Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Identyfikacja parametrów określających podatność węgli brunatnych na zgazowanie

Tomaszewicz M., Tomaszewicz G., Babiński P., Zuwała J.

Przemysł Chemiczny

|

2017

|

T. 96, nr 7

1578--1584

PL

Zaprezentowano właściwości węgli obecnie wykorzystywanych przez PGE GiEK SA oraz pochodzących z perspektywicznych złóż planowanych do wykorzystania po 2025 r. Przeprowadzono charakterystykę podatności na zgazowanie karbonizatów, uzyskanych z węgli brunatnych, względem ditlenku węgla. Stwierdzono, że dla danej temperatury reakcyjność karbonizatów rosła wraz ze wzrastającą powierzchnią właściwą i indeksem katalitycznym węgli macierzystych.

EN

Lignite samples were pyrolyzed under N at 1000°C for 30 min and then gasified with CO2 at 900-950°C in a lab. bench reactor equipped with gas flow meters and an exhaust gas analyzer. The reactivity was detd. by changes of reaction rate, conversion degree as well as kinetics of reaction. The reactivity of lignite chars at const. temp. increased with increasing their sp. surface area and with an increase of alky. index of the parent lignites.

2

Koncepcja i modelowanie układu magazynowania energii z wykorzystaniem pieca metalurgicznego do topienia aluminium

Grabski A., Lasek J., Zuwała J.

Polityka Energetyczna

|

2017

|

T. 20, z. 4

117--128

PL

W pracy przedstawiono koncepcję, model matematyczny oraz obliczenia symulacyjne dynamiki układu magazynowania energii elektrycznej wykorzystującego ciepło zgromadzone w rozgrzanym metalu, w metalurgicznym piecu do topienia aluminium. Przyjęto, iż do odzysku energii elektrycznej zastosowany będzie układ pracujący na zasadzie organicznego cykl Rankine’a (ORC). Analizie poddano również właściwości obiegu pośredniego pomiędzy układem magazynowania a odzysku. Przedstawiono przykładowy scenariusz ładowania przy uwzględnieniu rzeczywistej charakterystyki czasowej konwersji energii elektrycznej za pomocą farmy wiatrowej. Założono przy tym hipotetyczną charakterystykę zapotrzebowania na energię elektryczną przez użytkownika. Przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych, z których wynika, że układ taki znakomicie nadaje się do stabilizacji zmiennej charakterystyki wytwarzania w odniesieniu do zapotrzebowania odbiorców na energię elektryczną oraz ciepło. Przedstawiono wyniki przebiegów czasowych ładowania pieca energią uzyskaną z farmy wiatrowej oraz rozładowania przez hipotetycznego użytkownika. Podano również charakterystyki zmienności ciepła akumulowanego w piecu, temperatury czynnika magazynującego, sprawności. W obliczeniach uwzględniono również wpływ oporu cieplnego izolacji na charakterystyki magazynowania energii. Zauważono, iż kluczowymi parametrami wpływającymi na sprawność układu są charakterystyka użytkowania układu (głównie czas oczekiwania na rozładowanie oraz ilość zmagazynowanej energii) oraz jakość izolacji termicznej pieca. a odzysku. Przedstawiono przykładowy scenariusz ładowania przy uwzględnieniu rzeczywistej charakterystyki czasowej konwersji energii elektrycznej za pomocą farmy wiatrowej. Założono przy tym hipotetyczną charakterystykę zapotrzebowania na energię elektryczną przez użytkownika. Przedstawiono wyniki obliczeń numerycznych, z których wynika, że układ taki znakomicie nadaje się do stabilizacji zmiennej charakterystyki wytwarzania w odniesieniu do zapotrzebowania odbiorców na energię elektryczną oraz ciepło. Przedstawiono wyniki przebiegów czasowych ładowania pieca energią uzyskaną z farmy wiatrowej oraz rozładowania przez hipotetycznego użytkownika. Podano również charakterystyki zmienności ciepła akumulowanego w piecu, temperatury czynnika magazynującego, sprawności. W obliczeniach uwzględniono również wpływ oporu cieplnego izolacji na charakterystyki magazynowania energii. Zauważono, iż kluczowymi parametrami wpływającymi na sprawność układu są charakterystyka użytkowania układu (głównie czas oczekiwania na rozładowanie oraz ilość zmagazynowanej energii) oraz jakość izolacji termicznej pieca.

EN

The paper presents a concept, a mathematical model and simulation calculations of the dynamics of the storage of electric energy using heat collected in heated metal in a metallurgical melting furnace of aluminum. It was assumed that a system based on the organic Rankine cycle (ORC) would be used for the recovery of electricity. The properties of the intermediate circuit between the storage system and the recovery were also analyzed. An example charging scenario is presented, taking the actual time characteristics of the electricity conversion using a wind farm into account. This assumes the hypothetical characteristics of the user’s electricity demand. The results of the numerical calculations show that this arrangement is excellent for stabilizing the variable production curve with respect to the demand for electricity and heat. The results of furnace charging with the energy obtained from the wind farm and the discharge by the hypothetical user are presented. The characteristics of the heat accumulation in the furnace, the temperature of the storage medium and the efficiency are also given. The calculations also take the influence of insulation resistance on the energy storage characteristics into account. It has been noted that the key parameters influencing the efficiency of the system are the characteristics of the system (mainly the waiting time for the discharge and the amount of stored energy) and the quality of thermal insulation of the furnace.

