The status of flue gas desulfurization applications in the United States : a technological assessment : highlights : [a staff report of the Bureau of Power /

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Economical flue gas desulfurization resulting in valuable fertilizer : supplemental condensation of report /

Supplemental condensation of the author's Valuable fertilizer products from high sulfur coal stack gas.

Cultivation medium design via elemental balancing for tetraselmis suecica

The primary requirements for high-biomass-concentration microalgal cultivation include a photon source and distribution, efficient gas exchange and suitable growth medium composition. However, for mass outdoor production of microalgae, growth medium composition is a major controlling factor as most of the other factors such as light source and distribution are virtually uncontrollable. This work utilises an elemental balance approach between growth medium and biomass compositions to obtain high-density microalgal cultures in an open system. F medium, commonly used for the cultivation of marine microalgae such as Tetraselmis suecica was redesigned on the basis of increasing the biomass capacity of its major deficient components to support high biomass concentrations (τ ∼ 5.0 % for N, S and τ ∼ 10 % P), and the entire formulation was dissolved in 0.2 um sterile filtered natural seawater. Results show that the new medium (F') displayed a maximum biomass concentration and total lipid concentration of 1.29 g L 1 and 108.7 mg L 1 respectively, which represents over 2-fold increase compared to that of the F medium. Keeping all variables constant except growth medium, and using F medium as the base case of 1 medium cost (MC) unit mg -1 lipid, the F' medium yielded lipid at a cost of only 0.35 MC unit mg -1 lipids. These results show that greater amounts of biomass and lipids can be obtained more economically with minimal extra effort simply by using an optimised growth medium.

Kinetics of the chemical looping oxidation of H2 by a co-precipitated mixture of CuO and Al2O3

Chemical-looping combustion (CLC) has the inherent property of separating CO2 from flue gases. Instead of air, it uses an oxygen-carrier, usually in the form of a metal oxide, to provide oxygen for combustion. When used for the combustion of gaseous fuels, such as natural gas, or synthesis gas from the gasification of coal, the technique gives a stream of CO2 which, on an industrial scale, would be sufficiently pure for geological sequestration. An important issue is the form of the metal oxide, since it must retain its reactivity through many cycles of complete reduction and oxidation. Here, we report on the rates of oxidation of one constituent of synthesis gas, H2, by co-precipitated mixtures of CuO+Al2O3 using a laboratory-scale fluidised bed. To minimise the influence of external mass transfer, and also of errors in the measurement of [H2], particles sized to 355-500μm were used at low [H2], with the temperature ranging from 450 to 900°C. Under such conditions, the reaction was slow enough for meaningful measurements of the intrinsic kinetics to be made. The reaction was found to be first order with respect to H2. Above ∼800°C, the reaction of CuO was fast and conformed to the shrinking core mechanism, proceeding via the intermediate, Cu2O, in: 2CuO+H2→Cu2O+H2O, ΔH1073 K0=- 116.8 kJ/mol; Cu2O+H2→2Cu+H2O, ΔH1073 K0-80.9 kJ/mol. After oxidation of the products Cu and Cu2O back to CuO, the kinetics in subsequent cycles of chemical looping oxidation of H2 could be approximated by those in the first. Interestingly, the carrier was found to react at temperatures as low as 300°C. The influence of the number of cycles of reduction and oxidation is explored. Comparisons are drawn with previous work using reduction by CO. Finally, these results indicate that the kinetics of reaction of the oxygen carrier with gasifier synthesis gases is very much faster than rates of gasification of the original fuel. © 2010 The Institution of Chemical Engineers.

CO2-gasification of a lignite coal in the presence of an iron-based oxygen carrier for chemical-looping combustion

