W rozdziale przedstawiono koncepcję wykorzystania magazynu gazu w hybrydowym systemie wytwarzania energii elektrycznej składającym się z odnawialnych źródeł energii elektrycznej oraz układu reaktor zgazowania biomasy–silnik gazowy. Wyjaśnione zostały powody wyboru takiego tematu oraz zaprezentowany został brak literatury obejmującej ten temat, w szczególności w Polsce. Dokonana została analiza dostępnej literatury odnoszącej się do magazynowania syngazu. Przedstawiono różne typy magazynów gazu syntezowego. Wskazano ich zalety (takie jak zwiększenie stabilności i sprawności procesu zgazowania lub poprawę dostępności mocy) oraz wady (trudności inwestycyjne i eksploatacyjne, wymagane wysokie ciśnienia gazu). Opisano również zagrożenia związane z ich eksploatacją. Wśród nich należy wymienić w szczególności korozyjność związaną z dużą zawartością wodoru oraz niebezpieczeństwo pożaru. Następnie zaproponowano koncepcję i zamodelowano układ hybrydowy wykorzystujący magazyn gazu. Dokonano jego analizy pod kątem energetycznym (sprawności), niezawodnościowym (wskaźnik LOLP) oraz liczby rozruchów w ciągu roku. Następnie porównano go z układem bez magazynu gazu. Na tej podstawie stwierdzono, że wykorzystanie magazynu nieznacznie zwiększa sprawność układu pomimo zwiększenia zużycia energii na potrzeby własne. Ponadto magazyn zmniejsza niemal dwukrotnie prawdopodobieństwo utraty zasilania, co poprawia niezawodność układu. O około 25% zmniejszona zostaje również liczba rozruchów, co może zmniejszyć ilość paliwa rozpałkowego.
EN
The paper presents the concept of the use of a gas storage in a hybrid electricity generation system consisting of renewable energy sources and a gasifier – gas engine system. The reasons for choosing the topic were explained and the research gap, especially in Poland, was presented. A literature analysis on the topic of syngas storage was conducted. Different types of syngas storages were presented. The paper shows their advantages and disadvantages. The hazards associated with the use of syngas storages are also described. They are: the corrosivity associated with the high content of hydrogen, and the risk of fire. Next, the concept of a hybrid generation system with the gas storage was proposed. It was analyzed in terms of energy (efficiency), reliability (LOLP) and the number of start-ups per year. Moreover, it was compared with a system without the gas storage. As a result, it was found that the use of the gas storage slightly increases the efficiency of the system, despite the increase in energy consumption for own needs of the system. In addition, the storage decreases the probability of power loss (about 50%), which improves system reliability. The number of starts is also reduced by about 25%, which can reduce the amount of start-up fuel.
W artykule przedstawiono wyniki badania możliwości zastosowania filtra ceramicznego w instalacji zgazowania biomasy oraz sprawdzenie skuteczności odpylania w przypadku odpylania powstającego gazu procesowego zamiast odpylania spalin. Dzięki temu można uzyskać znacznie niższy poziom emisji pyłu, niż w przypadku odpylania spalin. Badania przeprowadzono na oryginalnym stanowisku do zgazowania biomasy, w którym jako materiał wykorzystano trociny z drzew iglastych. Opisano zasadę działania stanowiska, metodykę pomiarów oraz wykorzystane przyrządy pomiarowe. Zmierzono zapylenie gazu przed i za filtrem, określając skuteczność odpylania gazu na poziomie 99,1%. Przeprowadzono analizę gazu procesowego oraz odseparowanego pyłu. W oparciu o wyniki tych analiz oszacowano zapylenie spalin za komorą spalania gazu. Wyliczono, że zawartość pyłu w spalinach zmniejszyła się 11-to krotnie w stosunku do zapylenia gazu procesowego za filtrem. W trakcie badań przeprowadzono pomiar zapylenia spalin opuszczających komorę spalania. Stwierdzono dobrą zgodność obliczonej wartości zapylenia z wartością zmierzoną za komorą spalania. Metoda szacowania pozwoliła obliczyć całkowitą skuteczność odpylania spalin za pomocą filtra ceramicznego. Na jej podstawie określono skuteczność odpylania filtra na poziomie 99,9%.
