Transcript PowerPoint 프레젠테이션 - Camera de Comert si Industrie Valcea

Camera de Comert si Industrie
Râmnicu Vâlcea - 02 iulie 2010
UTILIZAREA POTENŢIALULUI
ENERGETIC AL CORZILOR DE VIŢĂ
E. MAICAN, E. MURAD, G. HARAGA, S-Şt. BIRIŞ
Universitatea POLITEHNICA Bucureşti
1
1. Consideratii preliminare
Un obiectiv al dezvoltării durabile a agriculturii constă în creşterea
independenţei energetice a fermelor agricole, bazată pe utilizarea
resurselor de biomasă şi a altor forme de energie regenerabila
disponibile local.
Gazeificarea termo-chimică a biomasei (procedeu cunoscut de peste
150 ani) se dovedeşte capabilă de progres semnificativ în contextul
actual al dezvoltarii de noi materiale si al mecatronicii. Corzile taiate
de viţă de vie reprezinta sursa de energie regenerabilă cea mai
adaptată la necesităţile producţiei viticole, deoarece se poate depozita
după recoltare si se poate utiliza eficient atunci când este necesar.
U.P.B.
GLOBALCLIM
2
Sunt două modalităţi diferite de recoltare, prelucrare şi depozitare a
biomasei agricole pentru producerea de energie:
a. Recoltarea şi un minim de prelucrare locală, transport,
depozitare şi utilizare într-o instalaţie mare de prelucrare sau de
producere de energie;
b. Recoltare, prelucrare, depozitare şi utilizare locală, cu
reintroducerea în terenul agricol a cenuşii minerale şi a unei părţi din
carbonul, din compoziţia biomasei, care nu s-a consumat.
Varianta ”b” contribuie la creşterea independenţei energetice a
fermelor agricole, crescând nivelul de valorificare a produselor
secundare.
Se va trece in revista utilizarea potenţialului energetic al corzilor
de viţă tăiată pentru producerea energiei necesare în fermele viticole.
U.P.B.
GLOBALCLIM
3
2. Utilizarea corzilor de viţă pentru irigare
2.1 Compoziţia corzilor de viţă
În funcţie de soiul de viţă şi de condiţiile pedoclimatice compoziţia
chimică a corzilor poate varia în anumite limite.
Formula chimică redusă pentru corzile de viţă este: CH1.48O0.68.
Pentru estimarea puterilor calorifice, superioară şi inferioară, s-au
selectat relaţiile empirice care au dat cele mai mici abateri standard de
la valorile experimentale.
PCS = 19,2 MJ/kg.us
PCI = 17,7 MJ/kg.us
U.P.B.
GLOBALCLIM
4
2.2 Analiza de caz
Necesaruri de irigare
•
Necesarul anual de irigare, in condiţii de secetă, corespunde unui deficit de
precipitaţii de 250 mm ⇒ 2000 m3 apa/ha.an, la o normă de irigare de 75%.
•
Metoda tradiţionala de irigare → cu aspersoare alimentate de la motopompe
cu motor diesel care consuma anual 130 l/ha motorină si emit in mediu 370
kg/ha.an CO2.
•
Utilizare eficienta a resurselor de apă: norma anuală de udare in perioade
de seceta → 10 udari de 20-25 l/m2 la 2 saptămâni. Datorită necesităţii de
mutare a echipamentelor de udare se iriga un ha/zi; ⇒ o udare este de minim
250 m3 de apa pe ha şi zi. Pentru 10 ore de functionare a grupului de
pompare ⇒ debitul orar al pompei trebuie sa fie DP ≥ 25 m3/h.
U.P.B.
GLOBALCLIM
5
2.3 Parametrii echipamentului de irigare
•
Inălţimea medie de pompare → 25 m (pentru a asigura o distribuire uniformă
a apei pe reţeaua de irigaţie) ⇒ o presiune pP = 2,5 bar.
•
Pentru un randament mediu al pompei de P = 0,6 ⇒ motor termic de
acţionare cu o putere minimă de 2,9 kW.
