Instal 04_07.pdf

(271)

2007

czasopismo recenzowane

www.informacjainstal.com.pl

ŹRÓDŁA CIEPŁA

Jacek Kalina, Janusz Skorek

Układ kogeneracyjny zintegrowany ze zgazowaniem

biomasy z odpadów drzewnych

Cogeneration system integrated with gasification of wood

wastes

Michał Bodzek, Krystyna Konieczny

Wykorzystanie technik membranowych w uzdatnianiu

wody do picia – stan wiedzy

Application of membrane processes in water treatment

– state of art

Mariola Rajca, Michał Bodzek, Krystyna Konieczny

Badanie "foulingu" membran podczas oczyszczania wody

metodą niskociśnieniowej filtracji membranowej

Investigations of the "fouling" of membranes during water

treatment by use of low-pressure membrane filtration

process

POMIAR I ROZLICZANIE ZUŻYCIA

MEDIÓW

Janusz Prus, Piotr Kapuściński

Inteligentne przetworniki ciśnienia i temperatury firmy

KFM S. A. Grupa WIKA

Intelligent pressure and temperature transmitters

KFM's Group WIKA company

Leszek Wysocki

Trwałość betonowych kolektorów kanalizacyjnych

The durability of concrete sewage pipes

WENTYLACJA I KLIMATYZACJA

Andrzej Kolaszewski, Joanna Skotak

Ocena energetyczna hali basenu pływackiego w aspekcie

zmiany empirycznego współczynnika odparowania wody

Energetic assessment of swimming pool hall in the face of

empiric water evaporation coefficient

Andrzej Frydryszak

Ocena zasadności budowy rurociągów metodą HDD

i wykopową

The validity evaluation of constructing pipelines with the

usage of HDD and excavation methods

AUTOMATYKA, STEROWANIE,

MONITORING

Andrzej Paczkowski

Automatyka krytych pływalni

Control systems in the indoor pools

RUBRYKI

INSTALACJE PRZEMYSŁOWE

Henryk Rydarowski

Istotne obciążenia występujące w instalacjach rurociągów

zawieszanych i ich wpływ na trwałość

Relevant loads occurring in suspended plastics pipelines

installations and their influence on stability

Tam byliśmy

Wykorzystanie energii odpadowej i słońca

do wytwarzania ciepłej wody w szpitalu

Instalacje basenowe

Automaticon 2007

WODOCIĄGI I KANALIZACJA

Usuwanie rozpuszczonego tlenu z wody przy udziale

katalizatora

Catalytic oxygen removal system

Przegląd prawny

Andrzej Kuliczkowski, Emilia Kuliczkowska

Uwagi krytyczne dotyczące stosowanych klasyfikacji

uszkodzeń przewodów kanalizacyjnych

Critical comments regarding applied classifications of

sewers' damages

Nowe wyroby i systemy

Nowe książki

Wiadomości

Mariusz Dudziak, Michał Bodzek

Wybrane czynniki uzależniające eliminację hormonów

z wody w procesie nanofiltracji

Selected factors affecting the elimination of hormones from

water using nanofiltration

Przegląd dokumentacyjny czasopism

Krystyna Konieczny, Dorota Sąkol, Michał Bodzek,

Mariusz Korycki, Mariola Rajca

Porównanie skuteczności wybranych koagulantów

do usuwania substancji organicznych w procesie

hybrydowym koagulacja/mikrofiltracja

Comparison of selected coagulants effectiveness for the

removal of organics in hybrid process

coagulation/microfiltration

Ź ródła ciepła

Układ kogeneracyjny zintegrowany

ze zgazowaniem biomasy z odpadów drzewnych

Cogeneration system integrated with gasification of wood wastes

JACEK KALINA, JANUSZ SKOREK

Wprowadzenie

W pracy przedstawiono i omó-

wiono zagadnienia techniczne

i ekonomiczne związane z budo-

wą w zakładzie przemysłu me-

blarskiego skojarzonego układu

do wytwarzania ciepła i energii

elektrycznej, zintegrowanego

z generatorem gazu z odpadów

drzewnych. Omówiono podstawo-

we technologie i urządzenia do

termicznego zgazowania biomasy

i przedstawiono podstawowe za-

sady doboru urządzeń dla kon-

kretnego projektu. Dla analizowa-

nego przykładu instalacji w wy-

twórni mebli przedstawiono wyni-

ki analizy.