3

Analiza możliwości zastosowania mieszanki koksu naftowego i węgla do produkcji metanolu w warunkach polskich

Bigda J., Popowicz J., Zuwała J., Sikora A., Krupa M.

Polityka Energetyczna

|

2017

|

T. 20, z. 4

129--144

PL

W pracy przedstawiono koncepcję wykorzystania koksu naftowego do produkcji metanolu. Wymieniono sposoby oraz omówiono istniejące instalacje przetwarzania koksu naftowego do gazu syntezowego dla produkcji metanolu i energii elektrycznej. Zaprezentowano możliwości rozwoju rynku metanolu w Polsce w kierunku chemii, paliw i dodatków dla paliw, a także produkcję olefin i benzyn. Przedstawiono koncepcję instalacji produkcji metanolu z koksu naftowego. Zaprezentowano model ekonomiczny oraz analizę wyników obliczeń przeprowadzonych w celu określenia opłacalności produkcji metanolu na bazie koksu naftowego, dla różnych scenariuszy dostaw węgla oraz opcji kosztów emisji dwutlenku węgla do atmosfery. Wykazano, że opłacalność projektu produkcji metanolu poprzez zgazowanie koksu naftowego jest możliwa jedynie w przypadku uzyskania darmowych uprawnień do emisji CO2 oraz redukcji kosztów inwestycyjnych w stosunku do aktualnych predykcji. Nie gwarantuje to jednakże sukcesu przedsięwzięcia w przypadku znaczących spadków cen metanolu poniżej wartości prognozowanych w scenariuszu zmiennych cen.

EN

The paper presents the concept of using petroleum coke to produce methanol in the process of co-gasification with steam coal. Petroleum coke is a final carbon-rich solid material that is derived from oil refining in delayed coking installations and can be used either for energy generation purposes or after calcination in electrode industry. Existing technologies and installations for converting petroleum coke into synthesis gas for the production of methanol and electricity have been discussed. Opportunities for the development of the methanol market in Poland for the production of chemicals, fuel, fuel additives, olefins and gasoline were presented. The concept of the installation for the production of methanol from petroleum coke was evaluated and the calculation model was built enabling the input-output parameters of such an installation to be obtained. Using the obtained results, an economic model has been built and the economic feasibility was assessed in order to determine the profitability of methanol production from petroleum coke for different coal supply scenarios as well as the costs of CO2 emissions. It has been found that the profitability of the methanol production through petroleum coke gasification is only possible with free CO2 emission allowances and a reduction in investment costs compared to current forecasts. However, it still does not guarantee the success of the project in the case of significant falls in methanol prices below those forecasted in price variability scenarios.

4

Spalanie biomasy pod kontrolą cz. 2

Głód K., Zuwała J., Nowak W., Barut W.

Energetyka Cieplna i Zawodowa

|

2017

|

Nr 6

38--43

PL

W części pierwszej artykułu opisana została analiza bazowych parametrów pracy kotła i ocena skłonności badanych rodzajów biomasy do żużlowania i tworzenia osadów zanieczyszczających na powierzchniach ogrzewalnych. Część druga przybliży badania i testy na instalacji doświadczalnej.

5

Spalanie biomasy pod kontrolą, cz. 1

Głód K., Zuwała J., Nowak W., Barut W.

Energetyka Cieplna i Zawodowa

|

2017

|

Nr 5

93--97

PL

Spalanie paliw w palenisku fluidalnym ze względu na korzyści, takie jak wysoka sprawność, możliwość szybkiej zmiany obciążenia kotła czy niski koszt realizacji procesu odsiarczania spalin in-situ (w złożu fluidalnym) praktykowane jest obecnie w wielu jednostkach energetycznych na świecie, zarówno w warstwach (złożach) stacjonarnych, jak i cyrkulacyjnych. Spalanie w złożu fluidalnym jest także coraz częściej stosowaną metodą konwersji energii chemicznej biomasy oraz paliw pochodzenia odpadowego.

6

Combustion performance evaluation of Posidonia oceanica using TGA and bubbling fluidized-bed combustor (batch reactor)

Plis A., Lasek J., Zuwała J., Yu Ch.-Ch., Iluk A.

Journal of Sustainable Mining

|

2016

|

Vol. 15, iss. 4

181--190

EN

Combustion performance of emerging raw marine biomass called Posidonia oceanica (PO) was investigated using TGA apparatus and a bubbling fluidized-bed batch reactor. The kinetic mechanism and parameters of the combustion process were determined. The Flynn-Wall-Ozawa (FWO) method and data fitting method were analyzed. It was observed that a model based on consecutive processes: devolatilisation and char combustion for two fractions of PO (holocellulose and lignin), is the best model for the analyzed cases. Combustion performance was observed using a BFB reactor and the composition of flue gas after combustion was analyzed, and the conversion of NOx and SO2 was taken into account. The relatively low SO2 emission in the case of PO combustion can be attributed to the impact of the sulphur self-retention (SSR) process. The results were compared to the combustion of wood biomass and Turow lignite. The results showed the good combustion performance of PO.

7

Coraz większe możliwości czyli zastosowanie fotokatalizy w procesach oczyszczania spalin

Lasek J. A., Zuwała J.

Energetyka Cieplna i Zawodowa

|

2016

|

Nr 4

28--32

PL

Prowadzone badania mają m.in. za zadanie odpowiedzieć na pytanie - czy redukcja NO w obecności propanu i katalizatora tytanowego może być przeprowadzona z wykorzystaniem spalin pochodzących z rzeczywistych komór spalania.

