WO2014060439A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung einer torrefizierungsanlage für biomasse - Google Patents

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gas
torrefaction
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torrefizierungsgrades
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Frank Heymanns
Hannes STRUBELT
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Dieffenbacher GmbH Maschinen- und Anlagenbau
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    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for the continuous measurement and regulation of Torrefizleitersgrades, or for automated process control for a Torrefiz mich istsstrom for biomass.
  • biomass is dried and torrefied so that it becomes more similar to the fuel coal, i. the specific calorific value increases, the tendency to absorb moisture decreases, and a grinding for the
  • Torrefected materials in particular wood, can be considered in aspects
  • the residence time in the drying and torrefaction zone is adjusted by changing the number of stoves, by reducing hearth areas, by changing the design and number of transporters, or by varying the speed of transporters.
  • the residence time in the drying and torrefaction zone is adjusted by changing the number of stoves, by reducing hearth areas, by changing the design and number of transporters, or by varying the speed of transporters.
  • EP 2 189 512 A1 relates to the control of the drying and torrefaction of biomass. In the drying and Torrefiz istszone the
  • Rate of biomass, temperature and pressure measured and also used to control the speed of biomass and temperature.
  • DE 10 201 1076 839 A1 relates to a pyrolysis method and apparatus for processing crushed material, wherein the degree of pyrolysis and the pyrolysis rate are controlled by the microwave power for heating and the extrusion rate of the material.
  • the method and the device should also be suitable for torrefaction.
  • the solution to this problem for the device is that at least one measuring device for continuously measuring an auxiliary parameter of the biomass and / or the smoke and / or exhaust gas, a device for indirectly determining a current Torrefiz istsgrades the biomass from the auxiliary parameter, a device for Compare the current one
  • Torrefiz michmaschines grades the biomass with a predetermined target value of Torrefiz mich michsgrades and a control device of the Torrefiz michsstrom, so that the current Torrefizierungsgrad the biomass matches the predetermined target value of Torrefiz michsgrades. Further embodiments of the invention can be found in the dependent claims.
  • the torrefaction system is a large-scale industrial device, usually in the form of a torrefaction tower between 15 and 25 meters in height.
  • the volatile organic components of the biomass such as CO, CO 2 , H 2 , C 2 H 6 and other organic acids, pass into the flue gas.
  • the biomass loses mass and calorific value.
  • the mass loss is e.g. derivable by the mass difference of the biomass before and after torrefaction. Because of the torrefaction
  • Components creates a mass difference between the flue gas on
  • Torrefizierungsgrad is, as explained above, continuously compared with a target value and used for process control.
  • the mass difference as
  • the auxiliary parameter is determined from the measured masses at the inlet and outlet of the Torrefiz istsstrom.
  • the masses are preferably determined by a weighing device, such as e.g. a belt weigher, a Coriolis mass flowmeter, a dosing scale or the like.
  • the differential metering balance comprises a plug screw for inert connection with the Torrefizleitersraum the Torrefiz michsstrom.
  • An alternative possibility is the determination of the gas flow as an auxiliary parameter, for example by means of a thermal mass flow meter, in particular at least a heated measuring element and a device for measuring the heating power of the at least one measuring element and is arranged at the inlet and / or at the outlet in connection with a temperature measurement.
  • a thermal mass flow meter in particular at least a heated measuring element and a device for measuring the heating power of the at least one measuring element and is arranged at the inlet and / or at the outlet in connection with a temperature measurement.
  • Another way to determine the Torrefiz istsgrades is the determination of the density of the biomass.
  • the density is preferably radiometrically
  • Irradiation with e.g. X-ray or gamma radiation determined.
  • known input density of the biomass can be determined only the density of the biomass after torrefaction at the end of Torrefiz istsstrom at the exit of the biomass.
  • the density of the biomass can also be determined before and after torrefaction at the inlet and outlet of the Torrefiz istsstrom to obtain a density difference.
  • Torrefiz istsgrades Another possibility for determining the Torrefiz istsgrades is the determination of the organic components that have been transferred from the biomass into the flue gas, preferably by means of an infrared (IR) sensor or with the aid of
  • the organic constituents are preferably determined before and after the torrefaction at the gas inlet and at the gas outlet of the Torrefiz istsstrom.
  • Torrefiz ists Another possibility for determining the Torrefiz istsgrades is the determination of an auxiliary parameter by determining the product of the differences of the gas masses and the average heat capacities (dm (gas) * dcp) from the flue gas before and / or from the exhaust gas after Torrefiztician.
  • a final last resort for determining the Torrefiz istsgrades would be the determination of an auxiliary parameter by determining the organic components of the flue gas before and / or the organic constituents of the exhaust gas after Torrefizierung, for example, with determination of the organic constituents using an IR sensor or by means of gas chromatography.
  • Torrefiz mich istsgrades The list of possibilities for determining the Torrefiz mich istsgrades is not exhaustive. The person skilled in the art will or will be aware of other possibilities. So it is e.g. also possible to capture and compare the colors of the biomass before and after the torrefaction. Furthermore, it is possible to combine the different measurement and investigation methods.
  • a control device calculates the Torrefiz mich istsgrad from the difference of after and before values and compares it with a setpoint. If the degree of torrefaction deviates from the setpoint value, the value is determined using the
  • Controller output signal of a control device the residence time of
  • Biomass in Torrefizianssturm influenced and / or the setpoint of the input temperature of the flue gas optimized.
  • the residence time is preferably controlled by the rotational speed of the floors and / or the scraper of Torrefizianssturms and / or the adjustment of other installations.
  • Fig. 1 in a diagram schematically shows the relationship between
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment of a device for torrefaction of biomass
  • Fig. 3 is a simplified control scheme.
  • FIG. 1 shows, in simplified terms, the relationship between the degree of torrefaction, mass loss, residence time and temperature of the biomass during torrefaction.
  • the process temperature T is
  • the process temperature T is approximately between 250 ° C and 350 ° C.
  • the residence time t of the biomass is
  • Torrefizeirturm 2 applied. Furthermore, the changes of the mass m, the temperature T (B) and the Torrefiz istsgrades TG of the biomass over the residence time t are shown.
  • Process temperature T of about 280 ° C, generated by the flue gas R1 the biomass is heated to about 250 ° C. Up to this temperature of the biomass, the mass remains almost constant, since the biomass B was already predried (eg, about 8% residual moisture). Only from a temperature of the biomass of about 250 ° C, the torrefaction sets in and the biomass loses mass m, due to the volatile organic compounds.
  • the temperature T (B) of the biomass continues to increase. At the same time, the degree of torrefaction TG rises steeply at the beginning and then flattens rapidly. From a certain residence time t and a temperature T (B) of the biomass brings the further, only small increase in Torrefiz istsgrades TG no further economic benefits.
  • This Torrefiz istsgrad is now set as setpoint TGs.
  • the residence time of the biomass is controlled by the control device 8 so that the Biomass B1 at the exit AM has reached the setpoint values of Torrefiz michsgrads TGs.
