
10,5
CH4
2
CO
60
H2
24,6
50
5
2
40
46
28
30
20
17
1,5
42,9
10
15
18.5
2SV
Harboore
20
8,5
0
agnion HPR
9,5
Fonte: GEJenbacher/agnion
Civitas Nova
Prüfling
Confronto tra la qualità del gas autotermico & allotermico
con il „Heatpipe Reformer“ agnion – vantaggi nell‘efficienza
70
composizione del gas [%]
~ 1,5% di aumento
dell‘efficienza
60
50
40
gas inerti
N2 + CO2
H2
30
24,6
19,5
20
10
gas inerti
N2 + CO2
42,9
CH4
3,3
H2
CH4
10,5
14,4
CO
CO
0
Composizione Syngas
gassificazione autotermica
Composizione Syngas
allotermico/Heatpipe-Reformer
Fonte: Tecnologie Agnion
NOX generazione di vari carburanti nei motori a gas
40
emissioni NOX [g/kWh]
ricco povero
limiti poveri
idrogeno
30
gas naturale (NG)
20
gas da legna Harboore
10
H2/N2 miscela (16/84 %vol.)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
Lambda
Fonte: GE Jenbacher/PGES
11
Paragone – velocità fiamma laminare
50,0
vel. fiam. lam. [cm/sec]
densità
LHV
Lmin
Harboore
H-Gas
EU Prüfling
1.129 [kg/Nm3]
1.70 [kWh/Nm³]
1.33 [m³ aria/m³gas]
40,0
operazione motore
30,0
20,0
densità 1.301 [kg/Nm3]
LHV
0.73 [kWh/Nm³]
Lmin
0.57 [m³ aria/m³gas]
10,0
densità 0.853 [kg/Nm3]
LHV
11.03 [kWh/Nm³]
Lmin
10.47 [m³ aria/m³gas]
0,0
1
1,2
1,4
1,6
Lambda
1,8
2
2,2
Paragone del motore a gas naturale con i diversi concetti
di carico turbo => 2*3K con 1*ABB TPS44
Versione 2G – agenitor 412
carico turbo ABB TPS44
potenza output 550kWel.
efficienza el. = 42,6%
MAN versione originale 3262
carico turbo 2*3K BorgWarner
potenza output 530kWel.
efficienza el. = 39,5%
Fonte: Tecnologie energetiche MAN e 2G
Paragone tra i motori a gas di legna ottimizzati
50
1200
potenza output el.
1000
45
BMEP
efficienza el.
800
39,4
37,3
36,8
40
35
34,3
30
25
600
20
400
15
10
200
5
0
0
motore a gas
48l
GEJ 420 C45
GEJ 420 B47
Fonte: PGES, GEJenbacher
GEJ 612 F63
Efficienza – motore a gas di legna sul carico e NOx
efficienza [ ]
BMEP 14 bar, 800 mg NOx/nm³
carico massimo vicino al limite di
accensione anticipata e detonante
0,42
0,38
0,34
BMEP 12 bar
450 mg NOx/nm³
0,3
BMEP = 9 bar, 90 mg NOx/nm³
il motore lavora vicino al limite di carico
0,26
0
20
40
60
80
carico [%]
Carburante: H2 = 16 %, CO = 26%, CH4 = 1,5 %
Fonte: lezione Herdin, GEJ varie presentazioni,
impianto Harboore
100
120
140
L’impatto del concetto di combustione e del motore sulla potenza nell’outputmotore di base MAN 2842 (21,93 l di cilindrata)
Unità
Concetto
Gas naturale „H“
Gas di legna „K“
Gas di legna „N“
aspirato
stechiometrico–
naturale
aspirato
stechiometrico –
naturale
Carico
caricato turbo IC
P.C.I. - Hu
kWh/Nm³
11,03
1,77
1,17
P.C.I. - miscela
kWh/Nm³
0,961
0,759
0,615
bar
9,12
3,58
10
°C
25
68
50
250
98
278
BMEP (pressione
media effettiva al
freno)
Miscela –
temperatura
Potenza output kW
Fonte: PGES; 2-G
Impianto Nexterra 2 MW UBC, controllo pressione cilindri
sensore per pressione cilindri
tipo Kistler
Emissioni prima del catalizzatore OXI @ Lambda 2,197
NOx = 19 ppm => 60mgNOx@5%O2
CO = 1064 ppm
CH4 = 41 ppm
Fonte: Nexterra; PGES
18
Analisi gas di legna & emissioni impianto WILA
35
con/senza catalizzatore
30
3000
CO
H2
20
2000
CO
15
con catalizzatore OXI
Limite CO
10
5
1000
Limite NOx
CH4
NOx
0
composizione del
gas di legna
emissioni
Fonte: WILA, pulizia a umido syngas senza NH3
categoria 2
19
mg@5% O2
[%]
25
Emissioni - impianto pilota Agnion Grassau – 220 kWel.
