دانلود مقاله تولید انرژی از توده حیاتی

مقدمه: Biomss: تمام مواد آلی از سوخت های چوبی نا گیاهان آبزی را شامل می گردد راه های بسیاری برای تولید انرژی به حالت های مناسب تر ومفید تر همچون انرژی گرمایی الکتریکی وجود دارد.

بدیهی است که زغال سنگ، نفت وگاز طبیعی که 3 منبع عمده انرژی های معمولی را تشکیل می دهند، طی میلیون ها سال به وجود می آیند.

ما در سوی دیگر مواد آلی اصلی در تمام گیاهان (خاکی و آبی /دریایی) که تشکیل دهنده حالات مهم Bio-mass هستند به طور طبیعی در مدت زمانی کوتاه (یک سال یا کمتر) تجدید شده وبه منبع خود اضافه می گردند این همان فاکتور مهمی است که Bio-mass را در دسته بندی منابع تجدید شونده می گنجاند.

با این حال Bio-mass تا زمانی در این رده بندی قرار می گیرد که هزینه کشت و رشد آن با نرخ مصرف آن برابر یکند و چنانچه نرخ مصرف از هزینه کشت فراتر رود، به عنوان یک منبع در حال تخلیه رده بندی خواهد شد( مانند مصرف سوخت های چوبی در کشورهای در حال توسعه) از طرفی می توان Bio-mass را شاخه مفیدی از انرژی خورشیدی دانست چرا که انرژی خورشیدی به طور غیر مستقیم برای رشد گیاهان از طریق فتوسنتز کاربرد دارد.

این مسئله به طور مشخص در نمودرا ساده انرژی نشان داده شده در Fig 0.1 معلوم است.

انرژی تولیدی Bio-mass فتوسنتز انرژی خورشیدی 1-0 منابع Bio-mass Bio-mass می تواند از منابع مختلفی بدست آید: ضایعاتی که در یک منطقه مشخص تجمع می یابند مانند زباله های جامه شهری (MSW) باقیمانده گیاهان در مزارع وجنگل ها که در دوره برداشت محصول ویا چوب بری به جا مانده اند کاشت انتخابی محصولاتی که از لحاظ انرژی کارآمد هستند بسته به نوع محتویات سوختن آنها بعضی از گیاهان قابل سرمایه گذاری از لحاظ تشکیل Bio-mass طبق آخرین دسته بندی عبارتند از:محصولات غذایی حاوی مقادیر قابل توجه شکر و نشاسته مانند: نیشکر، چغندر ،قند .ذرت ، نشاسته کاسارو، ذرت شیرین، سیب زمینیعلف ها، بوته ها، و مخصوصا گونه های درختی با رشد سریع مانند اکالیپتوس (euicalyptus) ولژامینوس (lejuminous) (ka-babal)بعضی گیاهان هیدروکربن ساز مانند افوربیا لاتاریس (Euphorbia lathyris) و افوربیا تیروکولی (Eaphorbia tirucalli) محصولاتی مانند آفتابگردان ، rapseed ، دانه سویا، بادام زمینی که از لحاظ روغن های گیاهی غنی هستند.

موارد کاربرد: فراهم کردن خط لوله انرژی به سمت لوله و پمپ های کشاورزی و پردازش m/cs مثل ساطورها و خرمن کوب هافراهم کردن خط لوله انرژی به مناطق صنعتی روستایی، مثل آسیاب ها مغازه های تجاری، آسیاب های کوچکی برنج، نمابع متمرکز انرژی الکتریکی در مراکز سلامت روستایی ،مراکز سرد نگه دارنده شیرفراهم کننده ی نیازهای خط انرژی به مناطق صنعتی متفاوت مثل لبنیات، سرامیک، صنایع معادن، واحدهای پردازش چوب، روستاهای کوچکی که به الکتریسته مجهز می شوند.توده زنده منطقه ی خشک منطقه ی pyrolysis منطقه ی کاهش منطقه ی اکسیداسیون لایه خاکستر صداگیرها، حائل ها کاربردهای متعدد، شنل های گازی تفکیک بالا سو پرکردن دیگ های روغن/گاز با gasifier هااسفنال با دیگ های بزرگ روغنگنجایش های متغیر از MW 5-1بعضی از مزایای برجسته ی آن به شرح زیر است:استفاده از مواد غنی شده متفاوت /ترکیب (چوب ،مواد زائد چوب تفاله های نیشکر، پوشال،سبوس،غیرهذرات ریز مختلف با اندازه ای متغیر از چند میلی متر تا 10mm می تواند استفاده شود تولید کننده های گاز دارای ارزش کالوریفیکی بین mj/Nm3 7-4 می باشند.کارایی های تبدیلی حرارتی بالاتر انتقال خاکسترهافرآیند تبدیل سازی به گاز می تواند بطور کامل اتومات باشد که این امر در نتیجه ی کنترل آسان بر روی پارامترهای مناطق می باشد.2.1.9،0 مبدل های گازی تفکیک پایین سو یک نمودار شماتیک نامگذاری شده در تصویر 0.9.1.2.1 محل ورود هوا از طریق تایرهای رادیال نزدیک به نوک جعبه های آتش نشان داده شده است.

