PL235601B1 - Sposób wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej w kogeneracji ze zmikronizowanej, stałej biomasy - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej w kogeneracji ze zmikronizowanej, stałej biomasy, gdzie surowiec suchej biomasy poddaje się przekształceniu przez wielokrotne rozdrabnianie, mielenie i mieszanie i składuje w zbiorniku, natomiast gorące spaliny zmieszane z powietrzem zasilają moduł przetwarzania energii cieplnej na elektryczną, charakteryzuje się tym, że przygotowane znanym sposobem w procesie mikronizacji paliwo (1) w postaci suchej, stałej biomasy włókiennej (słomy zbożowej) jest podawane ze zbiornika (13) dozownikami (2) do dyfuzyjnej komory spalania (3), gdzie powstałe w wyniku spalenia paliwa (1) zmieszane spaliny i gorące powietrze łączą się z zimnym powietrzem z kompresora turbiny (4.1), tworząc wylotowe stabilizowane gorące gazy (5) przesyłane do turbiny (4.1) w zespole siłowni kogeneracyjnej turbinowej (4) z generatorem prądotwórczym (4.2). Ciepło odpadowe powstałe w dyfuzyjnej komorze spalania (3) jest transportowane do rekuperatora odzysknicowego (6), wytwarzającego parę przegrzaną (7) przesyłaną także do turbiny (4.1) w zespole siłowni kogeneracyjnej turbinowej (4) z generatorem prądotwórczym (4.2).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej w kogeneracji ze zmikronizowanej, stałej biomasy.

Wobec zwiększających się potrzeb gospodarczych w zakresie energetyki coraz większe znaczenie mają innowacyjne sposoby produkcji gazu i energii wykorzystujące niekonwencjonalne surowce. Jednym z ważniejszych jest biomasa, którą stanowią wszystkie substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego ulegające biodegradacji. Najczęściej są to resztki produkcji rolnej, pozostałości z leśnictwa, odpady przemysłowe i komunalne. Można także dla pozyskania biomasy specjalnie uprawiać pewne rośliny np. wierzbę wiciową czy trzcinę pospolitą, które charakteryzują się dużym przyrostem rocznym i niewielkimi wymaganiami glebowymi. Popularnym produktem wytwarzanym z biomasy jest biogaz, czyli paliwo gazowe otrzymywane w procesie fermentacji metanowej.

Znany jest z polskiego opisu zgłoszeniowego wynalazku nr zgłoszenia P.400076 sposób produkcji energii elektrycznej i ciepła w procesie termicznego przekształcania różnych rodzajów odpadów w zintegrowanej instalacji oraz zintegrowana instalacja do produkcji energii elektrycznej. Zgodnie ze sposobem różne rodzaje odpadów poddaje się segregacji i wyodrębnia się odpady przeznaczone do termicznego przekształcenia, które następnie przetwarza się w co najmniej dwóch mineralizatorach w postaci izolowanej, podłużnej, obrotowej i pochyłej rury z rozmieszczonymi na jej wewnętrznych ścianach łopatami (kierownicami) do przesypywania materiału w trakcie obrotu rury, ze strefą odparowywania, w której następuje odparowanie wilgoci ze wsadu i strefą mineralizacji, w której następuje właściwy proces zgazowania wsadu i przetworzenie wsadu na gorący gaz i odpad nieorganiczny, po czym z gorącego gazu, po jego oczyszczeniu, wytwarza się energię elektryczną i ciepło.

Znany jest z polskiego opisu zgłoszeniowego wynalazku nr P.379200 sposób wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej z biomasy i mobilny, przewoźny zespół kontenerowy do wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej z biomasy. Sposób polega na beztlenowej fermentacji suchej biomasy, którą prowadzi się w hermetycznie zamkniętych mobilnych przewoźnych pojemnikach kontenerowych. Suchą biomasę zwilża się przez zraszanie perkolatem. Wytwarzany w pojemnikach fermentacyjnych ze zraszanej i podgrzewanej biomasy gaz gromadzi się w zbiornikach, a następnie gazem tym zasila się urządzenia do wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej, zwłaszcza na potrzeby własne w gospodarstwie wiejskim.