250
mg emissioni
[@5%& 11%O2]
229
200
150
134
CO
NOx
benzolo
particoli
92
100
50
3
0
0,1
1
agenitor 412 @5%O2
0
0,01
camera di combustione
@11% O2
Fonte: agnion; Müller BBM
Esempio per la composizione del gas Güssing - situazione nel 2006
Fonte: reNet/PGES
Piano del sistema LEANOX
Piano del sistema LEANOX/SCR – concetto a ciclo
aperto
Tecnologia SCR (riduzione catalitica selettiva) – a ciclo
aperto – impianto di gassificazione Italia
SCR - uscita
SCR - entrata
10
O2 [%]
NOx; CO [mg/Nm³]
1200
10
1000
8
8
6
O2
CO
NOx
O2 [%]
800
6
NOx; CO [mg/Nm³]
1200
1000
O2
CO
NOx
800
600
600
4
4
400
400
2
0
10:10
200
10:13
10:16
0
10:19
2
0
10:50
Fonte: Steuler
200
10:53
10:56
0
10:59
La conversione del NH3 in carburante NOx
Il gas naturale in confronto al gas di legna (alto contenuto di cortecce)
3500
NOx im Motorabgas [mg/Nm³ @5%O2].
Gasmotor GE J156, in Teillast bei 50 kW el
3000
2500
2000
1500
1000
Holzgas
Erdgas
500
Quelle: IWT-TUG / LEC / GE J.
0
0
250
500
750
1000
NH3-Beladung im Gemisch [ppm]
Fonte: GEJ varie presentazioni
1250
1500
L’impatto del NH3 sulle emissioni di NOx
NOx [mg/Nm³@5 % O2]
5000
carburante NOx
4000
term. NOx
3000
4460
2000
1000
0
Limite NOx TA-Luft = 500 mg
1570
425
Güssing
440 mg NH3
Jenbacher
2 MW
3
Harboore
<5 mg NH3
Jenbacher
1.4 MW
Spagna
4600 mg NH3
Guascor
160 kW
Fonte: GEJ varie presentazioni
Balingen
2010 mg NH3
Liebherr
90 kW
Conclusione
• La produzione di syngas da legna/pellets e l’uso nei motori crea
la migliore possibile efficienza elettrica
• Motori molto sviluppati raggiungono delle efficienze elettriche
vicine al 40%
• Per raggiungere delle efficienze elevate il motore dovrebbe
lavorare sempre a sovraccarico
• La chiave per raggiungere delle efficienze elevate è un carico
turbo di alta qualità e un motore a combustione ottimizzata
• Se la qualità del syngas è quasi senza NH3 i limiti NOx della TALuft possono essere ottenuti con/senza la tecnologia SCR
• Per ridurre i livelli delle emissioni di NOx fino ai 100mg NOx/nm³
un catalizzatore SCR è lo stato dell’arte della tecnologia
Grazie per l‘attenzione
Contatto: Dott. Guenther Herdin
[email protected]

Download Report