EN
This paper presents a study on the application of a ceramic filter in the biomass gasification process and its efficiency in particulate matter removal from the process gas and flue gas. A significant advantage of this type of filter is its high efficiency in small particle removal (< 1 µm). This feature allows us to reach the much lower emissions that are required by the applicable standards. The study was performed using an original biomass gasification installation, where conifer scobs were used as feedstock. The installation, its operation and measurement methodology are described in the article. The study included the analysis of process gas and particulate matter, as well as particulate matter content before and after the filter was applied. The measurements indicate that the efficiency of particulate matter removal reaches 99.1%. The analysis of particulate matter in the process gas allowed us to determine that its content was 18.26%, and additionally it was indicated that it contained combustible parts, which undergo combustion in the combustion chamber. It was found that the content of particulate matter is reduced 11 times when compared to the process gas before the filter. An accurate estimation of particulate matter content in flue gas has been also shown for the system without the ceramic filter. As a result, the method allowed us to determine the overall efficiency of particulate matter removal using the ceramic filter, which is equal to 99.9%.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
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
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono wyniki doświadczalnych badań mikrobiologicznej i energetycznej stabilności biomasy drzewnej przechowywanej w postaci peletów. Stwierdzono, że sposób przechowywania materiału oraz czas ograniczały ilość mikroorganizmów stanowiących potencjalne źródło zagrożeń biologicznych. Przechowywanie peletów wpłynęło negatywnie na kaloryczność powstałego z nich paliwa gazowego. Zawartość gazowych składników stanowiących nośniki energii w miarę upływu czasu przechowywania peletów uległa zmniejszeniu.
EN
Pine wood pellets (diam. 6 mm, humidity 15%) were analyzed immediately after prodn. as well as after vacuum storage for up to 6 mos. in order to est. the impact of storage time on the no. of microorganisms on their surface and on a change in the calorific value and compn. of offgases from gasification. Storage of the pellets for 6 mo. resulted in over 99% redn. in the no. of microorganisms and a 50% redn. in calorific value in comparison with the fresh sample.
W artykule zaprezentowano rezultaty analizy porównawczej dwóch układów, tj. układu kogeneracyjnego złożonego z reaktora zgazowania biomasy, układu chłodzenia i oczyszczania gazu oraz gazowego silnika tłokowego (wariant I) oraz układu stanowiącego rozszerzenie wariantu I o silnik Stirlinga, który zasilany jest ciepłem pozyskanym na drodze chłodzenia gazu procesowego (wariant II). Podstawowym wskaźnikiem oceny był wskaźnik NPVR. W ramach prowadzonych analiz uzmienniano poziom wychłodzenia gazu (100, 350 i 600 K) realizowany w ramach silnika Stirlinga, jednostkową cenę zakupu oraz zabudowy silnika Stirlinga, cenę biomasy oraz cenę sprzedaży wytworzonego ciepła i energii elektrycznej.
EN
In the paper the results of comparative analysis of two systems, ie. cogeneration system consists of biomass gasification reactor, gas cooling and cleaning installation and gas piston engine (variant I), and cogeneration system representing the extension option of variant I, in which the Stirling engine is installed. The Stirling engine uses the high-temperature potential of the raw process gas (variant II). The main evaluate indicator was NPVR index. In the analysis the degree of cooling of the raw gas (100, 350 and 600 K) realized in the Stirling engine, unit investment costs for the purchase and installation of the Stirling engine, biomass price, useful heat price and electricity price have been changed.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Oceniając efektywność procesu zgazowania biomasy, należy wziąć pod uwagę nie tylko ilość i jakość uzyskiwanego gazu procesowego, ale także wytwarzanych produktów ubocznych (i koszty ich utylizacji). Zwrócono uwagę na możliwość generowania przez instalacje konwersji biomasy silnie zanieczyszczonych wód pogazowych, wskazano główne przyczyny ich szczególnej uciążliwości, a także potencjalne możliwości ich zagospodarowania. Dokonano analizy danych literaturowych pod kątem oceny stopnia zanieczyszczenia ścieków z procesów zgazowania biomasy, a także przedstawiono przegląd podejmowanych prób ich utylizacji z wykorzystaniem metod chemicznych, fizykochemicznych i biologicznych. Wykazano, że z uwagi na złożony i zmienny skład, woda pogazowa może stanowić poważny problem mogący w znacznym stopniu ograniczać rozwój technologii termicznej konwersji biomasy. Zauważono też, że badania nad utylizacją ścieków skupiają się głównie na poszukiwaniu sposobów mających na celu degradację zawartych w nich substancji (mimo że występuje w nich wiele składników mogących stanowić surowce dla przemysłu chemicznego, m.in. fenol, amoniak, metanol i kwas octowy).
EN
A review, with 45 refs., of processes for biomass gasification and raw gas purifn. A particular attention was paid for composition of highly contaminated tar waters and their treatment.