8

Wykorzystanie ubocznych produktów spalania paliw stałych jako surowca do proppantów na potrzeby wydobycia gazu z łupków

Tomaszewicz M., Zuwała J.

Przemysł Chemiczny

|

2015

|

T. 94, nr 4

488-495

PL

Badano możliwość utylizacji oraz potencjał popiołu lotnego ze spalania paliw stałych jako proppantu w procesie szczelinowania hydraulicznego. Przeprowadzono szczegółowe badania składu chemicznego i fazowego, mikrostruktury, rozkładu uziarnienia, wytrzymałości mechanicznej, gęstości oraz parametrów struktury porowatej. Otrzymane wyniki wprawdzie wykluczyły możliwość bezpośredniego zastosowania popiołu lotnego jako proppantu z powodu nieodpowiedniego rozkładu uziarnienia, jednakże ujawniły niektóre korzystne właściwości popiołu (skład fazowy, gęstość), które wskazują na ogromny potencjał wykorzystania go do tego celu po odpowiednim przetworzeniu.

EN

A fly ash from a Polish coal-fired power station was studied for chem. compn., fusion temps., true d. and pore structure (N₂ adsorption) and sepd. int o 2 fractions (grain size below 100 μm and 100–212 μm). The fractions were then studied for true d., pore structure (Hg intrusion), permeability, grain vol. distribution, spherical grain geometry, morphol. (scanning electron microscopy) and compression strength. The fly ash can be used (after thermal treatment) as a raw material for manufg. proppants.

9

Usuwanie zanieczyszczeń gazowych emitowanych w procesie spalania paliw stałych w powietrzu i w tlenie w warunkach podwyższonego ciśnienia

Lasek J., Zuwała J.

Przemysł Chemiczny

|

2015

|

T. 94, nr 4

470-478

PL

Praca ma charakter przeglądowy z elementami niepublikowanych wcześniej wyników badań własnych. Podjęto problematykę tworzenia się zanieczyszczeń gazowych podczas ciśnieniowego spalania w powietrzu i w tlenie i usuwania ich. Szczególny nacisk położono na opis procesu autoodsiarczania. Wzrost ciśnienia w komorze spalania (nawet tylko o 1,5 bar) powoduje wyraźne obniżenie emisji zanieczyszczeń gazowych.

EN

A review, with 74 refs., of methods for removal of SO₂, NOx and CO from coal combustion before, during and after the combustion. Authors’ own research works were also taken into consideration.

10

Tlenowe spalanie węgla : badania kinetyki i mechanizmu spalania ciśnieniowego

Babiński P., Tomaszewicz M., Topolnicka T., Ściążko M., Zuwała J.

Przemysł Chemiczny

|

2015

|

T. 94, nr 4

450-456

PL

Przedstawiono wyniki kinetycznej analizy ciśnieniowego oksyspalania karbonizatów pochodzących z dwóch węgli o zróżnicowanym stopniu metamorfizmu: brunatnego Turów i kamiennego Janina. Przedstawiono uzasadnienie i problematykę podjętych badań nad ciśnieniowym oksyspalaniem węgla jako jednym z perspektywicznych rozwiązań technologicznych umożliwiających wdrażanie czystych technologii węglowych. Badania kinetyki oksyspalania prowadzono z wykorzystaniem ciśnieniowego analizatora termograwimetrycznego. Omówiono wpływ na szybkość procesu takich czynników, jak temperatura, ciśnienie całkowite i ciśnienie parcjalne tlenu. Uzyskane wyniki wykazały zróżnicowany wpływ wzrostu ciśnienia całkowitego i temperatury oraz pozytywny wpływ ciśnienia parcjalnego na reakcyjność paliw względem tlenu. Do opisu kinetyki procesów z powodzeniem zastosowano model kurczącego się rdzenia. Wyznaczono parametry kinetyczne, takie jak rząd reakcji względem ciśnienia parcjalnego O₂ i energia aktywacji dla różnych zakresów temperatury i trzech wartości ciśnienia całkowitego. Dane te są istotne przy projektowaniu nowych rozwiązań technologicznych do czystego spalania węgla, głównie w aspekcie właściwego projektowania komór spalania nowych kotłów realizujących proces oksyspalania ciśnieniowego lub przebudowy w tym kierunku istniejących kotłów węglowych.

EN

Bituminous coal and lignite samples were carbonized under N₂ at 1000°C for 30 min. The chars were studied for chem. compn., sp. surface, pore structure (N₂ adsorption) and kinetics of combustion under O₂/CO₂ (0.1–1.0 MPa) at 500–1000°C (mass loss rate). C conversion degree increased with increasing combustion temp., O₂ concn. And total pressure of the gas phase. The activation energy of the combustion decreased strongly with increasing combustion temp. range and the gas phase pressure. The combustion was diffusion-controlled, esp. at elevated temp. and pressure.

11

Koncepcja systemu uwierzytelniania biomasy toryfikowanej w perspektywie wykorzystania paliwa na cele energetyczne

Zuwała J., Kopczyński M., Kazalski K.

