Viedas tehnoloģijas izstrāde biomasas līdzsadedzināšanai ar procesu elektrodinamisko vadību

Projekta nosaukums: “Viedas tehnoloģijas izstrāde biomasas līdzsadedzināšanai ar procesu elektrodinamisko vadību” 

Projekta līguma numurs: KC-L-2017/5, Projekta ID Nr. KC-PI-2020/3

Projektu īsteno: Latvijas Universitātes Fizikas Institūts

Projekta īstenošanas termiņš: 2020. gada 1. aprīlis – 2020. gada 30. septembris

Projekta kopējais finansējums: 25000,00 EUR

Atbalsta finansējuma apmērs (90%): 22500,00 EUR

LU finansējuma daļa (10%): 2500,00 EUR

Projekta zinātniskais vadītājs: LU Fizikas institūta vadošais pētnieks Inesa Barmina, inesa.barmina@lu.lv

Projekta administratīvais vadītājs: Kristīne Kuzmane, kristine.kuzmane@lu.lv

Projekta mērķis: samazināt siltuma ražotāju ietekmi uz globālo sasilšanu, attīstot viedu tehnoloģiju plašākai biomasas vietējo resursu izmantošanai siltuma ražošanā līdzsadedzinot problemātisko biodegvielu (kviešu vai rapšu salmus) ar atjaunojamiem vai fosiliem kurināmiem (koksni, kūdru, sasmalcinātu ogli vai gāzi) un izstrādājot efektīvu degšanas un siltuma ražošanas procesu elektrodinamisko vadību.

Projekta galvenie rezultāti (1. kārtas):

1) Tehniski ekonomiskā priekšizpētes izstrāde;

2) Komercializācijas stratēģijas izstrāde.

Projekta īss kopsavilkums:

Lai nodrošinātu ES stratēģisko mērķu izpildi - atjaunojamā kurināmā efektīvāku izmantošana ekoloģiski tīrākai un efektīvākai enerģijas ražošanai, Latvijas Universitātes Fizikas institūta pētnieku grupa ir izstrādājusi viedu tehnoloģiju problemātiskas degvielas (kviešu salmu) līdzsadedzināšanai ar dažāda veida atjaunojamiem vai fosiliem kurināmiem (koksni, kūdru, sasmalcinātu ogli vai gāzi), veicot šo procesu elektrodinamisko vadību. Pašlaik šī tehnoloģija tiek pilnveidota no laboratorijas līmeņa (TRL-4) līdz pus- rūpnieciskam līmenim (TRL-5). Lai veiktu tehnoloģijas komercializāciju un ieinteresētu rūpniecības uzņēmumus, ir jāturpina šīs tehnoloģijas pilnveidošanu, lai sasniegtu demonstrācijas līmeni (TRL-6).

Ir zināms, ka salmu ierobežoto izmantošanu siltuma ražošanā salīdzinājumā ar koksni vai fosiliem kurināmiem nosaka to atšķirīgais elementārais un ķīmiskais sastāvs, relatīvi zemā siltumspēja (līdz 17.5 MJ/kg), relatīvi augstais pelnu un slāpekļa saturs. Tāpēc, lai palielinātu siltuma ražošanu no salmu biomasas un samazinātu siltuma ražotāju ietekmi uz globālo sasilšanu, ir vēlama salmu līdzsadedzināšana ar fosiliem kurināmiem (kūdru, sasmalcinātu ogli vai gāzi), kas ierobežo siltumnīcas efektu izraisošo emisiju veidošanos siltuma ražošanas procesā. IPUL izpildītāju grupa ir veikusi salmu līdzsadedzināšanas procesu eksperimentālos pētījumus, sadedzinot salmu granulas ar koksnes vai kūdras granulām, sasmalcinātu ogli, biogāzi un propānu, pētījumiem izmantojot mazas jaudas diskrētas darbības eksperimentālo iekārtu līdz 5 kW (TRL-4) un nepārtrauktas darbības eksperimentālo iekārtu līdz 20 kW (TRL-5). Ir veikti šo procesu kompleksi testa eksperimenti, mainot salmu koncentrāciju kurināmo maisījumā robežās no 0 līdz 100%. Kompleksie pētījumi, kas veikti testa eksperimentu ietvaros, ļauj izvērtēt salmu līdzsadedzināšanas ietekmi uz maisījuma termisko sadalīšanos, gaistošo savienojumu veidošanos, to uzliesmošanu, degšanu, degšanas procesa raksturojošiem parametriem, saražotās enerģijas daudzumu un tās kvalitāti. Šo pētījumu rezultāti ļauj secināt, ka salmu koncentrācijas palielināšana maisījumā līdz 20-30% intensificē maisījuma termisko sadalīšanos, gaistošo savienojumu veidošanos, to uzliesmošanu un degšanu, palielinot saražotās enerģijas daudzumu uz sadedzinātā maisījuma svara vienību ar sekojošu CO₂ emisiju pieaugumu produktos.

