POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT TECHNIKI CIEPLNEJ I MECHANIKI PŁYWNÓW ZAKŁAD SPALANIA I DETONACJI Raport wewnętrzny

Transkrypt

1 POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT TECHNIKI CIEPLNEJ I MECHANIKI PŁYWNÓW ZAKŁAD SPALANIA I DETONACJI Raport wewnętrzny Raport z badań toryfikacji biomasy Charakterystyka paliwa Analizy termograwimetryczne Badanie przemiału Analiza sitowa toryfikatów Zespół badawczy: prof. dr hab. inŝ. Włodzimierz Kordylewski dr inŝ. Andrzej Tatarek inŝ. Wiesław Ostropolski WROCŁAW, lipiec 2010

2 1. Cel i zakres badań Celem badań było sprawdzenie przydatności do współspalania biomasy dostarczonej przez Zmawiającego. Zakres badań obejmował sporządzenie toryfikatów z dostarczonej biomasy i ocenę podatności przemiałowej. 2. Charakterystyka badanej biomasy Biomasa dostarczona przez Zamawiającego charakteryzuje się niejednorodną budową i rozmiarem poszczególnych frakcji badanego materiału. Dominują twarde, niejednorodne pod względem kształtu, fragmenty skorupy. Przeprowadzone pomiary zawartości wilgoci w surowej próbce biomasy wykazały, Ŝe wilgotność w stanie roboczym wynosi W r =6-7% w zaleŝności od rozmiaru biomasy. 3. Wytwarzanie toryfikatu z biomasy Rys. 1. Biomasa w postaci dostarczonej do badań 3.1.Warunki pomiaru Badania nad otrzymaniem toryfikatów z biomasy wykonano dla trzech temperatur procesu: 250, 280 i 300 C. Próbki praŝono w atmosferze obojętnej komora reaktora była wypełniona azotem. Czas trwania eksperymentu 6000 s (100 min) Opis serii pomiarowych Pierwsza seria pomiarowa Proces toryfikacji przeprowadzono przy zadanej temperaturze reaktora 250 C. Względny ubytek masy próbki wyniósł 27% Druga seria pomiarowa 2

3 Proces toryfikacji przeprowadzono przy zadanej temperaturze reaktora 280 C. Względny ubytek masy próbki wyniósł 30% Trzecia seria pomiarowa Proces toryfikacji przeprowadzono przy zadanej temperaturze reaktora 300 C. Względny ubytek masy próbki wyniósł 38% względny ubytek masy próbki, % ubytek w temp. 300 C, atmo. N2 ubytek w temp. 280 C, atmo. N2 ubytek w temp. 250 C, atmo. N2 temp. 300 C temp. 280 C temp. 250 C temperatura, C czas, s Rys. 2. Względny ubytek masy próbki w funkcji temperatury procesu i czasu Na rys. 2 przedstawiono porównanie względnego ubytku masy próbki w zaleŝności od czasu procesu i temperatury w reaktorze. Jak widać na rysunku zadana temperatura w reaktorze szybko osiąga swoją wartość a następnie nieznacznie oscyluje wokół zadanej wartości i utrzymuje się stabilnie w podczas trwania całego procesu. Analizując względny ubytek masy próbki moŝna zauwaŝyć, Ŝe przez pierwsze 10 min trwa proces suszenia materiału i przebieg krzywych jest zbliŝony. Następnie obserwujemy rosnący ubytek masy próbki. Po 30 min krzywe dla temp. 250 i 280 C róŝnią się nieznacznie (13 i 15% ubytku), natomiast próbka praŝona w temp. 300 C straciła 25% masy. 4. Badanie podatności przemiałowej 4.1.Warunki pomiaru Badanie podatności przemiałowej wykonano w młynku laboratoryjnym (bijakowym) w cyklu pracy dwa razy po 5 s. Przebadano łącznie cztery próbki: biomasę surową w postaci dostarczonej przez Zamawiającego, rys. 3 toryfikat otrzymany w temperaturze 250 C, rys. 4 toryfikat otrzymany w temperaturze 280 C, rys. 5 toryfikat otrzymany w temperaturze 300 C, rys. 6 3