احتراق جزئی در منطقه ی جلوی یکی از دهانه های تایر بوقوع می پیوندد.

گرمای احتراق ،سرعت سوخت را در بالا می سوزاند وگازهای داغ از طریق رنده ها بعد از حرکت به سمت پایین از طریق موانع مشتعل می شود.

در حین اینکه گاز خام از منطقه با درجه حرارت بالا عبور می کند، بیشتر محصولات pyrolysis سوخته می توانند به هیدروکربن های گازی تفکیک شوند وگاز نسبتا تمیزی بدست بیاید.

این قابلیت مبدل های گازی تفکی پایین سو آنرا با کاربردهای موتور بسیار سازگار می کنند.

اصلاحات درین دستر از طریق R&D منجر به ایجاد gasifier های بدون گلوگاه شده است و هم چنین بستر gasifier ها را آغشته به ما یع می کند.

توده ی زنده منطقه ی خشک --- ناودان بادرجه حرارت بالای 120c منطقه ی pyrolysis 200-000c گاز منطقه ی اکسیداسیون دهانه ی کوره منطقه کاهش رنده گودال خاکستر 0.9.1.3 مبدل های گازی تفکیک میانه درین نوع gasifier ،و گازتولید شده از یک فضای حلقوی اطراف gasifier عبور می کند که بطور همزمان هم بعنوان عایق وهم بعنوان پرکننده ی گرد وغبار استفاده می شود.

همانطور که در تصویر 0.9.1.3.1نشان داده می شود.

هوا از طریق یک سرلوله خنک شده بوسیله آب که در یک قسمت جعبه ی آتش قرارگرفته وارد gasifier می شود.گاز در منطقه ای افقی در جلوی سرلوله تولید شده واز رنده ی عمودی به سمت دریچه ی داغ در سمت مقابل عبور می کند.

بخاطر طول کوتاه مسیر برای واکنش های تبدیل سازی به گاز، این نوع از تولید گاز بسیار سریعتر برای تغییر در تولید گازعمل می کند.

بهر حال در فعالیت های معمولی بندرت استفاده میشود.

0.9.1.4 : gasifier هایی با بستر مایع درین مرحله ای درک عملکرد gasifier هایی با بستر ثابت آسان است عملکرد آنها بستگی به اجزای سوختی مثل آنالیز شیمیایی محتویات فرار ارزش کالوریفیک ، توزیع وزن ومحتویات خاکستر دارد از طرفی gasifier با بستر مایع بسیار گردنده است وقادر است تا منابع Bio-mass مثل گل ولای فاضلاب، مایعات وسبوس برنج (محتوای بالای خاکستر) را نگه دارند.

در قلب یک اجاق با بستر مایعات یک بستر گرم از مایعات متحرک وجود دارد که در محلولی نگاه داشته میشود و با جریان روبه رو بالای هوا حرکت می کنند.

این راکتورها بطور کل حاوی مواد متحرک (شن) ومواد واکنشی (سنگ نمک و کاتالیست ها)هستند ماده بستر ،با بالابردن ستون گاز در وضعیت مایع نگه داشته میشود مزایای اصلی ومهم این gasifier ها عبارتند از: 1)سوخت هایی با ارزش کالوریفیک 800-900kcal /kg می تواند استفاده شود.

