ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(98)/2014



Podobne dokumenty
M.o~. l/i. Liceum Ogólnokształcące im. Jana Kochanowskiego w Olecku ul. Kościuszki 29, Olecko

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(98)/2014

Obieg Ackeret Kellera i lewobieżny obieg Philipsa (Stirlinga) podstawy teoretyczne i techniczne możliwości realizacji

WYKORZYSTANIE SILNIKA STIRLINGA W MAŁYCH I ŚREDNICH AGREAGATACH TRIGENERACYJNYCH

IV. PREFEROWANE TECHNOLOGIE GENERACJI ROZPROSZONEJ

KOSTRZEWA Maxi Bio SPIN 150 kw kocioł na pelet

Kocioł na pellet KOSTRZEWA Maxi Bio SPIN 50 kw

Konspekt Obieg Ackeret-Kellera i lewobieżny obieg Philipsa (Stirlinga) podstawy teoretyczne i techniczne możliwości realizacji.

DEFRO Bio Slim 15 kw kocioł piec na pelet pellet

KOSTRZEWA EEI Pellets 75 kw kocioł na pelet

Element budowy bezpieczeństwa energetycznego Elbląga i rozwoju rozproszonej Kogeneracji na ziemi elbląskiej

KOSTRZEWA Mini Bio Luxury 10 kw kocioł na pelet

KOSTRZEWA Mini Bio NE 10 kw kocioł na pelet EcoDesign

Kocioł Metal-Fach EKO PELLET 16kW

METODYKA BADAŃ MAŁYCH SIŁOWNI WIATROWYCH

Kocioł na pelet KOSTRZEWA Pellets kw

PL B1. Zespół prądotwórczy, zwłaszcza kogeneracyjny, zasilany ciężkimi gazami odpadowymi o niskiej liczbie metanowej

PL B1. NIKOLUK KRZYSZTOF, Różnowo, PL WOLSKI ZYGMUNT, Olsztyn, PL NOZDRYN-PŁOTNICKA ANNA, Krze Duże, PL

Kocioł na pelet KOSTRZEWA Compact Bio Luxury NE 16 kw

KOSTRZEWA Mini Bio Luxury 12 kw kocioł na pelet

KOSTRZEWA Mini Bio Luxury B 12 kw kocioł na pelet

Kocioł na pellet Kostrzewa Mini Bio Luxury 21kW

5.5. Możliwości wpływu na zużycie energii w fazie wznoszenia

Nowoczesna produkcja ciepła w kogeneracji. Opracował: Józef Cieśla PGNiG Termika Energetyka Przemysłowa

Zagadnienia cieplne oraz elektryczne w układzie mikrokogeneracyjnym (mikro-chp)

KOSTRZEWA Twin Bio Luxury 12 kw kocioł na pelet

Kocioł na biomasę z turbiną ORC

Kocioł na pellet Kostrzewa Mini Bio Luxury 12kW

METAL-FACH SEG BIO 50 kw kocioł na pelet

KOSTRZEWA Twin Bio Luxury NE 8 kw kocioł na pelet

Zwiększanie efektywności wytwarzania mediów energetycznych w przemyśle mleczarskim na przykładzie Mlekovity

Polskie Normy. Kotły i systemy kominowe

Układ trójgeneracjigazowej dla zespołu biurowo-usługowo-mieszkalnego przy ulicy Kruczkowskiego 2 w Warszawie. Baltic Business Forum 2011

* Kocioł automatyczny do spalania pelletu o mocy 8kW r. Najmniejszy, certyfikowany kocioł * w Polsce 8kW

ErP product fiche. η 4 η 1. Model: ATLAS D ECO 30 UNIT

KOSTRZEWA EEI Pellets 30 kw kocioł na pelet EcoDesign

ZAGADNIENIA KOGENERACJI ENERGII ELEKTRYCZNEJ I CIEPŁA

Termodynamika. Część 5. Procesy cykliczne Maszyny cieplne. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ

Doświadczenia audytora efektywności energetycznej w procesach optymalizacji gospodarki energetycznej w przedsiębiorstwach

BIAWAR Pellux Compact 12 kw kocioł na pelet

MODELOWANIE UKŁADÓW ELEKTROCIEPŁOWNI GAZOWO-PAROWYCH ZINTEGROWANYCH ZE ZGAZOWANIEM BIOMASY

Pompa ciepła powietrze woda WPL 15 ACS / WPL 25 AC

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(93)/2013

Wszystkie rozwiązanie techniczne jakie znalazły zastosowanie w Avio kw zostały wykorzystane również w tej grupie urządzeń.

Piec nadmuchowy na gorące powietrze

efficiency be promoted in the Polish economy workshop Warszawa

Sterowanie kotłem gazowym - regulatory

Specjalność na studiach I stopnia: Kierunek: Energetyka Źródła Odnawialne i Nowoczesne Technologie Energetyczne (ZONTE)

FERROLI SFL PELLET 4 30 kw kocioł żeliwny na pelet i drewno

KOSTRZEWA EEI Pellets 8 kw kocioł na pelet

KOSTRZEWA Twin Bio NE 24 kw kocioł piec na pelet pellet EcoDesign

Rys. 1. Obieg cieplny Diesla na wykresach T-s i p-v: Q 1 ciepło doprowadzone; Q 2 ciepło odprowadzone

METAL-FACH SEG Pellet /P 15 kw kocioł na pelet

ZASTOSOWANIE SILNIKA STIRLINGA W MIKROKOGENERACJI DOMOWEJ

Efektywność ekonomiczna elektrociepłowni opalanych gazem ziemnym

K18 IDEALNE OGRZEWANIE DLA TWOJEGO DOMU GAZOWA ABSORPCYJNA POMPA CIEPŁA K18.GAZUNO.PL. Technologię gazowych absorpcyjnych pomp ciepła rekomendują:

PROTOTYP WIRTUALNY SILNIKA STIRLINGA TYPU ALPHA. WSTĘPNE WYNIKI BADAŃ

ATMOS GENERATOR DC15GS 15 kw kocioł zgazujący drewno

Innowacyjny układ trójgeneracji gazowej dla zespołu biurowo-usługowo-mieszkalnego przy ulicy Kruczkowskiego 2 w Warszawie GAZTERM 2014

Obiegi gazowe w maszynach cieplnych

Palnik na pelet Platinium BIO 1-32kW

Obieg Ackereta-Kellera i lewobieżny obieg Philipsa(Stirlinga)

Pompy ciepła

* Kocioł automatyczny do spalania pelletu o mocy 8kW r. Najmniejszy, certyfikowany kocioł * w Polsce 8kW

DEFRO Smart EkoPell 16 kw kocioł na pelet

ENERGY-O KONDENSACJA kw SPRAWNOŚĆ ~102% KONDENSACYJNY APARAT GRZEWCZO-WENTYLACYJNY Z PALNIKIEM NADMUCHOWYM NA GAZ LUB OLEJ DO MONTAŻU WEWNĄTRZ

BioKraft. z automatycznym podawaniem paliwa KOCIOŁ WIELOPALIWOWY

Koncepcja budowy silnika Stirlinga. Rafał Pawłucki gr.uoś 2005/06

Analiza efektywności zastosowania alternatywnych źródeł energii w budynkach

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(98)/2014

TECHNIKI ORAZ TECHNOLOGIE SPALANIA I WSPÓŁSPALANIA SŁOMY

Kocioł na pelet ATMOS D31P 30 kw + palnik + podajnik 1,7m

Elektrociepłownie w Polsce statystyka i przykłady. Wykład 3

Wienkra: Hydro Kit - Moduł centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej dla systemów MULTI V

KOSTRZEWA EEI Pellets 16 kw kocioł na pelet EcoDesign

Obieg Ackeret-Kellera i lewobieżny obieg Philipsa (Stirlinga) - podstawy teoretyczne i techniczne możliwości realizacji.

