Download - Νικολακοπούλου Μαρία - final
![Page 1: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/1.jpg)
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣΚατασκευή και λειτουργία
πιλοτικής μονάδας ρευστοποιημένης κλίνης με
ανακυκλοφορία για την αεριοποίηση RDF
ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟΣχολή Μηχανολόγων ΜηχανικώνΕργαστήριο Ατμοκινητήρων & Λεβήτων
Νικολακοπούλου Μαρία
Επιβλέπων: Επικ. Καθ. Καρέλλας Σ.
13 Μαρτίου 2015
![Page 2: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/2.jpg)
Περιεχόμενα1. Υπολειμματικό καύσιμο από απορρίμματα RDF2. Αεριοποίηση & Αεριοποιητές ρευστοποιημένης κλίνης3. Βιβλιογραφική ανασκόπηση4. Πειραματική εγκατάσταση5. Πειραματικές δοκιμές6. Ισοζύγιο μάζας & ενέργειας7. Εκκίνηση της μονάδας8. Ανάλυση ορθής λειτουργίας ηλεκτρικών αντιστάσεων9. Συμπεράσματα10. Προτάσεις για μελλοντικές εργασίες
![Page 3: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/3.jpg)
1. Υπολειμματικό καύσιμο από απορρίμματα RDF
RDF: Το στερεό καύσιμο που προκύπτει από τη μηχανική ή/και βιολογική επεξεργασία των ΑΣΑ, προς ομογενοποίηση και αναβάθμιση της ποιότητάς του.
Αστικά Στερεά Απόβλητα: Το σύνολο των οικιακών αποβλήτων και παρεμφερών με τα οικιακά (εμπορικών και συναφών δραστηριοτήτων).
Πλαστικό Βιοαποικοδομήσιμα
![Page 4: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/4.jpg)
2. Αεριοποίηση & Αεριοποιητές Ρευστοποιημένης ΚλίνηςΑεριοποίηση: Η μετατροπή βιομάζας σε αέριο σύνθεσης υπό την παρουσία οξειδωτικού μέσου σε υποστοιχειομετρικές συνθήκες (λ<1).
• Ατμός (αλλόθερμη)
Αέριο Σύνθεσης: CO2, CO, H2, CH4. (syngas)
• πίσσες
• τέφρα• εξανθράκωμα
Οξειδωτικό μέσο: • Αέρας ή Οξυγόνο (αυτόθερμη)
Ρευστοποίηση: Μετατροπή ενός στρώματος ακίνητων στερεών σε στρώμα αιωρούμενων υπό την επενέργεια του οξειδωτικού μέσου.
• Ανάμιξη συστατικών προς δημιουργία ομογενούς
μίγματος
• Ομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασιών
![Page 5: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/5.jpg)
3. Βιβλιογραφική Ανασκόπηση [1]Διεργασίες:
Αεριοποίηση Με αέρα
Με ατμό
Ρευστοποιημένη κλίνη ανακυκλοφορίας
Αναβράζουσα ρευστοποιημένη κλίνη
Σταθερή κλίνη καθοδικής ροής
Σταθερή κλίνηΠεριστρεφόμενος
κλίβανοςΚαύση Εσχάρα
Στροβιλίζουσα ρευστοποιημένη κλίνη
Αποτέφρωση Παλινδρομική εσχάραΑναβράζουσα
ρευστοποιημένη κλίνη
Συναρτήσει:
Σύσταση του αερίου (σύνθεσης ή καυσαερίου)
Του πληρωτικού υλικούΤων αλκαλίων & των αλκαλικών ενώσεωνΆλλων προσθηκών (πχ. Ενεργού άνθρακα,
ουρίας)
Αντικείμενα υπό μελέτη:
Της σύστασης του αρχικού καυσίμου
Συγκέντρωση πισσών
Σχηματισμός διοξινών & φουρανίωνΒίαιη απώλεια ρευστοποίησης
Tων συνθηκών θερμοκρασίας και παροχής οξειδωτικού μέσου
CCE% & CGE%
![Page 6: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/6.jpg)
3. Βιβλιογραφική Ανασκόπηση [2]• Δημιουργία πισσώνΑρωματικοί υδρογονάνθρακες
Μερική οξείδωση οργανικών ενώσεων Πυρόλυση
Μελετήθηκαν: ΘερμοκρασίαΕίδος αδρανούς υλικού
![Page 7: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/7.jpg)
3. Βιβλιογραφική Ανασκόπηση [3]
Ευτηκτικές ενώσεις & επικαθήσεις
Αλκαλικές ενώσεις τέφραςΠυρίτιο αδρανούς υλικού
Υψηλές θερμοκρασίες:
• Σχηματισμός συσσωματωμάτων & βίαιη απώλεια ρευστοποίησης.
