Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Badania eksperymentalne turbiny gazowej Turbec T100 zasilanej gazem zaazotowanym

Suchocki T., Lampart P.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 7

832--834

PL

Artykuł przedstawia opis stanowiska badawczego z turbiną gazową Turbec T100 (obecnie Ansaldo Energia Spa) o maksymalnej mocy 100 kW, przystosowanego do spalania paliw niskokalorycznych. Została przedstawiona koncepcja mieszalnika biogazowego, w którym powstaje mieszanka gazowa złożona z gazu wysokometanowego GZ50 – gazu miejskiego oraz dwóch gazów inertnych – dwutlenku węgla oraz azotu. W pracy przeprowadzono symulację spalania gazu zaazotowanego (5÷40% N2) w zakresie pracy turbiny wynoszącym 30÷90 kW. Wykonano analizy niektórych współczynników pracy turbozespołu, takich jak sprawność, współczynnik nadmiaru powietrza, oraz studium zmian składu spalin (CO, NO).

EN

A papier provides an overview of the Turbec T100 microturbine test stand (at present Ansaldo Energia Spa.) with maximum electrical power of 100kW adopted to combustion low-caloric fuel. It was presented the concept of biogas mixing station that produces the gas mixture consisting of high-methane gas (GZ50) – gas from city grid, and two inert gases – carbon dioxide and nitrogen. The work was carried out simulations of combustion of nitrogen-rich gas (5-40% N2) with operating range of the turbine of 30-90kW. An analysis of selected operating parameters such us efficiency, fuel–air equivalence ratio and study of changes in the composition of the exhaust gases (CO, NO) were carried out.

2

Rola podtlenku azotu w modelowaniu emisji NO z procesów spalania paliw gazowych w piecach wysokotemperaturowych

Gradoń B.

Zeszyty Naukowe. Hutnictwo / Politechnika Śląska

|

2003

|

z. 67

7-156

PL

Przedmiotem pracy były badania mechanizmów powstawania tlenków azotu w płomieniach paliw gazowych, ze szczególnym uwzględnieniem możliwości modelowania emisji tych zanieczyszczeń z wysokotemperaturowych pieców grzewczych, stosowanych w przemyśle metalurgicznym. Na tle krytycznej analizy istniejących rozwiązań przedstawiono wyniki badań modelowych i eksperymentalnych. Szczególnie dużo uwagi poświęcono procesom kształtowania się stężeń N2O w płomieniach ze względu na znaczenie tego tlenku dla syntezy NO w reakcjach według rozszerzonego mechanizmu termicznego. Wykonano badania eksperymentalne rozkładu N2O w mieszaninach modelowych H/N/O oraz w środowisku charakterystycznym dla spalania węglowodorów. Eksperymenty przeprowadzono w ogrzewanych reaktorach przepływowych, w zakresie temperatury 1100-1600K. Wyznaczono parametry kinetyczne reakcji N2O + M<=>N2 + O + M dla M = Ar oraz wartości współczynników wzmocnienia względem argonu dla M = H2O i M = CO2. Przeprowadzono testy numeryczne, pozwalające określić efekty uwzględnienia rozszerzonego mechanizmu termicznego w modelowaniu tworzenia się NO w płomieniach paliw gazowych. Obliczenia wykonano na podstawie modelu kinetycznego płomienia oraz jego wariantów dla reaktorów z idealnym mieszaniem reagentów i przepływem jednowymiarowym. Opracowano odpowiednie programy komputerowe. Wykazano, że rozszerzony mechanizm termiczny, w połączeniu z reakcją N2O + H => NO + NH, pozwala opisać mierzone szybkości tworzenia się NO w ubogich w paliwo płomieniach metanu, jednocześnie zawodzi w przypadku [gamma] < 1. Zasugerowano zatem możliwość tworzenia się HCN i NO za pośrednictwem N2O w reakcjach tego tlenku z rodnikami węglowodorowymi. Zaproponowano nowy mechanizm, inicjowany przez reakcję N2O + CH3 => CH2NH + NO, dla której źródłem N2O jest odwrotna reakcja N2O + CH3 <=> CH3O + N2. Reakcje według tego mechanizmu prowadzą do znacznie wcześniejszego powstawania NO w płomieniach niż reakcje Fenimorego, produkują więcej HCN i w konsekwencji wnoszą również większy wkład w całkowitą emisję NO. Mechanizm wyjaśnia również sygnalizowane w literaturze problemy związane z modelowaniem tworzenia się płomieniowych NO. W wyniku przeprowadzonych badań zaproponowano wieloreakcyjny mechanizm powstawania NO w płomieniach paliw gazowych, złożony z analizowanych mechanizmów cząstkowych (załącznik 1). Dokonano pierwszego oszacowania parametrów kinetycznych nowych reakcji chemicznych na podstawie wyników modelowania płomieni badanych eksperymentalnie. Ponadto zmodyfikowano parametry kinetyczne reakcji NNH + O => NO + NH oraz NH3 + M <=> NH + H2 + M. Zaproponowany mechanizm pozwolił poprawnie opisać wyniki eksperymentów dla kilku płomieni gazowych, badanych w szerokim zakresie temperatury i stosunków stechiometrycznych, podczas gdy istniejące mechanizmy zawodzą w wielu szczególnych przypadkach. Badania podkreśliły istotną rolę podtlenku azotu w kształtowaniu się emisji NOX z wysokotemperaturowych komór spalania. Ich wyniki mogą być w praktyce wykorzystane w modelowaniu płomieni przemysłowych w celu usprawnienia działań proekologicznych.

