Upload
ngonhu
View
219
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Schemat technologiczny kotłowni opalanej słomą w Lubaniu
Cztery kotły o mocy 2x3,5 MW + 1 MW. Kostki słomy ładowane są na stół podawczy, skąd trafiają do rozdrabniarki. Po rozdrobnieniu słoma dozowana jest podajnikiem ślimakowym, do śluzy ogniowej, a następnie trafia do kotła. W komorze spalania, odbywa się zgazowanie części lotnych. Otrzymany gaz mieszany zostaje z powietrzem wtórnym i ulega spaleniu w komorze spalania. Odgazowana słoma zostaje dopalona na ruszcie schodkowym przy udziale powietrza pierwotnego. Spaliny trafiają do odpylacza, a następnie zostają odprowadzone do komina. Koszt energii cieplnej wyprodukowanej w takiej kotłowni jest o 40% niższy, niż wyprodukowanej w tradycyjnej kotłowni opalanej węglem
Zgazowanie biomasy • Niekompletne spalanie – wytwarzanie palnych gazów CO, H2, dodatek
CH4.
• Zachodzi w temperaturze ok. 1000 C .
• Zachodzi w reaktorach zwanych zgazowarkami czy gazogeneratorami
• Zachodzi w wyniku reakcji pary wodnej czy CO2 z powstałym węglem (drzewnym)
• Zasadniczym warunkiem pracy zgazowarki jest występowanie odpowiednich warunków
a) redukcja biomasy do węgla drzewnego,
b) konwersja węgla drzewnego w odpowiedniej temperaturze do CO i H2.
Różne możliwe sposoby zgazowanie biomasy
• Zgazowanie autotermiczne Część paliwa ulega spaleniu dostarczając ciepło, brak precyzyjnej kontroli
temperatury, zanieczyszczenia procesami spalania
Technologia dobrze opanowania, opłacalność ekonomiczna
• Zgazowanie allotermiczne Ciepło pochodzi z zewnętrznego źródła, możliwa precyzyjna kontrola
temperatury, czystszy gaz
W fazie badań czy testów, wyższe koszty
Zastosowanie rurek ciepła
(komora spalania zgazowarka)
Rurka ciepła – transfer
ciepła za pomocą procesów
wrzenia i skraplania cieczy
Zgazowanie plazmowe
• Paliwo wprowadzane jest do naczynia,
gdzie elektrycznie wytwarzana jest plazma.
• Ogrzewanie do bardzo wysokiej
temperatury (>2,000C°), powoduje rozkład
materii organicznej do gazów
• w tej temperaturze następuje także
rozkład różnego typu odpadów
• Wypływ gazów z reaktora
• Zbieranie się substancji, które nie
podlegają zgazowaniu (popioły) są w
postaci płynnej i zbierają się w części
dolnej zbiornika
Prototyp plazmowego
gazogeneratora:
• kaskadowe połączenie członu
generującego termiczną plazmę
łukową (człon I) z
• członem generującym tzw.
plazmę objętościową w członie
indukcyjnym (człon II).
• zastosowanie pary wodnej z
argonem jako czynnika
plazmotwórczego.
Projekt generatora realizowany przez zespół pod kierunkiem:
dr inż. Tadeusz Mączka
Kierownik Zespołu Technologii Małoseryjnej Instytut Elektrotechniki
Oddział Technologii i Materiałoznawstwa Elektrotechnicznego ul. M.
Skłodowskiej-Curie 55/61
50-369 Wrocław
www.iel.wroc.pl
http://fluid.itcmp.pwr.wroc.pl/~plazmafluid/
Przykład układu dla biomasy ciekłej (1) pompa
(2) wymiennik ciepła
(3) reaktor zgazowywujący
(4) wymiennik ciepła chłodzony powietrzem
(5) Regulator ciśnienia
(6) separator gaz/ciecz
(7) zbiornik zimnej stopionej soli
(8) pompa stopionej soli
(9) Koncentrator paraboliczny
(10) Zbiornik gorącej stopionej soli
Zgazowanie przy zastosowaniu stopionych soli
Zgazowanie słoneczne
Zastosowanie technologii zgazowania biomasy do produkcji paliw
Synergia z energetyką jądrową – produkcja paliw syntetycznych, wykorzystanie odpadów oraz zastosowanie metod produkcji paliw syntetycznych
Wybrane technologie wykorzystania promieniowania
słonecznego
• Gospodarowanie światłem dziennym: doświetlanie pomieszczeń
• Systemy aktywne (hybrydowe) doświetlania pomieszczeń
Świetliki rurowe
Działanie świetlika rurowego polega na wykorzystaniu zjawiska odbicia światła od
gładkich, lustrzanych powierzchni. Przez kopułę na dachu światło wpada z różnych
stron do lśniącej rury światłonośnej. Następnie dzięki wykorzystaniu zjawiska
odbicia promienie świetlne wędrują do powierzchni rozpraszacza umieszczonego
w powierzchni sufitowej oświetlanego pomieszczenia. Wpadające do
pomieszczenia światło jest łagodne i przyjazne dla ludzkiego oka, nie powoduje
efektu olśnienia i refleksów
Przykład – słoneczna rura
Centrala biura
prawniczego Morgan
Lewis (Nowy Jork).
Układ luster
Płócienne przegrody
Świecąca rura
SMART WINDOWS
• obecnie smart windows produkowane są w oparciu o trzy technologie: electrochromic,
suspended particle device (SPD),
liquid crystal.
