Effect of Torrefied Wood Biomass under an Oxidizing Environment in a Downdraft Gasification Process

Abstract

The effect of composition and heating value of torrefied biomass under an oxidizing atmosphere at different conditions (180, 210, and 240 °C during 30, 75, and 120 minutes) was studied relative to downdraft gasification performance. An extended model for gasification in thermochemical equilibrium was used to evaluate the effect of pretreated biomasses, fuelto-air equivalence ratio, and char byproduct production on the producer gas composition, reaction temperature, cold gas efficiency (CGE), and the engine fuel quality (EFQ). The model was validated with experimental data, reaching a global relative error of 8.5%. For raw or torrefied biomasses, with regard to char production, the CGE decreases if char increases; this is due to the fact that the process tends to combustion regimes when a lower amount of carbon is involved in the gasification reaction. Otherwise, the CGE and EFQ increase (up to 80% and 2.5 MJ/kg, respectively) if fuel-to-air ratio increases. With regard to the torrefied biomass, it is highlighted that CGE and EFQ increase from 77% to 82% and from 2.2 MJ/kg to 2.5 MJ/kg, respectively, when the torrefaction conditions (temperature and/or time) increase. This behavior is related to the increase of the autothermal zones in the gasification process and due to the higher heating value of torrefied biomass.

Generación de Energía a partir de Residuos Sólidos Urbanos. Estrategias Termodinámicas para Optimizar el Desempeño de Centrales Térmicas

“…Con la composición del GG es posible determinar un conjunto de parámetros termodinámicos, tales como eficiencia del proceso de gasificación en frío (CGE, %), Poder Calorífico Inferior del gas de gasificación (PCIGG, MJ/m 3 N) y la eficiencia de segunda ley (eficiencia exergética, ExE, %). El modelo se presenta de modo detallado en Pérez et al (2016); Ramos y Pérez (2017). Por medio de la fórmula de sustitución (CnHmOpNqSr), es posible determinar el peso molecular de la biomasa, la cantidad molar de agua por mol de biomasa, la relación estequiométrica combustible/aire y la entalpía de formación de la biomasa (Pérez et al, 2016).…”

“…Ex aire = n aire ∑ E i 0 ∴Ex aire = n aire (E O 2 0 + 3,76•E N 2 0 ) (9.1) (9.2) Este modelo matemático que simula la conversión de sólidos carbonoso a gas ha sido validado con datos de plantas industriales de gasificación usando diferentes tipos de combustible sólido, cubriendo análisis últimos con relaciones molares: 0,22<O/C<0,69 y 0,83<H/C<1,37, donde la precisión del modelo está representada por un error relativo en torno al 8,5% (Pérez et al, 2016;Ramos y Pérez, 2017). Por tal razón, en este trabajo se acepta la validez del modelo matemático, y se usa como herramienta computacional para determinar las estrategias termodinámicas de gasificación de RSU en plantas de valoración energética basadas en incineración.…”