Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Zrównoważony proces toryfikacji miskantusa stosowanego jako biopaliwo stałe, biowęgiel oraz nośnik do nawozów organicznych

Lewandowska Wiktoria, Szufa Szymon

Zeszyty Energetyczne

|

2020

|

T. 7

223--242

PL

Biomasa otrzymywana z roślin energetycznych bardzo często wymaga przetworzenia przed jej ostatecznym wykorzystaniem. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań związanych z przetwarzaniem miskantusa. Przeprowadzono badania w skali laboratoryjnej nad procesem toryfikacji tego typu biomasy. Analizy laboratoryjne zostały skupione na procesie toryfikacji, początkowo z wykorzystaniem technik TGA i DSC (do oceny energii aktywacji (EA), a następnie reaktora przepływowego, pracującego na pięciu poziomach temperatury (225, 250, 275, 300 i 525℃). Przeprowadzono analizę SEM-EDS miskantusa po procesach toryfikacji w trzech różnych temperaturach. Analiza procesu toryfikacyjnego pokazuje wyraźnie, że optymalna temperatura procesu z punktu widzenia współczynnika strat masy oraz perspektywy ekonomicznej wynosiłaby około 300–340℃. Praca ta wyraźnie pokazuje, że miskantus jest bardzo ciekawym materiałem zarówno w produkcji peletów, jak i w dalszej przeróbce, wykorzystywanym nie tylko jako nośnik energii, ale także jako nowy rodzaj źródła węgla w mieszankach nawozowych, gdzie przedstawiono go jako nośnik dla nawozów organicznych.

2

Prażenie materiałów spożywczych na przykładzie surowca dla branży piwowarskiej

Pałka Bartosz, Jackowski Mateusz, Mościcki Krzysztof

Zeszyty Energetyczne

|

2020

|

T. 7

315--333

PL

Celem pracy jest analiza parametrów prażenia zboża w celu uzyskania surowca możliwego do wykorzystania przez branżę browarniczą oraz przeprowadzenie analizy procesu z punktu widzenia energetyki i paliw alternatywnych. W ramach przygotowania do badań wykonano próbne prażenie, podczas którego zaobserwowano niepomijalny wpływ obecności pyłu na stopień wyprażenia zboża. Na podstawie analizy barwy i ekstraktywności próbek z próbnego prażenia ustalono, że przy czasie przebywania 30 min najbardziej obiecujący materiał otrzymuje się w przedziale 260–300°C, dla którego uzyskuje się barwę słodów karmelowych i barwiących oraz podwyższoną do około 10°BRIX ekstraktywność. Właśnie w tym przedziale wykonano pełnowymiarowe prażenia i zbadano produkowany gaz. Wyniki wskazują, że gaz ten jest niepalny, gdyż jego głównym składnikiem okazał się dwutlenek węgla, stanowiący balast. Również w pełnowymiarowej próbie skład gazu przy prażeniu mieszaniny zboża z pyłem był zauważalnie bogatszy w części palne, a barwa uzyskanego produktu ciemniejsza, niż dla samej pszenicy, sugerując głębsze wyprażenie. Próbowano to wyjaśnić poprzez bardziej intensywne odgazowanie pyłu, lecz analiza techniczna wykazała, że zboże odgazowuje głębiej od pyłu. Uznano, że efekt może wynikać z dostarczania dodatkowego ciepła w trakcie częściowego utleniania się pyłu. Dodatkowo zauważono, że odgazowanie w temperaturze 260°C było bardzo nieznaczne, a zauważalnie przyspieszyło dopiero w wyższych temperaturach.

3

Autotermiczny proces toryfikacji biomasy w aspekcie analizy gazów procesowych

Czardybon Agata, Ignasiak Karina, Robak Jolanta, Supernok Krzysztof

Przemysł Chemiczny

|

2020

|

T. 99, nr 10

1446--1453

PL

Określono wpływ rodzaju toryfikowanej biomasy i parametrów procesowych na skład generowanego gazu procesowego i jego przydatność do energetycznego zasilania procesu. Badania przeprowadzono w wielkolaboratoryjnej instalacji termicznej konwersji biomasy w reaktorze ze złożem przesuwnym, poddając procesowi toryfikacji: zrębki wierzby energetycznej i olchy, zrębki tartaczne mieszane oraz łupiny olejowca gwinejskiego. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem stopnia przereagowania biomasy, który jest ściśle zależny od korelacji temperatury i czasu trwania procesu toryfikacji, wzrasta zarówno ilość składników niekondensujących torgazu (CO, CH₄, C₂H₄ i C₂H₆, H₂), jak i lotnych składników organicznych, smół oraz wody. Okazało się, że skład gazu procesowego zależy także od rodzaju toryfikowanej biomasy.