Μελετήθηκαν: ΘερμοκρασίαΠοσοστό και είδος αλκαλίου στην τέφραΚοκκομετρία αδρανούς υλικούΕπιφανειακή ταχύτητα μέσου αεριοποίησης
Μείωση των επιφανειών συναλλαγής θερμότητας
![Page 8: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/8.jpg)
3. Βιβλιογραφική Ανασκόπηση [4]• Σχηματισμός διοξινών & φουρανίων
Οργανικές αρωματικές ενώσεις C, H, O, Cl
Μελετήθηκαν: Είδος καυσίμουΘερμοκρασίαΧρόνος παραμονής στο θάλαμο καύσηςΛόγος αέρα/καυσίμουΠροσθήκη ουρίας
![Page 9: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/9.jpg)
4. Πειραματική εγκατάσταση [1]• Σύστημα
Τροφοδοσίας & Αποθήκευσης:
• Περιοχή καύσης αερίου σύνθεσης
![Page 10: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/10.jpg)
4. Πειραματική εγκατάσταση [2]• Κύρια Διάταξη Αεριοποιητή
• Σύστημα καθαρισμού & ψύξης αερίου
d=70 μm & d50=10
μm
d=100 μm & d50=40
μm
5.96
1 m
![Page 11: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/11.jpg)
4. Πειραματική εγκατάσταση [3]1. Εγκατάσταση & θέρμανση ηλεκτρικών αντιστάσεων & τοποθέτηση μόνωσης
Συνολική ισχύς: 70.8 kWΔL = 8.1 cm στους 500˚ C
Απαίτηση εγκατάστασης διαστολικών συνδέσμων,
τηλεσκοπικού σωλήνα και συστήματος
ανάρτησης (γρύλου)
2. Εγκατάσταση μετρητικών πίεσης & θερμοκρασίας
ΜόνωσηΕπιστρώματα
κεραμοβάμβακα και πετροβάμβακα
![Page 12: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/12.jpg)
4. Πειραματική εγκατάσταση [4]Γραμμή δειγματοληψίας αερίου σύνθεσης
Κεραμικό φίλτρο
200°C
Πλυντρίδα Ισοπροπανόλης
Φίλτρο Μικροϊνών
Στήλη αφύγρανσης
ExitMicro GC
Αντλία κενού
Flow controller2Nl/min
0.2Nl/min
![Page 13: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/13.jpg)
5. Πειραματικές δοκιμές [1]5.1. Ρευστοποίηση με ανακυκλοφορία ολιβίνη
Συνθήκες:•27 κιλά ακοσκίνιστου ολιβίνη dp=214.04 μm
Umf,250=0.02 m/s
Ut,250=0.7 m/s
Umf,600=0.015 m/s
Ut,600=0.73 m/s
![Page 14: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/14.jpg)
5. Πειραματικές δοκιμές [2]5.2. Αεριοποίηση πελλετοποιημένου ξύλου
Παροχή αέρα: 120 lN/min Παροχή καυσίμου: 5.5 kg/hΑδρανές υλικό: 27 kg ολιβίνη = 299.54 μm
30 RPM
Umf,750 = 0.04 m/s
Ut,750 = 1.17 m/s
• Μικρότερες διακυμάνσεις
Ρευστοποίηση με ανακυκλοφορία
U = 0.664 m/secU/Ut = 0.568
![Page 15: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/15.jpg)
5. Πειραματικές δοκιμές [3]5.2. Αεριοποίηση πελλετοποιημένου ξύλου
50˚C
Ρευστοποίηση με ανακυκλοφορία
![Page 16: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/16.jpg)
6. Ισοζύγιο μάζας & ενέργειας [1]6.1. Ισοζύγιο μάζας
• Καύσιμο: RDF• λ = 0.31• Αδρανές υλικό: Ολιβίνης
Εισερχόμενες ροές μάζας Εξερχόμενες ροές μάζας Αέριο σύνθεσης msyngas 88.692%
Καύσιμο mRDF 76.873% Εξανθράκωμα mchar 5.056% Τέφρα πυθμένα mbedash 3.628%
Οξυγόνο 23.127% Ιπτάμενη τέφρα mflyash 0.907% Πίσσες mtars 1.502%
Σύνολο 100% Σύνολο 99.786%
![Page 17: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/17.jpg)
6. Ισοζύγιο μάζας & ενέργειας [2]6.2. Ισοζύγιο ενέργειας
Προσδιδόμενη ενέργεια• Χημική ενέργεια: RDF• Ηλεκτρική ενέργεια: Ηλεκτρικές αντιστάσεις
Απώλειες: Απορροφώμενη ενέργεια από τον ολιβίνη Πίσσες Εξανθράκωμα
Εισερχόμενα ποσά ενέργειας Εξερχόμενα ποσά ενέργειας Qsyngas 68.378%
Qresist 45.53% Qolivine 16.61%
QRDF 54.47% Qchar 6.251% Qtars 3.253%
Σύνολο 100% Σύνολο 94.493%
![Page 18: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/18.jpg)