Polityka Energetyczna

|

2015

|

T. 18, z. 4

89--100

PL

Jednym z wielu źródeł odnawialnych, z których produkuje się energię elektryczną i ciepło, jest biomasa. Stosunkowo szybka i tania implementacja technologii współspalania biomasy z wę- glem, przyczyniła się do gwałtownego rozwoju tej technologii. Doświadczenia eksploatacyjne ukazały jednak, że biomasa jako paliwo jest trudna technologicznie do stosowania. Wynika to głównie z właściwości fizykochemicznych biomasy, które są odmienne od właściwości paliw kopalnych, stosowanych w istniejących układach energetycznych. Z uwagi na dostępność biomasy i konieczność produkcji energii z OZE wydaje się, że technologie produkcji energii z biomasy w dalszym ciągu będą się rozwijać. Oprócz dedykowanych kotłów na biomasę, w których istnieje możliwość spalania 100% biomasy, rozwijają się również technologie wstępnej obróbki biomasy przed jej energetycznym wykorzystaniem. Jedną z obiecujących technologii wstępnej obróbki biomasy wydaje się być proces toryfikacji. Biomasa poddana toryfikacji zyskuje nowe korzystniejsze wła- ściwości fizykochemiczne dla jej energetycznego użytkowania w porównaniu z biomasą surową. Wykorzystanie biomasy toryfikowanej jest łatwiejsze, zmniejszają się koszty transportu, zanikają zagrożenia biologiczne, przyczynia się do zwiększenia ilości energii wprowadzanej do kotła przy zachowaniu identycznego strumienia masowego jak dla biomasy surowej. Jednakże między innymi ze względu na brak możliwości zaliczenia energii wyprodukowanej ze spalenia biomasy toryfikowanej do energii ze źródeł odnawialnych, toryfikacja biomasy nie jest obecnie wykorzystywana do wstępnej obróbki biomasy przed jej energetycznym użytkowaniem. W niniejszym artykule przedstawiono korzyści stosowania biomasy toryfikowanej, obecną sytuację prawną wykorzystania biomasy surowej i toryfikowanej oraz propozycję procedury umożliwiającej zaliczenie energii wyprodukowanej w procesie spalania/współspalania biomasy toryfikowanej do energii wytworzonej z odnawialnych źródeł energii.

EN

Biomass is one of many renewable sources of energy from which electricity and heat are produced. Relatively fast and inexpensive implementation of biomass and coal co-combustion technologies has contributed to the rapid development of this technology. However, operation experience has revealed that biomass as a fuel is technologically difficult to be used. It mainly results from the physicochemical properties of biomass which are different from the properties of fossil fuels used in existing power plants designed for coal combustion. Taking the availability of biomass under consideration as well as the necessity to produce energy from renewable sources, it appears that the technologies of energy production from biomass will continue to develop. Not only boilers dedicated for biomass with the possibility of burning 100% of the biomass, but also technologies for biomass pretreatment prior to its use for energy production are developing. The torrefaction process appears to be one of the most promising technologies of biomass pretreatment. Torrefied biomass has new physicochemical properties favorable for its energy production use in comparison to raw biomass. The use of torrefied biomass has many advantages: it is easier, transportation costs are reduced, biological hazard is excluded and it contributes to increasing the amount of energy set into the boiler while keeping an identical mass flow of raw biomass. At present, energy produced from torrefied biomass combustion is not considered and generally accepted as a renewable source of energy, therefore biomass torrefaction is not currently used for preliminary biomass pretreatment before its power production use. This paper presents benefits of using torrefied biomass as well as current law regulations concerning the use of raw and torrefied biomass for energy production. This paper also presents a proposal for the procedure allowing energy produced from combustion/co-combustion of torrefied biomass to be considered as energy produced from renewable energy sources

12

Analiza zasobów węgla brunatnego w Polsce w kontekście możliwości zastosowania w technologii zgazowania

Bałazińska M., Zuwała J.

Polityka Energetyczna

|

2015

|

T. 18, z. 3

37--48

PL

Węgiel brunatny – ze względu na duże zasoby tego paliwa w Polsce – jest jednym z podstawowych surowców energetycznych. Udokumentowane zasoby geologiczne węgla brunatnego liczą ponad 26 mld ton, a możliwości występowania węgla brunatnego w obszarach potencjalnie węglonośnych ocenia się na ponad 140 mld ton. Pokazuje to potencjał dla energetycznego wykorzystania tego paliwa. Obecnie znajduje on zastosowanie na szeroką skalę w energetyce zawodowej. Jednocześnie energia elektryczna produkowana z węgla brunatnego w porównaniu do węgla kamiennego jest znacznie tańsza. To kolejny argument za energetycznym wykorzystaniem tego surowca. Polityka klimatyczna Unii Europejskiej związana z redukcją emisji CO2 skutkuje wdrożeniem instalacji CCS we wszystkich nowo budowanych elektrowniach o mocy powyżej 300 MWel. Zastosowanie technologii wychwytu CO2 w tradycyjnych układach prowadzi do spadku sprawności i wzrostu kosztów wytwarzania energii elektrycznej. Instalacje IGCC zapewniają niższy koszt usuwania CO2. Ponadto wytworzony gaz procesowy może zostać skierowany nie tylko do spalania z zachowaniem niższych emisji CO2, ale również może zostać zmagazynowany w celu późniejszego wykorzystania. Z tego względu zgazowanie stanowi przyszłościowe rozwiązanie dla energetycznego wykorzystania węgla brunatnego. Pozostawia to szeroki obszar do badań. Temat ten podjęto w projekcie „Wykorzystanie węgli brunatnych w procesie zgazowania fluidalnego dla wysokoefektywnej produkcji gazu syntezowego” realizowanym przez IChPW, PGE GiEK oraz IHI w ramach Polsko-Japońskiej Współpracy Badawczej. W artykule przedstawiono zakres prac planowanych do realizacji w projekcie oraz rezultaty uzyskane na obecnym etapie jego realizacji. Omówiono zasoby węgla brunatnego w Polsce oraz przeanalizowano właściwości fizykochemiczne tego paliwa, które w zależności od typu reaktora mają istotny wpływ na warunki prowadzenia procesu zgazowania. Wśród najistotniejszych parametrów dla reaktorów ze złożem stałym, fluidalnym i dyspersyjnych wymienia się m.in. reakcyjność, zawartość wilgoci, popiołu, siarki, chloru, a ponadto podatność przemiałową oraz temperaturę topnienia popiołu. W przypadku reaktorów dyspersyjnych należy jednocześnie zwrócić szczególną uwagę na lepkość żużla