EN

The paper deals with the mechanisms of nitrogen oxides formation in gaseous flames, with a special emphasis the possibility of modelling emission of these pollutants from hightemperature furnaces used in metallurgical industry. A critical analysis of the existing solutions was carried out and on this background results of model and experimental investigations are presented. Particular attention was focused on the mechanisms of formation of N2O concentration levels in flames due to its important role for the NO formation by the extended thermal mechanism. Experimental tests of the N2O destruction were performed in H/N/O mixtures and in the environment characteristic for hydrocarbon flames. Experiments were carried out in the externally heated flow reactor, in temperature range 1100-1600K. Kinetic parameters of the reaction N2O + M<=>N2 + O + M for M = Ar and enhanced third -body efficiencies for H2O and CO2 were obtained. Reactions of the extended thermal mechanism were tested through modelling of the NO formation rates in gaseous flames, investigated experimentally. Calculations were done with the kinetic model of flame and its representatives for perfectly stirred reactor and one-dimensional flow reactor. The appropriate software was prepared. It has been shown, that the extended thermal mechanism in connection with reaction N2O + H => NO + NH enables to describe the measured NO formation rates in lean gaseous flames, but not for [gamma]<1. A new route of HCN and NO formation in flames via N2O reactions with CHi radicals is then proposed and tested for gaseous premixed flames. The new mechanism initiated by reaction N2O + CH3 => CH2NH + NO was proposed. At the same time in CH4/air mixtures a substantial source of N2O may come from reverse reaction N2O + CH3 <=> CH3O + N2 in flame region. Reactions under this mechanism result in the faster creation of NO in flames than in case of Fenimore reactions, they produce more HCN and in consequence they make lager contribution to total NO emission. The mechanism explains also some problems with modelling of flame NO that were mentioned in scientific publications. The multireaction mechanism of NO formation in gaseous flames (Appendix 1), containing all analysed partial mechanisms, is proposed as a result of the performed tests. The rate constants o of the new NO formation reactions have been suggested on basis of numerical modelling. What is more the modified kinetic parameters of reaction NNH + O => NO + NH and NH3 + M <=> NH + H2+ M are proposed. It has been shown, that the proposed mechanism allows to describe correctly the tests' results for a few gaseous flames which were tested in the wide range of temperatures and stoichiometric ratios. Existing mechanisms do not work correctly in many specific cases. Investigations emphasised the important role of the nitrous oxide in formation of the NOX emission from hightemperature combustion chambers. Their results may be used in modelling of gaseous flames for improving of proecological activities.

3

Wybrane zagadnienia spalania młodych paliw kopalnych o małym stopniu metamorfizmu

Kruczek H.

Prace Naukowe Instytutu Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów Politechniki Wrocławskiej. Monografie