7. Εκκίνηση της μονάδας• Σενάριο 1: Υψηλή ισχύς αντιστάσεων Υψηλή παροχή αέρα
Qresist 100 % Qair 21.388 %
Qblanket 3.872 % – 7.744 %
• Σενάριο 2: Χαμηλή ισχύς αντιστάσεων Χαμηλή παροχή αέρα
Qresist 100 % Qair 21.057 %
Qblanket 13.313 % – 26.627 %
Qresist 36.794 kW Qair 7.869 kW
Qblanket 1.425 – 2.849 kW
Qresist 10.701 kW Qair 2.253 kW
Qblanket 1.425 – 2.849 kW
![Page 19: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/19.jpg)
8. Ανάλυση ορθής λειτουργίας ηλεκτρικών αντιστάσεων [1]Ακτίνα (mm) Περιοχή Ζώνη 1 (˚C) Ζώνη 2 (˚C) Ζώνη 3 (˚C) Ζώνη 4 (˚C)
0 Εσωτερικά του αγωγού 517.8 498.902 580.649 572.692
4 Εξωτερικά του αγωγού 409.483 527.706 478.763 582.201
11.5 Πρώτη στρώση
κεραμικής μόνωσης
409.483 527.706 478.763 582.201
12.5 Σύρμα χρωμονικελίνης 427.067 543.299 487.474 585.179
20 Δεύτερη στρώση
κεραμικής μόνωσης
444.651 558.894 496.184 588.158
120 Μόνωση μανδύα κεραμοβάμβακα 225.083 274.113 247.199 286.673
170 Μόνωση μανδύα πετροβάμβακα 60 60 60 60
Ζώνη 1: Εκλυόμενη ενέργεια από τον ολιβίνη
Ζώνη 3: Μη επαρκή ποσοστά ισχύος
Προθέρμανση μονάδας
![Page 20: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/20.jpg)
8. Ανάλυση ορθής λειτουργίας ηλεκτρικών αντιστάσεων [2]Τροφοδοσία Καυσίμου
Ακτίνα (mm) Περιοχή Ζώνη 1 (˚C) Ζώνη 2 (˚C) Ζώνη 3 (˚C) Ζώνη 4 (˚C)
0 Εσωτερικά του αγωγού 742.51 738.421 764.478 753.376
4 Εξωτερικά του αγωγού 656.905 710.93 752.728 746.548
11.5 Πρώτη στρώση
κεραμικής μόνωσης
773.96 771.092 813.625 762.618
12.5 Σύρμα χρωμονικελίνης 807.984 788.579 831.326 767.288
20
Δεύτερη στρώση
κεραμικής μόνωσης
925.039 848.742 892.223 783.358
120 Μόνωση μανδύα
κεραμοβάμβακα 431.254 398.509 417.17 370.448
170 Μόνωση μανδύα
πετροβάμβακα 60 60 60 60
Ζώνη 2: Αύξηση ύψους κλίνης
Ρευστοποίηση με ανακυκλοφορία
Ζώνη 3:Μεγαλύτερη κυκλοφορία
σωματιδίων& εξώθερμες αντιδράσεις
Ζώνη 4:Πλήθος εξώθερμων
αντιδράσεων
Αεριοποίηση
Basu P. Chapter 5 - Gasification Theory and Modeling of Gasifiers, in Biomass
Gasification and Pyrolysis, 2010, p. 117-165
![Page 21: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/21.jpg)
8. Ανάλυση ορθής λειτουργίας ηλεκτρικών αντιστάσεων [3]
![Page 22: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/22.jpg)
9. Συμπεράσματα Ανάγκη για κοσκίνισμα του αδρανούς υλικού, λόγω παρατήρησης διαφυγής των
λεπτόκοκκων σωματιδίων εκτός της διάταξης. Η αναβράζουσα ρευστοποιημένη κλίνη μετατρέπεται σε ρευστοποιημένη κλίνη με
ανακυκλοφορία μετά την τροφοδοσία του καυσίμου, λόγω της αεριοποίησης. Οι ενεργειακές απώλειες κατά την προετοιμασία της μονάδας δεν εξαρτώνται από τα
επίπεδα παροχής αέρα, παρά μόνο από τα ποσοστά λειτουργίας των αντιστάσεων. Για την αποφυγή πρόσδοσης θερμότητας από την κλίνη προς τις αντιστάσεις,
ενδείκνυται η λειτουργία των αντιστάσεων σε υψηλότερα επίπεδα ισχύος, με ταυτόχρονη μείωση του διαστήματος προθέρμανσης.
![Page 23: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/23.jpg)
10. Προτάσεις για μελλοντικές εργασίες Σειρά πειραματικών δοκιμών αεριοποίησης των πρότυπων δειγμάτων χαρτιού και
πλαστικού (τεμαχισμένο). Αξιοποίηση του παραγόμενου αερίου σύνθεσης σε αεριοστρόβιλο ή ΜΕΚ και εκτίμηση του
βαθμού απόδοσης.
![Page 24: Νικολακοπούλου Μαρία - final](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052217/587400e51a28ab6f1d8b523b/html5/thumbnails/24.jpg)
Ευχαριστώ για την προσοχή σας!