  • the determination of the target value of Torrefiz mich istsgrades is individual and depends on several factors, such as the type of biomass, the initial moisture, the desired Torrefiztechniksgrad the final product, energy consumption, etc. Achieving the setpoint of the
  • FIG. 2 shows an exemplary torrefaction tower 2 of a Torrefiz istsstrom 4 for biomass B.
  • the biomass B is preferably discharged in the form of dried hot chips at about 200 ° C from a conditioning device 6. Subsequently, the biomass B is conveyed with a horizontally arranged screw 1 in the lower part of the Torrefizierturms 2.
  • the transport of biomass B inside the Torrefizierturms 2 takes place within a central, the individual floors 7 of Torrefizierturms 2 supporting hollow shaft 3 instead.
  • the lower part of the Torrefizierturms 2 takes over a conveyor, e.g. in the form of a bucket elevator 5, the biomass B and lifts it through the hollow shaft 3 in the top of the Torrefizierturms 2. About a tilting the cups are emptied. With the help of gravity and suitable internals passes the
  • the flue gases R1 pass through a feed line 1 1 in the Torrefizierturm 2 and are through the floors 7 up through the
  • Torrefizierturm and then passed through the hollow shaft 3 back down to the exhaust pipe 13.
  • the torrefected biomass B1 leaves the Torrefizierturm through a lock 10.
  • Exhaust gases R2 with the combustible Torrgasen from Torrefizierturm be promoted by means of an exhaust pipe 13 for combustion in a power plant.
  • the pipe 12 from Torrefizierturm 2 for combustion is preferably carried out at least partially double-walled.
  • the hot flue gases R1 are then passed into the outer chamber 15 of this pipe 12 to the Torrefizierturm 2, while the cooler exhaust gases R2 are performed together with the torrefying released flammable Torrefiz mecanicsgasen in the core 14 of this pipe 12 for combustion.
  • the control device 8 continuously receives inputs from sensors which measure the mass flow of the biomass and / or the process gas before and after the torrefaction.
  • the control device 8 calculates from the
  • the degree of torrefaction is determined by two parameters, the residence time t and the process temperature T.
  • the residence time t and the process temperature T are determined by two parameters, the residence time t and the process temperature T.
  • Process temperature T can be controlled with the goal of a uniform Torrefiz istsgrades as follows: Determination of the mass difference At the biomass
  • the differential dosing weigher is designed as a plug screw, which is a separation of the inert atmosphere of the reactor from the
  • FIG. 3 shows a simplified control scheme for this purpose.
  • Torrefication tower 2 continuously measure the masses of biomass m (B) and m (B1) at entrance EM and exit AM. From the two masses m (B) and m (B1) the mass difference Am of the biomass during the
  • the current mass difference Am is a measure of the current torrefaction degree TGa.
  • the current torrefaction degree TGa is compared with the target value of the torrefaction degree TGs. If the current Torrefiz istsgrad TGa from the target value of the Torrefiztechniksgrads TGs, the controller intervenes 8 with a controller output signal RA by influencing the residence time t in Torrefiztechniksturm 2 and / or optimizes the setpoint Ts (R1) the input temperature of the flue gas R1.
  • the residence time t is controlled, for example, via the rotational speed of the motor M of the floors 7 and / or the scraper of Torrefiztechniksturms 2 and / or the adjustment of other installations. Determination of the product from gas mass differences and differences in mean heat capacities
  • a preferred way of dealing with these defect inputs is to measure the gas mass over e.g. a thermal mass flow meter.
  • a difference value is formed from the mass flow measurement at the inlet EG and at the outlet AG.
  • a heated measuring element is introduced at the inlet EG and at the outlet AG Torrefiz ist 2 and kept constant at the same temperature.
  • the respective heat output, QE and QA is measured.
  • the temperature difference dT can be determined via the temperature measurement of the temperatures TE and TA at the inlet and outlet (EG and AG).
  • the heating power difference dQ can be determined from the difference between the heat outputs QE and QA measured by both sensors at the inlet and outlet (EG, AG).
  • the value of the product [dm (gas) * dcp] can be determined.
  • This product is a measure of the degree of torrefaction. It is advantageous that there are great differences between the average heat capacity cp of the flue gas R1 and the mean heat capacity cp of Torr gases. Roughly overlapping the cp value of Torrgasen is about twice as high as that of the flue gas R1. It then applies:
  • the heating power difference dQ is calculated from the difference of the continuously measured heat outputs QE and QA at the inlet EG and outlet AG of the flue gas R1 and the exhaust gas R2.
  • the temperature difference dT is determined by the continuous temperature measurement of TE and TA at the inlet EG and outlet AG of the flue gas R1 and the exhaust gas R2.
  • the value of the product [dm (gas) * dcp] is a measure of the current
  • Torrefaction degree TGa The current torrefaction degree TGa is compared with the target value of the torrefaction degree TGs. Dodges the current one
  • the control device intervenes with the control output RA by influencing the residence time t in the Torrefiz iststurm and / or optimizes the setpoint Ts (R1) the input temperature of the flue gas R1.
  • the residence time t is e.g. controlled by the speed of the motor M of the floors 7 and / or the scraper of Torrefiztechniksturms 2 and / or the adjustment of other internals. Determination of density
  • Radiometric density investigations work without contact. They consist, for example, of an X-ray source on one side of the biomass and a high-precision sensor on the other side of the biomass. The biomass is thus irradiated. Depending on the specific density and amount of biomass, more or less x-radiation is detected by the sensor. From this, the measured data are then derived and fed to an evaluation unit. If the density d for a particular biomass is known to be reached after torrefaction, a measuring device at the exit AM of the biomass is sufficient. If the density d is not known, it is necessary to measure the density d of the biomass at the inlet EM and at the outlet AM. From the Density difference Ad then results in the current Torrefizleitersgrad TGa. The current Torrefiz istsgrad TGa is with the setpoint of
  • Control device with the controller output signal RA by influencing the residence time in the Torrefiz istssturm and / or optimizes the setpoint of the inlet temperature T (R1) of the flue gas.
  • the residence time t is e.g. controlled by the speed of the motor of the floors 7 and / or the scraper of Torrefiz effetsturms 2 and / or the adjustment of other internals.
  • Torrefaction of biomass releases organic components such as CO, CO 2 , H 2 , C 2 H 6, and other organic acids during the process. This changes the composition of the
  • the measurement can be carried out with measuring devices that operate on the principle of IR spectroscopy. Due to the natural vibration of the molecules in the gas, certain molecules absorb a specific wavelength of the light. About Lambert-Beer's law is a quantitative measure of the light.
  • the absorption of a certain wavelength in a certain intensity can be equated to a concentration of a certain substance.
  • the flue gas R1 and / or the exhaust gas R2 is irradiated with a defined radiation and the spectrum according to the
  • Atmosphere possible and allows even at very low concentrations very accurate measurements.