EN

Energy willow chips, alder chips, mixed sawmill chips and palm kernel shells were torrefied in a moving bed reactor at an av. temp. 290–355°C and biomass flow 86.3–109.3 kg/h for 8–25 min to produce a solid fuel and a process gas. AcOH, MeOH, furan derivatives, aldehydes, ketones, arom. hydrocarbons, PhOH derivatives, water and tar were evidenced in the process gas. It contained also some amts. of CO, H₂ and short-chain aliph. hydrocarbons.

4

Innowacyjne termiczne przekształcanie osadów ściekowych. Cz.2

Pawlak-Kruczek Halina, Czerep Michał, Mularski Jakub, Krochmalny Krystian, Niedźwiecki Łukasz, Baranowski Marcin, Ostrycharczyk Michał, Wnukowski Mateusz

Wodociągi - Kanalizacja

|

2019

|

nr 1

24--26

5

Analiza procesu toryfikacji przy użyciu mikrofal jako nowoczesna metoda waloryzacji biomasy

Janus Paweł, Kosowska-Golachowska Monika, Sieradzka Małgorzata

Rynek Energii

|

2019

|

Nr 4

48--54

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych toryfikacji słomy pszenicznej i miskanta olbrzymiego przy użyciu mikrofal. Badania zostały przeprowadzone na stanowisku laboratoryjnym, którego głównym elementem był piec mikrofalowy o mocy 800 W i częstotliwości fal 2,45 GHz. Określono oddziaływanie czasu toryfikacji i mocy promieniowania mikrofalowego na ciepło spalania oraz zawartość pierwiastkowego węgla, wodoru i tlenu badanych paliw biomasowych. Ponadto wyznaczono optymalną moc mikrofal do prowadzenia procesu toryfikacji analizowanej biomasy.

EN

In this paper, microwave torrefaction of wheat straw and Miscanthus giganteus was studied. The experimental setup was developed using a microwave oven with 2.45 GHz frequency. The torrefaction effect was studied by varying the microwave power level (160-480 W) and reaction time (5-30 min). It was found that higher microwave power levels contributed to higher heating rate and reaction temperature, and thus produced the torrefied biomass with higher heating value (HHV) and lower O and H contents. Higher heating value was approximately 22 MJ/kg for Miscanthus giganteus and 21 MJ/kg for wheat straw at a microwave power level of 320 W for 30 min processing time. Therefore, the biochar produced by micro-wave torrefaction of the tested biomass can be an alternative fuel to replace or co-combustion with coal.

6

Charakterystyka wybranych technologii produkcji energii z biomasy w energetyce rozproszonej

Mirowski T., Mokrzycki E., Filipowicz M., Sornek K.

Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN

|

2018

|

nr 105

63--73

PL

Zmiany, które dokonują się na krajowym rynku paliw stałych, w szczególności prognozy dotyczące wzrostu cen, a także rosnące wymagania związane z przestrzeganiem obowiązujących norm ochrony środowiska, powodują wzrost zainteresowania odnawialnymi źródłami energii, zwłaszcza biomasą, wiatrem i promieniowaniem słonecznym. Źródła te umożliwiają osiągnięcie redukcji emisji CO2, a tym samym uniknięcie kosztów środowiskowych po 2020 roku. Dlatego też istotne znaczenie w tym zakresie będzie miał rozwój energetyki rozproszonej, która wyposażona w kotły biomasowe, kotły gazowe i wysokosprawne CHP, umożliwi spełnienie obowiązujących norm w zakresie efektywności energetycznej oraz emisji zanieczyszczeń do powietrza. Trzeba podkreślić, że podejmowane działania związane z ograniczeniem emisji (ustawa antysmogowa) będą przyczyniać się do zmniejszenia zużycia węgla w sektorze drobnych odbiorców (gospodarstwa domowe, rolnictwo oraz pozostali odbiorcy) na korzyść biomasy bądź innych źródeł odnawialnych. W artykule dokonano przeglądu wybranych technologii biomasowych: - kotły opalane biomasą rozdrobnioną (fluidalne, pyłowe oraz rusztowe), - kotły do spalania słomy, - układy kogeneracyjne zasilane biomasą, - toryfikacja i karbonizacja biomasy. W wymienionych technologiach biomasowych pokłada się nadzieję na ich dynamiczny rozwój i praktyczne zastosowanie w najbliższych latach, a tym samym na poprawę trudnej sytuacji w sektorze energetyki rozproszonej w zakresie mocy do 50 MW.