EN

Lignite is one of the primary energy resources in Poland. This is caused by its large existing and perspective reserves in Poland. Documented lignite geological resources are more than 26 ∙ 109 Mg while the possibility of lignite occurrence is estimated to be 140 ∙ 109 Mg. It shows the potential for an application of this fuel as a future energy source. Currently, lignite is used in large scale utility boilers. Simultaneously, electricity produced from lignite is much cheaper compared to hard coal. This is another argument for use of this fuel in the energy sector. The European Union Climate Policy related to CO2 emission reduction will result in the implementation of CCS installations in all new power plants above 300 MWel output. Application The application of CO2 capture technologies in traditional utility plants leads to the efficiency drop and the increase of electricity generation cost. IGCC plants offer a lower cost of CO2 removal and also the produced syngas can not only be directly combusted with lower CO2 emission but also stored for future use. Thus, gasification technology is one of the most promising directions for using lignite. This topic was taken up in the project entitled Utilization of Low Rank Coal Under Fluidized Gasification for Highly-Efficient Syngas Production, which is being implemented by IChPw, PGE GiEK and IHI within Polish-Japanese Cooperation Research. The article presents the scope of the project and the results obtained at the current stage of implementation. Lignite resources in Poland were discussed and physicochemical properties of the fuel were commented on. Lignite properties have a significant impact on the operation of all types of gasification reactors. Among the most important parameters for reactors with fixed bed, fluidized bed and for entrained flow gasifiers are listed reactivityReactivity, grindability, melting point of the ash and content of such components such as moisture, ash, sulfur and chlorine are listed among the most important parameters for reactors with fixed bed, fluidized bed and for entrained flow gasifiers. A slag viscosity is especially taken into account in the case of entrained flow gasifiers.Keywords: lignite deposits, gasification.

13

LABIOMEN – „start-up” na miarę 45 TWh

Wilk B., Zuwała J., Winnicka G.

Energetyka

|

2015

|

nr 6

394--401

PL

Przedstawiono organizację i merytoryczną działalność Ogólnokrajowej Sieci Laboratoriów Nadzorowanych LABIOMEN. Stanowi ona istotną pozycję w dorobku Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla, w obszarze współpracy nauka-przedsiębiorstwa. Jest doskonałym przykładem połączenia rozwoju i doskonalenia naukowego w obszarze analityki paliw stałych na cele energetyczne oraz potrzeb przemysłu energetycznego w obszarze kontroli jakościowej spalanych paliw kopalnych i biomasy, a także odpadów paleniskowych i mazutu. Działalność Sieci była nierozerwalnie związana z działalnością Instytutu w obszarze uwierzytelniania instalacji do produkcji oraz procedur rozliczeń energii odnawialnej wytwarzanej w procesach spalania i współspalania biomasy. Pierwsze w Polsce świadectwo pochodzenia energii wytworzonej z biomasy otrzymała Elektrownia Opole, dla której Instytut świadczył usługi doradcze w opisanym obszarze opiniowania instalacji i procedur rozliczeniowych. Doskonalenie wiedzy w obszarze parametrów jakościowych biomasy przyczyniło się do rozwoju wiedzy w zakresie oceny wpływu poszczególnych składników popiołu z biomasy na urządzenia i instalacje energetyczne, a także skali konsekwentnego potencjalnego niekorzystnego oddziaływania. Wykorzystując techniki termograwimetryczne sprzężone z analizą chromatograficzną poddawano rozkładowi termicznemu z analizą ilości i składu powstających gazów mieszanki węgli z różnymi rodzajami biomasy. Tak szeroki rozwój wiedzy analitycznej i eksperckiej związanej z wytwarzaniem energii z biomasy nie byłby możliwy bez praktycznych doświadczeń związanych z jej współspalaniem i spalaniem, a te z kolei nie miałby szans tak dynamicznego rozwoju bez stworzonego aparatu analitycznego umożliwiającego ocenę jakości biomasy dla celów rozliczeniowych. W artykule stwierdzono również, że jakiekolwiek będą dalsze losy spalania i współspalania biomasy, będące konsekwencją zmiany sposobu wsparcia wytwarzania energii z OZE, nabyte przez przedsiębiorstwa energetyczne bogactwo wielokierunkowych doświadczeń związanych z wykorzystaniem tego paliwa na cele energetyczne będzie z pewnością stanowiło trwały wkład Ogólnokrajowej Sieci Laboratoriów Nadzorowanych LABIOMEN w rozwój części gospodarki związanej z wytwarzaniem, magazynowaniem, kontrolą jakości i aspektami bezpieczeństwa technologicznego wykorzystania biomasy na cele energetyczne.