Kocioł jest wyposażony w palenisko retortowe do którego dostarczone jest paliwo z zasobnika za pomocą podajnika ślimakowego.

Efektywne ogrzewanie powietrza

Kocioł TEKLA DRACO BIO 25kW z mechanicznym czyszczeniem palnika

Modelowe ISE dla Resortu Turystyki SPA

Biawar pellux compact z zasobnikiem 350l

Integracja PV z innymi systemami dom plus energetyczny

Koszt produkcji energii napędowej dla różnych sposobów jej wytwarzania. autor: Jacek Skalmierski

Biawar pellux seria 100 (30kw) z zasobnikiem 300lzestaw

Pompa ciepła powietrze woda HPA-O 7 / 10 / 13 (S)(CS) Premium

BIOPELLET TECH 12-21S

Znaczenie audytów efektywności energetycznej w optymalizacji procesów energetycznych


Kocioł TEKLA DRACO VERSA 24kW

Analiza zastosowania alternatywnych/odnawialnych źródeł energii

Kursy: 12 grup z zakresu:

Energetyczna ocena efektywności pracy elektrociepłowni gazowo-parowej z organicznym układem binarnym

ATMOS D14P 14 kw + palnik + podajnik 1,5m - kocioł na pelet

STIEBEL ELTRON: Co to jest i jak działa pompa ciepła?

Transkrypt:

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(98)/2014 Miłosz Meus 1 KONCEPCJA SYSTEMU DO ODZYSKU ENERGII Z CIEPŁA ODPADOWEGO KOTŁA GRZEWCZEGO 1. Wprowadzenie W dzisiejszych czasach zapewnienie bezpieczeństwa energetycznego małych obiektów stanowi poważny problem. W tym celu rozwijane są nowatorskie rozwiązania oparte głównie o technologię związaną ze skojarzoną produkcją energii cieplnej i elektrycznej z wykorzystaniem źródła małej mocy i odnawialnych źródeł energii (OZE). W procesie spalania biopaliw w kotłach grzewczych powstaje ciepło odpadowe (spaliny), które w efekcie końcowym oznacza mniejszą sprawność kotła. Celowe wydaje się zagospodarowanie energii niesionej przez te spaliny, co w efekcie końcowym podniesie efektywność energetyczną kotła. Ze względu na aspekty ekologiczne i ekonomiczne, a także ze względu na to, iż w przypadku małych obiektów do przetworzenia ciepła w energię mechaniczną, a następnie energię elektryczną i energię cieplną najbardziej predysponowany jest silnik z zewnętrznym spalaniem. W dalszej części artykułu przedstawiono koncepcję systemu do odzysku energii z ciepła odpadowego kotła grzewczego. Jako główny element takiego systemu proponuje się zastosowanie silnika Stirlinga LTD (Low Temperature Difference). W efekcie działania takiego systemu wytworzona zostanie energia elektryczna i cieplna. Tak otrzymana energia elektryczna i cieplna może zostać wykorzystana na własne cele, bądź też w przypadku energii elektrycznej nadwyżki sprzedane do sieci. Taki system będzie charakteryzował niski poziom hałasu, zmniejszona emisji CO 2 (aspekty ekologiczne), możliwość wytwarzania energii elektrycznej przy braku zapotrzebowania na ciepło, oszczędność paliwa w porównaniu z systemami rozdzielonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła, a także wzrost bezpieczeństwa energetycznego (dodatkowe źródło zasilania). 2. Silnik Stirlinga Silnik Stirlinga, silnik cieplny, dokonuje przemiany energii cieplnej w energię mechaniczną. Typowy silnika Stirlinga składa się z następujących elementów: dwóch tłoków (zimnego oraz ciepłego), regeneracyjnego wymiennika ciepła, wymienników ciepła pomiędzy czynnikiem roboczym, a zewnętrznymi źródłami. Silnik Stirlinga silnik zewnętrznego spalania może korzystać z dowolnego źródła ciepła (odnawialnego, odpadowego lub też geotermalnego). W bardzo poglądowy sposób przedstawia odwracalność procesów termodynamicznych. Tłok roboczy i wypierający (tłoczący) są zamontowane w układzie 90. Czynnikiem roboczym 1 Mgr inż. Miłosz Meus, asystent Katedry Mechatroniki i Edukacji Techniczno-Informatycznej Uniwersytetu Warmińsko-Mazurski w Olsztynie 173