Biomasa stanowi jedno z ważniejszych źródeł energii odnawialnej, których wyko-

rzystanie jest w świetle obowiązujących przepisów obligatoryjne w krajowym systemie

paliwowo-energetycznym. Obecne możliwości technologiczne ograniczają jednak sze-

rokie wykorzystanie biomasy. Jest ono ograniczone głównie do wytwarzania ciepła

w kotłowniach oraz do współspalania w kotłach elektrowni i elektrociepłowni. Alterna-

tywną technologią, znacznie zwiększającą możliwości aplikacyjne biomasy są układy

zintegrowane z systemami zgazowania, głównie drewna lub odpadów.

Wdrażanie technologii zgazowania biomasy daje możliwość stosowania w energe-

tyce alternatywnych rozwiązań układów technologicznych elektrowni i elektrociepłowni,

szczególnie w zakresie małych i średnich mocy. Gazy palne wytwarzane w procesach

zgazowania mogą bowiem, po spełnieniu odpowiednich wymagań, zasilać turbiny ga-

zowe, gazowe silniki tłokowe, silniki Stirlinga, ogniwa paliwowe czy nawet kotły gazo-

we układów parowych. Daje to dużą możliwość optymalizacji techniczno-ekonomicznej

wyboru wariantu rozwiązania technologicznego, planowanych energetycznych ukła-

dów wytwórczych.

Obecnie jest znanych szereg technologii zgazowania biomasy, które jednak nie są

jeszcze szeroko stosowane komercyjnie. Mają na to wpływ liczne, nierozwiązane pro-

blemy konstrukcyjne i eksploatacyjne oraz stosunkowo niska jeszcze opłacalność inwe-

stycji. Ciągle konieczne jest prowadzenie prac rozwojowych i badań nad technologiami

reaktorów, oczyszczania gazu oraz odbiorników gazu procesowego.

W zakresie małych i średnich mocy, które mają kluczowe znaczenie dla rozwoju sek-

tora energetyki rozproszonej, dominują technologie reaktorów ze złożem stałym. Roz-

różnia się tu następujące typy reaktorów:

– reaktor przeciwprądowy (górnociągowy),

– reaktor współprądowy (dolnociągowy),

– reaktor współprądowy z otwartym rdzeniem,

– reaktor krzyżowoprądowy.

W układach, w których jest wytwarzana energia elektryczna największą popularno-

ścią cieszą się reaktory współprądowe. Ma to głównie związek ze stosunkowo małą za-

wartością substancji smolistych w gazie z reaktora.

W artykule przedstawiono zagadnienia związane z planowaniem inwestycji w za-

kresie budowy małych układów skojarzonych zintegrowanych ze zgazowaniem drew-

na. Zwrócono uwagę na podstawowe zagadnienia konstrukcyjne, eksploatacyjne i eko-

nomiczne, typowe dla tego typu projektów. W szczególności omówiono strukturę tech-

nologiczną układu podstawowego, wymagania w zakresie instalacji peryferyjnych, wy-

magania końcowego odbiornika gazu a także uwarunkowania infrastrukturalne, mikro

i makroekonomiczne. Przeprowadzono analizę efektywności ekonomicznej przedsię-

wzięcia.

Technical and economical aspects

of the cogeneration project for

heat and power generation

integrated with gasifier of wood

wastes from the furniture

production is presented and

analysed in the paper. The basic

technologies and equipment for

thermal biomass gasification are

briefly described. Then the main

rules for sizing of the installation

are discussed. Come results and

conclusions are presented.

Problematyka projektowania układów zintegrowanych

ze zgazowaniem biomasy

dr inż. Jacek Kalina,

prof. dr hab. inż. Janusz Skorek

– Zakład Termodynamiki i Energetyki

Gazowej, Instytut Techniki Cieplnej,

Politechnika Śląska w Gliwicach

Terminem zgazowanie określa się proces obróbki termicznej materiału w fazie sta-

łej, prowadzący do wytworzenia gazu palnego (generatorowego, czadnicowego). Poje-

dyncza cząstka wsadu przechodzi w procesie zgazowania kolejno etapy: suszenia, pi-

rolizy (uwolnienia substancji lotnych), utleniania (reakcje z tlenem fazy gazowej i stałej)

4/2007

www.informacjainstal.com.pl

oraz zgazowania (reakcje endotermiczne

w fazie gazowej z udziałem fazy stałej).