EN

Presented is organization and substantive activity of the Supervised Countrywide Laboratory Network (SCLN) LABIOMEN which is one of significant attainments in the aquis of the Institute for Chemical Processing of Coal in the field of cooperation between science and industry. It makes a very good example of how to connect development and scientific excellence in the range of analysis of solid fuels used for energy generation and power industry needs, concerning quality control of combusted fossil fuels and biomass as well as of heavy oil and furnace refuses. The activity of the Network was inextricably linked with the Institute activities referring to authentication of generation installations and to settlement procedures for renewable energy produced in processes of biomass combustion and co-combustion. Elektrownia Opole was the first one in Poland to obtain the certificate of origin for electricity generated from biomass and it was the Institute that provided this company the above described advisory services in the range of giving opinions on installations and settlement procedures. Improvement of knowledge in the field of biomass quality parameters has contributed to better assessment of biomass ash components influence on power installations and the scale of its potential adverse impact. Gases generated during combustion of mixture of coal and various forms of biomass were subjected to thermal decomposition and further analysis of their quantity and chemical composition with the use of gravimetric techniques and the accompanying chromatography. Such large scale development of expert and analytical knowledge connected with biomass energy generation woud not be possible with no practical experience referring to biomass combustion and co-combustion while this would in turn have no chance for such dynamic development without the created analytical systems enabling biomass quality assessment for settlement procedures. Ascerteined is also that no matter what future of biomass combustion and co-combustion is, being the consequence of changes in supporting methods of renewable energy generation, the gained by power companies great wealth of multi-directional experience concerning application of this fuel for energy generation will surely make a permanent contribution of the SCLN LABIOMED to the development of this part of economy that deals with production, storage, quality control and safety aspects of technological biomass application for this purpose.

14

Analiza możliwości zastosowania alg w procesie usuwania CO2 z wykorzystaniem metodyki LCA

Bałazińska M., Zuwała J.

Energetyka

|

2015

|

nr 8

505--509

PL

Wykorzystanie hodowli alg do pochłaniania CO2, a następnie ich wykorzystanie ukierunkowane na wytwarzanie biopaliw (np. olejów pirolitycznych) było przedmiotem wielu analiz [1-6]. Podkreślić jednak należy małą liczbę publikacji ilustrujących wyniki analiz LCA tego procesu w warunkach polskich, tak jak ma to miejsce w przypadku innych technologii usuwania CO2 z procesów energetycznych [7-11]. W niniejszej pracy przedstawiono analizę oceny cyklu życia zastosowania alg do usuwania CO2 z gazów odlotowych. Instalacja badawcza, która umożliwiała hodowlę alg w foto bioreaktorze była szczegółowo opisywana w pozycji [12]. W analizie LCA uwzględniono emisje odprowadzane do otoczenia w wyniku produkcji energii elektrycznej w krajowym systemie elektroenergetycznym na potrzeby prowadzenia hodowli. Wspomniane emisje pomniejszono o redukcję CO2 w wyniku procesu fotosyntezy w algach. Badania przeprowadzono dla ośmiu gatunków mikroalg z zamiarem wytypowania gatunku wykazującego najlepsze właściwości redukujące ditlenek węgla z gazów. Analizę w wybranych punktach zestawiono z rezultatami badań prowadzonymi nad hodowlą alg uprawianą w Instytucie Chemicznej Przeróbki Węgla.

EN

Algae application for CO2 absorption and their subsequent use for biofuels production (e.g. of pyrolysis oils) has been the subject of many analyses [1-6]. However, there is only a small number of available publications presenting the LCA analysis of this process in Polish conditions unlike in case of other CO2 removal technologies in power industry [7-11]. Presented is here an analysis of life cycle assessment of algae applied to remove CO2 from flue gases. The research installation where algae were grown was based on a photobioreactor and was described in detail in the position [12]. Taken into consideration were in this LCA analysis the emissions released to atmosphere as a result of electricity production process in the Polish power system for the needs of algae breeding. From these emissions was then deducted the amount of CO2 reduced as the result of photosynthesis process in algae. The research was conducted for eight microalgae species with an intention to select the species with the best characteristics of carbon dioxide consumption. Analysis was also compared with the results of research carried out on the algae growing at the Institute for Chemical Processing of Coal.

15

Thermogravimetric and Kinetic Analysis of Raw and Torrefied Biomass Combustion

Kopczyński M., Plis A., Zuwała J.