EN

The changes in the domestic solid fuel market (including forecasted increases in the fuel prices) and the growing requirements related to actual environmental standards, result in increased interest in renewable energy sources, such as biomass, wind and solar energy. These sources will allow to achieve reduction in the CO2 emission, and consequently – avoid environmental costs after 2020. Therefore, the development of distributed energy systems, based on the use of biomass boilers, gas boilers and high efficiency combined heat and power units, will enable the fulfillment of current standards in the field of energy efficiency and emission of pollutants to the atmosphere. It should be emphasized that the actions taken to reduce emissions (e.g. anti-smog act) will contribute to reducing coal consumption in the municipal and housing sector (households, agriculture and other customers) in favor of biomass and other renewable energy sources. The article reviews selected biomass technologies: - fluidized, dust and grate boilers, - straw-fired boilers, - cogeneration systems powered by biomass, - torrefaction and biomass carbonisation. The mentioned technologies are characterized by a high potential of in the field of dynamic development and practical application in the coming years. Thus, they can improve difficult situation in the distributed energy sector with a capacity up to 50 MW.

7

Rola biomasy toryfikowanej na rynku tradycyjnych paliw kopalnych

Poskart A., Szwaja S., Magdziarz A., Musiał D., Zajemska M.

Rynek Energii

|

2018

|

Nr 1

65--71

PL

Z uwagi na fakt, iż produkcja energii z biomasy wiąże się z występowaniem pewnych barier technologicznych, w szczególności w układach bezpośredniego jej współspalania z węglem, w ostatnich latach przedmiotem zainteresowania wielu naukowców stały się metody poprawiające jej właściwości energetyczne. Jedną z bardziej obiecujących metod waloryzacji biomasy jest toryfikacja. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań wpływu toryfikacji prowadzonej w atmosferze CO2 w zakresie temperatury od 250 do 350°C na właściwości energetyczne ślazowca pensylwańskiego. Badania przeprowadzono w reaktorze śrubowym, służącym do toryfikacji ciągłej. Otrzymane karbonizaty (tzw. biowęgiel) poddano analizie elementarnej (zawartość pierwiastków C, H, N) oraz technicznej, tj. oznaczono zawartość wilgoci, popiołu i części lotnych oraz wyznaczono ciepło spalania i wartość opałową. Wyniki badań wykazały, że proces toryfikacji przyczynił się do wzrostu wartości opałowej o około 39% (od 16,1 MJ/kg do 22,4 MJ/kg) i zawartości pierwiastka węgla o około 28% (od 45,9% do 58,6%), podczas gdy zawartość wilgoci uległa zmniejszeniu o 63% (od 9,4 do 3,4%). Przeprowadzone analizy potwierdziły, że toryfikacja ślazowca pensylwańskiego, w szczególności w temperaturze 350°C może w znacznym stopniu poprawić jego właściwości fizykochemiczne, a tym samym doprowadzić do uzyskania dobrej jakości surowca do celów energetycznych, stanowiącego alternatywę dla tradycyjnych paliw kopalnych.

EN

Due to the fact that the energy production from biomass is associated with certain technological barriers, in particular in the systems of its direct co-combustion with coal, in recent years methods of improving its energy properties have become the subject of interest of many scientists. One of the more promising methods of biomass valorization is torrefaction, involving drying at a temperature of 200 to 350°C in an inert atmosphere. This paper presents the results of studies on the impact of torrefaction carried out in the atmosphere of CO2 in the temperature range from 250 to 350°C on the energy properties of Virginia mallow. The research were carried out in a screw conveyor reactor for continuous torrefaction. The samples of obtained biochars were subjected to elemental analysis (content of C, H, N). The physicochemical properties were also evaluated, i.e. the calorific value, moisture content, ash content and volatiles fractions were determined. The research showed that as a result of torrefaction, the heating value increased by approx. 39% (from 16.1 MJ/kg to 22.4 MJ/kg) and the carbon content by approx. 28% (from 45.9% to 58, 6%), while the moisture content was reduced by 61% (from 9.4 to 3.6%). The carried out analyzes confirmed that torrefaction of Virginia mallow performed in particular at temperature of 350°C can significantly contribute to improving its physicochemical properties, and thus to obtain a good quality raw material for energy purposes, which is an alternative to traditional fossil fuels.

8

Szacowanie wartości opałowej i ciepła spalania gazu syntezowego powstającego w procesie zgazowywania karbonizatu otrzymanego z osadów ściekowych

Stępień P., Pulka J., Białowiec A.