  • Gas chromatography is based on the principle that a substance to be measured, the so-called mobile phase, is separated into its individual constituents by a separating substance, the so-called stationary phase. These individual constituents of the mobile phase require different lengths of time due to physical-chemical relationships in order to flow through the stationary phase. Consequently, the individual components of the flue gas occur offset in time at the end of the
  • the flow rate of the exhaust gas R2 at the outlet AG is greater than the flow rate of the
  • Flue gas R1 at the inlet EG and the mass of the exhaust gases R2 at the outlet AG is a measure of Torrefiz istsgrad.
  • Torrefus a measure of Torrefus
  • Dynamic pressure probes have the advantage that they are insensitive to
  • a dynamic pressure probe works according to the fundamentals of fluid dynamics.
  • the flow rate of a liquid or gas is measured by the pitot tube as a function of backpressure.
  • the dynamic pressure also known as dynamic pressure
  • the dynamic pressure is the pressure that the flowing medium exerts through its velocity and mass (density). The faster the flow, and the greater the mass (density) of the flow, the greater the back pressure.
  • TG torrefaction degree cp mean heat capacity 50 TGa torrefaction degree (current)
  • Flue gas TGs torrefaction degree (should) cp (R2) mean heat capacity WE weighing device
  • dcp difference mean 55 ad density difference

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Torrefizierungsanlage für Biomasse. Das Verfahren umfasst das kontinuierliches Messen von zumindest einem Hilfsparameter (HP), das indirekte Ermitteln eines aktuellen Torrefizierungsgrades (TGa) der Biomasse (B1) aus dem Hilfsparameter, das Vergleichen des aktuellen Torrefizierungsgrades (TGa) der Biomasse (B1) mit einem vorbestimmten Sollwert (S) des Torrefizierungsgrades (TGs), und das Regeln der Torrefizierungsanlage (4), sodass der aktuelle Torrefizierungsgrad (TGa) der Biomasse mit dem vorbestimmten Sollwert (S) des Torrefizierungsgrades (TGs) übereinstimmt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Regelung einer Torrefizierungsanlage für Biomasse.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung einer
Torrefizierungsanlage für Biomasse
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung und Regelung des Torrefizierungsgrades, bzw. zur automatisierten Prozesskontrolle für eine Torrefizierungsanlage für Biomasse.
Die Erzeugung von Energie durch die Verbrennung von Biomasse wird als besonders umweltfreundlich betrachtet. Daher gibt es Bestrebungen, eine größere Menge an Biomasse mit fossilen Brennstoffen gemeinsam zu verwerten. Dazu wird Biomasse getrocknet und torrefiziert, sodass sie dem Brennstoff Kohle ähnlicher wird, d.h. der spezifische Brennwert steigt, die Neigung Feuchtigkeit aufzunehmen sinkt, und eine Zermahlung für die
Staubfeuerung benötigt einen kleineren Energieeintrag. Neben diesen
Aspekten lassen sich torrefizierte Materialien, insbesondere Holz, in
Großkraftwerken deutlich besser verbrennen, da sich der Flammpunkt dem der Kohle annähert und somit die Steuerung einer Brennkammer im Zuge der großindustriellen Verbrennung erleichtert wird. Daneben weisen torrefizierte Materialien ein deutlich geringeres Gewicht auf und lassen sich nach der Torrefizierung kostengünstiger transportieren und manipulieren. Die
Verpressung torrefizierter Biomasse zu Pellets, insbesondere für einen vereinfachten Transport, ist ebenfalls mit geringerem Energieaufwand verbunden. Diese Vorteile müssen durch einen erheblichen energetischen und
wirtschaftlichen Aufwand für die genannten Verfahrensschritte erkauft werden.
Die Torrefizierung ist im Stand der Technik ausreichend erläutert, es sind jedoch nur relativ grobe Möglichkeiten und Verfahren zur Regelung einer Torrefizierung bekannt. DE 10 2010 036 425 A1 betrifft eine Trocknung und Torrefizierung in einem Etagenofen. In der Trocknungs- und Torrefizierungszone werden die
Temperatur und/oder der Gasfluss und/oder die Gasmenge und/oder der Druck gemessen und zur Regelung der Verweilzeit des Materials in den beiden Zonen verwendet. Die Verweilzeit in der Trocknungs- und Torrefizierungszone wird durch Veränderung der Anzahl von Herden, durch Reduktion von Herdflächen, durch Veränderung des Designs und der Anzahl der Transportvorrichtungen oder durch Variation der Drehzahl von Transportvorrichtungen eingestellt. Somit erhält der Fachmann nur die Anleitung die Verweilzeit des
kohlenstoffhaltigen Materials zu steuern.
EP 2 189 512 A1 betrifft die Steuerung der Trocknung und Torrefizierung von Biomasse. In der Trocknungs- und Torrefizierungszone werden die
Geschwindigkeit der Biomasse, die Temperatur und der Druck gemessen und auch zur Regelung der Geschwindigkeit der Biomasse und der Temperatur verwendet.
DE 10 201 1 076 839 A1 betrifft ein Pyrolyseverfahren und eine Vorrichtung zum Verarbeiten von zerstückeltem Material, wobei der Pyrolysegrad und die Pyrolysegeschwindigkeit durch die Mikrowellenleistung zum Erwärmen und die Extrusionsgeschwindigkeit des Materials gesteuert wird. Das Verfahren und die Vorrichtung sollen auch für die Torrefizierung geeignet sein.
Im Stand der Technik wird also nur allgemein auf die Messung einiger
Parameter und die Möglichkeit einer Regelung hingewiesen, ohne zu offenbaren, wie genau diese Messung der Parameter und diese Regelung umgesetzt werden soll. Insbesondere ermöglicht die Messung der Temperatur keine echte Regelung, da die Temperatur als Sollwert des Verfahrens voreingestellt wird. Dasselbe gilt für eine Messung des Drucks, der abhängig von der Beladung des Reaktors und daher keine echte Regelungsgröße ist. Eine effektive und leistungsfähige Regelung der Torrefizierung ist jedoch notwendig, um den energetischen und wirtschaftlichen Aufwand für die
Torrefizierung zu optimieren. Eine Übertorrefizierung führt zu einer exothermen selbst laufenden Vorrichtung der Biomasse, eine Untertorrefizierung
verschlechtert den Wirkungsgrad des Gesamtprozesses und der Anlage und kann nicht das Ziel sein.