Gazowe składniki palne uzyskiwanego

gazu to: CO, H 2 oraz CH 4 . Udział po-

szczególnych składników palnych oraz

wartość opałowa gazu zależą od wielu

czynników, z których jednymi z ważniej-

szych są skład i właściwości wsadu, pod-

dawanego zgazowaniu.

Typowy system wytwarzania energii

elektrycznej i ciepła, zasilany biomasą po-

dzielić można na układ główny i instalacje

peryferyjne. Elementy układu głównego,

stanowiące zwykle przedmiot oferty do-

stawcy technologii to typowo: generator

gazu, układ oczyszczania gazu, silnik ga-

zowy tłokowy, układ automatycznej syn-

chronizacji i wyprowadzenia mocy. Po

stronie inwestora leży zwykle budowa in-

stalacji peryferyjnych. Całość tworzy zinte-

growany system technologiczny, którego

dyspozycyjność w warunkach eksploatacji

zależy od poprawności działania i nieza-

wodności poszczególnych elementów skła-

dowych.

Proces planowania inwestycji w zakre-

sie budowy układów skojarzonych zinte-

growanych ze zgazowaniem biomasy po-

winien prowadzić do określenia optymal-

nej w danych warunkach konfiguracji

układu wraz z instalacjami peryferyjnymi.

Wymagane jest tu w pierwszej kolejności

rozwiązanie następujących, kluczowych

zagadnień technologicznych:

kowane danej instalacji. Można do nich

zaliczyć [4]:

– analizę warunków i parametrów pracy

silnika tłokowego, zasilanego gazem

z procesu zgazowania drewna, w tym

analizę procesów zużycia elementów

urządzenia i wymagań serwisowych,

– opracowanie technologii utylizacji po-

zostałości po procesie,

– określenie warunków współpracy ukła-

du, zintegrowanego z generatorem

gazu z biomasy z siecią energetyczną

oraz siecią ciepłowniczą; określenie

elastyczności układu, możliwości wy-

stąpienia sytuacji krytycznych i nie-

zbędnego zakresu zabezpieczeń,

– identyfikację podstawowych proble-

mów eksploatacyjnych oraz określenie

osiągalnej dyspozycyjności i niezbęd-

nego zakresu czynności serwisowych

w stosunku do układu jako całości.

– identyfikację i analizę czynników ze-

wnętrznych (technicznych, infrastruktu-

ralnych, ekonomicznych, prawnych,

socjalnych i innych) mających kluczo-

we znaczenie dla inwestycji.

niczego. Dokładne określenie parametrów

biomasy stanowi podstawę do rozważań

na temat możliwości realizacji projektu in-

westycyjnego.

Jednym z głównych ograniczeń tech-

nologicznych, z jakimi spotykamy się pod-

czas analizy układów energetycznych zin-

tegrowanych ze zgazowaniem biomasy,

jest zapewnienie ciągłości dostaw paliwa.

Ma to szczególnie istotne znaczenie

w przypadku układów dużej mocy, mniej-

sze dla małych układów energetyki roz-

proszonej. Właściwości, a przede wszyst-

kim stosunkowo mała gęstość nasypowa

biomasy, prowadzą do znacznego jej za-

potrzebowania objętościowego, co utrud-

nia transport i składowanie. Trudno jest

obecnie zapewnić stałe dostawy wsadu

o jednolitym składzie, wilgotności i innych

właściwościach w odpowiednio długim

okresie (np. 15 lat) po odpowiednio niskim

koszcie. Charakteryzuje się ona ponadto

znacznymi wymaganiami transportu i ob-

róbki wstępnej. Realizacja projektu elektro-

ciepłowni lub elektrowni zasilanej biomasą

wymaga stworzenia rozbudowanej infra-

struktury systemu pozyskania, dostaw

i przygotowania paliwa.