Znany jest także z polskiego opisu patentowego nr PL220800 sposób ciągłego wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej poprzez utylizację odpadów organicznych i/lub biomasy, polegający na zgazowaniu biomasy i wykorzystaniu uzyskanego gazu palnego charakteryzuje się tym, że materiał poddawany utylizacji składający się z co najmniej jednego rodzaju odpadów, w postaci odpadów mokrych zgromadzonych w zbiornikach odpadów mokrych, które suszy się w zespole suszarni dla obniżenia zawartości wody poniżej 15% i/lub odpadów suchych zgromadzonych w zbiornikach odpadów suchych, dozuje się do zbiornika buforowego, następnie odpady rozdrabnia się i miele w układzie rozdrabniania i mielenia odpadów, a rozdrobnione i wymieszane odpady w mikrofalowym reaktorze pirolitycznym poddaje się pirolizie, poprzez podgrzanie do temperatury 500-800°C w atmosferze kontrolowanej zawartości tlenu, w którym odpady rozkłada się na pozostałość stałą gromadzoną w zbiornikach pozostałości stałych i gazy pirolityczne kierowane do dalszego przetwarzania, po czym gazy pirolityczne w zespole wymienników ciepła schładza się i osusza do wilgotności względnej poniżej 70%, a ochłodzone i osuszone gazy pirolityczne oczyszcza się w module odpylania i oczyszczania i zasila nimi silniki gazowe napędzające generatory energii elektrycznej. Gorące spaliny z silników gazowych w mieszalniku miesza się z powietrzem, po czym kieruje do zespołu suszarni i/lub odrębnych suszarni. Gorące spaliny zmieszane z powietrzem zasilają moduł przetwarzania energii cieplnej na elektryczną, po czym kierowane są do zespołu suszarni i/lub odrębnych suszarni. Nadmiar gazów pirolitycznych z modułu odpylania i oczyszczania dopala się w mikrofalowym dopalaczu, a następnie poprzez mieszalnik kieruje do zespołu suszarni i/lub odrębnych suszarni. Dopalony nadmiar gazów pirolitycznych zmieszany z powietrzem zasila moduł przetwarzania energii cieplnej na elektryczną, po czym jest kierowany do zespołu suszarni i/lub odrębnych suszarni. Nadmiar gazów pirolitycznych z modułu odpylania i oczyszczania i gorące spaliny z silników gazowych dopala się w mikrofalowym dopalaczu, a następnie poprzez mieszalnik kieruje do zespołu suszarni i/lub odrębnych suszarni. Nadmiarem gazów pirolitycznych i gorącymi spalinami dopalonymi w mikrofalowym dopalaczu i zmieszanymi z powietrzem zasila się moduł przetwarzania energii cieplnej na elektryczną, po czym kieruje do zespołu suszarni i/lub odrębnych suszarni.

PL 235 601 B1

Sposób wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej w kogeneracji ze zmikronizowanej, stałej biomasy według wynalazku, gdzie surowiec suchej biomasy poddaje się przekształceniu przez wielokrotne rozdrabnianie, mielenie i mieszanie i składuje w zbiorniku, natomiast gorące spaliny zmieszane z powietrzem zasilają moduł przetwarzania energii cieplnej na elektryczną, charakteryzuje się tym, że przygotowane znanym sposobem w procesie mikronizacji paliwo w postaci suchej, stałej biomasy włókiennej (słomy zbożowej) podawane jest ze zbiornika dozownikami do dyfuzyjnej komory spalania, gdzie powstałe w wyniku spalenia paliwa zmieszane spaliny i gorące powietrze łączą się z zimnym powietrzem z kompresora turbiny tworząc wylotowe stabilizowane gorące gazy przesyłane do turbiny w zespole siłowni kogeneracyjnej turbinowej z generatorem prądotwórczym. Ciepło odpadowe powstałe w dyfuzyjnej komorze spalania transportowane jest do rekuperatora odzysknicowego wytwarzającego parę przegrzaną przesyłaną także do turbiny w zespole siłowni kogeneracyjnej turbinowej z generatorem prądotwórczym.

Paliwo w postaci suchej, stałej biomasy włókiennej ma korzystnie wielkość cząstki od 50 do 100 μm, wartość opałową od 17 do 18 MJ/kg, ciepło spalania od 18 do 19 MJ/kg, zawartość wilgoci < 5% a zawartość popiołu < 3%.

Wylotowe stabilizowane gorące gazy powstałe w wyniku zmieszania spalin i gorącego powietrza ze spalania paliwa w dyfuzyjnej komorze spalania z zimnym powietrzem z kompresora turbiny mają korzystnie temperaturę 750°C.

Sposób wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej w kogeneracji ze zmikronizowanej, stałej biomasy według wynalazku zapewnia bezpośrednią, w ramach jednej linii produkcyjnej, przemianę biomasy na energię elektryczna i cieplną. Zastosowanie procesu spalania paliwa z biomasy w komorze bezpośrednio połączonej z turbiną eliminuje zastosowanie wody w procesie, minimalizuje straty procesowe przy produkcji ciepła.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje schematycznie elementy instalacji do realizacji sposobu według wynalazku.