W artykule zaprezentowano wyniki prac Instytutu Energetyki dotyczące rozwoju koncepcji reaktora zgazowania biomasy, produkującego gaz o wyższej czystości niż w typowych technologiach. Gaz ten docelowo przeznaczony jest do generacji energii elektrycznej w układach sprzężonych ze stałotlenkowymi ogniwami paliwowymi (SOFC). Zaprezentowano realizację koncepcji układu reaktora KAJOT. Efektywność opracowanego reaktora, w stosunku do konwencjonalnych i znanych z zastosowań w małej skali reaktorów, wykazana została w testach porównawczych w skali 10-20 kW. Przedstawiono prosty układ do oczyszczania gazu procesowego, pozwalający na spełnienie wymagań jakościowych i czystościowych ogniw SOFC. Moc strumienia gazowego produkowanego w instalacji wynosi 16.7 kW, co odpowiada mocy elektrycznej 2.5-5 kW w układzie ze stosami ogniw paliwowych typu SOFC.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Zaprezentowano zagadnienia związane z wykorzystaniem surowców odpadowych w procesie zgazowania dla produkcji w kogeneracji energii elektrycznej oraz ciepła. Scharakteryzowano m.in. właściwości fizykochemiczne osadów ściekowych, stałych palnych odpadów komunalnych oraz biomasy pod kątem procesu zgazowania w reaktorze ze złożem stałym. Przedstawiono badawczą instalację z generatorem gazu (GazEla) ze złożem stałym o mocy ok. 60 kWt. Opisano przebieg prac eksperymentalnych mających na celu stabilne wytwarzanie gazu procesowego dla potrzeb silnika tłokowego. Przedstawiono przebiegi charakterystycznych temperatur w reaktorze, stężenia głównych składników gazu procesowego, a także wykres Sankeya obrazujący bilans masowy generatora gazu.
EN
Alder chips, solid recovery fuel and their mixts. with preliminarily dried sewage sludge were gasified with an O₂-enriched air in a pilot-plant fixed-bed reactor (60 kWt) at 600–1100°C to produce the CO, CO₂, MeH and H₂-contg. process gas. The gas produced by gasification of the chips contained 20% CO, while the gasification of solid recovery fuel yielded the gas containing only 13% CO. In the case of the composite fuel, the CO content was even lower.
Frakcja wodna, powstająca w instalacjach zgazowania stanowi złożoną mieszaninę zawierającą w swym składzie zarówno zanieczyszczenia fizyczne, jak i szereg substancji o różnej budowie chemicznej; jest uciążliwym produktem ubocznym procesu termicznego przetwórstwa biomasy. W pracy dokonano oceny możliwości zastosowania strippingu powietrzem do usuwania zanieczyszczeń z frakcji ściekowych oraz jego wpływu na skuteczność procesów pogłębionego utleniania przy zastosowaniu nadtlenku wodoru lub odczynnika Fentona.
EN
The water fraction coming from the gasification installations, due to being a complex mixture of physical pollutions and various chemicals, remains as a burdensome by-product of the process of the biomass thermal processing. As a part of this paper, the evaluation of the possibilities of using air stripping in order to remove the pollution from the tar water fraction, as well as, its influence on the processes of advanced oxidation with the Fenton’s reagent or with hydrogen peroxide has been made.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Artykuł zawiera opis koncepcji kogeneratora z silnikiem spalinowym czterosuwowym iskrowym zasilanym gazem drzewnym, pochodzącym ze zgazowania biomasy. Przedstawiono metody adaptacji silników spalinowych z zapłonem iskrowym oraz zapłonem samoczynnym do wykorzystania gazu drzewnego. Zaprezentowano problemy techniczne silników zasilanych gazem drzewnym.
EN
The article contains a description of the concept of CHP unit with a four-stroke internal combustion engine powered by wood gas from biomass gasification. The methods of adaptation of internal combustion spark-ignition and compression-ignition engines to using wood gas were presented. Technical problems of engines powered by wood gas were also presented.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Opracowano koncepcję konwersji biomasy do energii elektrycznej, kładąc szczególny nacisk na kwestię zawracania powstających produktów ubocznych i ciepła do procesu. Dokonano optymalizacji układu zgazowania biomasy, w wyniku których uzyskano ciągłą produkcję gazu o stabilnych parametrach. Rozważono dwa warianty innowacyjnego sposobu oczyszczania gazu ze zgazowania odpadów biomasowych. Dla każdego z wariantów opracowano schemat technologiczny wytwarzania gazu oczyszczonego, spełniającego wymagania dla zasilania dwupaliwowego silnika gazowego.
EN
A new concept for optimum biomass gasification and biogas purifn. was developed in 2 options.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper presents the results of a thermodynamic and economic analysis concerning the use of gas from gasification of biomass in a cogeneration system with an internal combustion piston engine, working for the needs of a district heating network, with power of 1.5 MW in biomass supplied. The data on the gas generation and purification process were taken from real experiments conducted on a research installation with a fixed bed gasifier at the Institute for Chemical Processing of Coal in Zabrze. Electricity and heat generation efficiency and electric and thermal power of the system were primarily used as indicators of the thermodynamic evaluation. The economic analysis was carried out using discount methods, taking into account the existence of support mechanisms in the form of the colorful certificates. A sensitivity analysis of evaluation indices to the change of selected characteristics was performed.
