VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Přehled projektů energetického zplyňování Výzkumného
energetického centraVŠB TU Ostrava
Ing. Ivan Kržin, Ph.D.
Obsah prezentaceObsah prezentace
Zplyňování na VEC
Zplyňování v Belgii – stáž na UCL v Louvain la Neuve
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Výzkumné energetické centrumVýzkumné energetické centrum
Působení VEC:• Zkušebna malých zdrojů
• Spalování tuhých paliv (fosilních i obnovitelných druhů)
• Zkoumání tepelných procesů (účinnost, emise,…)
• Projekty v oblasti energie
• Chemická laboratoř
• Analýza složek procesních plynů (PCDD-F, Clorine,…)
• Zplyňování biomasy (Zplyňovač VEC)
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Výzkumné energetické centrumVýzkumné energetické centrum
Nový jaderný zdroj pro energetiku, FT-TA/067 (MPO, 2004-2008) Zpřesnění metodiky stanovení emisních faktorů pro malé zdroje spalující tuhá paliva,
GP101/06/P262 (GAČR, 2006-2008) Kogenerace se zplyňováním biomasy, FT-TA2/061 (MPO, 2005-2009) Výzkum zařízení k ekologickému spalování směsných paliv se zaměřením na směs uhlí a
obnovitelných paliv z biomasy, FI-IM3/081 (MPO, 2006-2009) Progresivní technologie a systémy pro energetiku, 1M06059 (MŠMT, 2006-2009) Mechanická aktivace vápence, ME880 (MŠMT, 2006-2009) Kogenerovaná výroba elektrické energie a tepla zplyňováním biomasy, FT-TA3/122
(MPO, 2006-2010) BIGPOWER - Improvement of the S&T research capacity of TUBITAK-MRC IE in the fields of
Integrated Biomass Gasification with Power Technologies, 016392 (EU RP6, 2005-2008) Krbová kamna pro nízkoenergetické domy, (MPO, 2006-2009) VaV separačního parogenerátoru, FI-IM4/188 (MPO, 2007-2010) Emise POP a těžkých kovů z malých zdrojů a jejich emisní faktory, SP/1A2/116/07 (MPO, 2007-
2010)
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Výzkumné energetické centrumVýzkumné energetické centrum
Zplyňovač VECZplyňovač VEC
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Zplyňovač VECZplyňovač VEC
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Zplyňovač VECZplyňovač VEC
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Zplyňovač VECZplyňovač VEC
Další výzkum v oblasti zplyňováníDalší výzkum v oblasti zplyňování Zplyňování obohaceným vzduchem
21-100% O2 přidání vodní páry do zplyňovací komory
Předehřev vzduchu - 20-450°C paliva - 20-600°C
Úprava energoplynu Vysokoteplotní filtrace Katalytické „odstraňování“ dehtů
Výroba energie Spalovací motor pracující v režimu kogenerace
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Kontrola zplyňování v malé jednotce nastavení poměru palivo/vzduch nastavení teploty v komoře
Doprava paliva kontrolovatelná kontinuální doprava paliva
Teplota vystupujícího plynu Vysokoteplotní plyn – snadné využití vysokoteplotní konverze dehtů Katalytická dekompozice dehtů
Zelená energie Možnost produkce tepla a el. energie z biomasy
Výhody zplyňovače VECVýhody zplyňovače VEC
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Disertační práceDisertační práce
Kvalita plynu ze zplyňování Kvalita plynu ze zplyňování dřevadřeva
Projekt MEGAZOProjekt MEGAZO
?