Ochrona Środowiska

|

2018

|

Vol. 40, nr 1

45--50

PL

Jednym ze sposobów zagospodarowania osadów ściekowych może być ich zgazowywanie po wcześniejszej toryfikacji. W pracy przedstawiono wyniki symulacji procesu zgazowania karbonizatu uzyskanego podczas toryfikacji osadu ściekowego. Modelowanie procesu zgazowywania karbonizatu przeprowadzono w zakresie temperatury od 973 K do 1473 K, przy zastosowaniu powietrza jako czynnika zgazowującego. W każdej z temperatur przeprowadzono dziesięć symulacji, podczas których zmieniano wartość stosunku molowego tlenu do węgla (O/C). Uzyskane wyniki wykazały, że karbonizat otrzymany w procesie toryfikacji osadu ściekowego przez 60 min w temperaturze 533°K pozwolił na uzyskanie w temperaturze zgazowywania 973 K i przy stosunku molowym O/C=0,1 gazu syntezowego o największej wartości ciepła spalania (16,44 MJ/m3). Przeprowadzona analiza regresji wielokrotnej pozwoliła określić wpływ parametrów technologicznych (temperatura, stężenie czynnika zgazowującego) na uzyskane wartości ciepła spalania i wartości opałowej otrzymanego gazy syntezowego. Wykazano, że zmienną wpływającą w istotny sposób na proces zgazowania karbonizatu było stężenie czynnika zgazowującego, przy czym wraz z jego wzrostem następowało pogorszenie właściwości paliwowych gazu syntezowego. Parametrem technologicznym wpływającym nieistotnie na ten proces okazała się temperatura zgazowywania karbonizatu, ponieważ wraz z jej wzrostem nie odnotowano większych zmian w kaloryczności uzyskiwanego gazu syntezowego.

EN

One of the methods of sewage sludge management may be its gasification with prior torrefaction. Simulation results of gasification of the carbonized sewage sludge obtained in the process of torrefaction were presented. Modeling of the carbonized sludge gasification process was performed in temperatures ranging from 973 K to 1473 K with air applied as a gasifying agent. Ten simulations were performed at each temperature, during which the molar ratio of oxygen to carbon (O/C) was varied. The results showed that the carbonized sludge obtained by torrefaction for 60 min at 533 K allowed for production of syngas with the highest heating value (16.44 MJ/m3) at gasification temperature of 973 K and the molar ratio O/C=0.1. Multiple regression analysis allowed for determination of statistical significance of technological parameters (temperature, concentration of gasifying agent) on both the lower heating value (LHV) and the higher heating value (HHV) of syngas produced. The obtained results demonstrated that a variable that significantly influenced the gasification process was the gasification agent concentration. With its increase, the fuel properties of syngas deteriorated. There were no more significant changes in calorific value of the obtained syngas with the increase in temperature, therefore temperature was the technological parameter considered to affect the process in a less significant manner.

9

Commoditization of wet and high ash biomass : wet torrefaction - a review

Mościcki K. J., Niedźwiecki Ł., Owczarek P., Wnukowski M.

Journal of Power Technologies

|

2017

|

Vol. 97, nr 4

354--369

EN

Biomass is a non-intermittent energy source, which can play an important role in grid-based energy systems, since they need some non-intermittent sources in order to balance the variability of intermittent sources as wind and solar energy. Currently, this role is played mostly by fossil fuels, mainly because of the bulk size of a single source. Higher variability and lower energy concentration, among with some properties of biomass, are obstacles that prevent it from fully becoming a commodity. There are processes, such as dry torrefaction and hydrothermal carbonization (HTC) that could potentially help in terms of making biomass a tradable commodity, as is the case with fossil fuels. HTC, also known as wet torrefaction, might help solve problems that dry torrefaction is incapable of solving. These obstacles are, namely: high ash content, slagging and fouling properties of biomass (along with corrosion). Also the high moisture content of some types of biomass poses a problem, since they usually require substantial amounts of heat for drying. This paper reviews current knowledge about a process that could possibly transform problematic types of biomass into tradable commodities and compares it with other processes offering similar outcomes.

10

Torrefaction of various types of biomass in laboratory scale, batch-wise isothermal rotary reactor and pilot scale, continuous multi-stage tape reactor

Pawlak-Kruczek H., Krochmalny K., Mościcki K., Zgóra J., Czerep M., Ostrycharczyk M., Niedźwiecki Ł.