The consequence of biomass gasification is generation of a gas mixture composed mainly of hydrogen, carbon mono and dioxide, and methane, called SNG (Substitute Natural Gas) which can be utilized as an alternative fuel for internal combustion engines. However, the product gas mixture cannot be directly supplied to the engine due to variability of its composition as well as its impurities. This brings the necessity to conduct a series of procedures of gas purification and conditioning before supplying the engine. This paper therefore deliberates a concept of gas conditioning method.
PL
W wyniku procesów zgazowania biomasy powstaje mieszanina gazów składająca się między innymi z wodoru, tlenu węgla, ditlenku węgla i metanu, tzw. syngaz, który może zostać wykorzystany jako paliwo alternatywne do silnika spalinowego. Powstały syngaz, ze względu na swój skład (występowanie zanieczyszczeń) i parametry nie może być jedna podany do silnika w sposób bezpośredni. Niezbędne jest więc przeprowadzenie szeregu zabiegów kondycjonowania i oczyszczania gazu syntetycznego. W pracy przedstawiono koncepcję i metody kondycjonowania gazów.
This paper presents results of thermodynamic analyses of a variant assuming integration of a cogeneration system based on the biomass gasification process with a Stirling engine. The aim of incorporating an additional component is to increase the system potential for electricity generation at a parallel reduction in heat production. In the analyzed system, the Stirling engine is supplied with high-temperature heat of the raw process gas. The degree of the gas cooling, which determines the extra electric power that could be obtained, was used in the analysis as a decision variable. In order to determine the basic characteristic quantities of the Stirling engine, including its efficiency depending on the degree of the gas cooling, a numerical model of the machine was developed. The ultimate effect of the works was to determine the basic indices of the thermodynamic effectiveness of the entire cogeneration system.
PL
W artykule przedstawiono wyniki analiz termodynamicznych dla wariantu zakładającego integrację układu kogeneracyjnego bazującego na procesie zgazowania biomasy z silnikiem Stirlinga. Celem wykorzystania w układzie dodatkowego elementu jest zwiększenie potencjału układu w zakresie produkcji energii elektrycznej przy równoczesnym ograniczeniu potencjału w produkcji ciepła. W analizowanym układzie silnik Stirlinga zasilany jest wysokotemperaturowym ciepłem surowego gazu procesowego. Stopień wychłodzenia gazu, który determinuje możliwą do pozyskania, dodatkową moc elektryczną był w analizie zmienną decyzyjną. Celem określenia podstawowym wielkości charakterystycznych silnika Stirlinga, a w tym jego sprawności w funkcji stopnia wychłodzenia gazu opracowano model numeryczny maszyny. Finalnym efektem prac było określenie podstawowych wskaźników efektywności termodynamicznej całego układu kogeneracyjnego.
W referacie zaprezentowano wybrane nowoczesne i przyszłościowe technologie zgazowania biomasy na potrzeby zintegrowanych układów energetycznych. Wzrost zainteresowania odnawialnymi źródłami energii oraz fakt, że wiele potencjalnych zastosowań wymaga wysokiej jakości gazu przyczyniają się do rozwoju istniejących oraz powstawania nowych koncepcji technologii zgazowania biomasy. Zastosowanie w energetyce procesu zgazowania biomasy daje możliwość budowy alternatywnych układów energetycznych opartych o turbiny gazowe, silniki Stirlinga czy ogniwa paliwowe. Przedstawione w tej pracy zostały takie technologie jak: zgazowanie plazmowe, zgazowanie solarne, zgazowanie allotermiczne z wykorzystaniem rur ciepła.
EN
This paper provides a review of recent and future technologies of biomass gasification for integrated power systems. The widely recognised importance of renewable energy sources and the need for using high quality gas in most potential applications has added impetus for the creation and development of advanced biomass gasification processes. Using biomass gasification processes in power engineering is allowing the possibility to build an alternative energy systems based on gas turbines, Stirling engines or fuel cells. The technologies described in this paper are plasma gasification, solar gasification and a gasification system with heatpipes.
W artykule przedstawiono sposób zamodelowania układu elektrociepłowni gazowej i gazowo - parowej zintegrowanej z instalacją zgazowania biomasy. Wykorzystując zamodelowany układ przeprowadzono badania symulacyjne wpływu zmiany parametrów pracy instalacji na wskaźniki efektywności energetycznej takie jak: sprawność wytwarzania energii elektrycznej, sprawność wytwarzania ciepła i sprawność ogólną.
EN
In this article there has been presented the way of modelling gas and gas-steam heat and power plant system integrated with installation of gasification of biomass. Using the modelled system the simulative researches have been conducted which showed the influence of changes in work parameters of gasification of installation on energetic effectiveness indicators such as: efficiency of producing electric energy, efficiency of producing heat and general efficiency.