Результати дослідження впливу пароповітряного дуття на процес газифікації низькосортних палив

Автор(и)

  • Savelii Kukharets Житомирський національний агроекологічний університет бул. Старий, 7, м. Житомир, Україна, 10008, Україна https://orcid.org/0000-0002-5129-8746
  • Nataliya Tsyvenkova Житомирський національний агроекологічний університет бул. Старий, 7, м. Житомир, Україна, 10008, Україна https://orcid.org/0000-0003-1703-4306
  • Yarosh Yaroslav Житомирський національний агроекологічний університет бул. Старий, 7, м. Житомир, Україна, 10008, Україна https://orcid.org/0000-0001-8376-8979
  • Ivan Grabar Житомирський національний агроекологічний університет бул. Старий, 7, м. Житомир, Україна, 10008, Україна https://orcid.org/0000-0002-7193-6960
  • Anna Нolubenko ТОВ «Житомир-Агробудіндустрія» вул. Промислова, 10, м. Житомир, Україна, 10019, Україна https://orcid.org/0000-0001-5018-5312

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.147545

Ключові слова:

пароповітряна газифікація, газогенераторна установка, генераторний газ, теплота згорання газу, тепловий баланс

Анотація

З метою газифікації низькосортних палив пропонується конструкція високоефективної газогенераторної установки з прямопотоковим газогенератором, в конструкцію якої включено газоповітряний рекуператор та випаровувач для попередньої підготовки пароповітряної суміші. Процес газифікації є повністю контрольованим, оскільки робота випаровувача узгоджена з роботою системи подачі газів дуття, завдяки чому програмується вологість суміші, що подається в зону газифікації. В якості палива використано гранули із стебел рапсу 10 мм.

Проведено двофакторні експерименти, що дозволяють оцінити вплив об’єму та вологості повітря на нижчу теплоту згорання генераторного газу і на витрати маси палива на процес газифікації. Також досліджено вплив об’єму повітря та його вологості на температуру пароповітряної суміші, необхідної для процесу газифікації.

Встановлено, що оптимальна температура пароповітряної суміші складає 550…570 oС і досягається при об’ємі газів дуття, що надходять в газогенератор, в діапазоні 37…42 м3/год та за вологості повітря 55…65 %. За цих умов нижча теплота згорання генераторного газу складає 12,3 МДж/м3, що на 15,1 % вище порівняно з теплотою згоряння газу, отриманого без використання пароповітряного дуття в процесі газифікації.

Витрати гранул на процес газифікації зменшуються на 14,7 %, а об’єм газу, виробленого з кілограму гранул, зростає на 18 % і складає 3,2 м3/кг.

Загальна енергетична ефективність використання наведеної технологічної схеми виробництва генераторного газу з гранул із стебел рапсу складає 23,5 %.

Представлено оригінальну методику складання теплового балансу для процесу пароповітряної газифікації рослинної сировини. За результатами експериментальних досліджень складено тепловий баланс для розробленої конструкції газогенераторної установки. Даний баланс свідчить про високу ефективність ведення процесу пароповітряної газифкації. Коефіцієнт корисної дії прямопотокового газогенератора складає 79 %, а газогенераторної установки в цілому 74,6 %.

Представлені дослідження можуть бути покладені в основу осучасненої методології теплових розрахунків мобільних та стаціонарних газогенераторних установок

Біографії авторів

Savelii Kukharets, Житомирський національний агроекологічний університет бул. Старий, 7, м. Житомир, Україна, 10008

Доктор технічних наук, доцент, завідувач кафедри

Кафедра механіки та інженерії агроекосистем

Nataliya Tsyvenkova, Житомирський національний агроекологічний університет бул. Старий, 7, м. Житомир, Україна, 10008

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра механіки та інженерії агроекосистем

Yarosh Yaroslav, Житомирський національний агроекологічний університет бул. Старий, 7, м. Житомир, Україна, 10008

Кандидат технічних наук, доцент, декан

Ivan Grabar, Житомирський національний агроекологічний університет бул. Старий, 7, м. Житомир, Україна, 10008

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра процесів машин і обладнання в агроінженерії

Anna Нolubenko, ТОВ «Житомир-Агробудіндустрія» вул. Промислова, 10, м. Житомир, Україна, 10019