Inżynieria i Ochrona Środowiska

|

2017

|

T. 20, nr 4

457--472

EN

Torrefaction is a thermal pretreatment process that improves properties of biomass relevant to its use as a fuel. It increases a heating value of the biomass, bringing it closer to the one of coal. That prevents the loss of power due to a decrease in calorific value of the fuel when biomass is supposed to replace coal partially. Along with less hygroscopic nature, in comparison to raw biomass, it allows improving logistics of the fuel. It also enhances grindability of the fuel, which is important for boilers and gasifiers that use pulverized fuel. In this study, four types of biomass were torrefied under different temperature regimes. Tests were performed in two different torrefaction reactors: laboratory scale Isothermal Rotary Reactor and pilot scale Multi-stage Tape Reactor (output up 10 kg/h and 100÷500 kg/h respectively). The process was characterized using dry mass loss during torrefaction, known as the mass yield. Energy yield was also calculated. Raw materials have been compared to the corresponding torrefied products. The comparison was based on standard set of properties, that is mandatory to be tested for any solid fuel, e.g., results of the proximate and ultimate analysis, the calorific value of the fuel. Obtained results have shown a significant improvement, regarding grindability after torrefaction. Also, hydrophobic nature of raw and torrefied biomass was a subject of tests. The propensity towards the moisture absorption was determined, by long-term storage under constant relative humidity conditions. Decreased rate of moisture absorption was observed for torrefied biomasses when compared with corresponding raw materials.

PL

Toryfikacja jest procesem obróbki termicznej, który poprawia własności biomasy pod kątem jej zastosowania jako paliwa. Proces zwiększa wartość opałową waloryzowanej biomasy, czyniąc ją bliższą do tej, jaką ma węgiel. Pozwala to zapobiegać obniżeniu mocy w przypadku częściowego zastąpienia węgla tak przetworzoną biomasą. W połączeniu z mniej higroskopijną naturą, w porównaniu do nieprzetworzonej biomasy, pozwala to na poprawę logistyki paliwowej. Proces poprawia też przemiałowość biomasy, co jest niezwykle istotne w przypadku kotłów i zgazowarek wykorzystujących paliwo stałe w postaci pyłu. W zakres niniejszej pracy wchodziło przeprowadzenie toryfikacji biomasy w różnych reżimach temperaturowych. Testy zostały przeprowadzone na dwóch różnych reaktorach: izotermicznym reaktorze obrotowym (w skali półtechnicznej) i wielopoziomowym reaktorze taśmowym (w skali pilotażowej). Proces został scharakteryzowany pod względem utraty suchej masy w procesie toryfikacji (zwanym powszechnie uzyskiem masy) oraz pod względem uzysku energii. Dokonano także porównania biomasy nieprzetworzonej z jej toryfikowanym odpowiednikiem pod względem uzyskanych wyników analizy technicznej, elementarnej oraz kaloryczności. Testy wykonane na młynie laboratoryjnym potwierdziły wzrost podatności na przemiał biomasy poddanej procesowi toryfikacji. Oszacowany został także wpływ toryfikacji na jej długoterminowe przechowywanie poprzez ocenę jej hydrofobowości. Ocena ta została dokonana na podstawie obserwacji zmiany wigotności próbek przechowywanych w warunkach stałej wilgotności. W porównaniu z nieprzetworzoną biomasą toryfikaty wykazały mniej hydrofobową naturę.

11

Karbonizat ślazowca pensylwańskiego jako paliwo do kotłów węglowych c.o.

Poskart A., Szwaja S., Musiał D.

Rynek Energii

|

2016

|

Nr 6

104--108

PL

W artykule przedstawiono możliwości wykorzystania ślazowca pensylwańskiego - uprawy energetycznej, która w wyniku wysokiego plonowania może być źródłem biomasy na cele opałowe. W celu wyeliminowania wad biomasy, jako paliwa stałego do kotłów węglowych, przeprowadzono proces uwęglania (toryfikacji) ślazowca, co spowodowało uzyskanie materiału palnego o składzie chemicznym, w tym składników palnych, zbliżonym do węgla kamiennego. Uwęglona biomasa może zastąpić węgiel w kotłach węglowych bez konieczności ich modyfikacji. Przeprowadzone badania laboratoryjne potwierdziły, że uwęglanie w przedziale temperatury 300-350ºC (toryfikacja) ślazowca pensylwańskiego ma pozytywny wpływ na poprawę jego właściwości jako potencjalnego paliwa, które może zastąpić węgiel np. w domowych kotłach węglowych C.O. Toryfikacja w istotny sposób przyczyniła się do zwiększenia ciepła spalania i wartości opałowej toryfikowanych próbek poprzez znaczne zmniejszenie zawartości wilgoci w odniesieniu do próbki surowej. Ponadto, w wyniku badań okazało się, że czas wyprażania można skrócić nawet do 20-30 minut w temperaturze 300ºC bez znaczącego uszczerbku na walorach opałowych powstałego paliwa.

