Induction reactor for the thermal conversion of organic materials to syngas

• Autorzy: Mączka Tadeusz , Borkowski Bartłomiej , Ostrycharczyk Michał , Pawlak-Kruczek Halina

Warianty tytułu

PL

Reaktor indukcyjny w zastosowaniu do termicznego przetwarzania materiałów organicznych do syngazu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Sewage sludge is a residue of wastewater processing, and consists of high moisture content which should be decreased before gasification from the fuel, to obtain valuable synthetic gas. In Poland the interest is strengthened by the fact that since 1st of January 2016 it is not allowed to landfill stabilized sewage sludge with a heating value exceeding 6 MJ/kg. Since sewage sludge contains significant amounts of inorganics, on dry basis, thermal processing at high temperatures becomes increasingly interesting. The paper presents the results of conceptual design of gasification reactor with induction heating where the gasification process under high temperature of dry sewage sludge could be obtained. Also temperature parameter in the reactor measurement were performed in a prototype induction heating batch reactor where there is perspective of the state of the art of high temperature reactors for conversion of sewage sludge into combustible gas. Set-up induction reactor is consisted of graphite crucible, high frequency (about 80 kHz) power source – power regulation up to 4.5 kVA, induction coil, thermal insulation, feeding system of sewage sludge and delivering of CO₂.

PL

Osady ściekowe są produktem ubocznym po oczyszczaniu ścieków i charakteryzują się dużą zawartością wilgoci, którą należy usunąć przed zgazowaniem paliwa, aby uzyskać wartościowy gaz syntetyczny. W Polsce zainteresowanie wzrasta z uwagi na fakt, że od 1 stycznia 2016 r. nie można składować na składowiskach osadów ściekowych stabilizowanych o wartości opałowej przekraczającej 6 MJ/kg. Ponieważ osady ściekowe zawierają znaczne ilości związków nieorganicznych w suchej masie, coraz bardziej interesująca staje się obróbka termiczna w wysokich temperaturach. W artykule przedstawiono wynik koncepcyjnego projektu reaktora zgazowania z nagrzewaniem indukcyjnym, w którym możliwe jest uzyskanie procesu zgazowania suchych osadów ściekowych w wysokiej temperaturze. Przeprowadzono również badania rozkładu temperatury w prototypowym reaktorze z nagrzewaniem indukcyjnym, gdzie przewiduje się perspektywicznie zastosowanie tego typu reaktorów do konwersji osadów ściekowych na gaz palny. Zestaw składa się z transformatora sprzęgającego wraz z cewką indukcyjną i tygla grafitowego, źródła zasilania wysokiej częstotliwości (około 80 kHz) - układu regulacji mocy do 4,5 kVA, izolacji termicznej, układu podawania osadów ściekowych i dostarczania CO₂.

Słowa kluczowe

EN

sewage sludge; gasification; induction reactor; pyrolysis; syngas

PL

osady ściekowe; zgazowanie; reaktor indukcyjny; piroliza; syngas

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Energia [Stowarzyszenie Elektryków Polskich - COSiW]
• Czasopismo: Energetyka
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 12
• Strony: 621--623
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Mączka Tadeusz

• Instytut Automatyki Systemów Energetycznych Sp. z o.o.

autor

Borkowski Bartłomiej

• Instytut Automatyki Systemów Energetycznych Sp. z o.o.

autor

Ostrycharczyk Michał

• Departament of Energy Conversion Engineering, Faculty of Mechanical and Power Engineering, Wroclaw University of Science and Technology

autor

Pawlak-Kruczek Halina

• Departament of Energy Conversion Engineering, Faculty of Mechanical and Power Engineering, Wroclaw University of Science and Technology

Bibliografia

• [1] Kacprzak M., Neczaj E., Fijałkowski K., Grobelak A., Grosser A., Worwag M., et al., Sewage sludge disposal strategies for sustainable development. "Environ Res" 2017, 156:39-46. https://doi.org/10.1016/j.envres.2017.03.010.
• [2] Werle S., Sewage Sludge-To-Energy Management in Eastern Europe: A Polish Perspective. "Ecol Chem Eng" 2015, 22:459-69. https://doi.org/10.1515/eces-2015-0027
• [3] Trinh T.T., Werle S., Tran K.-Q., Magdziarz A., Sobek S., Pogrzeba M., Energy crops for sustainable phytoremediation - Thermal decomposition kinetics. "Energy Procedía" 2019, 158:873-8. https://doi.org/10.1016/J.EGYPRO.2019.01.224.
• [4] Zubrowska-Sudol M., Walczak J.. Enhancing combined biological nitrogen and phosphorus removal from wastewater by applying mechanically disintegrated excess sludge. "Water Res" 2015, 76:10-8. https: //doi.org/10.1016/J.WA-TRES.2015.02.041.
• [5] Szatytowicz E., Walczak J., Żubrowska-Sudoł M., Garlicka A., Deactivation of the Activated Sludge As a Result of Mechanical Disintegration. "Inżynieria Ekol" 2017, 18:114-21. https:// doi.org/10.12912/23920629/70266.
• [6] Andersen A., Disposal and recycling routes for sewage sludge, Part 2: Regulatory report. Luxembourg: Office for Official Publications of the European Communities, 2001.
• [7] Inglezakis V.J., Zorpas A.A., Karagiannldis A., Samaras P., Voukkall I., Sklarl S., European Union Legislation on Sewage Sludge Management. "Fresenius Environ Bull" 2014, 23:635-9.
• [8] Inglezakis V., Zorpas A.A., Karaglannidls A., Samaras P., Voukkall I., European Union legislation on sewage sludge management. Proc. 3rd Int. CEMEPE SECOTOX Conf., 2011, p. 475-80.
• [9] Szruba M., Zagospodarowanie osadów ściekowych (en. Utilization of Sewage Sludge). "Nowocz. Bud. Inżynieryjne" 2015, 54-9.
• [10] Zubrowska-Sudol M., Walczak J., Effects of mechanical disintegration of activated sludge on the activity of nitrifying and denitrifying bacteria and phosphorus accumulating organisms. "Water Res" 2014, 61:200-9. https://doi.org/10.1016/j. watres.2014.05.029.
• [11] Parlament RP. Ustawa z dnia 7 czerwca 2018 r. o zmianie ustawy o odnawialnych źródłach energii oraz niektórych innych ustaw. Dz Ustaw Rzeczpospolitej Polskiej, 2018.
• [12] Pająk T., Thermal Treatment as sustainable sewage sludge management. "Environ Prot Eng" 2013, 39:41-53. https://doi. org/10.5277/EPE130205.
• [13] Bień J.. Zagospodarowanie komunalnych osadów ściekowych metodami termicznymi. „Inżynieria i Ochr. Środowiska" 2012, 15:439-50.
• [14] Reed T.B., Jantzen D., Generator Gas - The Swedish Experience from 1939-1945. 3 rd. Golden, CO, USA: Blomass Energy Foundation, 1979.
• [15] Casleton K.H., Breault R.W., Richards G.A., System issues and tradeoffs associated with syngas production and combustion. "Combust Sci Technol" 2008, 180:1013-52. https://doi.org/10.1080/00102200801962872.
• [16] Basu P., Biomass gasification and pyrolysis - Practical Design and Theory. Elsevier, 2010.
• [17] Mularski J., Pawlak-Kruczek H., Modliński N., A review of recent studies of the CFD modelling of coal gasification in entrained flow gasifiers, covering devolatilization, gas-phase reactions, surface reactions, models and kinetics. "Fuel" 2020, 271:117620. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.117620.
• [18] Wnukowski M., Methods used in tar removal from biomass gasification gas - a review. "Arch Waste Manag Environ Prot" 2016, 18:17-34.
• [19] Mączka T, Technologia plazmowego zgazowania biomasy i odpadów organicznych dla wytwarzania paliw płynnych, Publishing House of the Electrotechnlcal Institute, Warszawa 2014, ISBN 978-83-61956-32-7.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).