Original title:
Návrh metod čištění plynu při zplyňování stébelnin
Translated title:
Design of Methods for Cleaning of Gas at Gasification of Stalk
Authors:
Moskalík, Jiří ; Noskievič, Pavel (referee) ; Kabát, Viktor (referee) ; Bébar, Ladislav (referee) ; Fiedler, Jan (advisor) Document type: Doctoral theses
Year:
2013
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství Abstract:
[cze][eng]
Neustálý nárůst spotřeby energie vyžaduje, aby se vývoj v energetickém odvětví zaměřoval na obnovitelné zdroje energie. Další z možností jak snížit spotřebu primárních energetických zdrojů představuje také vyhledávání nových a netradičních paliv. V geografických podmínkách ČR se jako nejvýhodnější a potenciálně nejrozšířitelnější jeví biomasa. V posledních letech ovšem energetické využívání biomasy zaznamenalo výrazný vzestup a to i ve velkých energetických zdrojích. Tento nárůst spotřeby udělal hlavně ze dřevní biomasy nedostatkové palivo a začala se zvedat jeho cena. V tomto okamžiku se začínají spotřebitelé poohlížet po jiném typu paliva. Stébelniny a mírně kontaminovaná biomasa představují zástupce těchto netradičních paliv. Stébelniny jsou většinou jednoleté rostliny primárně pěstované za účelem obživy. Odpadní část těchto rostlin lze energeticky využít. Pro stébelniny jsou specifické poměrně nízká hodnoty charakteristických teplot popelovin. Spékání popelovin v zařízení představuje jednu z překážek energetického využívání stébelnin. Spékání popelovin sebou přináší řadu provozních problémů na energetických zařízeních. Proto je část práce věnována problematice tavení popelovin. Jednu z možností efektivního využívání biomasy představuje termické zplyňování. Zplyňování lze chápat jako termochemickou konverzi pevného paliva na jiné skupenství, v tomto případě plynné. Proces spalování je obecně lépe řiditelný právě u plynných paliv. Tím lze dosáhnout na výstupu spalovacích zařízení nižších emisí nežádoucích sloučenin. Proces termického zplyňování probíhá za podstechiometrického přístupu okysličovadla. Z procesu zplyňování vystupuje nízkovýhřevný plyn. Hlavní výhřevné složky produkovaného plynu jsou vodík, oxid uhelnatý a metan. Výsledný plyn obsahuje také spoustu nežádoucích složek, které jej z energetického hlediska znevýhodňují. Mimo neutrální složky, které plyn pouze naředí, jsou to nečistoty jako prach, dehet a sloučeniny síry a chlóru. Tyto znečišťující látky komplikují další využití generovaného plynu. Zejména dehtové sloučeniny společně s prachem způsobují nánosy na transportním potrubí i na spalovacích zařízeních využívajících generovaný plyn. Dalším přepracováním a čištěním se zvyšuje kvalita produkovaného plynu. Vyčištěný plyn lze využít ke kogeneraci a spalovat jej ve spalovacích motorech a turbínách, nebo jej klasicky použít pro přitápění dle potřeb technologie. V laboratořích Energetického ústavu byl, pro experimentální účely, postaven atmosférický fluidní zplyňovací reaktor Biofluid 100. Disertační práce je zaměřena na termické zplyňování stébelnin a dalších netradičních paliv v zařízení Biofluid. Snahou je dosáhnout stabilního procesu zplyňování stébelnin a tímto ověřit možnost jejich využití jako paliva pro technologii Biofluid. Následným cílem je návrh metod čištění surového plynu od dehtových sloučenin. Z důvodu požadavků vysoké čistoty výsledného plynu se práce zaměřuje na sekundární metody čištění plynu.
Due to the continuous growth of energy consumption it is required that development in the energy sector is focused on renewable energy sources. Another possibility how to reduce the consumption of primary energy resources is also searching for new and non-traditional fuels. The biomass is the best and potentially expandable renewable energy source in geographic conditions in the Czech Republic. The energy usage of biomass has experienced a significant increase in recent years, however, even in the big energy power plant. This increase in consumption made mainly from wood biomass a shortage fuel, and it began to raise its price. The consumers of biomass fuel are starting to look for a different type of fuel at this time. Stalk and slightly contaminated biomass are representatives of these non-traditional fuels. Stalks are mostly annual plants grown primarily for subsistence. Waste parts of these plants can be utilized for production of energy. The characteristic temperatures of stalk ash have relatively low values. Sintering of ash in a device is one of the obstacles for energy usage of stalk. Sintering of ash brings a number of operational problems at power facilities. Therefore, the part of a research is dedicated to the melting of ash. The thermal gasification is one of the possibilities how to use biomass efficiently. Gasification can be understood as the thermo-chemical conversion of solid fuel into a different state, in this case the gaseous state. The combustion process is generally more manageable for gaseous fuels. Due to this process ower emissions of undesirable compounds at the output of the combustion device can be achieved. Thermal gasification process takes place under stochiometric access of oxidant. The gas with low heating value is on the outlet from gasification process. The main components of produced gas are hydrogen, carbon monoxide and methane. The final gas contains also a lot of undesirable constituents, which make this gas disadvantaged in energy. These constituents are neutral components that dilute gas only, and pollutants as dust, tar and compounds of sulfur and chlorine. These pollutants complicate further use of the generated gas. The tar compounds together with dust causing build-up on the conveyor pipe and also on the combustion equipment, which are using this generated gas. The quality of produced gas is increases by another reprocessing and cleaning. The purified gas can be used for cogeneration of energy and burn it in internal combustion engines or gas turbines. Other possibility is typical usage for heating according to the needs of technology. The atmospheric fluidized bed gasification reactor Biofluid 100th was built for experimental purposes in the laboratories of the Energy Institute. The thesis is focused on thermal gasification of stalk and other non-traditional fuels in Biofluid device. The aim is to achieve a stable gasification process of stalk and thereby verify the possibility of stalk use as fuel for technology Biofluid. Subsequent aim is design of methods for cleaning the raw gas from the tar compounds. The research is focused on the secondary gas cleaning methods due to the requirements of high purity of the resulting gas.
Keywords:
biomass; catalytic cleaning; contaminated biomass; fluidized bed; gasification; stalk; tar; biomasa; dehet; fluidní lože; katalytické čištění; kontaminovaná biomasa; stébelniny; zplyňování
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/25517
guest ::