Інженер

Посилання

  1. Patra, T. K., Sheth, P. N. (2015). Biomass gasification models for downdraft gasifier: A state-of-the-art review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 50, 583–593. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.05.012
  2. Golub, G., Kukharets, S., Yarosh, Y., Kukharets, V. (2017). Integrated use of bioenergy conversion technologies in agroecosystems. INMATEH – Agricultural Engineering, 51 (1), 93–100.
  3. Ingle, N. A., Lakade, S. S. (2016). Design and Development of Downdraft Gasifier to Generate Producer Gas. Energy Procedia, 90, 423–431. doi: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2016.11.209
  4. Heidenreich, S., Müller, M., Foscolo, P. U. (2016). Advanced Biomass Gasification. New Concepts for Efficiency Sncrease and Product Flexibility. Elsevier, 140. doi: https://doi.org/10.1016/c2015-0-01777-4
  5. Susastriawan, A. A. P., Saptoadi, H., Purnomo (2017). Small-scale downdraft gasifiers for biomass gasification: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 76, 989–1003. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.03.112
  6. Patra, T. K., Nimisha, K. R., Sheth, P. N. (2016). A comprehensive dynamic model for downdraft gasifier using heat and mass transport coupled with reaction kinetics. Energy, 116, 1230–1242. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.10.036
  7. Mykhailovskyi, A. Ye., Kalynovskyi, S. V. (2009). Pat. No. 86980 UA. Sposib formuvannia zony horinnia hazoheneratora i hazohenerator. No. a200614020; declareted: 28.12.2006; published: 10.06.2009, Bul. No. 11.
  8. Civenkova, N. M., Golubenko, A. A. (2012). Pat. No. 80582 UA. Gazogenerator. No. u201212030; declareted: 19.10.2012; published: 10.06.2013, Bul. No. 11.
  9. Pauls, J. H., Mahinpey, N., Mostafavi, E. (2016). Simulation of air-steam gasification of woody biomass in a bubbling fluidized bed using Aspen Plus: A comprehensive model including pyrolysis, hydrodynamics and tar production. Biomass and Bioenergy, 95, 157–166. doi: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2016.10.002
  10. Sheth, P. N., Babu, B. V. (2009). Experimental studies on producer gas generation from wood waste in a downdraft biomass gasifier. Bioresource Technology, 100 (12), 3127–3133. doi: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.01.024
  11. Golub, G., Kukharets, S., Tsyvenkova, N., Yarosh, Ya., Chuba, V. (2018). Experimental study into the influence of straw content in fuel on parameters of generator gas. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (8 (95)), 76–86. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.142159
  12. Cuoci, A., Faravelli, T., Frassoldati, A. et. al. (2009). Mathematical modeling of gasification and combustion of solid fuels and wastes. Chemical Engineering transactions, 18. doi: http://doi.org/10.3303/CET0918162
  13. Melgar, A., Pérez, J. F., Laget, H., Horillo, A. (2007). Thermochemical equilibrium modelling of a gasifying process. Energy Conversion and Management, 48 (1), 59–67. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2006.05.004
  14. Reed, T. B., Das, A. (1988). Handbook of Biomass Downdraft Gasifier Engine Systems. Golden: Solar Energy Research Institute. doi: https://doi.org/10.2172/5206099
  15. Dejtrakulwong, C., Patumsawad, S. (2014). Four Zones Modeling of the Downdraft Biomass Gasification Process: Effects of Moisture Content and Air to Fuel Ratio. Energy Procedia, 52, 142–149. doi: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.07.064
  16. Mysak, J., Lys, S., Martynyak-Andrushko, M. (2017). Research on gasification of low-grade fuels in a continuous layer. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (8 (86)), 16–23. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.96995
  17. Mezin, I. S. (1941). Vliyanie diametra i vysoty kamery gazifikacii na himicheskiy sostav gaza. Tr. nauch.-eksperim. i proekt. in-ta avtotransportnoy prom, 40.
  18. Jia, J., Xu, L., Abudula, A., Sun, B. (2018). Effects of operating parameters on performance of a downdraft gasifier in steady and transient state. Energy Conversion and Management, 155, 138–146. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.10.072
  19. Sepe, A. M., Li, J., Paul, M. C. (2016). Assessing biomass steam gasification technologies using a multi-purpose model. Energy Conversion and Management, 129, 216–226. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.10.018
  20. Sommariva, S., Grana, R., Maffei, T., Pierucci, S., Ranzi, E. (2011). A kinetic approach to the mathematical model of fixed bed gasifiers. Computers & Chemical Engineering, 35 (5), 928–935. doi: https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2011.01.036