Projekt MEGAZOProjekt MEGAZO
Měření parametrů proudění vrstvou dřeva - experiment
Matematický model proudění
Studený reálný model zplyňovače
Srovnání CFD s Modelem zplyňovače
Návrh zplyňovače MEGAZO
Výroba MEGAZO
Preparing the test
Completing the equipment
Complete installation
Different orientation of the wood chips
y = 697,85x2 + 48,798x
y = 242,61x2 + 40,733x
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
Velocity of the air [m/s]
Pres
sure
dro
p [P
a]
perpendicular
parallel
Pressure drop through a wood layer
Studený model zplyňovače
Primary Air
Secondary Air
Exit
MegazoMegazo
Symetrical plane B
Symetrical plane A
Peripheral nozzles
Central nozzle
Central nozzle
Peripheral nozzle
Scale 1/4
3D view
Srovnání měření a CFDSrovnání měření a CFD
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.30
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.30
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.30
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Vide Argex Bois
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.30
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.30
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.30
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Vide Argex Bois
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.30
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.30
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.30
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Vide Argex Bois
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.30
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.30
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.30
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Vide Argex Bois
Měření na studeném modelu
Výsledky matematického modelu zplyňovače
Oblong conic design
Mass fractrion of the gas
Mass fraction of the gas
0.4 0.60.5
velocity in the air ratio 0.4 0.5 0.6nozzle m/s 8.2 10.2 12.2
central nozzle m/s 31.4 26.2 21.0
Different ratio between air flow through nozzles and the central tube
MegazoMegazo
MegazoMegazo
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Projekt GAZOPILEProjekt GAZOPILE
?
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Popis zplyňovače MINICOGEN
Návrh a výroba odběrové aparatury (dehty, TZL)
Vývoj zařízení ke snížení kontcentrace:
dehtů
TZL
Přínosy disertační prácePřínosy disertační práce
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Využití dřevoplynuVyužití dřevoplynu
Elektřina
Teplo
[1] HASLER, P.; Nussbaumer T. Gas cleaning for IC engine applications from fixed bed biomass gasification, Biomass and Bioenergy, Vol. 16, (6) s. 385, 1999.[2] BOURGOIS, F. Osobní konzultace, fa Xylowatt s.a. Belgie.
koncentrace velikostmg/m3
N mg/m3N
m< 100 < 50 < 10 [1]
- [2] Spalovací motor < 10
TZLkoncentrace dehtů Literatura
?
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
MINICOGEN (100 kWt)
REGAL (700 kWt)
Zplyňovací reaktorZplyňovací reaktor
N251%
H214% CO
23%
CH42%
CO210%
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Zplyňovač MINICOGENZplyňovač MINICOGEN
Zplyňovač
Usazovák
Cyklon
Pračka plynu
Granulový filtr Chladič
plynu
Fléra
Zásobník paliva
Šnekový dopravník
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Zplyňovač MINICOGENZplyňovač MINICOGEN
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Odběrová aparaturaOdběrová aparatura
Metody odběru
Gravimetrická
SPA
Tar Protocol
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Odběrová aparaturaOdběrová aparatura
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Vzorky filtrůVzorky filtrů
TZL
Dehet
Degradace dehtůDegradace dehtů
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Two stage gasifierTwo stage gasifier
DTU, Technical University of Denmark
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Úprava zplyňovačeÚprava zplyňovačeMINICOGEN REGAL
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Umístění měřicí aparatury - REGALUmístění měřicí aparatury - REGAL
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
REGALREGAL
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Výsledky - REGALVýsledky - REGAL
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
12:38 12:52 13:03 13:13 13:26 13:36 13:55 14:06 14:16 14:27 14:43 14:53 15:03 16:39 16:50 17:02 17:34Reálný čas [hh:mm]
Kon
cent
race
[g/m
³ N]
Tuhé částice Dehty
Režim 2 Režim 4Režim 3Režim 1
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Srovnání výsledků - dehtySrovnání výsledků - dehty
MINICOGEN 770 mg/m3N
REGAL – upravený zplyňovač
– 60 mg/m3N
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Odstraňování TZLOdstraňování TZL
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Princip filtracePrincip filtrace
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Odstraňování TZLOdstraňování TZL
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
Měření TZLMěření TZL
0
100
200
300
400
500
600
700
12:30:00 13:00:00 13:30:00 14:00:00 14:30:00 15:00:00 15:30:00
Reálný čas [hh:mm]
Kon
cent
race
TZL
[mg/
m3 N
]
u
Vysokoteplotní filtr
předmg/m3N, pomg/m3
N = 97%
VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrumcentrum
ZávěrZávěr
VEC
Kvalita plynu ze zplyňování dřeva
Změna konstrukce reaktoru - snížení koncentrace dehtů
(60 mg/m3N )
Vysokoteplotní filtr – snížení koncentrace TZL
(15 mg/m3N )