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die technische Aufgabe, eine effektive und leistungsfähige Regelung der Torrefizierung bzw. eine
automatisierte Prozesskontrolle für ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Torrefizierung von Biomasse bereitzustellen, und dabei insbesondere den Energieaufwand und damit die Kosten deutlich zu senken. Gleichzeitig wird durch die Automatisierung eine gleichbleibende Produktqualität sichergestellt. Die Lösung dieser Aufgabe besteht für das Verfahren in einem kontinuierlichem Messen von Hilfsparametern zur indirekten Ermittlung eines aktuellen
Torrefizierungsgrades der Biomasse in einer Berechnungsvorrichtung,
Vergleichen des aktuellen Torrefizierungsgrades der Biomasse mit einem vorbestimmten Sollwert des Torrefizierungsgrades und Regeln der
Torrefizierungsanlage, sodass der aktuelle Torrefizierungsgrad der Biomasse mit dem vorbestimmten Sollwert des Torrefizierungsgrades übereinstimmt.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht für die Vorrichtung darin, dass zumindest eine Messvorrichtung zum kontinuierlichen Messen eines Hilfparameters von der Biomasse und/oder des Rauch- und/oder Abgases, eine Vorrichtung zum indirekten Ermitteln eines aktuellen Torrefizierungsgrades der Biomasse aus dem Hilfsparameter, eine Vorrichtung zum Vergleichen des aktuellen
Torrefizierungsgrades der Biomasse mit einem vorbestimmten Sollwert des Torrefizierungsgrades und eine Regelungsvorrichtung der Torrefizierungsanlage, sodass der aktuelle Torrefizierungsgrad der Biomasse mit dem vorbestimmten Sollwert des Torrefizierungsgrades übereinstimmt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu finden.
Insbesondere wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung und Regelung des
Torrefizierungsgrades der Biomasse. Die Anlage zur Torrefizierung ist eine großindustrielle Vorrichtung, meist in der Form eines Torrefizierungsturms zwischen 15 und 25 Meter Höhe.
Bei der Torrefizierung gehen die flüchtigen organischen Bestandteile der Biomasse, wie CO, CO2, H2, C2H6 und andere organische Säuren, in das Rauchgas über. Damit verliert die Biomasse Masse und Brennwert.
Da der Verlust an Masse aber größer ist als der Brennwertverlust, steigt der spezifische Brennwert der Biomasse bei der Torrefizierung an. Der
Torrefizierungsgrad der Biomasse, definiert durch den erreichten Masseverlust, bzw. durch den spezifischen Brennwert, wird durch die Verweilzeit der
Biomasse im Torrefizierungsturm und der Temperatur des Rauchgases bestimmt. Nach einer gewissen Verweilzeit bei einer definierten Temperatur des Rauchgases, steigt der Torrefizierungsgrad der Biomasse nur noch unwesentlich an. Nach dem Stand der Technik wird die Verweilzeit der
Biomasse meist aus der Erfahrung heraus bestimmt. Dies hat zur Folge, dass entweder kein ausreichender Torrefizierungsgrad erreicht wird oder die
Verweilzeit der Biomasse im Torrefizierungsturm zu lange ist und damit ein unnötig hoher Energieverbrauch verursacht wird.
Im Gegensatz zu diesem bisherigen Verfahren wird erfindungsgemäß der aktuelle Torrefizierungsgrad ermitteilt und mit einem Sollwert verglichen. Mit dieser Regelung wird die kürzeste, notwendige Verweilzeit der Biomasse im Torrefizierungsturm und damit der gewünschte Torrefizierungsgrad bei
minimalem Energieaufwand erreicht.
Um den aktuellen Torrefizierungsgrad zu bestimmen, sollte der Brennwert der Biomasse kontinuierlich bestimmt werden. Da aber eine kontinuierliche
Bestimmung des Brennwertes unwirtschaftlich ist, werden Hilfsparameter zur indirekten Bestimmung des aktuellen Torrefizierungsgrades gemessen und in einer Berechnungs- und/oder Regelungsvorrichtung in den aktuellen
Torrefizierungsgrad umgerechnet oder über Tabellen, gegebenenfalls aus
Erfahrungswerten, nachgeschlagen.
Der Masseverlust ist z.B. durch die Massendifferenz der Biomasse vor und nach der Torrefizierung herleitbar. Aufgrund der bei der Torrefizierung
entstehenden Torrgase, wie CO bzw. CO2 und flüchtiger organischer
Bestandteile, entsteht eine Massendifferenz zwischen dem Rauchgas am
Einlass und dem Abgas (Rauchgas und Torrgas) am Auslass der
Torrefizierungsanlage. Aus dieser Massendifferenz kann ein Maß für den
aktuellen Torrefizierungsgrad, insbesondere in Abhängigkeit der Masse der
Biomasse im Torrefizierungsprozess, abgeleitet werden. Der aktuelle
Torrefizierungsgrad wird, wie oben erläutert, kontinuierlich mit einem Sollwert verglichen und dient zur Prozesskontrolle. Die Massendifferenz als
Hilfsparameter wird dazu aus den gemessenen Massen am Ein- und Austritt der Torrefizierungsanlage ermittelt. Die Massen werden bevorzugt durch eine Wiegevorrichtung ermittelt, wie z.B. eine Bandwaage, ein Coriolis- Massendurchflussmesser, eine Differentialdosierwaage oder Ähnliches.
Besonders bevorzugt umfasst die Differentialdosierwaage eine Stopfschnecke zur inerten Verbindung mit dem Torrefizierungsraum der Torrefizierungsanlage.
Eine alternative Möglichkeit ist die Ermittlung des Gasflusses als Hilfsparameter z.B. mit Hilfe eines thermischen Massendurchflussmessers, der insbesondere zumindest ein beheiztes Messelement und eine Vorrichtung zur Messung der Heizleistung des zumindest einen Messelements umfasst und am Einlass und/oder am Auslass in Verbindung mit einer Temperaturmessung angeordnet ist. Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung des Torrefizierungsgrades ist die Bestimmung der Dichte der Biomasse. Die Dichte wird bevorzugt radiometrisch durch
Durchstrahlung mit z.B. Röntgen- oder Gammastrahlung ermittelt. Bei einer
bekannten Eingangsdichte der Biomasse kann nur die Dichte der Biomasse nach der Torrefizierung am Ende der Torrefizierungsanlage beim Austritt der Biomasse ermittelt werden. Die Dichte der Biomasse kann aber auch vor und nach der Torrefizierung am Ein- und Ausgtritt der Torrefizierungsanlage ermittelt werden, um eine Dichtedifferenz zu erhalten.
Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung des Torrefizierungsgrades ist die Bestimmung der organischen Bestandteile, die aus der Biomasse in das Rauchgas übergegangen sind bevorzugt mit Hilfe eines Infrarot (IR)-Sensors oder mit Hilfe von
Gaschromatographie. Die organischen Bestandteile werden bevorzugt vor und nach der Torrefizierung am Gaseinlass und am Gasauslass der Torrefizierungsanlage ermittelt.
Eine andere Möglichkeit zur Ermittlung des Torrefizierungsgrades ist die Ermittlung von einem Hilfsparameter durch Bestimmung des Produktes der Differenzen der Gasmassen und der mittleren Wärmekapazitäten (dm(gas) * dcp) vom Rauchgas vor und/oder vom Abgas nach der Torrefizierung.
Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung des Torrefizierungsgrades ist die
Bestimmung der Gasmengendifferenz als Hilfsparameter z.B. mit Hilfe des
Staudrucks, der Gasgeschwindigkeit oder des Co olis-Effekts. Eine nicht abschließende letzte Möglichkeit zur Ermittlung des Torrefizierungsgrades wäre die Bestimmung eines Hilfsparameters durch Bestimmung der organischen Bestandteile des Rauchgases vor und/oder der organischen Bestandteile des Abgases nach der Torrefizierung, beispielsweise mit Ermittlung der organischen Bestandteile mithilfe eines IR-Sensors oder mithilfe von Gaschromatographie.