EN

The paper presents possibilities of applying Virginia Mallow plant – considered as energetic crops – as solid fuel for boilers due to its high growing yield. Torrefaction process was introduced to Virginia Mallow to eliminate typical drawbacks of biomass as direct fuel to coal fired boilers. In this way, a satisfactory good carbonized material, on the basis of chemical analysis similar to coal, was obtained. Carbonized biomass can be directly applied to coal fired boilers without their modification. Laboratory research confirmed that carbonization of Virginia mallow within the temperature range 300-350°C (torrefaction) has a positive impact on improvement of its properties as a potential fuel that can replace coal in domestic boilers. Torrefaction significantly contributes to increase in the heat of combustion as well as heating value of torrefied samples by reduction in the moisture content in comparison to a crude sample. Furthermore, as a result of this research it was found that the carbonization time can be reduced up to 20-30 minutes at 300°C without significant loss of heating values of the received fuel.

12

Mokra toryfikacja zrębków drewna bukowego

Świątek Ł., Owczarek P., Kułażyński M.

Przemysł Chemiczny

|

2016

|

T. 95, nr 2

320--323

PL

Przeprowadzono mokrą toryfikację zrębków drewna bukowego. Surowiec o zawartości 50% mas. wilgoci przetwarzano w reaktorze o pracy okresowej. Wsad wygrzewano przez 5–30 min w zakresie temp. 190–230°C. Określono wpływ warunków czasowo‑temperaturowych na zmianę stopnia uwęglenia, pozostałości po spopieleniu oraz ciepła spalania produktu stałego. Oznaczono stopień konwersji surowca do produktu gazowego oraz udział w nim CO i CO2.

EN

Beech wood chips were wet torrefacted in a batch reactor. The wet raw material (moisture content 50%) was heated at 190–230°C for 5–30 min. The gas yield was 0.23–2.23%. The gas contained CO2 (up to 94.14%) and CO (up to 5.86%). The solid product had a reduced volatile matter content (up to 67.02%), increased higher heating value (up to 22.24 MJ/kg), irregularly changed ash content (658–749 mg/MJ) and fixed C content (up to 32.31%).

13

Technologie produkcji biowęgla – zalety i wady

Dębowski M., Pawlak-Kruczek H., Czerep M., Brzdękiewicz A., Słomczyński Z.

Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

|

2016

|

R. 9, nr 26

26--39

PL

Rosnące zapotrzebowanie na energię zmusza do poszukiwania nowych rozwiązań umożliwiających jej pozyskanie – konwersję. Najprostszym sposobem wytwarzania ciepła oraz energii elektrycznej jest proces spalania paliwa w kotłach energetycznych. Najbardziej popularnymi paliwami są węgiel brunatny lub kamienny. Ze względu na wyczerpalność tych zasobów oraz konieczność redukcji emisji CO2, poszukiwane są inne rozwiązania. Jednym z dobrze rokujących kierunków rozwoju jest spalanie biowęgla, który należy rozumieć jako biomasę poddaną obróbce cieplnej, tj. wolnej pirolizie inaczej toryfikacji. Toryfikacja polega na powolnej dekompozycji termicznej składowych biomasy poprzez jej ogrzewanie do stosunkowo niskiej temperatury w atmosferze bez utleniacza. Przeprowadzono wiele prac badawczych, stąd proces jest w znacznej mierze rozpoznany. W chwili obecnej realizowane są pracę nad przeniesieniem wyników badań i technologii ze skali laboratoryjnej do przemysłowej. W zamyśle konstruktorów jest to, aby reaktory do produkcji biowęgla były w dużym stopniu autotermiczne, tym samym, by w trakcie pracy nie wymagały dodatkowego źródła energii, poza gazem procesowym wydzielanym z materiału poddanego obróbce. W pracy przedstawiono wymagania stawiane biowęglowi i trudności, które trzeba rozwiązać w procesie jego produkcji. Omówiono różne, dostępne na rynku, technologie oraz je porównano.

EN

Rising energy demand forced to seek new solutions for its acquisition – conversion. The simplest method of producing heat and electricity is the combustion process in power plant boilers. The most common fuels are lignite and hard coal. Due to limited resources of these fuels and the need to reduce the CO2 emissions, other solutions are sought. One of the promising direction is the biochar burning, which implies the biomass is subjected to heat treatment – i.e. slow pyrolysis otherwise torrefaction. Torrefaction consists in a slow thermal decomposition of biomass components by heating it to a relatively low temperature in the atmosphere without oxidant. Many studies conducted thus the process is largely recognized. Currently work on the transfer of research results and technologies from the laboratory scale to industrial scale are carried out. The intention of designers is to reactors for the production of biochar were largely autothermal thereby that during operation does not require an additional power source, otherwise the process gas is secreted from the treated material. The paper presents what are the requirements for biochars and shows difficulties that must be solved in the process of their production. Various technologies available on the market are shown, together with a comparison of their advantages and disadvantages.