•
Motopompa necesara pentru irigarea unei vii de circa 5 ha → alimentata cu
gazgen produs într-un gazogenerator termo-chimic alimentat cu tocătură de
corzi de viţă.
•
Randament gazeificare → minim 70% ⇒ gaz combustibil cu o putere
calorifică qg = 4,5...5 MJ/Nm3 ⇒ irigarea vitei de vie se executa cu un bilanţ
aproape nul de CO2.
U.P.B.
GLOBALCLIM
6
3. Instalaţia de pompare
3.1 Structura instalatiei
•
Instalatia → compusă din doua subansambluri
principale: motopompa si gazogenul (schema
bloc detaliata a instalatiei → in figura).
•
Pregatirea biomasei: tocare, sortare, uscare (se
pot utiliza gazele de evacuare ale motorului
motopompei). Biomasa lemnoasa pregatita →
depozitata in modulul de alimentare cu care se
reincarca gazogenul.
•
Gazogenul → funcţionare TLUD (Top Lit UpDraft), în regim de şarja. Dag → debit aer
introdus în gazogen pentru gazeificare. Din
gazogen ⇒ gazgen cald la 500...600 C (Dgaz) +
cenusa cu resturi de carbune neoxidat.
U.P.B.
Schema bloc a instalaţiei de
irigare alimentată de la un gazogen
GLOBALCLIM
7
3.2 Functionare
•
Gazgen-ul cald → preluat de modulul de filtrare şi răcire ⇒gaz filtrat brut, fin şi
extrafin, cu o temperatură cu maxim 40C peste cea ambianta.
•
Din modulul de racire şi filtrare ies:
• gazgen rece şi filtrat;
• cenuşă sub forma de şlam;
• materialul de umplutură din filtru pe care s-au depus gudroane.
(umplutura de tip biomasă din casetele de filtrare → reintrodusa in
circuitul de pregatire al biomasei si gazeificata impreuna cu
biomasa alimentata curent).
•
Gazgenul racit → aspirat de motorul motopompei ⇒ energie mecanică.
Motorul se porneste si functioneaza la mers in gol alimentat cu GPL, la
presiunea de 2 kPa. In sarcina, trece integral pe alimentarea cu gazgen.
U.P.B.
GLOBALCLIM
8
3.2 Functionare
•
Alternatorul actionat de motor încarcă in regim de putere constanta, o baterie
de acumulatori necesara pentru pornirea motorului si alimentarea sistemului
de automatizare.
•
Daca este necesar → convertor cc/ca de 250 W pentru utilizatorii care se
alimenteaza numai de la 240 Vca).
•
Intreaga instalatie de irigare → montata pe un sasiu de tip cadru pentru a se
transporta usor, sau pe o semiremorca care se poate atasa la un tractor,
autovehicul de teren sau la un automobil care are cupla pentru semiremorca.
U.P.B.
GLOBALCLIM
9
4. Modul gazogen TLUD
4.1 Functionare modul TLUD
•
Procesul de gazeificare → alimentat cu aer de un
ventilator cu turaţie variabilă.
•
Iniţalizarea procesului → de la partea superioară
a stratului de biomasă. Piroliza rapidă → în frontul
de piroliză, care coboară continuu consumând
biomasa din reactor ⇒ gaze cu o temperatura
peste 800 ºC şi gudroane care trec prin stratul de
cărbune incandescent, fiind cracate şi reduse
total datorită căldurii radiate de frontul de piroliză.
•
Gazul rezultat (gazgen) → aspirat spre motor.
•
Procedeul TLUD este cu strat fix ⇒ funcţionează
discontinuu în regim de şarja.
U.P.B.
Schema funcţională a
modului TLUD
GLOBALCLIM
10
4.1 Functionare modul TLUD
•
La iniţializarea gazeificării → pornire ventilatorul → ardere iniţiala a gazelor şi
apoi a gazenului rezultat, cu o flacără pilot, până la stabilizarea regimului termic
(3..5 min).
•
După pornirea motorului termic se opreşte ventilatorul şi se închide legătura la
flacăra pilot.