Sposób wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej w kogeneracji ze zmikronizowanej, stałej biomasy według wynalazku, gdzie surowiec suchej biomasy poddaje się przekształceniu przez wielokrotne rozdrabnianie, mielenie i mieszanie i składuje w zbiorniku, natomiast gorące spaliny zmieszane z powietrzem zasilają moduł przetwarzania energii cieplnej na elektryczną, charakteryzuje się tym, że surowiec w postaci sieczki słomianej o długości 5-10 cm otrzymywanej z sieczkarni 8 po oczyszczeniu z piasku i kamienia w zespole kolumny fluidalnej do oczyszczania 9 trafia do młyna bijakowego z sitem o otworach 6 mm. Sieczka słomiana zmielona w młynie bijakowym do wymiaru 2-3 mm zostaje przeniesiona do mieszalnika 10, w którym zostaje zabrana przez wentylator i kanałem transportowym (pneumatycznie) podawana jest do multicyklonu. Rozprężona sieczka słomiana, oddzielona od powietrza transportowego poprzez tzw. zbiornik Vorteksa i zawór obrotowy spada do mieszadła bębnowego (mieszadło kułakowe) nad mikronizatorem 11. Powstały w mieszadle półprodukt, w postaci drobnej sieczki słomianej suchej o długości mniejszej lub równej 2-3 mm jest podawany poprzez dolny wysyp ślimakiem dozującym o regulowanej wydajności do separatora magnetycznego a następnie na mikronizator 11, gdzie ulega rozbiciu na drobne cząstki. Przy pomocy transportu pneumatycznego powstały w mikronizatorze 11 pył zostaje podany na multicyklon 12 i przenośnikami skierowany do pojemnika 13 na paliwo mikropyłowe, przy czym dla dokładnego oczyszczenia powietrza stosuje się filtr tkaninowy. Teraz przygotowane znanym sposobem w procesie mikronizacji paliwo 1 w postaci suchej, stałej biomasy włókiennej (słomy zbożowej) jest podawane ze zbiornika 13 dozownikami 2 do dyfuzyjnej komory spalania 3, gdzie powstałe w wyniku spalenia paliwa 1 zmieszane spaliny i gorące powietrze łączą się z zimnym powietrzem z kompresora turbiny 4.1 tworząc wylotowe stabilizowane gorące gazy 5 przesyłane do turbiny 4.1 w zespole siłowni kogeneracyjnej turbinowej 4 z generatorem prądotwórczym 4.2. Ciepło odpadowe powstałe w dyfuzyjnej komorze spalania 3 jest transportowane do rekuperatora odzysknicowego 6 wytwarzającego parę przegrzaną 7 przesyłaną także do turbiny 4.1 w zespole siłowni kogeneracyjnej turbinowej 4 z generatorem prądotwórczym 4.2.

Paliwo 1 w postaci suchej, stałej biomasy włókiennej ma korzystnie wielkość cząstki od 50 do 100 μm, wartość opałową od 17 do 18 MJ/kg, ciepło spalania od 18 do 19 MJ/kg, zawartość wilgoci < 5% a zawartość popiołu < 3%.

Wylotowe stabilizowane gorące gazy 5 powstałe w wyniku zmieszania spalin i gorącego powietrza ze spalania paliwa 1 w dyfuzyjnej komorze spalania 3 z zimnym powietrzem z kompresora turbiny 4.1 mają korzystnie temperaturę 750°C.

PL 235 601 B1

Wykaz oznaczeń na rysunku

- paliwo (biomasa)

- dozownik

- dyfuzyjna komora spalania

- siłownia kogeneracyjna turbinowa

4.1 - turbina

4.2 - generator prądotwórczy

- wylotowe stabilizowane gazy

- rekuperator odzysknicowy

- para przegrzana

- sieczkarnia

- kolumna fluidalna do oczyszczania

- mieszalnik

- mikronizator

- multicyklon

- pojemnik

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej w kogeneracji ze zmikronizowanej, stałej biomasy, gdzie surowiec suchej biomasy poddaje się przekształceniu przez wielokrotne rozdrabnianie, mielenie i mieszanie i składuje w zbiorniku, natomiast gorące spaliny zmieszane z powietrzem zasilają moduł przetwarzania energii cieplnej na elektryczną, znamienny tym, że przygotowane znanym sposobem w procesie mikronizacji paliwo (1) w postaci suchej, stałej biomasy włókiennej (słomy zbożowej) jest podawane ze zbiornika (13) dozownikami (2) do dyfuzyjnej komory spalania (3), gdzie powstałe w wyniku spalenia paliwa (1) zmieszane spaliny i gorące powietrze łączą się z zimnym powietrzem z kompresora turbiny (4.1) tworząc wylotowe stabilizowane gorące gazy (5) przesyłane do turbiny (4.1) w zespole siłowni kogeneracyjnej turbinowej (4) z generatorem prądotwórczym (4.2), natomiast ciepło odpadowe powstałe w dyfuzyjnej komorze spalania (3) jest transportowane do rekuperatora odzysknicowego (6) wytwarzającego parę przegrzaną (7) przesyłaną także do turbiny (4.1) w zespole siłowni kogeneracyjnej turbinowej (4) z generatorem prądotwórczym (4.2).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że paliwo (1) w postaci suchej, stałej biomasy włókiennej ma korzystnie wielkość cząstki od 50 do 100 μm, wartość opałową od 17 do 18 MJ/kg, ciepło spalania od 18 do 19 MJ/kg, zawartość wilgoci < 5% a zawartość popiołu < 3%.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wylotowe stabilizowane gorące gazy (5) powstałe w wyniku zmieszania spalin i gorącego powietrza ze spalania paliwa (1) w dyfuzyjnej komorze spalania (3) z zimnym powietrzem z kompresora turbiny (4.1) mają korzystnie temperaturę 750°C.