Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Możliwości wytwarzania witryfikatu popiołowego z energetyki zawodowej na stanowisku półtechnicznym w skali 1 MWth i sprawdzanie jego przydatności do celów gospodarczych

Nehring Grzegorz, Świątkowski Bartosz, Jagiełło Krzysztof

Energetyka

|

2024

|

nr 8

325--331

PL

Energetyka zawodowa w Polsce wytwarza rocznie ok. 20 mln ton ubocznych produktów spalania (UPS), z czego zagospodarowywanych jest blisko 76%. Stosuje się je do produkcji betonu towarowego, w drogownictwie, górnictwie, do produkcji gipsu i cementu, rekultywacji terenów oraz w ceramice. Instytut Energetyki – Państwowy Instytut Badawczy prowadzi badania nad produkcją witryfikatów z popiołu energetycznego, które mogłyby konkurować z kruszywami naturalnymi. Produkcja witryfikatów z popiołów energetycznych może być opłacalna w połączeniu z produkcją energii oraz kosztami uniknięcia składowania. Witryfikacja, stosowana do utylizacji niebezpiecznych odpadów, może być ekonomicznie uzasadniona także dla UPS, zwłaszcza w kontekście nowych regulacji dotyczących emisji CO2 i gospodarki obiegu zamkniętego: dyrektywa ETS2 (od 01.01.2027 również transport i budownictwo); rozporządzenie CPR2 z dnia 30.02.2022 r. W Instytucie Energetyki – Państwowym Instytucie Badawczym prowadzono badania nad produkcją witryfikatu na stanowisku półtechnicznym o mocy 1 MWth. Osiągnięto efektywność instalacji na poziomie 38,8% dla stosunkowo małego reaktora i krótkiego czasu eksperymentu. Witryfikat uzyskany w testach wykazał wysoką obojętność środowiskową oraz dobrą wytrzymałość, spełniając normy dla kruszyw do betonu konstrukcyjnego: próba „Los Angeles” – LA = 23; wytrzymałość na miażdżenie – Xr = 19,8%. Wykazano opłacalność budowy instalacji z komorą do ciekłego odprowadzania żużla o mocy 40 MW współpracującą z kotłem energetycznym, przy przychodzie skumulowanym powyżej 150 zł/Mg witryfikatu oraz czasie zwrotu wynoszącym 5,5 roku od momentu uruchomienia produkcji, co czyni tę technologię atrakcyjną alternatywą dla składowania ubocznych produktów spalania.

EN

Power sector in Poland generates approximately 20 million tons of combustion by-products (CBPs) annually, of which about 76% are utilized. They are used in the production of ready-mixed concrete, road construction, mining, gypsum and cement production, land reclamation and ceramics. The Institute of Power Engineering – National Research Institute conducts research on the production of vitrificates from energy ash, which could compete with natural aggregates. The production of vitrificates from energy ashes can be profitable when combined with energy production and the costs of avoiding landfill. Vitrification normally used for the disposal of hazardous waste, can also be economically justified for CBPs, especially in the context of new regulations on CO2 emissions and the circular economy: ETS2 directive (from January 1, 2027, including transport and construction); CPR2 regulation of February 30, 2022. At the Institute of Power Engineering, research was conducted on the production of vitrificates products on a semi-industrial stand with a power of 1 MWth. The efficiency of the installation reached 38.8% for a relatively small reactor and a short experiment duration. The vitrificates products obtained in the tests showed high environmental neutrality and good strength, meeting the standards for aggregates for structural concrete: „Los Angeles” test – LA = 23; crushing strength – Xr = 19.8%. The economic viability of constructing a 40 MW installation with a slag liquid discharge chamber cooperating with a power boiler was demonstrated, with cumulative revenue exceeding 150 PLN/Mg of vitrificate products and a payback period of 5.5 years from the start of production, making this technology an attractive alternative to the landfilling of combustion by-products.