Chemical-looping combustion (CLC) has the inherent property of separating the product CO2 from flue gases. Instead of air, it uses an oxygen carrier, usually in the form of a metal oxide, to provide oxygen for combustion. All techniques so far proposed for chemical looping with solid fuels involve initially the gasification of the solid fuel in order for the gaseous products to react with the oxygen carrier. Here, the rates of gasification of coal were compared when gasification was undertaken in a fluidised bed of either (i) an active Fe-based oxygen carrier used for chemical looping or (ii) inert sand. This enabled an examination of the ability of chemical looping materials to enhance the rate of gasification of solid fuels. Batch gasification and chemical-looping combustion experiments with a German lignite and its char are reported, using an electrically-heated fluidised bed reactor at temperatures from 1073 to 1223 K. The fluidising gas was CO2 in nitrogen. The kinetics of the gasification were found to be significantly faster in the presence of the oxygen carrier, especially at temperatures above 1123 K. A numerical model was developed to account for external and internal mass transfer and for the effect of the looping agent. The model also included the effects of the evolution of the pore structure at different conversions. The presence of Fe2O3 led to an increase in the rate of gasification because of the rapid oxidation of CO by the oxygen carrier to CO2. This resulted in the removal of CO and maintained a higher mole fraction of CO2 in the mixture of gas around the particle of char, i.e. within the mass transfer boundary layer surrounding the particle. This effect was most prominent at about 20% conversion when (i) the surface area for reaction was at its maximum and (ii) because of the accompanying increase in porosity and pore size, intraparticle resistance to gas mass transfer within the particle of char had fallen, compared with that in the initial particle. Excellent agreement was observed between the rates predicted by the numerical model and those observed experimentally. ©2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Thermal performance in a conventional fireplace and in an inset appliance

The objective of this study is to compare the performance of the equipment currently employed in the domestic heating with firewood, the conventional fireplace and the inset appliance with close firedoors. For such, it was followed the European Standard EN13229:2001/A2:2004. Efficiency and heat output is determined and the major heat losses that penalize the appliance performance are identified and calculated. Tests in laboratory were developed in two inset appliances, and tests in situ in one conventional fireplace. One of the appliances uses only staging as primary air, and the other only grate air In inset appliances, with a heat output near 10 kW, the average efficiency varies between 67% and 73%, while in a conventional fireplace that value lies at 30%. In all these devices the major losses take place as sensible heat in the flue gases, 23% to 30 % in inset appliances and above 50% in a conventional fireplace. The second most important heat loss happens by chemical losses in the flue gases. It takes values near 17% in a conventional fireplace and may be disregarded in an inset appliance.

Characterization of microalgae native to Quebec for biofuel production.