Die Aufzählung der Möglichkeiten zur Ermittlung des Torrefizierungsgrades ist nicht abschließend. Dem Fachmann sind oder werden weitere Möglichkeiten bekannt. So ist es z.B. auch möglich, die Farben der Biomasse vor und nach der Torrefizierung zu erfassen und miteinander zu vergleichen. Weiterhin ist es möglich, die unterschiedlichen Mess- und Ermittlungsverfahren miteinander zu kombinieren. Eine Regelungsvorrichtung berechnet aus der Differenz von Nachher- und Vorherwerten den Torrefizierungsgrad und vergleicht ihn mit einem Sollwert. Weicht der Torrefizierungsgrad vom Sollwert ab, wird mit Hilfe des
Reglerausgangssignals einer Regelungsvorrichtung die Verweilzeit der
Biomasse im Torrefizierungsturm beeinflusst und/oder der Sollwert der Eingangstemperatur des Rauchgases optimiert. Die Verweilzeit wird bevorzugt über die Drehzahl der Etagen und/oder des Schabers des Torrefizierungsturms und/oder die Verstellung anderer Einbauten gesteuert.
Im Gegensatz zu den Verfahren des Standes der Technik wird nur
erfindungsgemäß eine echte, kontinuierliche und automatisierbare Regelung und Prozesskontrolle für eine Anlage zur Torrefizierung von Biomasse ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die in den begleitenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 in einem Diagramm schematisch den Zusammenhang zwischen
Torrefizierungsgrad, Verweildauer, Masseverlust und Temperatur, Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Torrefizierung von Biomasse und
Fig. 3 ein vereinfachtes Regelschema.
Figur 1 stellt vereinfacht den Zusammenhang zwischen Torrefizierungsgrad, Massenverlust, Verweilzeit und Temperatur der Biomasse während einer Torrefizierung dar. Auf der Ordinate ist die Prozesstemperatur T der
Torrefizierung aufgetragen. Die Prozesstemperatur T liegt ca. zwischen 250°C und 350°C. Auf der Abszisse ist die Verweilzeit t der Biomasse im
Torrefizeirturm 2 aufgetragen. Ferner werden die Änderungen der Masse m, der Temperatur T(B) und des Torrefizierungsgrades TG der Biomasse über die Verweilzeit t dargestellt.
Zu Beginn des Torrefizierungsvorganges, bei einer angenommenen
Prozesstemperatur T von ca. 280°C, erzeugt durch das Rauchgas R1 , wird die Biomasse auf ca. 250°C erwärmt. Bis zu dieser Temperatur der Biomasse bleibt die Masse nahezu konstant, da die Biomasse B bereits vorgetrocknet wurde (z.B. ca. 8% Restfeuchte). Erst ab einer Temperatur der Biomasse von ca. 250°C setzt die Torrefizierung ein und die Biomasse verliert Masse m, aufgrund der flüchtigen organischen Bestandteile. Die Temperatur T(B) der Biomasse steigt weiter an. Gleichzeitig steigt der Torrefizierungsgrad TG anfangs steil an und flacht dann schnell ab. Ab einer gewissen Verweilzeit t und einer Temperatur T(B) der Biomasse bringt der weitere, nur geringe Anstieg des Torrefizierungsgrades TG keinen weiteren wirtschaftlichen Nutzen. Dieser Torrefizierungsgrad wird nun als Sollwert TGs festgelegt. Die Verweilzeit der Biomasse wird durch die Regelungsvorrichtung 8 so geregelt, dass die Biomasse B1 am Austritt AM den Sollwerte des Torrefizierungsgrades TGs erreicht hat. Die Festlegung des Sollwertes des Torrefizierungsgrades ist individuell und hängt von mehreren Faktoren ab, wie z.B. die Art der Biomasse, die Anfangsfeuchte, den gewünschten Torrefizierungsgrad des Endproduktes, den Energieverbrauch, etc. Das Erreichen des Sollwertes des
Torrefizierungsgrades TGs unter Optimierung der Verweilzeit t und der
Prozesstemperatur T führt damit zu einer wirtschaftlichen Optimierung des Torrefizierungsprozesses.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 im Detail erläutert.
Figur 2 zeigt einen beispielhaften Torrefizierturm 2 einer Torrefizierungsanlage 4 für Biomasse B. Die Biomasse B wird bevorzugt in der Form getrockneter heißer Späne mit ca. 200°C aus einer Konditioniervorrichtung 6 ausgetragen. Anschließend wird die Biomasse B mit einer horizontal angeordneten Schnecke 1 in den Unterteil des Torrefizierturms 2 gefördert. Der Transport der Biomasse B im Inneren des Torrefizierturms 2 findet innerhalb einer zentralen, die einzelnen Etagen 7 des Torrefizierturms 2 tragenden Hohlwelle 3 statt. Im Unterteil des Torrefizierturms 2 übernimmt eine Fördereinrichtung z.B. in Form eines Becherwerks 5 die Biomasse B und hebt sie durch die Hohlwelle 3 in die Spitze des Torrefizierturms 2. Über eine Kippvorrichtung werden die Becher geleert. Mit Hilfe der Gravitation und geeigneter Einbauten gelangt die
Biomasse nun außerhalb der Hohlwelle 3 wieder auf den Bodenbereich des Torrefizierturms 2. Dabei werden sie mit Hilfe von aufsteigenden Rauchgasen R1 torrefiziert. Die Rauchgase R1 gelangen durch eine Zuführleitung 1 1 in den Torrefizierturm 2 und werden durch die Etagen 7 nach oben durch den
Torrefizierturm und danach durch die Hohlwelle 3 wieder nach unten zur Abgasleitung 13 geleitet. Die torrefizierte Biomasse B1 verlässt den Torrefizierturm durch eine Schleuse 10. Abgase R2 mit den brennbaren Torrgasen aus dem Torrefizierturm werden mittels einer Abgasleitung 13 zur Verbrennung in ein Kraftwerk gefördert. Die Rohrleitung 12 vom Torrefizierturm 2 zur Verbrennung ist bevorzugt zumindest teilweise doppelwandig ausgeführt. Die heißen Rauchgase R1 werden dann in der äußeren Kammer 15 dieser Rohrleitung 12 zum Torrefizierturm 2 geleitet, während die kühleren Abgase R2 zusammen mit den beim Torrefizieren frei werdenden brennbaren Torrefizierungsgasen im Kern 14 dieser Rohrleitung 12 zur Verbrennung geführt werden.
