Optimierung und Bewertung von Anlagen zur Erzeugung von Methan, Strom und Wärme aus biogenen Festbrennstoffen:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Hamburg
Techn. Univ. Hamburg-Harburg
2011
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| Schriftenreihe: | DBFZ-Report
5 |
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INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS V
1 EINLEITUNG 1
1.1 HINTERGRUND UND PROBLEMSTELLUNG 1
1.2 ZIELSTELLUNG UND AUFBAU 3
2 TECHNOLOGIEN 5
2.1 BEREITSTELLUNG VON SNG UND WAERME 5
2.1.1 BIOMASSEVORBEHANDLUNG 5
2.1.1.1 MECHANISCHE VERFAHREN 5
2.1.1.2 THERMISCHE VERFAHREN 6
2.1.1.3 THERMO-CHEMISCHE VERFAHREN 6
2.1.2 BIOMASSEVERGASUNG 7
2.1.2.1 FESTBETTVERFAHREN 8
2.1.2.2 WIRBELSCHICHTVERFAHREN 8
2.1.2.3 FLUGSTROMVERFAHREN 9
2.1.2.4 SONDERBAUVERFAHREN 10
2.1.3 GASREINIGUNG.... 10
2.1.3.1 PARTIKELENTFERNUNG 10
2.1.3.2 TEERENTFERNUNG 12
2.1.3.3 SCHWEFELENTFERNUNG 13
2.1.3.4 STICKSTOFFENTFERNUNG 13
2.1.3.5 HALOGENENTFERNUNG : 14
2.1.3.6 ALKALIENENTFERNUNG 14
2.1.4 METHANISIERUNG 14
2.1.4.1 FESTBETTVERFAHREN 15
2.1.4.2 WIRBELSCHICHTVERFAHREN 16
2.1.5 ROH-SNG-AUFBEREITUNG 16
2.1.5.1 KOHLENSTOFFDIOXIDENTFERNUNG 17
2.1.5.2 GASTROCKNUNG 18
2.2 BEREITSTELLUNG VON STROM 18
2.2.1 WAERMEKRAFTMASCHINEN 18
2.2.1.1 WAERMEKRAFTMASCHINEN MIT INTERNER WAERMEZUFUHR 19
2.2.1.2 WAERMEKRAFTMASCHINEN MIT EXTERNER WAERMEZUFUHR 20
3 METHODISCHE VORGEHENSWEISE 21
3.1 ALLGEMEINES VORGEHEN . 21
3.2 METHODIK DER ANALYSE 22
3.2.1 ENTWICKLUNG EINER ENERGETISCHEN ANALYSEMETHODIK 22
3.2.1.1 KENNGROESSEN 22
3.2.1.2 DISKUSSION 23
3.2.1.3 BERECHNUNGSMETHODIK 24
3.2.2 ENTWICKLUNG EINER OEKONOMISCHEN ANALYSEMETHODIK 27
3.2.2.1 KENNGROESSEN 27
3.2.2.2 DISKUSSION 29
3.2.2.3 BERECHNUNGSMETHODIK 29
3.2.3 ENTWICKLUNG EINER OEKOLOGISCHEN ANALYSEMETHODIK 31
3.2.3.1 KENNGROESSEN 31
3.2.3.2 DISKUSSION 32
3.2.3.3 BERECHNUNGSMETHODIK 32
3.2.4 PROGRAMM ZUR BILANZIERUNG 34
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IMAGE 2
V I
I N H A L T S V E R Z E I C H N I S
3.2.4.1 PROGRAMMAUFBAU 34
3.2.4.2 STOFFDATENMODELLE 35
3.2.4.3 FUNKTIONSEINHEITEN 36
3.2.4.4 WAERMEINTEGRATION 36
3.3 METHODIK DER OPTIMIERUNG 37
3.3.1 ENTWICKLUNG EINER OPTIMIERUNGSMETHODIK 37
3.3.1.1 ANSAETZE : 38
3.3.1.2 DISKUSSION 39
3.3.1.3 OPTIMIERUNGSMETHODIK . 4 0
3.3.2 PROGRAMM ZUR OPTIMIERUNG 42
3.3.2.1 PROGRAMMAUFBAU 42
3.3.2.2 IMPLEMENTIERUNG DER MUTATION 4 4
3.3.2.3 IMPLEMENTIERUNG DER REKOMBINATION 4 5
3.3.2.4 IMPLEMENTIERUNG DER SELEKTION 4 5
3.3.2.5 EINSTELLUNG DES OPTIMIERUNGSALGORITHMUS 45
4 ANLAGENKONZEPTE 47
4.1 ANLAGENUEBERSICHT 4 7
4.2 ANLAGENBESCHREIBUNG 4 8
4.2.1 KURZFRISTIG REALISIERBARE KONZEPTVARIANTEN 4 8
4.2.2 LANGFRISTIG REALISIERBARE KONZEPTVARIANTEN 51
5 ANALYSE DER STARTPUNKTE DER OPTIMIERUNG 53
5.1 RAHMENBEDINGUNGEN UND DATENGRUNDLAGE 53
5.1.1 BILANZRAUM 53
5.1.2 ENERGETISCHE KENNGROESSE 53
5.1.3 OEKONOMISCHE KENNGROESSE 55
5.1.4 OEKOLOGISCHE KENNGROESSE 57
5.2 KURZFRISTIG REALISIERBARE KONZEPTVARIANTEN 58
5.2.1 ENERGETISCHE ANALYSE * . 58
5.2.2 OEKONOMISCHE ANALYSE . 60
5.2.3 OEKOLOGISCHE ANALYSE 61
5.2.4 DISKUSSION 62
5.3 LANGFRISTIG REALISIERBARE KONZEPTVARIANTEN 64
5.3.1 ENERGETISCHE ANALYSE 64
5.3.2 OEKONOMISCHE ANALYSE..: 65
5.3.3 OEKOLOGISCHE ANALYSE 66
5.3.4 DISKUSSION 67
6 OPTIMIERUNG KONZEPTVARIANTEN ZUR ERZEUGUNG VON SNG UND WAERME 69 6.1
RAHMENBEDINGUNGEN UND DATENGRUNDLAGE 69
6.1.1 OPTIMIERUNGSABLAUF : 69
6.1.2 OPTIMIERUNGSPARAEMETER 70
6.1.3 GENETISCHE OPERATOREN 72
6.2 KURZFRISTIG REALISIERBARE KONZEPTVARIANTEN 73
6.2.1 ENERGETISCHE OPTIMIERUNG 74
6.2.2 OEKONOMISCHE OPTIMIERUNG 74
6.2.3 OEKOLOGISCHE OPTIMIERUNG 75
6.2.4 DISKUSSION 76
6.3 LANGFRISTIG REALISIERBARE KONZEPTVARIANTEN 79
6.3.1 ENERGETISCHE OPTIMIERUNG 80
6.3.2 OEKONOMISCHE OPTIMIERUNG ; 80
6.3.3 OEKOLOGISCHE OPTIMIERUNG 81
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS V I I
6.3.4 DISKUSSION 82
7 OPTIMIERUNG KONZEPTVARIANTEN ZUR ERZEUGUNG VON SNG, STROM UND WAERME 84
7.1 RAHMENBEDINGUNGEN UND DATENGRUNDLAGE 84
7.1.1 OPTIMIERUNGSABLAUF 84
7.1.2 OPTIMIERUNGSPARAMETER 84
7.1.3 GENETISCHE OPERATOREN 86
7.2 KURZFRISTIG REALISIERBARE KONZEPTVARIANTEN 88
7.2.1 ENERGETISCHE OPTIMIERUNG 88
7.2.2 OEKONOMISCHE OPTIMIERUNG 89