La production de biodiésel par des microalgues est intéressante à plusieurs niveaux. Dans le premier chapitre, un éventail de pour et contres concernant l’utilisation de microalgues pour la production de biocarburant sont ici révisés. La culture d’algues peut s'effectuer en utilisant des terres non-arables, de l’eau non-potable et des nutriments de base. De plus, la biomasse produite par les algues est considérablement plus importante que celle de plantes vasculaires. Plusieurs espèces on le contenu lipidique en forme de triacylglycérols (TAGs), qui peut correspondre jusqu'à 30% - 40% du poids sec de la biomasse. Ces proportions sont considérablement plus élevées que celui des huiles contenues dans les graines actuellement utilisées pour le biodiésel de première génération. Par contre, une production pratique et peu couteuse de biocarburant par des microalgues requiert de surpasser plusieurs obstacles. Ceci inclut le développement de systèmes de culture efficace à faible coût, de techniques de récupération requérant peu d’énergie, et de méthodes d’extraction et de conversion de l’huile non-dommageables pour l’environnement et peu couteuses. Le deuxième chapitre explore l'une des questions importantes soulevées dans le premier chapitre: la sélection d'une souche pour la culture. Une collection de souches de microalgues d'eau douce indigène au Québec a été établi et examiné au niveau de la diversité physiologique. Cette collection est composée de cent souches, que apparaissaient très hétérogènes en terme de croissance lorsque mises en culture à 10±2 °C ou 22±2 °C sur un effluent secondaire d’une usine municipale de traitement des eaux usées (EU), défini comme milieu Bold's Basal Medium (BBM). Des diagrammes de dispersion ont été utilisés pour étudier la diversité physiologique au sein de la collection, montrant plusieurs résultats intéressants. Il y avait une dispersion appréciable dans les taux de croissance selon les différents types de milieux et indépendamment de la température. De manière intéressante, en considérant que tous les isolats avaient initialement été enrichis sur milieu BBM, la distribution était plutôt symétrique autour de la ligne d’iso-croissance, suggérant que l’enrichissement sur BBM n’a pas semblé biaiser la croissance des souches sur ce milieu par rapport aux EU. Également, considérant que les isolats avaient d’abord été enrichis à 22°C, il est assez surprenant que la distribution de taux de croissance spécifiques soit aussi symétrique autour de la ligne d’iso-croissance, avec grossièrement des nombres égaux d’isolats de part et d’autre. Ainsi, l’enrichissement à 22°C ne semble pas biaiser les cellules vers une croissance à cette température plutôt que vers 10°C. Les diagrammes de dispersion obtenus lorsque le pourcentage en lipides de cultures sur BBM ont été comparées à des cultures ayant poussé sur EU soit à 10°C ou 22°C rendent évident que la production de lipides est favorisée par la culture sur EU aux deux températures, et que la production lipidique ne semble pas particulièrement plus favorisée par l’une ou l’autre de ces températures. Lorsque la collection a été examinée pour y déceler des différences avec le site d’échantillonnage, une analyse statistique a montré grossièrement que le même degré de diversité physiologique était retrouvé dans les échantillons des deux différents sites. Le troisième chapitre a poursuivi l'évaluation de la culture d'algues au Québec. L’utilisation de déchets industriels riches en nutriments minéraux et en sources de carbone pour augmenter la biomasse finale en microalgues et le produit lipidique à faible coût est une stratégie importante pour rendre viable la technologie des biocarburants par les algues. Par l’utilisation de souches de la collection de microalgues de l’Université de Montréal, ce rapport montre pour la première fois que des souches de microalgues peuvent pousser en présence de xylose, la source de carbone majoritairement retrouvée dans les eaux usées provenant des usines de pâte et papier, avec une hausse du taux de croissance de 2,8 fois par rapport à la croissance photoautotrophe, atteignant jusqu’à µ=1,1/jour. En présence de glycérol, les taux de croissance atteignaient des valeurs aussi élevées que µ=1,52/jour. La production lipidique augmentait jusqu’à 370% en présence de glycérol et 180% avec le xylose pour la souche LB1H10, démontrant que cette souche est appropriée pour le développement ultérieur de biocarburants en culture mixotrophe. L'ajout de xylose en cultures d'algues a montré certains effets inattendus. Le quatrième chapitre de ce travail a porté à comprendre ces effets sur la croissance des microalgues et la production de lipides. Quatre souches sauvages indigènes ont été obersvées quotidiennement, avant et après l’ajout de xylose, par cytométrie en flux. Avec quelques souches de Chlorella, l’ajout de xylose induisait une hausse rapide de l’accumulation de lipide (jusqu’à 3,3 fois) pendant les premières six à douze heures. Aux temps subséquents, les cellules montraient une diminution du contenu en chlorophylle, de leur taille et de leur nombre. Par contre, l’unique membre de la famille des Scenedesmaceae avait la capacité de profiter de la présence de cette source de carbone sous culture mixotrophe ou hétérotrophe sans effet négatif apparent. Ces résultats suggèrent que le xylose puisse être utilisé avant la récolte afin de stimuler l’augmentation du contenu lipidique de la culture d’algues, soit en système de culture continu ou à deux étapes, permettant la biorestauration des eaux usées provenant de l’industrie des pâtes et papiers. Le cinquième chapitre aborde une autre déché industriel important: le dioxyde de carbone et les gaz à effet de serre. Plus de la moitié du dioxyde de carbone qui est émis dans l'atmosphère chaque jour est dégagé par un processus stationnaire, soit pour la production d’électricité ou pour la fabrication industrielle. La libération de CO2 par ces sources pourrait être atténuée grâce à la biorestauration avec microalgues, une matière première putative pour les biocarburants. Néanmoins, toutes les cheminées dégagent un gaz différent, et la sélection des souches d'algues est vitale. Ainsi, ce travail propose l'utilisation d’un état de site particulier pour la bioprospection de souches d'algues pour être utilisé dans le processus de biorestauration. Les résultats montrent que l'utilisation d'un processus d'enrichissement simple lors de l'étape d'isolement peut sélectionner des souches qui étaient en moyenne 43,2% mieux performantes dans la production de biomasse que les souches isolées par des méthodes traditionnelles. Les souches isolées dans ce travail étaient capables d'assimiler le dioxyde de carbone à un taux supérieur à la moyenne, comparées à des résultats récents de la littérature.

Estudio de la aplicación de sistemas basados en el conocimiento a la operación de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética

Una de las actuaciones posibles para la gestión de los residuos sólidos urbanos es la valorización energética, es decir la incineración con recuperación de energía. Sin embargo es muy importante controlar adecuadamente el proceso de incineración para evitar en lo posible la liberación de sustancias contaminantes a la atmósfera que puedan ocasionar problemas de contaminación industrial.Conseguir que tanto el proceso de incineración como el tratamiento de los gases se realice en condiciones óptimas presupone tener un buen conocimiento de las dependencias entre las variables de proceso. Se precisan métodos adecuados de medida de las variables más importantes y tratar los valores medidos con modelos adecuados para transformarlos en magnitudes de mando. Un modelo clásico para el control parece poco prometedor en este caso debido a la complejidad de los procesos, la falta de descripción cuantitativa y la necesidad de hacer los cálculos en tiempo real. Esto sólo se puede conseguir con la ayuda de las modernas técnicas de proceso de datos y métodos informáticos, tales como el empleo de técnicas de simulación, modelos matemáticos, sistemas basados en el conocimiento e interfases inteligentes. En [Ono, 1989] se describe un sistema de control basado en la lógica difusa aplicado al campo de la incineración de residuos urbanos. En el centro de investigación FZK de Karslruhe se están desarrollando aplicaciones que combinan la lógica difusa con las redes neuronales [Jaeschke, Keller, 1994] para el control de la planta piloto de incineración de residuos TAMARA. En esta tesis se plantea la aplicación de un método de adquisición de conocimiento para el control de sistemas complejos inspirado en el comportamiento humano. Cuando nos encontramos ante una situación desconocida al principio no sabemos como actuar, salvo por la extrapolación de experiencias anteriores que puedan ser útiles. Aplicando procedimientos de prueba y error, refuerzo de hipótesis, etc., vamos adquiriendo y refinando el conocimiento, y elaborando un modelo mental. Podemos diseñar un método análogo, que pueda ser implementado en un sistema informático, mediante el empleo de técnicas de Inteligencia Artificial.Así, en un proceso complejo muchas veces disponemos de un conjunto de datos del proceso que a priori no nos dan información suficientemente estructurada para que nos sea útil. Para la adquisición de conocimiento pasamos por una serie de etapas: - Hacemos una primera selección de cuales son las variables que nos interesa conocer. - Estado del sistema. En primer lugar podemos empezar por aplicar técnicas de clasificación (aprendizaje no supervisado) para agrupar los datos y obtener una representación del estado de la planta. Es posible establecer una clasificación, pero normalmente casi todos los datos están en una sola clase, que corresponde a la operación normal. Hecho esto y para refinar el conocimiento utilizamos métodos estadísticos clásicos para buscar correlaciones entre variables (análisis de componentes principales) y así poder simplificar y reducir la lista de variables. - Análisis de las señales. Para analizar y clasificar las señales (por ejemplo la temperatura del horno) es posible utilizar métodos capaces de describir mejor el comportamiento no lineal del sistema, como las redes neuronales. Otro paso más consiste en establecer relaciones causales entre las variables. Para ello nos sirven de ayuda los modelos analíticos - Como resultado final del proceso se pasa al diseño del sistema basado en el conocimiento. El objetivo principal es aplicar el método al caso concreto del control de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética. En primer lugar, en el capítulo 2 Los residuos sólidos urbanos, se trata el problema global de la gestión de los residuos, dando una visión general de las diferentes alternativas existentes, y de la situación nacional e internacional en la actualidad. Se analiza con mayor detalle la problemática de la incineración de los residuos, poniendo especial interés en aquellas características de los residuos que tienen mayor importancia de cara al proceso de combustión.En el capítulo 3, Descripción del proceso, se hace una descripción general del proceso de incineración y de los distintos elementos de una planta incineradora: desde la recepción y almacenamiento de los residuos, pasando por los distintos tipos de hornos y las exigencias de los códigos de buena práctica de combustión, el sistema de aire de combustión y el sistema de humos. Se presentan también los distintos sistemas de depuración de los gases de combustión, y finalmente el sistema de evacuación de cenizas y escorias.El capítulo 4, La planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos de Girona, describe los principales sistemas de la planta incineradora de Girona: la alimentación de residuos, el tipo de horno, el sistema de recuperación de energía, y el sistema de depuración de los gases de combustión Se describe también el sistema de control, la operación, los datos de funcionamiento de la planta, la instrumentación y las variables que son de interés para el control del proceso de combustión.En el capítulo 5, Técnicas utilizadas, se proporciona una visión global de los sistemas basados en el conocimiento y de los sistemas expertos. Se explican las diferentes técnicas utilizadas: redes neuronales, sistemas de clasificación, modelos cualitativos, y sistemas expertos, ilustradas con algunos ejemplos de aplicación.Con respecto a los sistemas basados en el conocimiento se analizan en primer lugar las condiciones para su aplicabilidad, y las formas de representación del conocimiento. A continuación se describen las distintas formas de razonamiento: redes neuronales, sistemas expertos y lógica difusa, y se realiza una comparación entre ellas. Se presenta una aplicación de las redes neuronales al análisis de series temporales de temperatura.Se trata también la problemática del análisis de los datos de operación mediante técnicas estadísticas y el empleo de técnicas de clasificación. Otro apartado está dedicado a los distintos tipos de modelos, incluyendo una discusión de los modelos cualitativos.Se describe el sistema de diseño asistido por ordenador para el diseño de sistemas de supervisión CASSD que se utiliza en esta tesis, y las herramientas de análisis para obtener información cualitativa del comportamiento del proceso: Abstractores y ALCMEN. Se incluye un ejemplo de aplicación de estas técnicas para hallar las relaciones entre la temperatura y las acciones del operador. Finalmente se analizan las principales características de los sistemas expertos en general, y del sistema experto CEES 2.0 que también forma parte del sistema CASSD que se ha utilizado.El capítulo 6, Resultados, muestra los resultados obtenidos mediante la aplicación de las diferentes técnicas, redes neuronales, clasificación, el desarrollo de la modelización del proceso de combustión, y la generación de reglas. Dentro del apartado de análisis de datos se emplea una red neuronal para la clasificación de una señal de temperatura. También se describe la utilización del método LINNEO+ para la clasificación de los estados de operación de la planta.En el apartado dedicado a la modelización se desarrolla un modelo de combustión que sirve de base para analizar el comportamiento del horno en régimen estacionario y dinámico. Se define un parámetro, la superficie de llama, relacionado con la extensión del fuego en la parrilla. Mediante un modelo linealizado se analiza la respuesta dinámica del proceso de incineración. Luego se pasa a la definición de relaciones cualitativas entre las variables que se utilizan en la elaboración de un modelo cualitativo. A continuación se desarrolla un nuevo modelo cualitativo, tomando como base el modelo dinámico analítico.Finalmente se aborda el desarrollo de la base de conocimiento del sistema experto, mediante la generación de reglas En el capítulo 7, Sistema de control de una planta incineradora, se analizan los objetivos de un sistema de control de una planta incineradora, su diseño e implementación. Se describen los objetivos básicos del sistema de control de la combustión, su configuración y la implementación en Matlab/Simulink utilizando las distintas herramientas que se han desarrollado en el capítulo anterior.Por último para mostrar como pueden aplicarse los distintos métodos desarrollados en esta tesis se construye un sistema experto para mantener constante la temperatura del horno actuando sobre la alimentación de residuos.Finalmente en el capítulo Conclusiones, se presentan las conclusiones y resultados de esta tesis.