4 Rys. 3. Zmielona próbka biomasy Rys. 4. Zmielona próbka biomasy po toryfikacji w temperaturze 250 C 4

5 Rys. 5. Zmielona próbka biomasy po toryfikacji w temperaturze 280 C Rys. 6. Zmielona próbka biomasy po toryfikacji w temperaturze 300 C 5

6 4.2. Analiza sitowa Analizę sitową zmielonej biomasy i toryfikatów przeprowadzono z wykorzystaniem wytrząsarki laboratoryjnej i trzech sit o rozmiarach: 1,0 mm, 0,2 mm, 0,09 mm. 70,0 60,0 54,5 58,058,8 55,9 biomasa surow a toryfikat 250 C 50,0 toryfikat 280 C toryfikat 300 C Udział podziarna, % 40,0 30,0 24,123,5 22,1 34,9 20,0 10,0 13,0 10,311,0 6,7 3,9 7,0 8,2 8,2 0,0 > 1,0 1,0-0,2 0,2-0,09 < 0,09 Rozmiar sita, mm Rys. 7. Udział podziarna w badanej biomasie 100,0 90,0 80,0 biomasa surow a toryfikat 250 C toryfikat 280 C 89,4 80,081,4 80,8 96,1 93,091,8 91,8 100,0 100,0 100,0 100,0 70,0 toryfikat 300 C Pozostałość na sicie, % 60,0 50,0 40,0 30,0 54,5 24,123,522,1 20,0 10,0 0,0 1,00 0,20 0,09 <0,09 Rozmiar sita, mm Rys. 8. Pozostałość na sicie 6

7 Jak zaobserwowano, w przypadku biomasy surowej (wyjściowej) dominuje frakcja >1,0mm (54,5%), a udział frakcji >0,2 mm wynosi około 35%, natomiast frakcji >0,09 mm jest tylko 6,7%. Poddanie biomasy praŝeniu (toryfikacji) w temperaturze 250 C powoduje znaczną poprawę podatności przemiałowej. Udział frakcji >1,0mm wynosi tylko około 24%, rośnie udział frakcji >0,2 mm do 56%, a frakcji >0,09 mm jest 13%. Toryfikaty otrzymane w wyŝszych temperaturach charakteryzują się zbliŝonym rozkładem ziarnowym. Wzrost temperatury praŝenia do 300 C skutkuje obniŝeniem udziału frakcji >1,0mm do około 22%, rośnie udział do około 59% frakcji >0,2 mm, a frakcji >0,09 mm jest 11%. 5. Ciepło spalania biomasy Do określenia ciepła spalania biomasy wytypowano dwie próbki. Pierwszą z nich była biomasa w oryginalnej postaci dostarczonej przez Zamawiającego wysuszona w suszarce laboratoryjnej w temperaturze 105 C. Drugą próbkę stanowił toryfikat z biomasy otrzymany w temperaturze 280 C. Otrzymane wyniki pomiarów ciepła spalania prezentują się następująco: Biomasa O i s = kj/kg Toryfikat Q i s = kj/kg 6. Podsumowanie i wnioski 1. Biomasa surowa w postaci dostarczonej przez Zamawiającego charakteryzuje się niską podatnością przemiałową. 2. Proces toryfikacji biomasy wykazał, Ŝe praŝenie juŝ w temperaturze 250 C znacznie poprawia podatność przemiałową. 3. Z przeprowadzonej analizy termograwimetrycznej oraz podatności przemiałowej wypływa wniosek, Ŝe do toryfikacji tej konkretnej biomasy temperatura 280 C jest wartością optymalną. 4. Biomasa po toryfikacji charakteryzuje się większą wartością ciepła spalania, w odniesieniu do biomasy surowej. 7