Chemical and Process Engineering

|

2015

|

Vol. 36, nr 2

209--223

EN

The use of torrefied biomass as a substitute for untreated biomass may decrease some technological barriers that exist in biomass co-firing technologies e.g. low grindability, high moisture content, low energy density and hydrophilic nature of raw biomass. In this study the TG-MS-FTIR analysis and kinetic analysis of willow (Salix viminalis L.) and samples torrefied at 200, 220, 240, 260, 280 and 300 oC (TSWE 200, 220, 240, 260, 280 and 300), were performed. The TG-DTG curves show that in the case of willow and torrefied samples TSWE 200, 220, 240 and 260 there are pyrolysis and combustion stages, while in the case of TSWE 280 and 300 samples the peak associated with the pyrolysis process is negligible, in contrast to the peak associated with the combustion process. Analysis of the TG-MS results shows m/z signals of 18, 28, 29 and 44, which probably represent H2O, CO and CO2. The gaseous products were generated in two distinct ranges of temperature. H2O, CO and CO2 were produced in the 500 K to 650 K range with maximum yields at approximately 600 K. In the second range of temperature, 650 K to 800 K, only CO2 was produced with maximum yields at approximately 710 K as a main product of combustion process. Analysis of the FTIR shows that the main gaseous products of the combustion process were H2O, CO2, CO and some organics including bonds: C=O (acids, aldehydes and ketones), C=C (alkenes, aromatics), C-O-C (ethers) and C-OH. Lignin mainly contributes hydrocarbons (3000–2800 cm−1), while cellulose is the dominant origin of aldehydes (2860–2770 cm−1) and carboxylic acids (1790–1650 cm−1). Hydrocarbons, aldehydes, ketones and various acids were also generated from hemicellulose (1790–1650 cm−1). In the kinetic analysis, the two-steps first order model (F1F1) was assumed. Activation energy (Ea) values for the first stage (pyrolysis) increased with increasing torrefaction temperature from 93 to 133 kJ/mol, while for the second stage (combustion) it decreased from 146 to 109 kJ/mol for raw willow, as well as torrefied willow at the temperature range of 200-260°C. In the case of samples torrefied at 280 and 300°C, the Ea values of the first and second stage were comparable to Ea of untreated willow and torrefied at 200°C. It was also found that samples torrefied at a higher temperature, had a higher ignition point and also a shorter burning time.

16

Analysis of the Transition Time From Air to Oxy-Combustion

Lasek J., Lajnert R., Głód K., Zuwała J.

Chemical and Process Engineering

|

2015

|

Vol. 36, nr 1

113--120

EN

In this paper some issues of the transition process from air- to oxy-combustion were investigated. Advantages of flexible combustion were described. Flexible combustion tests carried out at four European plants and five plants outside Europe of different scales of process and test parameters were presented. An analysis of the transition time from air to oxy-combustion of different laboratory and pilot scale processes was carried out. The “first-order + dead time” approach was used as a model to describe transition process. Transitional periods between combustion modes and characteristic parameters of the process were determined. The transition time depends not only on the facility’s capacity but also it is impacted by specific operational parameters.

17

Ocena efektywności techniczno-ekonomicznej sprzężonego układu toryfikacja–peletyzacja–współspalanie biomasy

Zuwała J., Kopczyński M., Robak J.

Polityka Energetyczna

|

2014

|

T. 17, z. 4

147--158

PL

W ostatnich latach w Polsce obserwuje się szybki wzrost produkcji energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii (OZE), głównie dzięki rozwojowi technologii współspalania biomasy z paliwami kopalnymi. Wprowadzenie biomasy do obiektów zaprojektowanych do spalania paliw kopalnych wiąże się jednak z występowaniem pewnych ograniczeń technologicznych. Spowodowało to szybki rozwój procesów wstępnego przygotowania (waloryzacji) biomasy przed jej energetycznym wykorzystaniem celem polepszenia jej właściwości. Obiecującą metodą waloryzacji biomasy wydaje się być proces toryfikacji, czyli termicznej konwersji w temperaturze rzędu 220–300°C w warunkach obojętnych. W porównaniu z biomasą surową toryfikat z niej wytworzony charakteryzuje się korzystniejszymi właściwościami fizyko-chemicznymi jako paliwo. Toryfikat jest materiałem jednorodnym, charakteryzuje się większą zdolnością przemiałową, wyższą wartością energii chemicznej na jednostkę objętości, a dzięki właściwościom hydrofobowym jest odporny na warunki atmosferyczne. Większa gęstość energetyczna biomasy toryfikowanej przyczynia się do oszczędności w łańcuchu dostaw paliwa w produkcji energii odnawialnej. W przeliczeniu na jednostkę energii szacunkowy koszt transportu toryfikatu jest o około 20–50% mniejszy.

EN

In recent years, Poland has seen a rapid increase in electricity production from renewable energy sources (RES), mainly due to technological developments of biomass co-firing with fossil fuels. However, the introduction of biomass to facilities designed for combustion of fossil fuels is associated with the occurrence of certain technological limitations. This has resulted in the rapid development of biomass pre-treatment technologies (valorization) before use in power-plants in order to improve the biomass’ properties. Torrefaction seems to be a promising approach to the valorization of biomass. Torrefaction is a thermochemical treatment of biomass at 200 to 320°C. It is carried out under atmospheric pressure and in the absence of oxygen. Compared with raw biomass, the solid product of torrefaction has much better physico-chemical properties as a fuel. Torrefied biomass is homogeneous, has a greater grindability, higher energy density, and a higher hydrophobic property (it is resistant to weather conditions). The higher energy density of torrefied biomass contributes to savings in the supply chain. When torrefied, biomass densified through pelletisation results in a more energy-dense product - so-called TOPs (torrefied pellets) which have properties similar to coal. The transportation cost of torrefied pellets per energy unit is about 20–50% less then raw biomass.

18

Pod ciśnieniem... Spalanie tlenowe paliw stałych

Lasek J., Zuwała J.