Głównymi pierwiastkami chemiczny-

mi, tworzącymi biomasę są węgiel, wodór

i tlen. Występują one w biomasie w posta-

ci związków nazywanych sacharydami

i polisacharydami (węglowodany, wielo-

cukry). Są to związki, w których stosunek

atomów wodoru do tlenu wynosi 2 (jak dla

H 2 O), a wzór ogólny to C m (H 2 O) n (gdzie

n oznacza liczbę cząstek polimeru). Dzieli

się je na monosacharydy czyli cukry pro-

ste, oligosacharydy, w których skład wcho-

dzi od 2 do 10 monosacharydów oraz po-

lisacharydy zbudowane z dużej liczby mo-

nosacharydów (nawet rzędu 1000). Dla

procesów energetycznego wykorzystania

biomasy kluczowe znacznie mają polisa-

charydy, z których najważniejsze to celulo-

za, hemiceluloza. Tworzą one szkielet tka-

nek roślinnych.

Poza celulozą i hemicelulozą biomasa

zawiera również ligninę. Jest to skompliko-

wany polimer o dużym ciężarze cząstecz-

kowym, w której skład wchodzą nienasy-

cone alkohole i fenole. Skład chemiczny li-

gniny zależy od rodzaju rośliny. Lignina

pełni funkcję spoiwa pomiędzy poszcze-

gólnymi komórkami, włóknami celulozo-

wymi.

Typowy skład masowy biomasy roślin-

nej przedstawia się następująco: celuloza:

40 – 50%, hemiceluloza: 20 – 30%, ligni-

na: 20 – 25%, popiół: 1 – 5%.

Każdy ze składników ma inną wartość

opałową, która orientacyjnie wynosi dla

hemicelulozy – 16,2 MJ/kg, celulozy –

Biomasa jako paliwo

w procesach zgazowania

wybór odpowiedniej technologii zga-

zowania [2],

Pod pojęciem biomasy rozumiemy

substancję organiczną pochodzenia roślin-

nego, powstającą w wyniku procesu foto-

syntezy oraz inne materiały, powstałe

w wyniku konwersji biomasy pierwotnej.

Biomasę charakteryzuje przede wszystkim

stosunkowo niski stopień uwęglenia i duża

zawartości lotnych związków organicz-

nych, mała zawartość popiołu i stosunko-

wo niska wartość opałowa w odniesieniu

do jednostki objętości. Biomasa jest pali-

wem niedokładnie zdefiniowanym pod

względem jakościowym. Skład chemiczny

biomasy, udział wilgoci, zawartość sub-

stancji lotnych, zawartość i właściwości

popiołu, sortyment, gęstość, wartość opa-

łowa oraz podaż (rozumiana jako stru-

mień masowy, dostępny w sposób ciągły)

są zależne od pochodzenia, lokalizacji,

sezonowości, technologii pozyskiwania,

technologii obróbki wstępnej i innych

czynników.

Źródła biomasy, atrakcyjne z punktu

widzenia przydatności dla procesów zga-

zowania to drewno i jego odpady, rośliny

energetyczne uprawiane specjalnie (tj. nie-

które odmiany wierzby np. Salix Vinimalis

oraz malwy pensylwańskiej np. Petemi)

i rosnące dziko oraz słoma (z roślin zbo-

żowych i innych). Do biomasy zaliczamy

także odpady z produkcji, rolnej i leśnej,

paliwa z odpadów (pelety, RDF) i niektó-

rych procesów produkcyjnych np. papier-

dobór silników gazowych tłokowych

do współpracy z generatorem gazu,

budowa układu przygotowania i po-

dawania biomasy do reaktora,

budowa instalacji ścieżki gazowej re-

aktor – silnik wraz z układem oczysz-

czania gazu,

budowa instalacji utylizacji odpadów

stałych po procesie,

budowa instalacji utylizacji substancji

smolistych,

gospodarka wodna i oczyszczanie

ścieków,

określenie szkodliwego oddziaływania

obiektu na środowisko,

dobór układów chłodzenia gazu i sil-

nika,

budowa instalacji wyprowadzenia

mocy elektrycznej, automatycznej syn-

chronizacji z siecią oraz systemu za-

bezpieczeń sieciowych.

Ze względu na stosunkowo małe roz-

powszechnienie technologii zgazowania

biomasy i układów, gdzie wytwarzany

gaz zasila silnik tłokowy, pewne elementy

projektu mają cechy indywidualne, dedy-

www.informacjainstal.com.pl

4/2007

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: