Wood chips gasification process in combined heat and power system

[И. Чековић]

129 листова

Машинство - Процесна техника / Technical Sciences ̶ Mechanical Engineering

Предмет истраживања у оквиру ове докторске дисертације је процес истосмерне гасификације дрвне сечке у постројењу за комбиновану производњу топлотне и електричне енергије, тзв. CHP постројење. Из тог разлога је, у оквиру ове дисертације, посебна пажња посвећена термохемијском процесу гасификације, као ефикасном начину конверзије биомасе у енергетске сврхе карактеристичном по ефикасном уклањању чврстих честица у произведеном гасу и нижим емисијама свих загађујућих компонената, али и значају, потенцијалу и изазовима употребе дрвне биомасе. Циљ истраживања је дефинисање два математичка модела процеса гасификације дрвне сечке у истосмерном гасификатору ради одређивања састава и топлотне моћи произведеног гаса. У оквиру софтверског пакета ASPEN Plus V9 развијен је термодинамички равнотежни (0-D) модел, док је у оквиру софтверског пакета ANSYS Fluent v18.0 развијен CFD (3-D) модел. У циљу испитивања процеса гасификације и дефинисања модела гасификације реализована су експериментална испитивања у комерцијалном CHP постројењу номиналне снаге од око 250 kW електричне енергије и 600 kW топлотне енергије. Дефинисана геометрија истосмерног гасификатора и измерене величине, тј. параметри модела, коришћени су за дефинисање граничних услова и валидацију модела. Развијени модели омогућавају сагледавање утицаја промене биомасе (врсте дрвне биомасе) на састав и топлотну моћ произведеног гаса, односно на количину топлотне и електричне енергије која се произведе, а омогућавају и унапређење процеса производње топлотне и електричне енергије и самог истосмерног гасификатора, чиме је омогућено отклањање проблема не само у раду CHP постројења, већ и сличних енергетских система са истосмерном гасификацијом.

A subject of the investigation in this thesis is a process of wood chips downdraft gasification in combined heat and power system, well known as CHP system. For this reason, in the thesis, special attention has been paid to a thermochemical gasification process, as an efficient way of converting biomass into energy and characterized by efficient removal of solid particles in the producer gas and lower emissions of all pollutants, as well as the significance, potential and challenges of using woody biomass as a fuel. The aim of the investigation is to define two mathematical models of wood chips gasification process in downdraft gasifier in order to evaluate composition and low heating value of producer gas. A thermodynamic equilibrium (0-D) model was developed in a software package ASPEN Plus V9, while a CFD (3-D) model was developed in a software package ANSYS Fluent v18.0. In order to examine the gasification process and define models, experiment was performed within commercial small-scale CHP system with nominal power of about 250 kW of electricity and 600 kW of thermal energy. Well-defined geometry of the gasifier and model parameters (values measured within CHP system) were used to define boundary conditions and for model validation. Two models that are developed are the tools which could be used for impact examination of biomass type used as a fuel (type of woody biomass) for downdraft gasification process on the producer gas composition and low heating value, as well as on the produced amount of electricity and heat. This can bring improvement in terms of production process and the gasifier, not only within CHP systems, but also within similar energy systems based on downdraft gasification.

истосмерна гасификација, дрвна сечка, моделовање, ASPEN Plus, ANSYS Fluent

downdraft gasification, wood chips, modelling, ASPEN Plus, ANSYS Fluent

Tekst