Energetyka Cieplna i Zawodowa

|

2014

|

Nr 4

38--41

PL

Coraz częściej podkreśla się zalety ciśnieniowego spalania w tlenie, chociaż proces ten jest mało przebadany. Wzrost ciśnienia w komorze spalania przekłada się na wyższą sprawność układu oraz niższą emisyjność szkodliwych gazów. To jednak część zalet technologii, nad którą badania prowadzi obecnie Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w ramach Strategicznego Programu Badań Naukowych i Prac Rozwojowych.

19

Analiza LCA jako metoda oceny efektów energetycznych i emisyjnych w procesach spalania paliw stałych. Paliwa kopalne

Zuwała J., Bałazińska M.

Energetyka

|

2014

|

nr 2

78--86

PL

Omówiono oraz porównano metody oceny oddziaływania na środowisko badanych procesów/produktów. Wśród wspomnianych metod ujęto koszt termoekologiczny, rachunek skumulowanego zużycia energii oraz ocenę cyklu życia (Life Cycle Assessment - LCA) Wykorzystując analizę LCA przeprowadzono badania wpływu na środowisko wykorzystania paliw kopalnych w energetyce. Jako kategorie obciążeń środowiskowych przyjęto wyczerpywanie surowców mineralnych, zmianę klimatu, tworzenie się fotoutleniaczy, zakwaszanie oraz eutrofizację. Uwzględniono średnioroczne emisje oraz wykorzystanie surowców mineralnych związane z produkcją energii elektrycznej i ciepła w Polsce. Analiza oparta została na metodyce CML 2001 (Center of Environmental Science of Leiden University), a wyniki przedstawiono po etapie normalizacji, ważenia oraz w odniesieniu do MJ energii elektrycznej oraz ciepła.

EN

Discussed and compared are various methods for assessment of the investigated processes and products impact on the environment. You can find thermoecological cost, cumulative energy consumption and LCA (Life Cycle Assessment) among them. With the help of LCA analysis the investigation of fossil fuels utilization for the needs of power industry impact on the environment was carried out. As the environmental load categories assessed are abiotic depletion, climate changes, photochemical oxidation, acidification and eutrophication. Considered are also average annual emission values and utilization of mineral raw materials associated with production of electricity and heat in Poland. The analysis is based on the CML 2001 (Center of Environmental Science of Leiden University) methodology and the results are presented after the normalization and weighting stages and in relation to MJ of electric energy and heat.

20

Analiza LCA jako metoda oceny efektów energetycznych i emisyjnych w procesach spalania paliw stałych. Odpady komunalne oraz biomasa

Bałazińska M., Zuwała J.

Energetyka

|

2014

|

nr 2

86--95

PL

W publikacji stanowiącej nawiązanie do artykułu pt. Analiza LCA jako metoda oceny efektów energetycznych i emisyjnych w procesach spalania paliw stałych – paliwa kopalne, przedstawiono analizę LCA energetycznego wykorzystania odpadów komunalnych oraz biomasy w procesie spalania. Badania związane z odpadami obejmowały oddziaływanie na środowisko w zakresie wyczerpywania surowców mineralnych, zmiany klimatu, tworzenia fotoutleniaczy, zakwaszania oraz eutrofizacji. Rozpatrzono etap ich zbierania, transportu oraz spalania. W obrębie etapu spalania uwzględniono wykorzystanie środowiska w procesie produkcji energii elektrycznej oraz ciepła, odzysk metali z żużla, zastosowanie żużla przy budowie dróg, składowanie żużla na składowisku oraz składowanie popiołu lotnego oraz stałych pozostałości z oczyszczania spalin na składowisku odpadów niebezpiecznych. Analiza dotycząca biomasy odnosiła się do wierzby energetycznej uprawianej na plantacji, przy czym uwzględniono procesy przygotowawcze związane z pielęgnacją roślin. Ze względu na małą dostępność danych ograniczono się do kategorii wyczerpywania surowców mineralnych, zmiany klimatu oraz zakwaszania. Przedstawiono także obliczenia dla eutrofizacji, jednak dla tej kategorii wpływu uwzględniono jedynie etap wzrostu i pielęgnacji roślin. Badania zaprezentowane w artykule przeprowadzono przy wykorzystaniu metody CML 2001, a wyniki przedstawiono po normalizacji, ważeniu, w odniesieniu do MJ energii elektrycznej i ciepła. Dla tego samego zakresu badań porównano otrzymane wyniki z rezultatami analizy LCA dla paliw kopalnych.

EN

In this issue, being a reference to the article "LCA analysis as an energy and emission effects assessment method in the solid fuels combustion process", presented is the LCA analysis of of municipal wastes and biomass energy utilization in the process of incineration. Investigations relating to the wastes considered the influence of abiotic depletion, climate changes, photochemical oxidation, acidification and eutrophication on the environment and the analyses referred to successive stages of collection, transportation and incineration of wastes. In the incineration stage there were considered separate elements like environment utilization in the process of electricity and heat generation, recovery of metals from slag, slag application in road building, slag landfilling and storage of fly ash and solid residues coming from flue gas cleaning on a hazardous wastes landfill. The analysis concerning biomass referred to energy willow grown on plantations and the preparatory processes connected with plants care were also taken into consideration. Due to insufficient data, the analysis is only limited to the categories of abiotic depletion, climate changes and acidification. Presented are also calculations for eutrophication but for this influence category only the stages of growing and plant maintenance are considered. Investigations presented in this article were carried out using the CML 2001 method and the results were described after normalization and weighting with relation to MJ of electric energy and heat. The obtained results are also compared, for the same reasearch scope, with the LCA analysis results for fossil fuels.