numeryczne modelowanie procesu gazyfikacji

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 29 sty 2009, 12:01

kolejny fajny przykładzik co sie dziej gdy dostarczyc za dużo powietrza tzn wpisałem sztywny współczynnik x=0.95 (1 to spalenie do CO2 i H2O)

//==============================
skład molowy i masowy drewna
C =1.00 47.0
H =1.68 6.6
O =0.74 46.5

n_C =-0.018089
n_CO2 =0.834280
n_CO =0.183809
n_H2O =0.829607
n_H2 =0.012368
e1 =0.085720
e2 =0.012368

skład po wykropleniu wody
CO2 =16.564812
CO =3.649569
H2 =0.245573
N2 =79.540045

wartosc opalowa =0.492387

sprawnosc zgazowania =0.142070

gibbs =-2.820083
T =1896.813720
//========================

widać że prawie całkowite spalenie do CO2 i H20 jedynie jakieś niewielkie ilości CO i H2, co ciekawe patrząc na gazogenerator jak na piec ten ledwo 5% niedobór tlenu spowodował aż 14% stratę energii, widac co znaczy dobry piec.

Temperatura 1896K ca 1600C trochę wysoka ale układ nie uwzglednia dysocjacji termicznej spalin, i uwzglądniac nie będzie bo nie jest to normalna praca gazogeneratora.

Darek
Doświadczony
Posty: 557
Rejestracja: 27 lut 2006, 18:16
Lokalizacja: Mazury

Postautor: Darek » 31 sty 2009, 13:49

To fajnie, że program już działa, moje gratulacje. Analiza wyników będzie
ciekawym zajęciem. A ja mam takie nurtujęce mnie od dawna pytanie - jaka
jest róznica między zgazowaniem suchego i mokrego drewna. W zasadzie
ogólne zmiany łatwo wydedukować, ale jak będzie to wyglądało w szczegółach
warto zobaczyć. Dlatego mam prośbę o wykonanie obliczeń dla drewna o
wilgotności 50%. Proponowałbym dwa - jedno z wyżej założoną rekuperacją,
czyli powietrze ogrzane do 300 stopni. A drugie z poziomem rekuperacji,
przy którym sprawność reakcji zrówna się. Nie chodzi o zrównanie co do
ułamka procenta, wystarczy aby zgadzały się z grubsza. Po porównaniu składu
gazu i różnic w sprawności możnaby zastanowić się, co jest lepsze. Czy
zawrócenie większej ilości ciepła do zgazowarki, czy może jego użycie do
podsuszania drewna.

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 31 sty 2009, 19:33

więc dla suchego drewna (10% wilgotności) przy minimalnym zwrocie energii przyjetym jako ogrzanie powietrza do 200C (na pewno do tylu się ogrzeje chocby przechodząc przez rozgrzane do czerwoności dysze) powstaje gaz o parametrach

CO2 =12.702541
CO =17.003218
H2 =19.540560
N2 =50.753681

wartosc opalowa =4.641450
sprawnosc zgazowania =0.790698
T =933.263309

natomiast jak drewno bedzie miało 40% wilgotnosci (bez przesady 50% to ledwo co wyjete z rzeki) powstaje gaz:

CO2 =19.739420
CO =6.622250
H2 =23.334079
N2 =50.304251

wartosc opalowa =3.814082
sprawnosc zgazowania =0.761397
T =838.321219

widać spory spadek WO choć sprawność spada stosunkowo niewiele, warto zobaczyc że w gazie z mokrego drewna dominuje wodór. gdyby zastosować pełna rekuperacje o wydajności 100% mamy


CO2 =19.614133
CO =7.500982
H2 =25.215953
N2 =47.668932

wartosc opalowa =4.165225
sprawnosc zgazowania =0.796146
T =845.761018

gaz wychodzacy miał 845K, ogrzewał powietrze do 800K, samemu schładzając się do 600K poprawa spora, sprawnośc wraca do punktu wyjścia, WO prawie, natomiast skład dalej jest do d... dominuje wodór.

gdyby zastosować suche drewno (10%) i 100% rekuperację mamy:

CO2 =10.796887
CO =20.751511
H2 =21.047177
N2 =47.404425

wartosc opalowa =5.307222
sprawnosc zgazowania =0.889852
T =955.678614

czyli cud,miód i orzeszki, ponieważ gazu jest zawsze ok 3x tyle co powietrza ogrzanie powietrza do takiej temp jak ma gaz wylatujacy ze zgazowarki pochłania tylko ok 1/3 energii cieplnaj gazu, reszty w ten sposób nie da sie zagospodarować.

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 03 lut 2009, 10:01

no to programik powoli się finalizuje, dodałem metanizacje, wydawało mi się że te kilka % metanu nic nie zmieni a jednak, ma to wpływ na skład oczywiście nie decydujący ale kilka % mniej wodoru wobec jego ilości rzędu 20% nie jest to mało, wartość opalowa też tak nie leci na łeb na szyje wraz ze wzrostem wilgotności czy spadkiem temperatury bo wtedy pojawia sie więcej metanu. Przykładowy wynik:

skład molowy i masowy drewna
C =1.00 44.3
H =1.85 6.8
O =0.83 48.8
cieplo spalania sm=18.0 [MJ/kg]
wartosc opalowa =15.3 [MJ/kg]

n_C =-0.003969
n_CO2 =0.444960
n_CO =0.499821
n_H2O =0.235750
n_H2 =0.571364
n_CH4 =0.059188

e1 =-0.094960
e2 =0.748929
e3 =0.059188

sklad po wykropleniu wody
CO2 =14.214448
CO =15.967033
H2 =18.252500
CH4 =1.890796
N2 =49.675223

wartosc opalowa =5.097924
sprawnosc zgazowania =0.863439
T =922.344377

już całkiem całkiem, jeszcze drobne poprawki i będzie można zrobić porównywanie uzyskanych wyników z danymi eksperymentalnymi dostępnymi w literaturze, bo teoria nie popartą praktycznymi obserwacjami to mozna sobie d... podetrzeć.

Awatar użytkownika
DJ_KS
Doświadczony
Posty: 159
Rejestracja: 21 lis 2007, 12:57
Lokalizacja: Bory Tucholskie

Postautor: DJ_KS » 03 lut 2009, 19:28

Tak patrzę i nie wierzę...
Dzięki Tobie to jesteśmy spory krok naprzód w projektowaniu układów kogeneracyjnych.

Pozwól, że zadam pytanie: czy robiłeś tą symulację dla drewna suchego, bardzo mokrego, czy wilgotnego?
Bo jak widzę metanizacja trochę zmienia postać problemu :wink:
Pomóżmy sobie i Światu, a najbardziej naszym kieszeniom... ;p

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 03 lut 2009, 19:43

to było dla typowego dobrej jakości drewna a więc 15% wilgotnośći i 15.3 [MJ/kg] wartości opalowej, czyli taki fajny przesezonowany 18 miesięcy buk co zwykle ląduje w kominku

Coondelboory
Doświadczony
Posty: 473
Rejestracja: 17 mar 2006, 20:16

Postautor: Coondelboory » 03 lut 2009, 23:25

Znalazłem coś takiego przy przeglądaniu neta. Może już masz, a może się przyda: http://www.spalanie.pwr.wroc.pl/dydakty ... teoret.pdf

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 04 lut 2009, 22:33

dzięki w zasadzie przyda się do korekcji temperatur ze względu na niestałość teoretycznie stałego molowego ciepła właściwego. Jak się komus chce może poszukać stałych szybkości lub energii aktywacji reakcji:
C+CO2 <-> 2CO
C+H2O <-> CO+H2
CO+3H2 <->CH4+H2O
póki co nie znalazłem a przydało by się, chodzi mi o szacowanie czasu polowicznego zaniku substratu w danej temperaturze aby wyczaić temp w której reakcja przestanie wyrabiać z czasem

Ankot
Doświadczony
Posty: 1584
Rejestracja: 11 kwie 2006, 14:02
Lokalizacja: "kleryków"

Postautor: Ankot » 05 lut 2009, 21:30

Kol. "stolec' odwalił kawał dobrej roboty - a ja omal nie przeoczyłem tego wątku .
Chciałbym zapytać czy Kol. mógłby uwzględnić w modelu np. dodatkową energię (podgrzanie drewna np. do 300-400*C spalinami) i ewentualnie zgazowanie w atmosferze O2 ( lub lepiej np. O2 25% i CO2 75%- bo bezpieczniej dla aparatury) ?

O co mi chodzi :
kiedyś tam upierałem się przy rozkładzie wody na gaz wodny ale wyskoczył mi deficyt pierwiastka C w wsadzie do rozłożenia całej wody ( zakładając wilgotność 40 - 50% - stąd pomysł zaprzęgnięcia do roboty osuszonych spalin z tłokowca . przy czym spaliny pochodzą ze stechiometrycznej mieszanki holcgazu z tlenem a nie powietrzem. Tlen z PSA ale to inna bajka...... ).

Intertesują mnie te wyniki bo zastanawiam się jaki proces de facto występuje w moim ustrojstwie - czy mi się ta woda rozkłada - czy po prostu susze wsad w podajniku............
W pracy instalacji zauważyłem że jest moment w którym ilość wody przy chłodzeniu HG gwałtownie spada a wilgotność wsadu w zasadzie jest stała, kolumna się wyraźnie rozgrzewa w całości i wydaje się że spada znacznie zapotrzebowanie na powietrze ( ja zatykam wlot a "baniak" nie ma zamiaru stygnąć - efekt widać dopiero po 2 godzinach........).
Ścianki wewnętrzne podajnika rozgrzewały się od spalin do 500*C a kolektor wydechowy silnika łapał 600*C na powierzchni -więc pewnikiem spaliny były cieplejsze............. Jaką temperaturę osiąga wsad trafiając do kolumny niestety nie wiem w kazdym razie ma szansę na sporo . :wink:

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 05 lut 2009, 23:42

czy Kol. mógłby uwzględnić w modelu np. dodatkową energię
tak ale obliczenia prowadziłem z myślą o generatorze typu tuning Imberta, i póki co są 2 problemy:

1)nie znam stałych szybkości reakcji dominujących w funkcji temperatury, mówiąc inaczej chodzi mi o moment w którym reakcja zwalnia na tyle że ma to wpływ na wynik, np teoretycznie zgazowanie w temp pokojowej prowadzi do CO2 i metanu, co jest bzdurą bo bo metanizacja czy r bouduarda w temp pokojowej przebiegają tak wolno, że prędzej słońce stanie się czerwonym olbrzymem niż w butli CO, przereaguje do CO2 i C choć jest to energetycznie korzystne. Inaczej mówiąc póki co prognozowanie nietypowych warunków pracy jest niepewne.

2)algorytm numeryczny jest toporny, ma fatalną zbieżność, trzeba dobrze trafić w warunki poczatkowe żeby sie nie zwiesił, dlatego analizy nietypowych przypadków są upierdliwe jak wymiotowanie przez słomkę.

ale jak się z tym uporam nie ma sprawy, na razie coś tam wstepnie poszperam

ale wyskoczył mi deficyt pierwiastka C w wsadzie do rozłożenia całej wody
zakładałeś że drewno to celuloza (C6H10O5)n+wilgoć, nawet dla celulozy bez udziału tlenu deficytu nie ma, typowy skład drewna to tak około CH1.45O0.7 jeśli proces prowadzić beztlenowo do 25% wilgotności nie ma deficytu węgla, oczywiście dodanie tlenu/powietrza troche to zmienia ale "wypalenie" wody jest realne.

Co do wariacji na temat tlenu i CO2 pomyśle i policze na ile będę potrafił ale za parę dni bo teraz czasu brak, co do mieszanki CO2 i O2 to skąd taką weźmiesz? przecież spaliny zawierają azot z powietrza (nawet jak go w gazie nie ma) i zawracąjac je do wsadu zamyka się azotowe kółko, w zasilanie silnika tlenem raczej nie uwierzę.

czy mi się ta woda rozkłada - czy po prostu susze wsad w podajniku............
reakcja
C+H2O->CO+H2
dla temperatury 600C jak twoje spaliny w kolektorze ma równowage w około 40% ale dla 500C już 10%, wydaje mi się że to za delikatne warunki aby znacząco wypalić wodę.

Ankot
Doświadczony
Posty: 1584
Rejestracja: 11 kwie 2006, 14:02
Lokalizacja: "kleryków"

Postautor: Ankot » 06 lut 2009, 10:47

Co do tego Tlenu to uwierz bo - ja z tym na poważnie ....... separacja z powietrza na sitach molekularnych jest na tyle prosta i tania że do zastosowania technicznego ............. trzeba zapodać na wałek ze 2 bocznokanałówki albo rootsa"a i naprzód........( złoże jest niezniszczalne należy dołożyć tylko kilka elektrozaworów i analizator tlenowy). Koszt energetyczny separacji tlenu jest nieco wyższy jak turbodoładownie silnika ( podobne nadciśnienia powietrza).
Może być to o tyle cenne że pozwoli nam bardzo istotnie zwiększyć energję ładunku trafiającego do cylindra. Pamietajmy że literatura podaje znaczny spadek mocy silnika pracującego na HG - co wynika z ograniczeń techniczno objętościowych mieszanki (chcę zastąpić bezużyteczny azot dodatkową mieszanką)

To prawie czyste CO2 mam zamiar pozyskać ze spalin silnikowych wychłodzonych na wsadzie ( silnik na tlenie i dla bezpieczeństwa również na głębokiej recyrkulacji spalin - bo sam tlen może zrobić mu "kuku")


Co do tego gazu wodnego : - wiem że 400 - 600 stopni to za mało ale zważ że resztę energii pozyskamy z czesciowego spalenia wsadu w kolumnie ....... innymi słowy energia ze spalania nie pójdzie np. na suszenie tylko na rozkład wodzianki........

No mnie kiedyś wyszedł deficyt C przy próbie rozkładu mokrej biomasy (przyjąłem 50% wilgotności i czystą celulozę) - masowo to mi wychodziło że brakuje cos około 29% węgla - może i się pieprznąłem bo i chemię zapomniałem........... popatrzę jeszcze jak bedzie chwilka.

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 06 lut 2009, 12:23

No mnie kiedyś wyszedł deficyt C przy próbie rozkładu mokrej biomasy (przyjąłem 50% wilgotności i czystą celulozę)
przy takiej wilgotności to oczywiście że węgla braknie, ale dla 20-30% wyjdzie mniej więcej na zero, może gdyby recyrkulować do zgazowarki troche zimnych spalin dałoby się wypalić 50% CO2 reakcja bouduarda, niemniej jednak gdzieś ta wodę trzeba wykroplić, przynajmniej dla modelu na CO,CO2 i H2, metanizacja mogłaby przejąć nadmiar wodoru ale to gdybanie, 50% to woda z dodatkiem drewna :)

separacja tlenu jest mi znana, wiem co masz na myśli, chodziło mi raczej o to że jak już stosować recyrkulacje spalin, to wzbogacanie mieszanki w tlen musi być i do zgazowarki i do silnika, bo inaczej azot pewnie i tak skumuluje się do pewnego poziomu i będzie krążył jak balast. Jednak to będzie ogromne zapotrzebowanie, szczerze mówiąc nie spotkałem się z takimi rozwiązaniami.

po pobieżnej ocenie wyszło mi że aby zgazować bez udziału powietrza - drewno o zerowym bilansie wody (ok 25% wilg), potrzeba rozgrzać go do ok 1000K (w zasadzie to najpierw drewno potem, gaz i węgiel a potem już sam gaz :) ), wymaga to dostarczenia z zewnątrz energii o wartości ok 30% wartości ciepła spalonego wsadu, czyli do zgazowarki ładujemy 130% energii 100%-ciepło spalania drewna i 30%-dodatkowego ciepła z zewnątrz, wychodzi gaz co niesie 130% z czego 10% to jego energia cieplna tracona przez wychłodzenie przed silnikiem a 120% to ciepło spalania tego gazu, te 120% ładujemy w silnik o sprawności 25%, czyli jego sparwność wzgledem wkładu drewna wynosi 25%*120%=30%, ale typowy silnik traci ok 30% prze układ wydechwy te 30% to 36% wzgledem drewna.

więc aby zagospodarować 30% energii z zewnątrz na zgazowanie w warunkach zamkniętych mamy:
10%-z ciepła gazu
36%-ze spalin

problemem nie jest brak energii tylko jej temperatura, bedzie problem wycisnąc z tego 1000K na zgazowarce, ale wydaje mi się że to jest gdzieś na granicach, i za pewne dla tego twoja zgazowarka jest w stanie pomykać jakis czas bez dostepu powietrza.

aha gaz uzyskany prze zgazowanie bez dostepu powietrza ma 12,5 MJ/m3


co do azotu to chyba strasznie go demonizujesz, oczywiście moc silnika spada, ale to niekoniecznie musi oznaczać spadek sprawności, azot jest w pewnym sensie tez jest czynnikiem roboczym, spalianie mieszanki spalającej się do CO2 i H2O da wielka moc, ale i ogromny skok temperatury który wygeneruje straty cieplne, znaczniej zminiejszy się objętośc molowa, co spowoduje większy udział energii sprężania w stosunku do energii pracy, trzeba by się przyjrzeć jaki wplyw bądzie miał wykładnik adiabaty inny dla gazow 2 i 3 atomowych. Przy zaazotowanym gazie możesz stosować znacznie wyższą kompresję.

Ankot
Doświadczony
Posty: 1584
Rejestracja: 11 kwie 2006, 14:02
Lokalizacja: "kleryków"

Postautor: Ankot » 06 lut 2009, 20:38

Myślę,że nie demonizuję azotu - chodzi mi o uzyskanie znamionowej mocy na wale silnika przy stosunkowo kiepskim paliwie. Pchanie się w turbo jest z wielu powodów kłopotliwe i wręcz niebezpieczne (detonacje sprężonej mieszanki stechiometrycznej w kolektorach dolotowych) .
O ile się to uda istnieje szersza możliwość zastosowania typowych agregatów kogeneracyjnych w naszych elektrociepłowniach. Zrobienie agregatu prądotwórczego "na kolanie" jest dość kłopotliwe - a maszyny obecnie produkowane nie pasują do tego co chcemy uzyskać.

Coondelboory
Doświadczony
Posty: 473
Rejestracja: 17 mar 2006, 20:16

Postautor: Coondelboory » 08 lut 2009, 08:55

[...]
problemem nie jest brak energii tylko jej temperatura, bedzie problem wycisnąc z tego 1000K na zgazowarce, ale wydaje mi się że to jest gdzieś na granicach, i za pewne dla tego twoja zgazowarka jest w stanie pomykać jakis czas bez dostepu powietrza.

aha gaz uzyskany prze zgazowanie bez dostepu powietrza ma 12,5 MJ/m3
[...]
Myślę, że trzeba by uwzględnić, że ankotowa piroliza zachodzi w podajniku, pod wysokim ciśnieniem. W takich warunkach może wychodzi coś innego niż z typowych instalacji, np. jakieś węglowodory. Wspominany przez niego olej mało przypominał (przynajmniej w opisie) typowy olej pirolityczny- gęsty, brązowy i zawodniony. A na taki produkt może wystarczy dużo niższa niż 1000°C temperatura.

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 08 lut 2009, 17:07

nie pisałem 1000C tylko 1000K=727C, spora różnica, przy temperaturze spalin rzędu 500-600C to blisko, sądzę że ta konstrukcja może pracować na granicach wystarczalności energetycznej do zgazowania beztlenowego, przynajmniej wpadać w taki stan na jakiś czas po zamknięciu dopływu powietrza.

co do wysokiego ciśnienia to tam takiego na pewno nie ma, przywalenie 2-3 bar oporu wydechu zamuliłoby totalnie silnik, a kilka bar to nie jest typowa wysokociśniewiowa konwersja w olej pirolityczny. co do zgazowania do CO i H2 to wysokie ciśnienie wymaga wiekszych temperatur, zarówno w reakcji Bouduarda jak i węgla z parą wodną zwiększa sie ilość moli gazu, wzrost ciśnienia przepycha równowage w lewo, trzeba gonić temperaturą.
chodzi mi o uzyskanie znamionowej mocy na wale silnika przy stosunkowo kiepskim paliwie
- nie do końca widzę tu problem, takie agregaty i tak chodzą na jakiś synchronicznych prędkościach typu 1500 czy 3000 itp, będą przy tych samych obrotach produkować średnio 30% mocy mniej niż normalnie, generator asynchroniczny po prostu dostanie mniej mocy zmniejszy się minimalnie poślizg i tyle, synchroniczny zmniejszy czy tam zwiększy wyprzedzenie kątowe, przy tej samej prędkości.


Wróć do „Pytania”

Kto jest online

Użytkownicy przeglądający to forum: Obecnie na forum nie ma żadnego zarejestrowanego użytkownika i 1 gość

cron