Die Regelungsvorrichtung 8 erhält kontinuierlich Eingaben von Sensoren, die den Massenstrom der Biomasse und/oder des Prozessgases vor und nach der Torrefizierung messen. Die Regelungsvorrichtung 8 berechnet aus der
Differenz der Nachher- und Vorherwerte (m(B)/m(B1 ); QE/QA), Verweilzeit t und Solltemperatur des Rauchgases T(R1 ) Hilfsparameter HP, die einen Rückschluss auf den aktuellen Torrefizierungsgrad TGa ermöglichen und vergleicht ihn mit einem Sollwert des Torrefizierungsgrades TGs. Weicht der aktuelle Torrefizierungsgrad TGa vom Sollwert des Torrefizierungsgrades TGs ab, so errechnet die Regelungsvorrichtung ein Reglerausgangssignal RA, welches die Verweilzeit t im Torrefizierungsturm beeinflusst und/oder den Sollwert der Eingangstemperatur T(R1 ) des Rauchgases R1 optimiert. Die Verweilzeit t wird z.B. über die Drehzahl der Etagen 7 und/oder des Schabers des Torrefizierungsturms und/oder die Verstellung anderer Einbauten gesteuert.
Im Detail, wird der Grad der Torrefizierung durch zwei Parameter bestimmt, die Verweilzeit t und die Prozesstemperatur T. Die Verweilzeit t und die
Prozesstemperatur T können mit dem Ziel eines einheitlichen Torrefizierungsgrades wie folgt geregelt werden: Bestimmung der Massedifferenz Am der Biomasse
Eine genaue Bestimmung der Massedifferenz Am bzw. des Massenverlustes der Biomasse während der Torrefizierung ist über eine Differenzverwiegung der Masse der Biomasse B mit der Wiegevorrichtung WE und der Biomasse B1 mit der Wiegevorrichtung WA mit sicheren Mitteln möglich. Ein solches Mittel ist z.B. jeweils eine Bandwaage am Ein- und Austritt der Biomasse in und aus dem Torrefizierungsturm, ein Coriolis Massendurchflussmesser, eine
Differentialdosierwaage oder Ähnliches.
Am = Masse Biomasse B - Masse Biomasse B1 Bevorzugt wird die Differentialdosierwaage als Stopfschnecke ausgeführt, die eine Trennung der inerten Atmosphäre des Reaktors von der
Außenatmosphäre erreicht.
Figur 3 zeigt hierzu ein vereinfachtes Regelschema. Die Wiegevorrichtungen WE und WA am Ein- und Austritt der Biomasse in bzw. aus dem
Torrefizierungsturm 2 messen kontinuierlich die Massen der Biomassen m(B) und m(B1 ) am Eintritt EM und am Austritt AM. Aus den beiden Massen m(B) und m(B1 ) wird die Massedifferenz Am der Biomasse während der
Torrefizierung berechnet. Die aktuelle Massedifferenz Am ist ein Maß für den aktuellen Torrefizierungsgrad TGa. Der aktuelle Torrefizierungsgrad TGa wird mit dem Sollwert des Torrefizierungsgrads TGs verglichen. Weicht der aktuelle Torrefizierungsgrad TGa vom Sollwert des Torrefizierungsgrads TGs ab, so greift die Regelungsvorrichtung 8 mit einem Reglerausgangssignal RA ein, indem sie die Verweilzeit t im Torrefizierungsturm 2 beeinflusst und/oder den Sollwert Ts(R1 ) der Eingangstemperatur des Rauchgases R1 optimiert. Die Verweilzeit t wird z.B. über die Drehzahl des Motors M der Etagen 7 und/oder des Schabers des Torrefizierungsturms 2 und/oder die Verstellung anderer Einbauten gesteuert. Bestimmung des Produktes aus Differenzen der Gasmassen und Differenzen der mittleren Wärmekapazitäten
Bei der Bestimmung der Konzentration c des Torrgases im Abgas R2 nach der Torrefizierung sind starke Fehlereinflüsse aus dem Rauchgas R1 zu beachten. Die Konzentrationen der Einzelkomponenten des Torrgases sind sehr gering, und gleiche Einzelkomponenten können bereits im Rauchgas 1 vorhanden sein (besonders bei Inertisierung mit Schutzgas).
Eine bevorzugte Möglichkeit mit diesen Fehlereinflüssen umzugehen, ist die Messung der Gasmasse über z.B. einen thermischen Massendurch- flussmesser. Hier wird ein Differenzwert aus der Massendurchflussmessung am Einlass EG und am Auslass AG gebildet. Jeweils ein beheiztes Messelement wird am Einlass EG und am Auslass AG am Torrefizierungsturm 2 eingebracht und konstant auf der gleichen Temperatur gehalten. Dabei wird die jeweilige Heizleistung, QE und QA, gemessen.
Es gilt dabei folgender Zusammenhang:
dQ = Am * dcp *dT
dQ = dm(gas) * dcp *dT
Die Temperaturdifferenz dT kann über die Temperaturmessung von den Temperaturen TE und TA am Ein- und Auslass (EG und AG) bestimmt werden. Die Heizleistungsdifferenz dQ kann aus der Differenz der von beiden Sensoren gemessenen Heizleistungen QE und QA am Ein- und Auslass (EG,AG) bestimmt werden. Somit kann der Wert des Produktes [dm(gas) * dcp] bestimmt werden. Dieses Produkt ist ein Maß für den Torrefizierungsgrad. Dabei ist es von Vorteil, dass zwischen der mittleren Wärmekapazität cp des Rauchgases R1 und der mittleren Wärmekapazität cp von Torrgasen große Unterschiede herrschen. Grob überschlagen ist der cp Wert von Torrgasen etwa doppelt so hoch wie der des Rauchgases R1 . Es gilt dann:
c = f (dcp)
dcp = cp(R1 ) - cp(R2) Je größer die Differenz der mittleren Wärmekapazitäten dcp ist, desto größer ist die Konzentration von Torrgasen im Abgas R2.