|

2003

|

Vol. 58, nr 33

120-120

PL

Młode węgle brunatne są znaczącym źródłem energii. W energetyce światowej ok. 30% energii elektrycznej pochodzi z ich spalania. Podobny udział węgli brunatnych w produkcji energii obserwuje się w Polsce. Problemem jest duża zawartość wilgoci w węglach brunatnych (około 50%), która obniża sprawność spalania, ponieważ w przypadku stosowania metod konwencjonalnych, w kotłach energetycznych 20-25% ciepła ze spalania węgla jest tracone na usunięcie zawartej w nim wody. Z tego powodu bardzo ważna staje się poprawa sprawności produkcji energii z węgla brunatnego. Jedną z metod pozwalających na poprawę jakości spalania i zwiększenie sprawności kotła oraz bloku energetycznego jest spalanie wstępnie wysuszonego węgla oraz wykorzystanie ciepła oparów z suszenia w układzie bloku. Dodatkową zaletą podniesienia sprawności bloku energetycznego jest zmniejszenie emisji CO2, gazu odpowiedzialnego za powstawanie efektu cieplarnianego. Zastosowanie koncepcji spalania wstępnie suszonego węgla brunatnego w kotłach energetycznych wymaga rozwiązania różnych problemów, przede wszystkim - oceny emisji toksycznych składników spalin i stopnia wypalenia spowodowanych większą kalorycznością węgla brunatnego wstępnie suszonego. Zastosowanie technologii spalania wysuszonych węgli dodatkowo czyni niezbędnym przeprowadzenie badań określających wpływ suszenia węgli na jego właściwości. Autorka koncentrowała się w swoich badania na określeniu wpływu różnych metod suszenia węgli na jego strukturę i właściwości, takie jak: porowatość, reaktywność, szybkość odgazowania oraz zapłon. Szczególnym przedmiotem badań był problem, istotny ze względu na emisję tlenków azotu, wpływu parametrów węgla i procesu spalania na zachowanie się azotu paliwowego, tj. jego wydzielanie się w różnych fazach spalania, poczynając od wydzielania się części lotnych, zapłon i spalanie pozostałości koksowej węgli brunatnych. Oceniono szybkość ubytku azotu w procesie spalania w stosunku do ubytku pierwiastka C i całkowitej masy badanego węgla. Badania prowadzono dla węgli brunatnych z siedmiu kopalni europejskich oraz torfu fińskiego, będących znaczącym źródłem energii w swoich krajach. Zanalizowano wpływ składu i rozmiaru węgla na rozdział azotu paliwowego pomiędzy części lotne i pozostałość koksową w procesie wolnej i szybkiej pirolizy w zależności od temperatury procesu oraz ubywanie azotu w procesie wypalania węgla w zależności od jego rozmiaru, zawartości związków alkalicznych, jak i temperatury procesu. Ponadto zanalizowano wpływ parametrów spalania (temperatura, stechiometria) oraz właściwości (skład i rozmiar) siedmiu wstępnie suszonych węgli brunatnych na formowanie się i redukcję NOx, a także stopień wypalenia. Następnie przebadano zachowanie się wstępnie suszonych węgli w procesie spalania, ze szczególnym uwzględnieniem wielkości emisji NO i SO2 i stopnia wypalenia w zależności od rozmiaru cząstek pyłu węgli wstępnie suszonych i temperatury spalania. Uzyskane wyniki badań pozwoliły na opracowanie układu technologicznego spalania wstępnie suszonego węgla brunatnego w bloku 200 MWe z kotłem pyłowym OP-650 oraz z kotłem fluidalnym CFB-670. Projekt takiego układu został zgłoszony w Urzędzie Patentowym.

EN

Young brown coals are substantial in power production. About 30% of the net amount of electricity produced in the world as well as in Poland is provided by brown coal fired plants. These fuels are commonly characterized by a high water content (-50%) which is why their efficiency in conventional power production is low in contrast to bituminous coal; 20-25% of heat from combustion of brown coal is lost to remove water from the coal. Thus the problem of improving the efficiency of power production from brown coal becomes very significant. Additional advantage of the increase of the efficiency of power production is decrease of green gas CO2 emission. However, the implementation of the concept of predried brown coal combustion in a boiler requires solution of different problems such as pollutant emission as well as burnout resulting from greater calorific values of predried brown coal. The author's investigations focused on the evaluation of the influence of various methods of drying of the brown coal on its the structure and properties such as porosity, reactivity, devolatilization rate and ignition. Special attention was paid to determination of the impact of coal characteristics and combustion parameters on the behaviour of fuel nitrogen in different stages of combustion, i.e. devolatilization, ignition and char combustion. The fractional fuel nitrogen loss rate with respect to carbon and the total mass loss during combustion of brown coal was evaluated. The investigations were carried out for brown coals from seven European mines and for finish peat used to power production. The effect of composition and size of brown coals (as well as) alkali species on the distribution of nitrogen fuel between char and volatile matter in the slow and rapid pyrolysis was analysed. The loss of fuel nitrogen in the process of combustion depending on temperature was also determined. The effect of parameters of combustion (temperature and stoichiometry) and properties of seven coals investigated (composition and size) on formation and reduction of NO and the burnout rate was analyzed. The behaviour of predried brown coals in the combustion process with respect to the emission of NO, SO2 and the burnout degree depending on the size of predried coal particles and the temperature of combustion were experimentally investigated. For this purpose, an available small-scale electrically heated combustor (20 kW) was used. On the basis of the results obtained, the technology of integrating predried brown coal combustion for power production based on the 200 MW and 235 MW units with conventional boilers and CFB was evaluated. This technological concept was patented.