•
Pentru reducerea completa a carbonului din biomasă → temperatura în zona
de reducere → min. 800 ºC ⇒ peretele reactorului → izolat cu beton refractar.
•
Din algortimul de determinare a parametrilor motopompei alimentată cu gazgen
⇒ puterea termica minimă a modulului TLUD = 12,67 kW. Pentru buna
funcţionare a motopompei în condiţiile variaţiei caracteristicilor biomasei ⇒
putere nominala de 15 kW si un timp de functionare in regim şarja = 5 ore;
zilnic → două porniri ale unui modul încărcat complet cu biomasă.
U.P.B.
GLOBALCLIM
11
4.2 Caracteristici modul TLUD
•
Caracteristici modul energetic:
• diametru interior reactor: 300 mm;
• înălţime utilă reactor: 1200 mm;
• Încărcare: 83 dm3 biomasă/şarjă;
• Debit volumic orar de gazgen: 11,3 Nm3/h (mai mare decât aspiră
motopompa la 3000 rot/min) ⇒ funcţionare la o sarcină parţială de
85% timp de 6 ore.
•
In condiţiile analizate, pentru irigarea anuala a 5 ha de vie → necesara o masa
de ~ 1500 kg de viţă de vie tocată, cu u=10%.
•
Produsele secundare ale gazeificării → reciclare ecologică completă:
• cenuşa → reintrodusă în sol ca ingrăşământ mineral;
• gudroanele condensate - amestecate pentru adsorbţie cu pelete din
lemn moale si reintroduse în reactor pentru gazeificare.
U.P.B.
GLOBALCLIM
12
5. Concluzii
1.
S-a analizat o modalitate de utilizare a corzilor de viţă tăiate anual pentru
alimentarea unei motopompe cu care să se irige anual 5 ha de vie, cu un bilant
apropape nul al emisiei de CO2 (corespunzator cerinţelor dezvoltării durabile şi a
creşterii independenţei energetice).
1.
Cu biomasa de corzi de viţă recoltată de pe un hectar de vie (~ 1500 kg/an
biomasa uscata) se pot iriga anual 5 ha viţă de vie cu o norma anuala de 200 mm
apa, deci cu 10.000 m3 apa/an .
3.
Comparativ cu alte sisteme similare în care se utilizează gazogene downdraft sau
open-top de puteri mici (sub 20 kW), s-a ales procedeul top lit up-draft (TLUD):
•
mult mai simplu constructiv;
•
stabil în funcţionare;
•
tolerant la variatia caracteristcilor biomasei gazeificate;
•
funcţionează in şarjă si nu necesită agitare;
•
mult mai ieftin decât alte soluţii similare;
•
uşor de întreţinut şi cu fiabilitate ridicată.
U.P.B.
GLOBALCLIM
13
5.
Reactorul TLUD → izolat refractar ⇒ temperatura in stratul de reducere > 1073 K
⇒ o bună cracare a gudroanelor şi un randament de conversie, la gazgenul rece,
gaz ≥ 70%.
6.
Funcţionarea → la viteze superficiale foarte mici ale gazgen-ului (vS  0,06 m/s) ⇒
foarte puţine particule solide in gazgen (PM < 4 mg/Nm3) şi o concentraţie de
gudroane sub valorile medii acceptate pentru alimentarea motoarelor cu ardere
internă (Ctar < 1g/Nm3).
6. Modulul are două reactoare cu diametrul interior de 300 mm si înaltimea de 1200
mm care pot alimenta fiecare cu gazgen motopompa timp de 5..6 ore, suficient
pentru realizarea normei zilnice de udare de 250 m3 apă. Consumul zilnic de
biomasă este în medie de 50 kg corzi de viţă tocate, la 10% umiditate, cu un
volum 83 dm3.
7. In perioada rece instalaţia poate alimenta un generator electric de 2,5 kW (240
Vca), 10 ore zilnic, în locaţii unde nu este reţea electrică sau în situaţii de urgenţă.
U.P.B.
GLOBALCLIM