• smart windows żeby mogły spełniać swoją rolę, potrzebują źródła prądu elektrycznego
Sposoby i zastosowanie skoncentrowanego
promieniowania słonecznego
• Soczewka Fresnela
• Zwierciadła
Soczewki Fresnela
Konstrukcja soczewki Fresnela Porównanie działania zwykłej soczewki i soczewki Fresnela.
(1) zwykła soczewka płasko-wypukła,
(2) przecięcie soczewki na koncentryczne pierścienie, tak aby miały jednakową wysokość,
(3) ułożenie pierścieni;
System skupiania dwustopniowego
Przykładowy, dwustopniowy modułowy koncentrator oparty na
soczewce Fresnela jako pierwszym stopniu i kwarcowej wklęsło –
wypukłej soczewce jako drugim stopniu
Reflektory Fresnela
Koncepcję użytą do budowy soczewki
Fresnela można też zastosować do
reflektorów czy zwierciadeł
• Stosowane są panele liniowych pasów
luster, koncentrujących promieniowanie na
stałym odbiorniku umieszczonym na wieży.
• Najprościej można je wyobrazić sobie jako
płaskie powierzchnie, które po odbiciu
koncentrują promieniowanie słoneczne.
• To, co jest możliwe jedynie dla układów
posiadających krzywiznę (np. zwierciadła
paraboliczne) dokonuje tu powierzchnia płaska.
• Płaskie powierzchnie mogą być większe,
są tańsze, trwalsze i łatwiejsze do utrzymania w
czystości.
• Bezsprzeczną zaletą jest też to, że nie
muszą się przemieszczać wraz ze zmianą
położenia Słońca.
Koncentracja za pomocą zwierciadeł
• Pojedyncze zwierciadła (talerze) – koncentracja punktowa
• Koncentratory liniowe
• Inne koncentratory (np. tubowe, hiperboloidowe, …
Układy wykorzystujące promieniowanie słoneczne – nowe
technologie
• Lodówka zasilana energią słoneczną
• Laser pompowany słonecznie i magnezowy cykl energetyczny
• Kuchenki słoneczne
• Zgazowanie słoneczne
• Fotobioreaktory
Zjawisko termoakustyczne, polega na „pompowaniu” ciepła pod wpływem
drgań akustycznych. Drgania akustyczne z kolei wytwarzane są przez
odpowiedni generator wykorzystujący różnicę temperatur. Okazuje się, że
dobrym sposobem wytworzenia wymaganej różnicy temperatur jest użycie
skoncentrowanej wiązki promieniowania słonecznego.
Dzięki użytej soczewce Fresnela możliwe jest skupianie wiązki światła i kierowanie
jej na gorącą końcówkę stosu głównego napędu (generatora drgań akustycznych),
nagrzewanej w ten sposób do 475ºC. Dzięki takiemu rozwiązaniu eliminowany jest
gorący wymiennik ciepła, stanowiący kłopotliwy element głównego napędu.
Lodówka „słoneczna”
(sprawność lasera przeciętnie
wynosi 10-20%). Jednakże istnieje
możliwość wykorzystania do tego
celu bezpośrednio promieniowania
słonecznego. W rozwiązaniach
prototypowych zastosowana
została soczewka Fresnela
skupiająca naturalne światło
słoneczne. Przedstawia to rysunek
16, gdzie też jest widoczne
porównanie lasera pompowago
słonecznie i klasycznie.
Wykorzystanie jako ośrodka
czynnego neodymu
domieszkowanego chromem oraz
granatu itrowo – glinowego
(oznaczenie NdCrYAG) pozwoliło
na osiągnięcie mocy wiązki ok.
dwudziestu kilku watów przy
zasilaniu soczewką Fresnela o
powierzchni 1,3m2.
Wykazano, że taki słoneczny system laserowy mógłby być użyty
jako element elektrowni pracującej w tzw. magnezowym cyklu
energetycznym (ang. Magnesium Injection Cycle), w którym
wytwarzanie wodoru odbywa się przy wykorzystaniu reakcji
proszku magnezu i wody w temperaturze pokojowej. W procesie
chemicznym powstają pary tlenku magnezu o wysokiej energii
oraz wodór, spalany w celu podwyższenia całkowitej sprawności
generacji. Rola lasera słonecznego polega tu na dostarczaniu
energii (przekonwertowanej z energii promieniowania
słonecznego) do procesu wydzielania magnezu z tlenku, w celu
jego ponownego wykorzystania jako paliwo. Inne aplikacje takich
laserów to koncepcja tzw. satelity energetycznego -
przesyłającego na ziemię energię w postaci wiązki lasera
pompowanego słonecznie
Laser pompowany
słonecznie
Schemat przemiany energii słonecznej w paliwo, które można
łatwo magazynować oraz tanio transportować
(cynk i wodór)
Magnezowy cykl energetyczny
• Nagrzewanie laserem
MgO do 4000 K – rozkład
• Argon – użyty do
transportu pary magnezu
• Płyta miedziana – miejsce
kondensacji.
Wytwarzanie
wodoru
Użycie lasera pompowanego bezpośrednio
promieniowaniem słonecznym -
doprowadzanym do ośrodka laserowego
(np. YAG), wymagana kilkusetkrotna
koncentracja promieniowania słonecznego
Zaleta: wyższa sprawność konwersji,
eksperymentalnie 37%
Laserowe „satelity energetyczne”
System składa się z:
• koncentratory promieniowania
(soczewki Fresnela)
• ośrodek laserowy
• system chłodzenia cieczowego
• radiatory
• filtry bezużytecznej części widma