2

Konwersja kotłów ciepłowniczych na paliwa zdekarbonizowane

Świątkowski Bartosz

Energetyka

|

2024

|

nr 8

337--343

PL

Transformacja polskiego sektora ciepłownictwa jest nieunikniona i konieczna dla realizacji celów klimatycznych oraz zgodności z regulacjami unijnymi. Będzie to jednak proces bardzo kosztowny i rozłożony na wiele lat. W artykule przedstawiono możliwości i korzyści wynikające z konwersji kotłów ciepłowniczych na paliwa zdekarbonizowane jako jednego z możliwych i atrakcyjnych finansowo etapów procesu transformacji. Omówiono konkretne studia przypadków konwersji, które mogą przynieść znaczne oszczędności inwestycyjne i operacyjne. Konwersja kotłów ciepłowniczych na paliwa zdekarbonizowane nie tylko obniża koszty transformacji, ale również przyczynia się do poprawy efektywności energetycznej i może być istotnym elementem zrównoważonego rozwoju energetycznego w Polsce.

EN

Transformation of the Polish heating sector is unavoidable and necessary for implementation of climatic goals and compatibility with the EU regulations. This will, however, be a very expensive process and spread over several years. Presented are here prospects and benefits resulting from conversion of heating boilers to decarbonized ones as one of the possible and financially attractive stages of transformation process. Discussed are specific conversion case-studies that can bring significant investment and operational savings. Conversion to decarbonized heating boilers not only reduces transformation costs but also contributes to energy efficiency improvement and can be an important element of sustainable energy development in Poland.

3

Badania eksperymentalne i symulacje numeryczne w celu wyrównania rozpływu spalin i popiołu lotnego w kanałach spalin kotła BB-1345 w Elektrowni Pątnów II

Lewtak Robert, Glot Beata, Świątkowski Bartosz, Kudła Paweł

Instal

|

2023

|

nr 2

13--19

PL

Celem pracy było zdiagnozowanie przyczyn nierównomierności rozpływu spalin i popiołu lotnego w kanałach spalin elektrofiltra kotła BB-1345 w Elektrowni Pątnów II oraz przedstawienie sposobu rozwiązania ww. problemu. Pracę rozpoczęto od serii pomiarów prowadzonych w kanałach spalin nad i pod obrotowym podgrzewaczem powietrza (OPP) od strony przedniej i tylnej kotła. Celem pomiarów było wyznaczenie rozkładu temperatury, prędkości i ciśnienia względnego spalin oraz koncentracji popiołu lotnego w wybranych punktach. Następnie sporządzono modele geometryczne kanałów spalin wraz z OPP dla stanu aktualnego oraz proponowanych koncepcji zmian. Geometria została wykonana na podstawie dokumentacji technicznej udostępnionej przez operatora elektrowni i uwzględniała kanały i OPP od strony przepływających spalin bez izolacji. Obliczenia numeryczne wykonano za pomocą programu Ansys FLUENT i przeprowadzono dla stanu aktualnego oraz zaproponowanych koncepcji zmian. Obliczenia stanu aktualnego wykonano dla dwóch wariantów, tj. wariant bez uwzględnienia dossania powietrza do spalin oraz wariant z uwzględnieniem dossania powietrza do spalin. Uwzględnienie dossań powietrza spowodowało uzyskanie zbieżnej z pomiarami nierównomierności rozdziału pyłu na stronę lewą i prawą. Przepływ powietrza dossanego powodował przepychanie pyłu w kierunku przegrody tylnej OPP zbierającej pył do prawego kanału spalin. Efekt przepychania pyłu był szczególnie widoczny dla dossania nad wirnikiem OPP, ze względu na wystąpienie efektu „ślizgania się” powietrza po górnej stronie wirnika OPP. Natomiast powietrze wypływające z dossania pod OPP było kierowane w mniejszym stopniu w głąb kanału spalin i nie mając fizycznej przeszkody w postaci wirnika w większości przepływało do dołu. Uwzględnienie dossania powietrza do spalin okazało się kluczowe w celu poprawnego zamodelowania rzeczywistych warunków rozdziału spalin i pyłu do prawego i lewego kanału pod OPP. Na podstawie symulacji stanu istniejącego określono przyczynę zaburzeń przepływu oraz określono rekomendowaną do zabudowy w kanałach spalin koncepcję zmian powodującą równomierny rozkład spalin. Podczas analiz zmodyfikowanego układu opracowano cztery koncepcje zmian elementów kierujących spaliny w przestrzeni pod OPP w celu wyrównania rozpływu spalin. W rezultacie wybrano koncepcję, która polegała na zabudowie pionowej przegrody dzielącej kanał spalin pod OPP na stronę prawą i lewą. Biorąc pod uwagę, że obliczenia numeryczne pokazały gromadzenie się pyłu przy tylnej ścianie, wybrana koncepcja została dodatkowo zmodyfikowana o elementy nastawne, regulujące strumień pyłu i gazu. W końcowym etapie pracy wykonano wstępny projekt konstrukcyjny wybranego wariantu modernizacji.