Die Heizleistungsdifferenz dQ wird aus der Differenz der kontinuierlich gemessenen Heizleistungen QE und QA am Einlass EG und Auslass AG des Rauchgases R1 und des Abgases R2 berechnet. Die Temperaturdifferenz dT wird über die kontinuierliche Temperaturmessung von TE und TA am Einlass EG und Auslass AG des Rauchgases R1 und des Abgases R2 bestimmt. Der Wert des Produktes [dm(gas) * dcp] ist ein Maß für den aktuellen
Torrefizierungsgrad TGa. Der aktuelle Torrefizierungsgrad TGa wird mit dem Sollwert des Torrefizierungsgrads TGs verglichen. Weicht der aktuelle
Torrefizierungsgrad TGa vom Sollwert des Torrefizierungsgrads TGs ab, so greift die Regelungsvorrichtung mit dem Regelausgangssignal RA ein, indem sie die Verweilzeit t im Torrefizierungsturm beeinflusst und/oder den Sollwert Ts(R1 ) der Eingangstemperatur des Rauchgases R1 optimiert. Die Verweilzeit t wird z.B. über die Drehzahl des Motors M der Etagen 7 und/oder des Schabers des Torrefizierungsturms 2 und/oder die Verstellung anderer Einbauten gesteuert. Bestimmung der Dichte
Radiometrische Dichteuntersuchungen arbeiten berührungslos. Sie bestehen z.B. aus einer Röntgenquelle auf der einen Seite der Biomasse und einem hochgenauen Sensor auf der anderen Seite der Biomasse. Die Biomasse wird also durchstrahlt. Je nach spezifischer Dichte und Menge der Biomasse wird mehr oder weniger Röntgenstrahlung von dem Sensor erfasst. Daraus werden dann die Messdaten abgeleitet und einer Auswerteinheit zugeführt. Sind die Dichte d für eine bestimmte Biomasse bekannt, die nach der Torrefizierung erreicht werden soll, ist eine Messeinrichtung am Austritt AM der Biomasse ausreichend. Ist die Dichte d nicht bekannt, ist eine Messung der Dichte d der Biomasse am Eintritt EM und am Austritt AM notwendig. Aus der Dichtedifferenz Ad ergibt sich dann der aktuelle Torrefizierungsgrad TGa. Der aktuelle Torrefizierungsgrad TGa wird mit dem Sollwert des
Torrefizierungsgrads TGs verglichen. Weicht der aktuelle Torrefizierungsgrad TGa vom Sollwert des Torrefizierungsgrades TGs ab, so greift die
Regelungsvorrichtung mit dem Reglerausgangssignal RA ein, indem es die Verweilzeit im Torrefizierungsturm beeinflusst und/oder den Sollwert der Eingangstemperatur T(R1 ) des Rauchgases optimiert. Die Verweilzeit t wird z.B. über die Drehzahl des Motors der Etagen 7 und/oder des Schabers des Torrefizierungsturms 2 und/oder die Verstellung anderer Einbauten gesteuert.
Bestimmung der organischen Bestandteile im Abgas
Bei der Torrefizierung von Biomasse werden während des Prozesses organische Bestandteile, wie CO, CO2, H2, C2H6 und andere organische Säuren, freigesetzt. Damit verändert sich die Zusammensetzung des
Rauchgases, welches beim Einlass EG keine oder nur wenige organische
Bestandteile enthält. Der Anteil der organischen Bestandteile im Auslass AG ist also ein Maß für den Torrefizierungsgrad.
Die Messung kann mit Messeinrichtungen erfolgen, die nach dem Prinzip der IR-Spektroskopie arbeiten. Durch die Eigenschwingung der Moleküle im Gas wird durch bestimmte Moleküle eine spezifische Wellenlänge des Lichts absorbiert. Über das Lambert-Beersche Gesetz ist ein quantitativer
Zusammenhang zwischen Intensität der Absorption und Konzentration des Absorbers gegeben. So kann die Absorption einer bestimmten Wellenlänge in einer bestimmten Intensität einer Konzentration eines bestimmten Stoffes gleichgesetzt werden. Dazu wird das Rauchgas R1 und/oder das Abgas R2 mit einer definierten Strahlung durchstrahlt und das Spektrum nach der
Durchstrahlung aufgenommen und mit einer Referenz verglichen. Die
Abweichungen entsprechen der qualitativen und quantitativen
Gaszusammensetzung. Diese Messung ist im Prozess kontinuierlich möglich. Der Vergleich der Messungen des Rauchgases R1 am Einlass EG und des Abgases R2 am Auslass AG ermöglicht die Bestimmung des
Torrefizierungsgrades. Die IR-Spektroskopie ist auch in inertisierter
Atmosphäre möglich und erlaubt auch bei sehr geringen Konzentrationen sehr genaue Messungen.
Die Messung kann alternativ mit Hilfe der Gaschromatographie erfolgen. Die Gaschromatographie beruht auf dem Prinzip, dass ein zu messender Stoff, die sog. mobile Phase, durch eine Trennsubstanz, die sog. stationäre Phase, in ihre einzelnen Bestandteile getrennt wird. Diese Einzelbestandteile der mobilen Phase benötigen aufgrund physikalisch-chemischer Zusammenhänge unterschiedlich lange, um die stationäre Phase zu durchströmen. Folglich treten die Einzelbestandteile des Rauchgases zeitlich versetzt am Ende der
Trennsäule aus, die die stationäre Phase enthält. Mit Hilfe eines Detektors, z.B. eines Flammionisationsdetektors, wird am Ausgang der Trennsäule ein elektrisches Messsignal erzeugt, der sog. Peak. Über den Zeitpunkt des Peaks kann eine qualitative, und über den Ausschlag und die Breite des Peaks eine quantitative Aussage über die Gaszusammensetzung getroffen werden. Diese Messung ist im Prozess kontinuierlich möglich. Der Vergleich der Messungen des Rauchgases R1 am Einlass EG und des Abgases R2 am Auslass AG ermöglicht die Bestimmung des Torrefizierungsgrades. Die notwendigen regelungstechnischen Eingriffe werden bereits beschrieben.
Bestimmung der Gasmenqendifferenz
Während der Torrefizierung werden flüchtige und organische Stoffe freigesetzt und erhöhen damit die Gasmasse. Damit ist auch die Fließgeschwindigkeit des Abgases R2 am Auslass AG größer als die Fließgeschwindigkeit des
Rauchgases R1 am Einlass EG. Das heißt, die Differenz der Masse des
Rauchgases R1 am Einlass EG und der Masse der Abgase R2 am Auslass AG ist ein Maß für den Torrefizierungsgrad. Um die Gasmengendifferenz zu messen, gibt es mehrere gängige Messeinrichtungen, wie z.B.
Staudrucksonden, Gasgeschwindigkeitsmessungen mit Flügelrädern,
Massendurchflussmesser auf Basis des Coriolis-Effekts oder Ähnliches. Staudrucksonden haben den Vorteil, dass sie unempfindlich gegen
Verschmutzung sind, auch bei hohen Medientemperaturen verlässlich arbeiten, dynamische Messungen erlauben und kostengünstig sind.
Eine Staudrucksonde arbeitet gemäß den Grundlagen der Fluiddynamik.
Die Fließgeschwindigkeit einer Flüssigkeit oder eines Gases wird durch das Staurohr als Funktion des Staudruckes gemessen. Der Staudruck (auch dynamischer Druck) ist der Druck, den das strömende Medium durch seine Geschwindigkeit und seine Masse (Dichte) ausübt. Je schneller die Strömung ist, und je größer die Masse (Dichte) der Strömung ist, desto größer ist der Staudruck. Bei der Messung mit einer Staudrucksonde wird ein
Zusammenhang zwischen Fließgeschwindigkeit und Druck nach dem Bernoulli- Gesetz hergestellt.