14

Analiza procesu toryfikacji biomasy

Kratofil M., Zarzycki R., Kobyłecki R., Bis Z.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2015

|

z. 87 [291], nr 2

119--126

PL

W artykule dokonano zestawienia oraz analizy zmian parametrów fizykochemicznych biomasy w efekcie poddania jej obróbce termicznej w temperaturze 350°C. Wyniki badań wskazują, że umożliwia to właściwie całkowite usunięcie wilgoci z toryfikowanej biomasy, a dodatkowo jest widoczny wyraźny spadek zawartości części lotnych w produkcie, przy jednoczesnym wzroście zawartości tzw. fixed carbonu. Wykazano także, że toryfikacja biomasy powoduje wzrost zawartości węgla w produkcie, a także wzrost parametrów energetycznych (ciepło spalania i wartość opałowa).

EN

In this paper the changes of some chosen physico-chemical parameters of biomass as a result of its thermal treatment at the temperature of 350°C are investigated. The results indicate that torrefaction provides suitable conditions for complete elimination of moisture from the biomass, as well as for significant decrease of the volatile content, and the increase of the, so-called, fixed carbon. It was also demonstrated that the torrefaction of biomass brings about the increase of the carbon content in the solid product, as well as the increase of its high and low heating values and heat of combustion.

15

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

16

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.

17

Badania procesu toryfikacji biomasy

Kratofil M., Zarzycki R., Kobyłecki R., Bis Z.

Polityka Energetyczna

|

2014

|

T. 17, z. 4

137--146

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań toryfikacji wybranych próbek biomasy, istotnych z punktu widzenia potencjalnego wykorzystania w warunkach polskich. Badania obróbki termicznej próbek przeprowadzono w różnych temperaturach, analizując wpływ warunków termicznych na proces suszenia i toryfikacji oraz na skład biomasy, w tym zawartość części lotnych, fixed carbonu, pierwiastków C i H oraz na jej parametry energetyczne (ciepło spalania). W efekcie przeprowadzonych badań wykazano, że w określonych warunkach temperaturowych następuje wzrost temperatury powyżej panującej w piecu, co potwierdza występowanie reakcji egzotermicznych. W efekcie badań stwierdzono także, że największe zmiany masy próbek oraz zmiany zawartości części lotnych, pierwiastków C i H oraz wartości ciepła spalania stałej pozostałości po obróbce termicznej następują wskutek wzrostu temperatury procesu w zakresie 250–300°C.Wyniki badań wykazały także, że odpowiedni wybór temperatury obróbki termicznej pozwala na uzyskanie stałego produktu podprocesowego (karbonizatu) o zawartości pierwiastka C dochodzącej do 80% i charakteryzującego się ciepłem spalania nawet 30 MJ/kg. Przedstawione w pracy wyniki potwierdziły, że uzyskanie pożądanych parametrów biomasy możliwe jest poprzez odpowiednią kontrolę temperatury obróbki termicznej.

EN

This paper presents the results of torrefaction of selected biomass samples which are important from the point of view of their potential use in Poland. The sample thermal treatments were carried out at various temperatures, analyzing the process parameters’ effects on biomass drying and torrefaction. Furthermore, the effect of the process parameters on biomass composition, including the content of volatile matter, fixed carbon, the elements C and H, and high heating value, was also investigated. The study results demonstrated that under specified temperature conditions, a temperature rise is observed, thus confirming the occurrence of exothermic reactions. It was also determined that the most significant variations in sample weight, changes in the volatile content and the contents of the elements C and H, as well as changes in the calorific value of solid residues, occurred for cases when the process temperature was increased from 250°C to 300°C. The test results also indicated that proper selection of the temperature of sample thermal treatment makes it possible to produce solid carbonatious char containing as much as 80% C, and characterized by a high heating value of up to 30 MJ/kg. The results presented in this paper confirm that the parameters of thermally-treated biomass may be controlled by the temperature of the process of its thermal treatment.

18

Assumptions of renewable energy sources technology transfer center's program of research in the field of energy crop processing

Romanowska-Duda Z., Grzesik M., Pszczółkowski W., Piotrowski K., Pszczółkowska A.

