The article presents and overview of selected physical and chemical issues relating to biomass gasification. It also includes the history of the development of thermal wood treatment technology, with particular attention paid to Polish threads. Basic physical and chemical properties of biomass are discussed, using wood and straw as representative examples. Main types of gravitational gasifying reactors are presented, along with the analysis of basic mechanisms of homogeneous and heterogeneous chemical reactions in the reactor bed. The equation of motion of bed particles is derived based on particle volume changes caused by pyrolysis and surface reactions.
W pracy przedstawiono charakterystykę wysokotemperaturowej korozji siarkowej komory kotła energetycznego średniej mocy typu OP-230. Następnie opisano mechanizm korozji siarkowej i zaproponowano funkcję opisującą zdolność warunków fizykochemicznych do tworzenia korozji jako iloczynu wariancji stopnia zmieszania i częstotliwości fluktuacji pola prędkości. Wykonano model geometrii kotła OP-230, przygotowano funkcję gęstości prawdopodobieństwa stopnia zmieszania i wariancji stopnia zmieszania. Przeprowadzono symulacje numeryczne procesu spalania w komorze spalania wyposażonej najpierw w klasyczny, silnie wirowy palnik (K), a następnie palnik nisko azotujący i nisko wirowy (N). Przedstawiono i opisano wyniki obliczeń. Zaprezentowano rozkład zdefiniowanej w tej pracy zdolności korozyjnej w obszarach przyściennych. Okazało się, że na bocznych ekranach poziom tej funkcji dla wariantu K i N jest podobny, ale na ekranie tylnym, w przypadku nowych, nisko wirowych palników, wartość tej funkcji wzrosła 10 razy.
EN
Paper presents characteristics of high temperature sulphur corrosion of combustion chamber in a medium power boiler OP-230. Brief description of mechanism of sulfur corrossion was carried out. The function z showing probability of corrosion due to physical and chemical properties of flue gases was proposed in a form of a product of mixture fraction variance and frequency of velocity fluctuation. The model of geometry of the boiler OP-230 was done. Numerical simulation of combustion process for two cases of burners was carried out. The first case was refered to a high swirl number burner, the second modeled a low swirl number burner. The probability function of corrosion z was calculated and presented for these two cases. It has occured that z fuction is of the same order on the side walls for both cases. In the vicinity of a rear wall function of probability corrosion for new burner is 10 times larger than for old type of burner.
W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych stanowiska kotłowego należącego do laboratorium mikrosiłowni Instytutu Maszyn Przepływowych. Celem pracy było wyznaczenie bilansów energii kotła opalanego biomasą, którego zadaniem jest dostarczanie ciepła dla eksperymentalnej instalacji do produkcji ciepła i prądu w mikroskali. Specyfika mikrosiłowni polega na zastosowaniu turbiny parowej w tej skali urządzeń do produkcji prądu, co powoduje nietypowe wymaganie dotyczące kotła. Ze względu na te wymogi zastosowano olej termalny jako medium odbierające ciepło od spalin. W pracy przedstawiono charakterystyki cieplne kotła sporządzone na podstawie serii pomiarów. Badania kotła prowadzono dla rożnych wydatków paliwa, ilości powietrza oraz strumieni masy czynnika chłodzącego. Na podstawie pomiarów sporządzono wykresy parametrów chemicznych i cieplnych dla rożnych nastaw kotła.
EN
The aim of the article was to present the testing results and the analysis of performance characteristics of a small-scale biomass-fired boiler, cooled with thermal oil. This boiler is a part of the laboratory installation for combined production of heat and electric power in micro-scale (micro CHP) in the Szewalski Institute of Fluid-Flow Machinery in Gdańsk. Both, the oil-cooled boiler and the micro CHP system, are the untypical solution in the field of electric power production. The measurements were performed for different air, oil and fuel mass flow rates.
Przeprowadzono badania pirolizy zrębków brzozowych v reaktorze laboratoryjnym w 300, 400 oraz 500°C. Badania w reaktorze poprzedzono testami termograwimetrycznymi. produkty pirolizy podzielono na pięć części: karbonizat, woda, gaz, smoły lekkie i smoły ciężkie. Określono udziały masowe każdej frakcji w zależności od temperatury. Oznaczono zawartości węgla, wodom oraz tlenu za pomocą analizatora elementarnego. Ilościowy skład frakcji niskowrzącej oznaczono chromatograficznie za pomocą GC-MS, a frakcji gazowej za pomocą GC-TCD.