w takim silniku może być hel, wodór lub też powietrze. Cykl pracy silnika Stirlinga sprowadza się do czterech następujących faz: chłodzenia, sprężania, ogrzewania, rozprężania. Fazy te są realizowane poprzez przemieszczanie czynnika roboczego (gazu) pomiędzy ciepłą oraz zimną częścią silnika. Silnik Stirlinga pracuje w układzie stałego połączenia z zewnętrznym źródłem ciepła, które doprowadza to ciepło do czynnika roboczego poprzez nagrzewanie zewnętrznej ścianki nagrzewnicy [1]. Ideę działania silnika Stirlinga przedstawia rysunek 1. Rys. 1. Zasada działania silnika Stirlinga (H nagrzewnica; R regenerator, K chłodnica) [2] Silnik Stirlinga posiada kilka istotnych zalet, do których można zaliczyć: brak wybuchowego procesu spalania przy przetwarzaniu ciepła na energię mechaniczną, zasilanie energią pierwotną praktycznie z dowolnego źródła (ciepło doprowadzane z zewnątrz) [3]. Obecnie na świecie, szczególnie w krajach rozwijających się, uwaga jest skupiona na silnikach Stirlinga LTD (Low Temperature Difference), MTD (Medium Temperature Difference) i HTD (High Temperature Difference). W przypadku silników Stirlinga typu LTD temperatura na nagrzewnicy waha się w zakresie 80-160 C. 3. Kotły grzewcze Obecnie w warunkach krajowych rynek systemów grzewczych jest zdominowany przez tradycyjne kotły grzewcze na paliwa konwencjonalne. Jednakże w ostatnich dekadach coraz bardziej pogłębia się problem ciągle rosnących cen paliw konwencjonalnych. Alternatywą dla powyższego stanu rzeczy, w wybranym zakresie małych i średnich mocy, jest więc wytwarzanie energii cieplnej ze źródeł odnawialnych. W związku z tym nastąpił zauważalny rozwój systemów wykorzystujących energię spalania biopaliw do celów grzewczych. Systemy grzewcze oparte na kotłach do spalania biopaliw stałych można podzielić na systemy do spalania biopaliwa w postaci 174

rozdrobnionej, takiej jak pelety lub zrębki oraz na systemy do spalania biopaliw stałych w postaci nierozdrobnionej, tzw. polana. Każdy z tych systemów posiada swoją specyfikę, jeżeli chodzi o wymagania, zasadę działania oraz uzbrojenie kotła i instalacji. Systemy grzewcze oparte na kotłach do spalania biopaliw stałych wyposażone są w kotły stalowe, wodne, niskotemperaturowe, palniki zintegrowane z korpusami kotłów, z wentylatorami regulowanymi falownikiem i z pełną automatyzacją. Systemy te są nowoczesnymi urządzeniami, które powstawały ewolucyjnie przez rozwój kolejnych elementów projektowanych w oparciu o gromadzone doświadczenia w zakresie spalania biopaliw stałych. Na nowoczesność tych urządzeń składa się automatyka i sterowanie, wysoka sprawność i efektywność, a także optymalizacja procesu spalania. Najbardziej rozbudowane systemy zawierają sterowniki swobodnie programowalne, realizujące wszystkie funkcje związane z automatyką, sterowaniem i komunikacją z otoczeniem. Optymalizacja realizowana jest przez indywidualne sterowanie pracą wentylatorów oraz ustalanie proporcji powietrza pierwotnego, wtórnego i wtórnego korygującego, w zależności od mocy chwilowej, temperatury i składu spalin. Kotły na biopaliwa charakteryzują się wysoką sprawnością oraz niską emisyjnością substancji szkodliwych i pyłów. 4. Koncepcja systemu do odzysku energii z ciepła odpadowego kotła grzewczego Jak już wspomniano w procesie spalania biopaliw w kotłach grzewczych powstaje ciepło odpadowe (spaliny) o temperaturze dochodzącej do 160 C przy nominalnej mocy cieplnej w przypadku kotłów z automatycznym podawaniem firmy Kostrzewa [4]. Niewykorzystanie energii niesionej przez te spaliny oznacza w efekcie końcowym mniejszą sprawność kotła. Warto więc wykorzystać tą traconą energię. Atmosfera Wymiennik ciepła En. Cieplna Sterownik PLC Spaliny Kocioł grzewczy na biopaliwo stałe Komin Tłok gorący Regenerator Tłok zimny Silnik Stirlinga Silnik elektryczny En. Elektryczna Prądnica Enkoder inkrementalny m Rys. 2. Schemat koncepcyjny systemu do odzysku energii z ciepła odpadowego kotła grzewczego 175

W przypadku małych obiektów do przetworzenia ciepła w energię mechaniczną, a następnie energię elektryczną i energię cieplną najbardziej predysponowany jest silnik z zewnętrznym spalaniem. Najlepszym wyborem jest silnik Stirlinga LTD, gdyż może wykorzystywać dowolne źródło ciepła, nawet o relatywnie niskiej temperaturze. Ponadto zaletą wykorzystania takiego silnika są nieduże wymiary. Aby zwiększyć efektywność energetyczną kotła poprzez wykorzystanie energii niesionej przez spaliny proponuje się umieszczenie modułu przy takim źródle ciepła, który składa się z silnika Stirlinga wraz ze sprzężonymi z jego wałem silnikiem elektrycznym i prądnicą, czujnikiem temperatury i enkoderem inkrementalnym zamontowanym na wale oraz sterownikiem PLC (Programmable Logic Controller) (Rys. 2). Sterownik PLC po otrzymaniu sygnału od czujnika temperatury o pojawieniu się spalin o określonej temperaturze wysyła sygnał do uruchomienia silnika elektrycznego, który jest sprzężony z wałem silnika Stirlinga, aby ułatwić rozruch silnika Stirlinga. Jednocześnie sprzężona z wałem silnika Stirlinga prądnica wytwarza energię elektryczną. Ponadto z wałem silnika Stirlinga związany jest jeszcze enkoder inkrementalny. Udostępnia on informację o położeniu kątowym wału silnika Stirlinga do sterownika PLC. Po osiągnięciu wymaganej prędkości obrotowej przez silnik Stirlinga sterownik PLC odcina zasilanie zewnętrzne od silnika elektrycznego. Od tej chwili moment obrotowy z wału silnika Stirlinga jest przekazywany tylko do prądnicy, która zamienia energię mechaniczną na energię elektryczną. Ten sposób wykorzystania energii niesionej przez spaliny powstałe w procesie spalania biopaliw stałych w kotle grzewczym umożliwia pozyskanie dodatkowej energii elektrycznej nie wymagając spalania dodatkowej ilości biopaliwa przez kocioł. Ponadto energię tych spalin w połączeniu z ciepłem traconym na regeneratorze i chłodnicy silnika Stirlinga dodatkowo można wykorzystać w wymienniku ciepła do uzyskania energii cieplnej. 5. Podsumowanie Zagospodarowanie nisko temperaturowego źródła ciepła w postaci spalin, które powstają w procesie spalania biopaliw stałych w kotle grzewczym jest istotnym zagadnieniem, zgodnym z aktualnymi tendencjami zrównoważonego rozwoju w zakresie energetyki szczególnie w przypadku małych obiektów. Najlepszym wyborem w takim przypadku wydaje się wykorzystanie silnika Stirlinga LTD, który charakteryzuje się wysoką niezawodnością oraz niską ceną na jednostkę wyprodukowanej energii. Ponadto nie wymaga on stałego dozoru, pracuje w sposób ciągły w czasie. Nie posiada zaworów, ciśnienie wewnątrz komory silnika utrzymuje się niemal na stałym poziomie, pracuje cicho. Startuje wolniej, ale pracuje lepiej w zimnych warunkach niż silniki tradycyjne. Jak już wspomniano zaproponowany system będzie charakteryzowała możliwość wytwarzania energii elektrycznej przy braku zapotrzebowania na ciepło, oszczędność paliwa w porównaniu z systemami rozdzielonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła, a także wzrost bezpieczeństwa energetycznego (dodatkowe źródło zasilania). Literatura: [1] Żmudzki S.: Silniki Stirlinga, Warszawa, WNT 1993, [2] Strona internetowa Animated Engines {Dostępny - 01.02.2013r.: http://www.animatedengines.com/index.html}, 176