2) Bio-mass با رطوبت بالا و محتوای خاکستر ایجاد مشکل نمی کند بنابراین 3)درجه حرارت طبیعی بستر مایع بین 750c-950c است منطقه های خاکستر درجه حرارت فاسد کننده را دریافت نمی کنند پس از ایجاد تفاله جلوگیری میشود.

کارایی احتراق بالاخروج کم N2O,SO2 با هزینه ی منطقیسهولت اجرا در مقایسه بادیگ های روغنینمودار شماتیک یک gasifier سبوس برنج در تصویر 0.9.1.4.1 آمده است.

اینجا اجزای اصلی سیستم عبارتند از: الف) راکتور ب)جدا کننده ی گرد وغبار براساس جاذبه پ) جداکننده ی گردباری ت)کوبشگر مرطوب ث) جداکننده رطوبت ج) دمنده چ) تغذیه کننده سبوس برنج ج)اجاق چ)سری 5KVA DG راکتور ساخته ی SS-310 دارای شعاع 150mm و ارتفاع 100mm است.

یک صفحه سوراخ در بالای منطقه ی توزیع هوا مورد استفاده قرار می گیرد.

یک محدوده برای تغذیه سوختی در 2مکان که 300mm یا 000mm از صفحه توزیع کننده ارتفاع دارند ساخته شده است.

راکتور نجومی مانند خطوط لوله ،عایق بندی شده است تا انرژی گرمایی از دست رفته را بدست بیاورد وهم چنین از تراکم قیر جلوگیری کند.

سوراخ های درناژ خاکستر بالای صفحات توزیع کننده قرار دارند.

برای شروع عملیات، gasifier با بستر و سرپر می شود و ارتفاع مناسب و گرمای مناسب با استفاده از سیم پیچ الکتریکی مشتعل بوجود می آید.

در بدست آوردن درجه ی حرارت مورد نیاز سبوس برنج از بالا وهوای مایع شده از پایین به داخل دمنده فرستاده می شوند.

45 دقیقه طول می کشد تا به سطح محکم یعنی گازی با کیفیت سالم برسند.ترکیب گاز بایستی بعنوان عملکرد درجه حرارت راکتور مورد بررسی قرار گیرد.

:نمودار شماتیک بستر مایع gasifier سبوس برنج سیستم فوق الذکر در دانشگاه Anna مورد اجرا قرار گرفته است و تحت حمایت مالی موسسه توسعه بین المللی سوئد بوده است.

نتایج مهم بدست آمده در زیر خلاصه شده است.

دردرجه حرارت 800c، ترکیب گاز بدست آمده شامل %20 ،مونواکسید کربن و %15 هیدروژن است.ارزش کالوریفیک بین 800-1000 k cal /mm متغیر بودهگاز بداخل ست DG وارد شده و میزان مصرف مخصوص در برابر بار متغیر ست DG ثبت شده است 00-50 درصد جایگزینی دیزل می تواند بطور متوسط اضافه شود.0.9.1.5 :تبدیل سازی به گاز با فشار برای IGCC gasifier های با فشار مناسب برای ظرفیت های بالای انرژی دردو نوع ثابت و بستر مایع مناسب هستند.

بعضی از خصوصیات جانبی این نوع عملکرد عبارتند از: میزان بالای واکنش تغییر بالای کربنخروج بالای سولفور از بستراندازه کوچکتر راکتورپتانسیل های بالاسازگاری باتورین های گاز در نوع IGCC سازگاری باتورین های گاز در نوع IGCC این نوع gasifier ها سود مناسب را از کارایی بالای تکنولوژی چرخه ای مرکب سوخت جامد تا فرآیند تبدیل سازی گاز مشتعل بدست می آورد تصویر 0.9.1.5.1 تصویر شماتیکی از gasifier را نشان می دهد در حالیکه 0.9.1.5.2 تصویر شماتیک دستگاه IGCC را پیش بینی می کند.

سیستم gasifier تصویر 0.9.1.5.1 یک راکتور با بستر مایع و با فشار است که توسط کربن حاصل از تبدیل Bio-mass به گاز از گاز IGI.U استفاده می کند.

تغذیه سوخت با سیستم ناودان بستر وتغذیه کننده انجام میگیرد.

%15-10 هوای توربین گازی برای این منظور کشیده می شود و بعد از ماشین فشار (کمپرسور) و سیستم تبادل گرمایی به gasifier داده میشود.