Acta Innovations

|

2014

|

no. 13

12--22

EN

The development of biomass-based renewable energy requires a broad range of research aimed at developing effective agrotechnologies that address a wide assortment of energy crops that can be grown in a country. The aim of this article is to present the most important directions of research on improving agrotechnology of biomass production and its processing based on the species of energy crops collected in the garden collection of the RES Technology Transfer Center.

19

Toryfikacja – recykling organiczny odpadów

Białowiec A., Pulka J., Wiśniewski D.

Przegląd Komunalny

|

2013

|

nr 12

36--38

PL

Rozwój cywilizacyjny powoduje, iż w ostatnich latach znacznie wzrosła produkcja odpadów, w tym biomasy odpadowej (np. w strumieniu odpadów komunalnych, osadów ściekowych czy przefermentowanych odpadów z biogazowni). Jednym z rozwiązań sprzyjających zagospodarowaniu istotnej części tej biomasy jest proces toryfikacji, czyli swoista forma recyklingu.

20

Toryfikacja biomasy drogą do eliminacji barier technologicznych wielkoskalowego jej współspalania

Kopczyński M., Zuwała J.

Polityka Energetyczna

|

2013

|

T. 16, z. 4

271--284

PL

Prognozy pokazują, że światowa konsumpcja energii elektrycznej wzrośnie od 2007 do 2035 r. o 49% (International 2010). Dodatkowo narzucony przez Parlament Europejski udział energii elektrycznej wyprodukowanej w odnawialnych źródłach energii (OZE) z roku na rok wzrasta. Szybki wzrost produkcji energii elektrycznej z OZE Polska zawdzięcza przede wszystkim rozwojowi technologii konwersji biomasy w krajowych obiektach energetycznych oraz elektrowniom wiatrowym. Jednakże głównym źródłem energii elektrycznej w OZE w Polsce w ostatnich latach jest energia chemiczna biomasy, z czego zdecydowaną większość wytworzono w procesach jej współspalania z paliwami kopalnymi (w 2011 roku około 80%) (URE 2012). Wielkoskalowe wytwarzanie energii z biomasy stałej związane jest jednak z występowaniem pewnych ograniczeń technologicznych, które przyczyniły się nie tylko do rozwoju nowych rozwiązań technologicznych w energetyce, lecz także do rozwoju procesów jej wstępnego przygotowania przed energetycznym wykorzystaniem, tj. suszenie, kompaktowanie, czy toryfikacja. Obiecującą metodą waloryzacji biomasy wydaje się być proces tzw. toryfikacji, w którym otrzymuje się produkt stały (tzw. toryfikat) o właściwościach fizykochemicznych, korzystniejszych w przypadku zastosowania go jako paliwa dla energetyki w porównaniu z biomasą surową. Toryfikat jest materiałem jednorodnym, charakteryzuje się przede wszystkim zwiększoną podatnością przemiałową i gęstością energetyczną, a jego właściwości fizykochemiczne zbliżone są bardziej do niskokalorycznych węgli niż do biomasy nieprzetworzonej (Bergman, Kiel 2005). W artykule przedstawiono strukturę wykorzystania odnawialnych źródeł energii w krajowej energetyce, przedstawiono bariery technologiczne występujące w procesach współspalania biomasy z węglem oraz przedstawiono korzyści wynikające zastąpienia jej biomasą toryfikowaną.

EN

According to the prognosis, world's energy consumption will increase by 49% (from 2007 to 2035, International 2010). Additionally, the obligatory share of electricity coming from renewable energy sources (RES) increases annually. Rapid growth of RES electricity production in Poland could be achieved mostly due to the dynamic development of biomass combustion and co-firing in domestic utilities and to the wind energy. Concerning biomass based electricity, the most of it was generated in the processes of co-firing with fossil fuels (80% of the total RES based electricity was coming from biomass cofiring in 2011, URE 2012). However large scale biomass based electricity bound with several technological barriers which enhanced the development of not only new technologies but also come-back to the implementation of its pre-processing processes, such as drying, compacting or torrefaction. The promising method of solid biomass valorization can be torréfaction, which leads to the achievement of solid fuel, which physicochemical properties are more favorable as to be used as a fuel in coal-dedicated installations. Torrified biomass has a homogenous structure, better milling per¬formance comparing to raqw biomass, has a higher energy density. All these features make a torrified biomass more like a coal than a biomass (Bergman, Kiel 2005). The paper presents the barriers of raw biomass use for energy production in Poland, torrefaction process itself and indicates the advantages of use torrified biomass for energy production in the existing coal fired utilities.