EN
Experiments on birch wood pyrolysis in a laboratory-scale batch reactor at temperatures 300, 400 and 500°C were performed. The investigations were preceded by thermogravimetric tests. Pyrolysis products were separated into five fractions: gases, tar, water, char and low-boiling liquid fraction. The mass concentrations of each fraction as a function of temperature were found. The content of carbon, hydrogen and nitrogen were determined using an elementary analyser. The quantitative composition of low-boiling fraction was determined using GC-MS, while the gas fraction - using GC-TCD.
The aim of the paper is to present the results of experimental research conducted on helical coil biomass boiler with oil as a heating fluid, which is a central unit of co generative micro powerplant designed and tested at the Institute of Fluid-Flow Machinery in Gdańsk. Experimental data has been used to work out characteristics of the device in terms of power, efficiency and oil parameters for moderate/high excess air numbers and fuel flow rates. Furthermore, during the research the authors came across various obstacles, which can be easily eliminated in the future prototypes by applying presented changes in construction.
The paper is devoted to the prediction of conditions of high temperature sulphur corrosion of the walls in a combustion chamber in a pulverised coal boiler. Chemical mechanism of corrosion based on the description proposed by French [3] is reminded. The rate of high temperature corrosion of the rear wall in OP-230 boiler is shown for two cases. Contrary to the first simply case in the second one the rear wall was protected by air curtain. The numerical simulation of the combustion process in the boiler is performed. Concentration of CO, O2 and mixture fraction variance in the near wall region is presented. The highest rate of corrosion is found in a place where CO and O2 concentration is of the same order and simultaneously mixture fraction variance is high.
Celem publikacji jest przedstawienie niefourierowskiego modelu transportu ciepła w koksowanym wsadzie węglowym i jego eksperymentalna weryfikacja na podstawie wyników pomiarów wykonanych w komorze koksowniczej baterii nr 4 Koksowni Przyjaźń . Opracowany model procesu koksowania jest modelem jednowymiarowym, quasi-niestacjonarnym. Jego konstrukcja pozwala na modelowanie transportu ciepła wewnątrz komory koksowniczej, wraz z pirolizą węgla oraz transportem produktów gazowych, w oparciu o jeden warunek brzegowy - temperaturę na ścianie komory. W rezultacie obliczeń uzyskuje się szereg wartości parametrów koksowania, m.in. temperatury, strumienia ciepła, a także gęstości pozornej wsadu. Na bazie opracowanego modelu uzyskano jakościową i ilościową zgodność pomiaru temperatury w koksowanym wsadzie węglowym z danymi obliczeniowymi.
EN
The aim of the paper is to present non-fourier model of heat transfer within coke oven charge and its experimental verification on the basis of measurements' results made in the oven of coke oven battery No. 4 localized at Coke Plant "Przyjaźń" Ltd.. The elaborated coking process model is one-dimensional and quasi-nonstationary. It allows the modeling of heat transfer within coke oven charge, including the pyrolysis of coal and transportation of evolved gas, based on one boundary condition - the temperature of chamber wall. As a result of calculation, a series of current values of coking, including temperature, heat flux, and the apparent density of the charge, can be obtained. Using the developed model, qualitative and quantitative compliance of measured and calculated data has been found.
The aim of this study was to compare and analyze the gasification process of beech wood. The experimental investigation was conducted inside a gasifier, which can be operated in downdraft and updraft gasification system. The most important operating parameter studied in this paper was the influence of the amount of supply air on the temperature distribution, biomass consumption and syngas calorific value. The results show that the amount of air significantly influences the temperature in the combustion zone for the downdraft gasification process, where temperature differences reached more than 150 °C. The increased amount of air supplied to the gasifier caused an increase in fuel consumption for both experimental setups. Experimental results regarding equivalence ratio show that for value below 0.2, the updraft gasification is characterized by a higher calorific value of producer gas, while for about 0.22 a similar calorific value (6.5 MJ/Nm3) for both gasification configurations was obtained. Above this value, an increase in equivalence ratio causes a decrease in the calorific value of gas for downdraft and updraft gasifiers.
This study examines the pyrolysis of a single cylindrical wood particle using particle image velocimetry (PIV). The pyrolysis was conducted inside a pyrolysis reactor designed for this purpose. The experimental setup presented in this paper is capable of effectively characterizing the intensity of pyrolysis based on velocity distribution in the vicinity of wood particles. The results of the gas velocity distribution show that evaporation of moisture has as a major impact on the formation of the gas cushion as devolatilization.