EN

The purpose of the work was to diagnose the causes of uneven flow of flue gas and fly ash in the flue gas ducts of the BB-1345 boiler electrostatic precipitator in the Pątnów II Power Plant and to present a method of solving the above-mentioned problem. Work began with a series of measurements carried out in the flue gas ducts above and below the rotary air heater (RAH) from the front and rear sides of the boiler. The aim of the measurements was to determine the distribution of temperature, velocity and relative pressure of the exhaust gas as well as the concentration of fly dust at selected points. Then, geometrical models of the flue gas channels were prepared together with the RAH for the current state and the proposed concepts of changes. The geometry was made on the basis of the technical documentation provided by the power plant operator and took into account the ducts and RAH on the side of flowing flue gases without insulation. Numerical calculations were made using the Ansys FLUENT software and were carried out for the current state and the proposed concepts of changes. The calculations of the current state were made for two variants, i.e. the variant without taking into account air intake to the exhaust gases and the variant taking into account the intake of air into the exhaust gases. Taking into account the air suction resulted in obtaining a dust distribution on the left and right side convergent with the measurements. The suction air flow was pushing the dust towards the rear RAH cradle collecting the dust to the right exhaust duct. The dust-pushing effect was especially visible for the suction over the RAH rotor, due to the air “sliding” effect on the upper side of the RAH rotor. On the other hand, the air flowing from the suction under the RAH was directed to a lesser extent into the exhaust gas channel and, having no physical obstacle in the form of a rotor, mostly flowed downwards. Taking into account the air suction to the exhaust gases turned out to be of key importance in order to correctly model the actual conditions of the exhaust and dust separation into the right and left channels under the RAH. On the basis of the simulation of the existing state, the cause of the flow disturbances was determined and the concept of changes recommended for installation on the exhaust gas ducts was determined, resulting in a uniform distribution of exhaust gases. During the analyzes of the modified system, four concepts of changes in the elements directing the exhaust gases in the space under the RAH in order to equalize the flow of exhaust gases were developed. As a result, a concept was selected that consisted in the installation of a vertical partition dividing the exhaust duct under the RAH into the right and left sides. Taking into account that the numerical calculations showed the accumulation of dust at the rear wall, the selected concept was further modified with adjustable elements regulating the dust and gas stream. In the final stage of work, a preliminary structural design of the selected modernization variant was prepared.

4

Palnik przemysłowy do współspalania gazu ziemnego i wodoru

Świątkowski Bartosz, Hercog Jarosław, Kiedrzyńska Aleksandra, Bocian Paweł

Instal

|

2021

|

nr 10

11--14

PL

W artykule przedstawiono prototyp palnika przemysłowego o mocy 100 kW, przystosowanego do współspalania gazu ziemnego z wodorem (do 50% obj.). Koncepcja palnika została opracowana w Instytucie Energetyki Instytucie Badawczym przy wykorzystaniu metody modelowania numerycznego CFD. Obliczenia numeryczne przeprowadzono dla kilku koncepcji technicznych palnika w celu wytypowania najbardziej obiecującego rozwiązania. Prototyp palnika został następnie przetestowany na stanowisku badawczym zlokalizowanym w laboratorium Instytutu Energetyki. W wyniku tego procesu z sukcesem opracowano i zweryfikowano eksperymentalnie model palnika o mocy 100 kW. Palnik ten może być wykorzystywany w wysokotemperaturowych procesach technologicznych, oferując przy tym rozwiązanie umożliwiające w przyszłości transformację w kierunku przemysłu neutralnego klimatycznie.

EN

The article presents a prototype of an industrial burner with a power of 100 kW, adapted to the co-combustion of natural gas with hydrogen (up to 50% by volume). The burner concept was developed at the Institute of Power Engineering Research using the CFD numerical modelling method. Numerical calculations were carried out for several technical concepts of the burner in order to select the most promising solution. The burner prototype was tested in an experimental stand located in the laboratory of the Institute of Power Engineering. As a result of this process, a 100 kW burner model was successfully developed and experimentally verified. This burner can be used in high-temperature technological processes, offering a solution for the future transformation towards a climate-neutral industry.