VÝZKUM ZPLYŇOVÁNÍ BIOMASY A KOMUNÁLNÍHO ODPADU V ATMOSFÉRICKÉM FLUIDNÍM LOŽI

VÝZKUM ZPLYŇOVÁNÍ BIOMASY A KOMUNÁLNÍHO ODPADU

V ATMOSFÉRICKÉM FLUIDNÍM LOŽI

Zdeněk Skála, Ladislav Ochrana, Martin Lisý, Marek Baláš, Přemysl Kohout, Sergej Skoblja

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ

ENERGETICKÝ ÚSTAV

Výzkum zplyňování biomasy a komunálního odpadu v atmosférickém fluidním loži

ZplyňováníTermochemická konverze organického materiálu bez přístupu kyslíku při teplotě 750 – 1000°C

Zplyňovací medium: vzduch, pára, vzduch obohacený kyslíkem Složení produkovaného plynu závisí na použitém palivu, typu zplyňovače, teplotě, tlaku, zplyňovacím mediu.

Obecné složení plynu:

Nečistoty

CH4 3÷5 % prach

H2 8÷12 % dehet

CO 12÷18 % sloučeniny síry

CO2 15÷20 % sloučeniny chloru

N2 48÷60 % sloučeniny alkalických kovů

Výhřevnost 4,5÷7 MJ/mn3 sloučeniny dusíku

Přínos zplyňování spočívá zejména ve zvýšení účinnosti využívání energie biomasy, zejména při kogeneraci.


Atmosférický fluidní generátor Biofluid 100

Základní parametry:

Tepelný výkon: 100 kWtSpotřeba paliva: max. 40 kg/hPrůtok vzduchu: max. 50 mn

3/h

Standardní provozní podmínky:

Spotřeba paliva: cca. 20 kg/hPrůtok vzduchu: cca. 25 mn

3/h


Zplyňování biomasy a odpadů

zaměření na nedřevní biomasu a odpady

problematické je zplyňování stébelnin, zejména slámy:

• nízká teplota sintrace popele

• obsah síry, chlóru, alkálií

detailně bylo testováno 15 vybraných druhů biomasy :

• smrk, borovice, bříza, buk, topol, vrba, akát

• amarant, pšeničná sláma, řepková sláma, kukuřice, šťovík, sléz, saflor, pazdeří


Sledované parametry paliv a plynu:

Složení plynu

• On-line: CO2, CO, NOx, SOx, O2

• One-Off: CO2, CO, N2,H2, CH4, C2-C6, H2S, Benzen, Toluen, atd.

Obsah dehtu a prachu

Obsah HCl, HF a NH3

Vlhkost plynu

Výhřevnost a spalné teplo

Hrubý rozbor (obsah vody, popele, hořlaviny)

Prvkové složení paliva: C, H, N, O, Cl, F, S

Výhřevnost a spalné teplo

Biochemická analýza : třísloviny, lignin, holocelulóza, prysk. látky

Složení popele : cca. 20 složek

charakteristické teploty popele: (sintrace, měknutí, tání, tečení)


Monografie: Energetické parametry biomasy


Metody odstraňování dehtu

Primární metody:

tepelné krakování, parciální oxidace dávkování katalyzátoru přímo do fluidního generátoru

Sekundární metody:

Pračky plynu Použití přírodních katalyzátorů (vápenec, olivín, dolomit, atd.) Použití průmyslových katalyzátorů (zinek, nikl, atd.)

ČIŠTĚNÍ PLYNU

Dominantním problémem čištění produkovaného plynu je odstranění dehtu!