Analiza zagadnienia transportu gazów w piecu koksowniczym ma istotne znaczenie z punktu widzenia praktyki, gdyż żywotność baterii zależy w dużym stopniu od oddziaływań wewnątrz komory. W pracy zaproponowano uproszczony jednowymiarowy model transportu ciepła i gazów w komorze koksowniczej oparty na równaniach bilansowych węgla i gazu. Szczególną uwagę poświęcono analizie zagadnienia dynamiki zmian ciśnienia. Warstwę węgla potraktowano jako ośrodek dwuskładnikowy, wprowadzając jego uśrednione (efektywne) właściwości termofizyczne w funkcji porowatości. Postawione zagadnienie początkowo-brzegowe dla temperatury i ciśnienia zostało rozwiązane numerycznie przy pomocy schematów niejawnych. Uzyskane rezultaty wskazały na silny związek rozkładu ciśnienia z gazoprzepuszczalnością i intensywnością odgazowania węgla.
EN
Analysis of gas transport issues in coke oven is of vital importance from the point of view of the practice, because the battery life depends to a large extent on different interactions inside the coke oven chamber. Simplified one-dimensional transport model of heat and gas in coke oven chamber is proposed in the paper based on the balance equations for coal and gas. Particular attention was paid to the analysis of issues of pressure changes dynamics. Coal layer was treated as two-component medium by introducing of its averaged (effective) thermo-physical properties as a function of porosity. The initial-boundary issue that has been put forward for temperature and pressure has been solved numerically using implicit schemes. Obtained results indicated a strong relationship between pressure distribution with gas permeability and intensity of coal carbonization.
The results of pyrolysis of pine chips and refuse derived fuel fractions are presented. The experiments were carried out in a pilot pyrolysis reactor. The feedstock was analyzed by an elemental analyzer and the X-ray fluorescence spectrometer to determine the elemental composition. To find out optimum conditions for pyrolysis and mass loss as a function of temperature the thermogravimetric analysis was applied. Gases from the thermogravimetric analysis were directed to the infrared spectrometer using gas-flow cuvette to online analysis of gas composition. Chemical composition of the produced gas was measured using gas chromatography with a thermal conductivity detector and a flame ionization detector. The product analysis also took into account the mass balance of individual products.
Polska energetyka i ciepłownictwo stoi przed szeregiem wyzwań związanych z zanieczyszczeniem środowiska, brakiem mocy i ubóstwem znacznej części społeczeństwa. Mikrosiłownie kogeneracyjne zasilane lokalnymi paliwami stałymi i węglem moją szansę stać się remedium na te problemy. Artykuł jest opisem działań jakie prowadziły do powstania pierwszej domowej mikrosiłowni kogeneracyjnej w Polsce oraz prezentuje potencjał jaki jest związany z tworzeniem energetyki rozproszonej. Przedstawiono działającą instalację badawczą oraz przedsięwzięcie IMP PAN i SARK sp. z o.o. zmierzające do zbudowania pierwszej komercyjnej mikrosiłowni ORC. Według zapowiedzi SARK sp. z o.o. przewidywana cena takiego urządzenia zaopatrującego dom w energię cieplną i elektryczną będzie mieścić się w zakresie 30÷40 tys. zł. Obszar sprzedaży mikrosiłownie kogeneracyjne na paliwo stałe nie ogranicza się tylko do terenu Polski, lecz może obejmować inne kontynenty, zaś same mikrosiłownie mają szansę stać się polską specjalnością i naszą marką narodową.
This work aims at study the effect of the operating conditions like equivalence ration and temperature on the updraft gasification of beech wood. The main aspects was to analyze the influence of temperature distribution in the reactor and equivalence ratio on the fuel consumption, syngas composition as well as tar formation characteristics during the gasification process. The light tar content and composition were analysed using gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS). Experimental results have shown that the amount of air supplied does not affect the parameters of the gasification process linearly. For lower ER value there was high fuel consumption and high bed temperature in the gasifier, which results in high caloric value of syngas. The results showed that tar yield during updraft gasification depends on the temperature and equivalence ratio. With the increase value of ER and the decrease of temperature on the surface of the bed, the total amount of tar yield increased. The highest temperature on the surface of the bed leads to the smallest tar yield, which can be associated with thermal cracking. The results indicate that both light and heavy tar are changing nonlinearly with different operating conditions. In addition, with decreasing temperature and increasing ER values, the amount of phenol and oxidized aliphatic compounds in the tar samples increased while the BTEX amount decreased. The amount of PAHs, in relation to the temperature and ER, was kept low in all cases.