7.2.3 OEKOLOGISCHE OPTIMIERUNG 89
7.2.4 DISKUSSION 90
7.3 LANGFRISTIG REALISIERBARE KONZEPTVARIANTEN 95
7.3.1 ENERGETISCHE OPTIMIERUNG 95
7.3.2 OEKONOMISCHE OPTIMIERUNG 96
7.3.3 OEKOLOGISCHE OPTIMIERUNG V 96
7.3.4 DISKUSSION 97
8 VERGLEICH DER OPTIMIERTEN KONZEPTVARIANTEN 99
8.1 KURZFRISTIG REALISIERBARE KONZEPTVARIANTEN 99
8.1.1 ENERGETISCHE KENNGROESSE 99
8.1.2 OEKONOMISCHE KENNGROESSE 100
8.1.3 OEKOLOGISCHE KENNGROESSE 101
8.1.4 DISKUSSION.. 102
8.2 LANGFRISTIG REALISIERBARE KONZEPTVARIANTEN 104
8.2.1 ENERGETISCHE KENNGROESSE 104
8.2.2 OEKONOMISCHEN KENNGROESSE 105
8.2.3 OEKOLOGISCHEN KENNGROESSE 106
8.2.4 DISKUSSION 107
9 ZUSAMMENFASSUNG 108
10 LITERATURVERZEICHNIS 111
ANHANG 1 - MODELLIERUNG 122
ANHANG 1.1 VERBINDER 122
ANHANG 1.2 STOFFDATENMODELLE 125
ANHANG 1.2.1 IDEALE GASE :.... 126
ANHANG 1.2.2 IDEALE GASGEMISCHE 129
ANHANG 1.2.3 FESTSTOFFE 130
ANHANG 1.2.4 FESTSTOFFGEMISCHE . * 132
ANHANG 1.2.5 ORGANISCHE STOFFGEMISCHE : 132
ANHANG 1.2.6 WASSER UND WASSERDAMPF 135
ANHANG 1.2.7 REALE FLUIDE 139
ANHANG 1.3 FUNKTIONSEINHEITEN 141
ANHANG 1.3.1 TROCKNER 141
ANHANG 1.3.2 ALLOTHERMER VERGASUNGSREAKTOR 143
ANHANG 1.3.3 BRENNKAMMER 146
ANHANG 1.3.4 AUTOTHERMER VERGASUNGSREAKTOR 148
ANHANG 1.3.5 REFORMER 149
ANHANG 1.3.6 KOMPRESSOR/PUMPE/GEBLAESE 150
ANHANG 1.3.7 TURBINE 151
ANHANG 1.3.8 WAERMEUEBERTRAGER 153
ANHANG 1.3.9 DAMPFERZEUGER 154
ANHANG 1.3.10 KONDENSATOR 155
IMAGE 4
V I I I
INHALTSVERZEICHNIS
ANHANG 1.3.11 SPLITTER 157
ANHANG 1.3.12 MIXER 158
ANHANG 1.3.13 ABSCHEIDER : 159
ANHANG 1.3.14 AMINWAESCHE 160
ANHANG 1.3.15 METHANISIERUNG 161
ANHANG 1.3.16 GASMOTOR 163
ANHANG 1.3.17 GASTURBINE 165
ANHANG 1.3.18 DAMPFKRAFTPROZESS 166
ANHANG 1.3.19 ORC-MODUL 166
ANHANG 1.3.20 RME-WAESCHER 167
ANHANG 2 - RAHMENANNAHMEN DER PROZESSSIMULATION 169
ANHANG 3 - STOFFSTROEME DER PROZESSSIMULATION 177
ANHANG 4 - WAERMESTROEME DER PROZESSSIMULATION 191
ANHANG 5 - OPTIMIERUNGSERGEBNISSE DER KURZFRISTIGEN KONZEPTVARIANTEN 197
ANHANG 6 - OPTIMIERUNGSERGEBNISSE DER LANGFRISTIGEN KONZEPTVARIANTEN 200
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