Základní popis HKF

Elektrické otápění:

3 samostatné sekce

• max. příkon 25 kWe

• provozní příkon cca 10kW

Provozní teplota:

800-1200°C

Optimální průtok:

25 Nm3 za hodinu

Katalyzátor: dolomit

zrnitost 2-5 mm


Schéma zapojení


Průměrný obsah dehtu:Před dolomitovým filtrem: 3-5 g .mn

-3

Za dolomitovým filtrem : 5-30 mg .mn-3 (25 mn

3.h, 850-870°C)

Průměrný obsah prachových částic:Před dolomitovým filtrem : 2-4 g .mn

-3

Za dolomitovým filtrem : 10-80 mg .mn-3 (25 mn

3.h, 850-870°C)

Vzorek prachu obsahoval přes 94% suchého otěru z dolomitu.Průměrné složení plynu

CO

2

H2

CH

4

CO

Etan

Etylen

Acetylen

Ben

zen

To

lue

n

Ostatn

í

Před filtrem %obj. 16.3 12.9 2.75 16.0 0.10 0.91 0.18 0.14 0.03 0.05

Za filtrem %obj. 17.7 16.12 1.68 20.66 0.006 0.04 0.02 0.03 0.000 0.000

Dosažené výsledky při optimálních podmínkách:


Čištění pomocí kovových katalyzátorů

Otápěno elektricky

Maximální provozní teplota: 900°C

Maximální průtok plynu: 30 m3n/h

Ochranné lože:• Pro odstranění síry• náplň: dolomit, oxidy Fe, Zn

Katalytické lože:

• Objem katalyzátoru: 2 litry

• 5 druhů katalyzátoru


Schéma rozšířené trati


Prozatímní dosažené výsledky

Složení plynu

před za

CO2 12,92 6,93

H2 17,66 27,11

CO 6,77 16,56

CH4 3,76 0,47

CxHy 1,73 0,15

N2 56,43 48,21

Q 6,01 5,88

Odstranění dehtů

Dehet před Dehet zaÚčinnost

odstranění

[mg.mn-3] [mg.mn

-3] %

1081 127 88,3

800,6 119,5 85,1

1017,8 78,5 93,5


Připojení spalovacího motoru:

• otáčky 3000 min-1, el. výkon 22kW

• výstupy zapojeny do páteřní sítě FSI VUT

• původně jednotka bez úprav, s výjimkou směšovače

• kompletní on-line snímání všech vstupních i výstupních dat


Záznam výkonové křivky


Další potřebné kroky

dokončit a optimalizovat systém čištění energoplynu

navrhnout a instalovat systém regulace KJ pomocí Lambda sondy – již hotovo

optimalizovat spojení fluidního generátoru a následného systému čistění plynu s KJ, aby nedocházelo k vzájemnému negativnímu ovlivňování


Závěr

Tato prezentace předkládá stručný přehled výzkumu zplyňování biomasy a odpadů, čištění energoplynu probíhajícího na FSI v Brně pomocí katalytických metod.

V současnosti je možné pomocí instalovaných zařízení dosáhnout požadované čistoty plynu pro jeho aplikaci do spalovacího motoru.

Získané zkušenosti a poznatky z dosavadního provozu dávají velkou naději, že zvolená cesta povede k vytvoření funkční technologie spojení fluidního zplyňovacího generátoru s kogenerační jednotkou se spalovacím motorem


Poděkování:

Výzkum fluidního zplyňování probíhá za finanční podpory MPO, MŠMT a GAČR:

GA101/04/1278 - Energetické parametry biomasy

GA101/06/0650 - Výzkum čištění energoplynu

Doktorský projekt GAČR 101/03/H064 „Energie z biomasy“,

Výzkumný záměr MŠMT č. MSM 0021630502 „Ekologicky a energeticky řízené soustavy zpracování odpadů a biomasy“

EUREKA OE 146: Horký filtr na čištění plynu vyrobeného zplyňováním

Date post:	07-Jan-2016
Category:	Documents
Upload:	sunee
View:	40 times
Download:	1 times

VÝZKUM ZPLYŇOVÁNÍ BIOMASY A KOMUNÁLNÍHO ODPADU V ATMOSFÉRICKÉM FLUIDNÍM LOŽI

Documents