Praca stanowi próbę całościowego ujęcia zagadnienia przepływu i wymiany ciepła w ośrodku ziarnistym (granularnym) na poziomie szczegółowego (2D/3D) modelu w skali rozmiarów pojedynczych ziaren. Dodatkowo, ziarna ośrodka podlegają pirolizie (procesowi uwalniania gazów) pod wpływem wzrostu temperatury, a także dylatacji termicznej i deformacji. Jakkolwiek opracowywany model fizykalny i obliczeniowy bazują na pełnym opisie zjawiska, docelowym zamierzeniem Autorów w jest wykorzystanie uzyskanych wyników do stworzenia modelu uproszczonego (1D/2D, nieustalony) dla ośrodka potraktowanego jako jednorodny po uśrednieniu przestrzennym.
The analysis of chemical composition of turkey feathers reveals over 50% mass content of carbon. Unfortunately, the feathers contain also over 13% by weight of nitrogen and over 2.5% of sulfur. The significant presence of nitrogen and sulfur in turkey feathers indicates potential danger to the environment. The experiments of thermal pyrolysis of turkey feathers were done from a perspective of energy production potential out of gaseous products. The products of thermal pyrolysis were mainly gas and liquid. The calorific value of pyrolysed feathers is comparable with the one of hard carbon. It gets higher for higher temperatures. The calorific value of gaseous products of turkey feathers at 850oC was maximum and it equalled 16.7 MJ/Nm3.
In the present paper, the one-dimensional model for heat and mass transfer in fixed coal bed was proposed to describe the thermal and flow characteristics in a coke oven chamber. For the purpose of the studied problem, the analysis was limited to the calculations of temperature field and pyrolytic gas yield. In order to verify the model, its theoretical predictions for temperature distribution during wet coal charge carbonization were compared with the measurement results found in the literature. In general, the investigation shows good qualitative agreement between numerical and experimental data. However, some discrepancy regarding the temperature characteristics at the stage of evaporation was observed.
Celem pracy była analiza gazowych produktów powstających w wyniku pirolizy. Porównano masy poszczególnych frakcji powstających w procesie, ich ciepła spalania oraz przeprowadzono analizę składu gazu pirolitycznego. Badania wykonano stosując termograwimetr z analizą produktów w podczerwieni oraz laboratoryjny reaktor pirolityczny o objętości 3 dm3, a maksymalna temperatura wynosiła 900 °C. Otrzymany w 500°C produkt gazowy o wartości opałowej ok. 30 MJ/kg zawierał znaczne ilości wodoru i metanu i nadawał się jako paliwo.
EN
The aim of this work was to analyze the poly-urethane pyrolysis products including their mass, heating values and pyrolytic gas composition. Experiments were performed in a tubular batch reactor i of 3 dm3 capacity and at maximal process temperature of 900°C. The combination of thermogravimetric and IR analysis was used. The gaseous product obtained at 500°C with a calorific value of app. 30 MJ/kg evolved towards the composition with a high amount of hydrogen and methane, making gases suitable for the use as a fuel.
Porównano możliwości zgazowania drewna bukowego i odpadów komunalnych RDF (Refuse Derived Fuel) w reaktorze przeciwprądowym małej mocy. Podano rozkłady temperatur w reaktorze podczas zgazowań oraz składy gazów generatorowych, ich kaloryczności, a także ilości i składy smół w gazach generatorowych. Wyniki wykazały, że gaz z procesu zgazowania drewna bukowego charakteryzuje się wyższą wartością opałową (5,3 MJ/Nm3) niż syngas otrzymany z miejskich odpadów stałych (4,5 MJ/Nm3). Ilość lekkiej smoły pochodzącej ze zgazowania odpadów komunalnych była znacząco wyższa (26 g/Nm3) niż w przypadku doświadczeń na bazie drewna bukowego (2 g/Nm3). Masa smół ciężkich i łączna masa smoły były wyższe w eksperymentach przeprowadzonych na drewnie bukowym (83 g/Nm3).
EN
This paper present the results of updraft gasification of muncipal waste and beech wood in a small scale reactor including temperature distribution in the reactor, syngas composition and charactirization of tar content in the syngas. The result showed that syngas from beech wood gasification was characterized by the higher heating value (5,3 MJ/Nm3) than syngas obtained from muncipal solid fuel (4,5 MJ/Nm3). The amount of light tar obtained from from muncipal waste gratification was significantly higher (26 g/Nm3) than in experiments based of beech wood (2 g/Nm3). The amount of heavy tars and the sum of tars were higher for the experiments carried out with beech wood (83 g/Nm3).
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.