مقدار کم بخار نیز در gasifier ها برای کنترل بهتر درجه حرارت وجود دارد.

محصول گازی شامل اجزای قابل احتراقی مثل مونواکسید کربن (%12-9) ومتان (%10-5) بهمراه حجمی از گازهای متحرک مثل دی اکسید کربن N2 وبخار آب می باشد و با ارزش کالوریفیک پایین 4-0mj/Nm2 مشخص می شود.

همانطور که در تصویر 0.9.1.5.2 دیده میشود محصول گاز از IGCC شامل مراحل سردسازی گاز و پاکیزه کردن آن است.گاز تولیدی موجد در gasifier از درجه حرارت آزاد تا 450-500C سرد می شود.

در خنک کننده یگازی در قسمت تیوب آتش آن بخار اشباع توید شده با سردکننده ی گازی، سیستم تولید کننده گرمایش یکی میشود.

که این امر در یک چرخه مرکب بوقوع می پیوند.یک بخش سرامیک که با شمع پرشده مسئول گرفتن گرد وغبار از محصول گاز سرد شده می باشد.

در نهایت، محصول گازی سرد شده به سمت توربین گازی هدایت میشود چرخه ی بخار این دستگاه IGCC در حقیقت متشابه با چرخه ی بخاردستگاه های قراردادی با چرخه ی مرکب است که شامل توربین بخار HRSG وسیستم آب تغذیه ای ومتراکم است.

تکنولوژی فوق الذکر با سیستم های تولید کننده ی انرژی قراردادی پیشرفته رقابت می کند و کارایی دستگاه ها %40 بیشتر است.

اندازه دستگاه IGCC با اندازه توربین گازی مشخص می شود وکارایی کلیه به توربین گازی بستگی دارد.

امروزه دستگاه های IGCC که برپایی Bio-mass هستند بهمراه کربن توصیه می شوند واز تولید کنندگان توربین گازی مثل الکتریک وستنیگهام ومیتسوبیشی ضمانت دریافت می کند.

جدول 0.9.1.5.1 وضعیت معمول Bio-mass متعدد را در عمل نشان میدهد.

جدول 0.9.1.5.1 توده ی زنده متعدد بر پایه ی دستگاه های IGCC 1.0.1 اجاق های Bio-mass: انرژی لازم جهت پخت وپز می تواند از انواع مختلف سوخت ها تامین شود.

جمعیت روستایی بخوبی بخش جمعیت شهری در کشورهای در حال توسعه به سوخت های مبتنی Bio-mass متوسل می شوند.

بنابراین اجاق ها پخت وپز که Bio-mass را می سوزانند مثل چوب سوختی ،بقایای محصولات کشاورزی ومدفوع خشک حیوانات اجاق های Bio-mass نامیده می شوند این اجاق ها معمولا بعنوان اجاق های سوختی، اجاق های چوبی و چولای متعدد شناخته می شوند.

این اجاق ها با نیاز پخت وپز 75 درصد جمعیت روستایی و شهری شامل تقریبا 135 میلیون نفر منطبق است.

معرفی گسترده ی وسیعی از طرح های ممکن از اجاق های Bio-mass اجزای آن واجرایشان درین بخش آمده است.

0.1.1 :دسته بندی اجاق های Bio-mass این اجاق ها بتوانند بر پایه صفت ذاتی شان دسته بندی شوند احتراق سوخت در اجاق ماده استفاده شده در ساختار اجاق گاز ماهیت ثابت وقابل حمل اجاق گاز تعداد ظروفی که اجاق گاز می تواند در یک زمان حرارت دهد در اولین دسته بندی، اجاق می تواند چوب را بسوزاند هم چنین می تواندن بقایای کشاورزی و محصولات زائد و مدفوع حیوانات را بسوزاند بطور مشابه یک اجاق که زغال چوب را بعنوان سوخت استفاده می کند می توانند با سوخت های فسیلی مثل زغال سنگ و کک هم عمل کنند.

بنابراین جایگزین های ممکن درین دسته بندی عبارتند از (I اجاق های Bio-mass چوبی که قادر به سوزاندن چوب ، کود حیوانات و مواد زائد محصولات کشاورزی هستند (II اجاق هایی که قادر به سوزاندن گرد وغبار، سبوس برنج و Bio-mass خاکی هستند (III اجاق های زغال چوب که برای سوخت