[3] Piętak A., Radkowski S., Boruta G., Wierzbicki S., Duda K., Mikulski M., Nitkiewicz Sz.: Studium możliwości wykorzystania silników o obiegu Stirlinga do kogeneracyjnych agregatów zasilanych biopaliwami, T.33. Gdańsk 2013 WMMP IMP PAN Gdańsk, [4] Strona internetowa firmy Kostrzewa {Dostępny 01.02.2014r.: http://www.kostrzewa.com.pl/}, Streszczenie Rozwój nowatorskich rozwiązań opartych głównie o technologię związaną ze skojarzoną produkcją energii cieplnej i elektrycznej z wykorzystaniem źródła małej mocy i odnawialnych źródeł energii (OZE) jest istotnym zagadnieniem, zgodnym z aktualnymi tendencjami zrównoważonego rozwoju w zakresie energetyki szczególnie w przypadku małych obiektów. Przykładem niskotemperaturowego źródła ciepła, które można zagospodarować w przypadku małych obiektów, są spaliny wytwarzanie w procesie spalania biopaliw w kotłach grzewczych. Dzięki temu możliwe jest podniesie sprawności takiego kotła. W przypadku małych obiektów do przetworzenia ciepła w energię mechaniczną, a następnie energię elektryczną i energię cieplną najbardziej predysponowany jest silnik z zewnętrznym spalaniem. W artykule przedstawiono koncepcję systemu do odzysku energii z ciepła odpadowego kotła grzewczego. Jako główny element takiego systemu proponuje się zastosowanie silnika Stirlinga LTD. W tym systemie wytworzona zostanie energia elektryczna i cieplna. Otrzymaną energia elektryczną i cieplną może wykorzystać na własne cele, bądź też w przypadku energii elektrycznej nadwyżki sprzedane do sieci. W efekcie tego można osiągnąć wzrost bezpieczeństwa energetycznego (dodatkowe źródło zasilania). Słowa kluczowe: ciepło odpadowe, kocioł grzewczy, silnik Stirlinga. THE CONCEPTION OF THE SYSTEM FOR THE ENERGY RECOVERY FROM OFF-HEAT OF THE HOT WATER BOILER Abstract The development of innovative solutions based mainly on technology with associated production of heat and electricity using low-power sources and renewable energy sources (RES) is an important issue, in accordance with current trends in sustainable development in the field of energy, especially in the case of small objects. An example of low temperature heat source that can be disposed of in the case of small objects, are in the process of production of biofuels in hot water boiler. This makes it possible to raise the efficiency of the boiler. In the case of small objects to be processed in mechanical energy and then electricity and thermal energy the most predisposed is an engine with external combustion. 177

The article gives the concept of the system for the energy recovery from off-heat of the hot water boiler. As the main element of such a system, it is proposed to apply the LTD Stirling engine. In this system will be generated electricity and heat. Electric energy obtained and heat may use for their own purposes, or in the case of excess electricity sold to the grid. As a result, it is possible to achieve an increase in the security of energy supply (additional power source). Keywords: off-heat, hot water boiler, LTD Stirling engine. 178