Im Ergebnis wird im Gegensatz zu den Verfahren des Standes der Technik erfindungsgemäß eine echte, kontinuierliche und automatisierbare Regelung und Prozesskontrolle für eine Anlage zur Torrefizierung von Biomasse ermöglicht. Eine solche effektive und leistungsfähige Regelung der
Torrefizierung ermöglicht es, den energetischen und wirtschaftlichen Aufwand für die Torrefizierung zu senken. (1439)
Bezugszeichenliste: P1439
1 Schnecke EM Eintritt
2 Torrefizierungsturm HP Hilfsparameter
3 Hohlwelle m Masse Biomasse
4 Torrefizierungsanlage m(B) Masse Biomasse B
5 Becherwerk 35 m(B1 ) Masse Biomasse B1
6 Konditioniervorrichtung M Motor (Antrieb Etagen)
7 Etagen QA Heizleistung (Austritt)
8 Regelungsvorrichtung QE Heizleistung (Eintritt)
10 Schleuse RA Reglerausgangssignal
1 1 Rohrleitung 40 R1 Rauchgas (heiß)
12 Abgasleitung R2 Abgas (abgekühlt)
13 Kern S Sollwert
14 Äußere Kammer t Verweilzeit
T Prozesstemperatur
45 T(B) Temperatur Biomasse
AG Auslass T(R1 ) Temperatur Soll Rauchgas
AM Austritt TA Temperatur (Auslass)
B Biomasse TE Temperatur (Einlass)
B1 Biomasse (torrefiziert) TG Torrefizierungsgrad cp(R1 ) mittlere Wärmekapazität 50 TGa Torrefizierungsgrad (aktuell)
Rauchgas TGs Torrefizierungsgrad (soll) cp(R2) mittlere Wärmekapazität WE Wiegevorrichtung
Abgas WA Wiegevorrichtung
d Dichte Am Massedifferenz
dcp Differenz mittlerer 55 Ad Dichtedifferenz
Wärmekapazität
dT Temperaturdifferenz
dQ Massendurchflussdifferenz
EG Einlass

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Regelung einer Torrefizierungsanlage für Biomasse,
umfassend die folgenden Schritte:
• kontinuierliches Messen von zumindest einem Hilfsparameter (HP)
• indirektes Ermitteln eines aktuellen Torrefizierungsgrades (TGa) der Biomasse (B1 ) aus dem Hilfsparameter
• Vergleichen des aktuellen Torrefizierungsgrades (TGa) der
Biomasse (B1 ) mit einem vorbestimmten Sollwert (S) des
Torrefizierungsgrades (TGs), und
• Regeln der Torrefizierungsanlage (4), sodass der aktuelle
Torrefizierungsgrad (TGa) der Biomasse mit dem vorbestimmten Sollwert (S) des Torrefizierungsgrades (TGs) übereinstimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Hilfsparameter (HP) durch
Bestimmung der Massendifferenz (Am) der Masse (m) der Biomasse (B) vor und/oder der Masse (m) der Biomasse (B1 ) nach der Torrefizierung ermittelt wird.
3. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Massendifferenz
(Am) der Biomasse (B, B1 ) vor und/oder nach der Torrefizierung durch je eine Wiegevorrichtung (WE, WA) am Eintritt (EM) und am Austritt (AM) der Biomasse (B, B1 ) in oder aus der Torrefizierungsanlage (4) ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Hilfsparameter (HP) durch
Bestimmung des Produktes der Differenzen der Gasmassen und der mittleren Wärmekapazitäten (dm(gas) * dcp) vom Rauchgas (R1 ) vor und/oder vom Abgas (R2) nach der Torrefizierung ermittelt wird.
5. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Produkt dm(gas) * dcp mithilfe eines thermischen Massendurchflussmessers und der Temperaturen (TE/TA) am Einlass (EG) und/oder am Auslass (AG) ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Hilfsparameter (HP) durch
Bestimmung der Dichtedifferenz (Ad) der Dichte (d) der Biomasse (B) vor und/oder der Dichte (d) der Biomasse (B1 ) nach der Torrefizierung ermittelt wird.
7. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Dichte (d) der
Biomasse (B, B1 ) radiometrisch ermittelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Hilfsparameter (HP) durch
Bestimmung der organischen Bestandteile des Rauchgases (R1 ) vor und/oder der organischen Bestandteile des Abgases (R2) nach der Torrefizierung ermittelt wird.
9. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die organischen
Bestandteile mithilfe eines IR-Sensors oder mithilfe von
Gaschromatographie ermittelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Hilfsparameter (HP) durch
Bestimmung der Gasmengendifferenz des Rauchgases (R1 ) am Einlass (EG) vor und des Abgases (R2) am Auslass (AG) nach der
Torrefizierung ermittelt wird.
1 1 . Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die
Gasmengendifferenz mithilfe des Staudrucks, der Gasgeschwindigkeit oder des Corioliseffekts ermittelt wird.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Regeln der Torrefizierungsanlage die Verweilzeit (t) der Biomasse (B) in der
Torrefizierungsanlage (4) und/oder die Temperatur (TE) des
Rauchgases (R1 ) umfasst.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die
Torrefizierungsanlage (4) einen Torrefizierungsturm (2) umfasst, und das Regeln der Verweilzeit (t) ein Regeln der Drehzahl von Etagen (7) und/oder von Schabern und/oder das Verstellen von Einbauten des Torrefizierungsturms (2) umfasst.
14. Vorrichtung zur Regelung einer Torrefizierungsanlage (4) für Biomasse, umfassend:
• zumindest eine Messvorrichtung zum kontinuierlichen Messen eines Hilfparameters (HP) von der Biomasse und/oder des Rauch- und/oder Abgases,
• eine Vorrichtung zum indirekten Ermitteln eines aktuellen
Torrefizierungsgrades (TGa) der Biomasse (B1 ) aus dem Hilfsparameter (HP),
• eine Vorrichtung zum Vergleichen des aktuellen
Torrefizierungsgrades (TGa) der Biomasse mit einem vorbestimmten Sollwert des Torrefizierungsgrades (TGs), und
• eine Regelungsvorrichtung (8) der Torrefizierungsanlage (4),
sodass der aktuelle Torrefizierungsgrad (TGa) der Biomasse mit dem vorbestimmten Sollwert des Torrefizierungsgrades (TGs) übereinstimmt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Wiegevorrichtung (WE, WA) eine Bandwaage, ein Coriolis Massendurchflussmesser, eine
Differentialdosierwaage oder ähnliches ist, und eine Differentialdosierwaage insbesondere eine Stopfschnecke zur inerten Verbindung mit der Torrefizierungsanlage (4) umfasst.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei der thermische
Massendurchflussmesser zumindest ein beheiztes Messelement, welches in das Raugas (R1) am Einlass (EG) und/oder in das Abgas (R2) am Auslass (AG) eintaucht, umfasst, und eine Vorrichtung zur Messung der Heizleistungen (QE und/der QA) des zumindest einen Messelements.
17. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die
Torrefizierungsanlage (4) eine Biomassezufuhrvorrichtung umfasst, die insbesondere eine Zufuhrtrommel oder eine Schnecke (1) ist.
18. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass Messvorrichtungen für die Dichte, die Massendifferenz, die Gasmassen, die mittlere Wärmekapazitäten, den Massendurchfluss, der organischen Bestandteile und/oder der
Gasmengendifferenz angeordnet sind.
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