Papildu komponenšu sajaukšanās intensificēšanai salmu līdzsadedzināšanas procesā, tiek izmantoti elektriskā lauka un liesmas mijiedarbības efekti, kas veicina siltuma un masas pārneses procesu veidošanos (jonu vējš) degšanas zonā, izmainot degšanas zonas struktūru, sastāvu, temperatūras un reģentu koncentrācijas radiālo un aksiālo sadalījumu, reakciju ātrumu un degšanas procesu veidošanos. No iepriekšējo pētījumu rezultātiem var secināt, ka elektriskā lauka ietekme uz salmu termisko sadalīšanos un saražoto siltumu ir atkarīga ne tikai no jonu stāvas stipruma bet arī no elektrodu konfigurācijas. Intensīvāku granulēto kurināmo maisījumu termisko sadalīšanos nodrošina elektrodu konfigurācija, kas veicina siltum/masas pārnesi virzienā no reakcijas zonas uz granulētā maisījuma virsmu, izraisot siltuma jaudas pieaugumu reakcijas zonā vidēji par 12-13% un kopējo iekārtas siltuma jaudas pieaugumu par 13.3%.

Jāpievērš uzmanība, ka atjaunojamo un fosilo kurināmo līdzsadedzināšana vienā katlā izraisa siltuma ražotāju interesi visā pasaulē un jau tagad arvien plašāk tiek praktizēta daudzos Eiropas un ASV enerģijas ražošanas uzņēmumos, kas enerģijas ražošanai izmanto ogles vai gāzi. Meklējot iespējas ierobežot globālo sasilšanu un palielināt siltuma ražošanas efektivitāti, tiek analizēta atjaunojamo kurināmo (salmu) ietekme uz siltuma ražošanas procesu raksturojošiem parametriem, izvērtējot optimālo maisījumu sastāvu. Siltuma ražotāju interesi izraisa arī šo procesu papildus regulēšanas iespējas, izmantojot elektriskā lauka un liesmas mijiedarbības efektus. Sistemātiski pētījumi šajā virzienā tiek veikti ASV enerģijas ražošanas uzņēmumā Clear Sign. Ņemot vērā enerģijas ražotāju interesi par atjaunojamo un fosilo kurināmo vienlaicīgu sadedzināšanu un siltuma ražošanas procesu aktīvas regulēšanas iespējām,  projektā paredzētie pētījumi saistībā ar jaunās tehnoloģijas izveidi ir aktuāli un būs izmantojami, lai enerģijas ražotājiem sagatavotu informāciju par dažādas izcelsmes kurināmo maisījumu optimālā sastāva izveidošanas iespējām, to ietekmi uz kombinēto degšanas procesu veidošanos un šo procesu regulēšanas iespējām, izmantojot elektriskā lauka un liesmas mijiedarbības efektus.

Projekta atskaites: