PROJEKTZUSAMMENFASSUNG

Durchführung eines Versuchsbetriebes einer Holzgasanlage zum Einsatz in Verbrennungskraftmotoren mit statistischer Auswertung und analytischer Untersuchung der Verbrennung, der Schadstoffemissionen und der Motorbetriebswerte.

ZIEL

Im Rahmen dieses Projektes wurde die Einsatzmöglichkeit von Holzgas in Verbrennungskraftmaschinen untersucht. Dabei sollte ein stabilen Motorbetrieb erreicht und die heute vorgeschriebenen Emissionswerte eingehalten werden.

PROJEKTABLAUF

Während des zweiten Weltkrieges war die Nutzung von Holzgas in Verbrennungskraftmaschinen weit verbreitet, es waren damals allerdings keine strengen Emissionsvorschriften einzuhalten. Spätere Versuche Holzgas einzusetzen, scheiterten meist an der Wirtschaftlichkeit der Projekte. Auch konnte meist kein ausreichend reines Pyrolysegas erreicht werden und war die Regelungstechnik unzulänglich.

Im Rahmen eines EU-Projektes wurden Analysen von Holzgasen ausgewertet und verschiedene Kennwerte wie z.B. der Heizwert Hu und der notwendige Luftbedarf zur stöchiometrischen Verbrennung ermittelt.

Um die Emissionen gering zu halten, wurden die Gemischbildung, das Verbrennungsluftverhältnis, die Querschnittsauslegung genau untersucht und einer schnellen Regelung zur Korrektur der variablen Gasqualität besondere Beachtung geschenkt.

Damit der Verbrennungsprozess nach thermodynamischen Grundsätzen betrachtet und simuliert werden konnte, wurde die laminare Flammengeschwindigkeit in einer Näherungslösung eruiert und eine Beziehung entwickelt, die die Flammengeschwindigkeit von Gasgemischen beschreibt. Als weitere wichtige Faktoren wurden die Zündgrenzen und der Gemischheizwert sowie die Klopffestigkeit von Holzgas untersucht.

Bei Projektstart wurde ein geeigneter Basismotor (16,6 l Hubraum, 8 Zylinder) ausgewählt. Im Erdgasbetrieb erzielte der Motor eine Leistung von ca . 300 kW, die hochgerechnete Leistung mit dem Holzgas sollte knapp über 200 kW sein. Als Gasmischer war ein "IMCO-variable restriction type" die Ausgangsbasis, da dieser Typ allerdings nur bei weitgehend konstanten Heizwerten der Treibgase sowie fetterer Fahrweise ideal ist, wurde der Basismotor (Gemischbildungseinheit, Aufladung, Peripherie) neu konzipiert.

Mehre Umbauten an der Vergasungsanlage waren notwendig um letztlich einen stabilen Motorbetrieb zu erreichen. Bedingt durch die niedrigen Mitteldrücke, hervorgerufen durch die zu geringe Gasmenge, mußte die spezifische Motorlast verringert werden und wurden 4 Zylinder stillgelegt. Durch die Reduzierung der aktiven Zylinderanzahl war es möglich, analytische Untersuchungen der Verbrennung durchzuführen.

PROJEKTINNOVATION

• Einsatz einer modernen Magerverbrennung mit geringen NO_x-Emissionen
• Einsatz von Oxidationskatalysatoren zur Minderung von CO und NMHC-Emissionen
• Erstellung einer analytische Beziehung für die Flammengeschwindigkeit in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung und dem Verbrennungsluftverhältnis
• Entwicklung eines Rechenprogrammes zur Bestimmung der laminaren Flammengeschwindigkeit von Holzgasen
• Nach eigenen Berechnungen konstruierter Gasmischer
• Komplett überarbeiterte und auf die Holzgasnutzung angepaßte Motoreinheit
• Einbau eines auswechselbaren Distanzringes um einen variablen Betrieb des Motors auch mit Erdgas zu ermöglichen

ERGEBNIS

Es ließ sich nachweisen, dass Holzgas für den motorischen Betrieb sehr gut geeignet ist, die qualitativen Gasschwankungen den Motorbetrieb nicht stören und die NO_x-Emissionen niedrig gehalten werden können. Da die CO-Emissionen noch sehr hoch sind, würde eine kommerzielle Nutzung eine Abgasnachbehandlung erfordern.

Als Hauptproblem erwies sich die mangelnde Reinheit des Holzgases und der große Kondensatanfall in den gasführenden Leitungen.

KONTAKTPERSONEN

• Jenbacher AG, DI Michael Wagner, 6200 Jenbach