  21. Gil, J., Corella, J., Aznar, M. P., Caballero, M. A. (1999). Biomass gasification in atmospheric and bubbling fluidized bed: Effect of the type of gasifying agent on the product distribution. Biomass and Bioenergy, 17 (5), 389–403. doi: https://doi.org/10.1016/s0961-9534(99)00055-0
  22. Corella, J., Toledo, J. M., Molina, G. (2008). Steam Gasification of Coal at Low-Medium (600−800 °C) Temperature with Simultaneous CO2Capture in a Bubbling Fluidized Bed at Atmospheric Pressure. 2. Results and Recommendations for Scaling Up. Industrial & Engineering Chemistry Research, 47 (6), 1798–1811. doi: https://doi.org/10.1021/ie0714192
  23. Herguido, J., Corella, J., Gonzalez-Saiz, J. (1992). Steam gasification of lignocellulosic residues in a fluidized bed at a small pilot scale. Effect of the type of feedstock. Industrial & Engineering Chemistry Research, 31 (5), 1274–1282. doi: https://doi.org/10.1021/ie00005a006
  24. Franco, C., Pinto, F., Gulyurtlu, I., Cabrita, I. (2003). The study of reactions influencing the biomass steam gasification process. Fuel, 82 (7), 835–842. doi: https://doi.org/10.1016/s0016-2361(02)00313-7
  25. Wang, Y., Kinoshita, C. M. (1992). Experimental analysis of biomass gasification with steam and oxygen. Solar Energy, 49 (3), 153–158. doi: https://doi.org/10.1016/0038-092x(92)90066-j
  26. Turn, S. (1998). An experimental investigation of hydrogen production from biomass gasification. International Journal of Hydrogen Energy, 23 (8), 641–648. doi: https://doi.org/10.1016/s0360-3199(97)00118-3
  27. Shahbaz, M., yusup, S., Inayat, A., Patrick, D. O., Ammar, M. (2017). The influence of catalysts in biomass steam gasification and catalytic potential of coal bottom ash in biomass steam gasification: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 73, 468–476. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.01.153
  28. Dupont, C., Boissonnet, G., Seiler, J.-M., Gauthier, P., Schweich, D. (2007). Study about the kinetic processes of biomass steam gasification. Fuel, 86 (1-2), 32–40. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2006.06.011
  29. Mevissen, N., Schulzke, T., Unger, C. A., an Bhaird, S. M. (2009). Thermodynamics of autothermal wood gasification. Environmental Progress & Sustainable Energy, 28 (3), 347–354. doi: https://doi.org/10.1002/ep.10393
  30. Kim, Y. D., Yang, C. W., Kim, B. J., Kim, K. S., Lee, J. W., Moon, J. H. et. al. (2013). Air-blown gasification of woody biomass in a bubbling fluidized bed gasifier. Applied Energy, 112, 414–420. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2013.03.072
  31. Ocampo, A., Arenas, E., Chejne, F., Espinel, J., Londoño, C., Aguirre, J., Perez, J. D. (2003). An experimental study on gasification of Colombian coal in fluidised bed. Fuel, 82 (2), 161–164. doi: https://doi.org/10.1016/s0016-2361(02)00253-3
  32. Zainal, Z. A., Ali, R., Lean, C. H., Seetharamu, K. N. (2001). Prediction of performance of a downdraft gasifier using equilibrium modeling for different biomass materials. Energy Conversion and Management, 42 (12), 1499–1515. doi: https://doi.org/10.1016/s0196-8904(00)00078-9
  33. Corella, J., Sanz, A. (2005). Modeling circulating fluidized bed biomass gasifiers. A pseudo-rigorous model for stationary state. Fuel Processing Technology, 86 (9), 1021–1053. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2004.11.013
  34. Schuster, G., Löffler, G., Weigl, K., Hofbauer, H. (2001). Biomass steam gasification – an extensive parametric modeling study. Bioresource Technology, 77 (1), 71–79. doi: https://doi.org/10.1016/s0960-8524(00)00115-2
  35. Vasylkovskyi, O., Leshchenko, S., Vasylkovska, K., Petrenko, D. (2016). Pidruchnyk doslidnyka. Kirovohrad, 204.
  36. Kolienko, V., Pavlenko, A. (2013). The heat balance of the gasifier and determine the efficiency of the gasification process. Systemy upravlinnia, navihatsiyi ta zviazku, 1 (25), 33–39.
  37. Ferreira, S. D., Lazzarotto, I. P., Junges, J., Manera, C., Godinho, M., Osório, E. (2017). Steam gasification of biochar derived from elephant grass pyrolysis in a screw reactor. Energy Conversion and Management, 153, 163–174. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.10.006

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-11-16

Як цитувати

Kukharets, S., Tsyvenkova, N., Yaroslav, Y., Grabar, I., & Нolubenko A. (2018). Результати дослідження впливу пароповітряного дуття на процес газифікації низькосортних палив. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(8 (96), 86–96. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.147545

Номер

Том 6 № 8 (96) (2018): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Savelii Kukharets, Nataliya Tsyvenkova, Yarosh Yaroslav, Ivan Grabar, Anna Нolubenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.