Co-fuelling of peat with meat and bone meal in a pilot scale bubbling bed reactor

Co-combustion performance trials of Meat and Bone Meal (MBM) and peat were conducted using a bubbling fluidized bed (BFB) reactor. In the combustion performance trials the effects of the co-combustion of MBM and peat on flue gas emissions, bed fluidization, ash agglomeration tendency in the bed and the composition and quality of the ash were studied. MBM was mixed with peat at 6 levels between 15% and 100%. Emissions were predominantly below regulatory limits. CO concentrations in the flue gas only exceeded the 100 mg/m3 limit upon combustion of pure MBM. SO2 emissions were found to be over the limit of 50 mg/m3, while in all trials NOx emissions were below the limit of 300 mg/m3. The HCl content of the flue gases was found to vary near the limit of 30 mg/m3. VOCs however were within their limits. The problem of bed agglomeration was avoided when the bed temperature was about 850 °C and only 20% MBM was co-combusted. This study indicates that a pilot scale BFB reactor can, under optimum conditions, be operated within emission limits when MBM is used as a co-fuel with peat. This can provide a basis for further scale-up development work in industrial scale BFB applications

Thermal evaluation of a low cost wood burner

Small-scale producers of dried products in rural areas of developing countries must often rely on sun drying to dry their crops, but this can be unreliable and produce an inferior product. There is therefore a need for simple and inexpensive combustion devices that can be fabricated and used locally. A wood burner has been constructed from a "200 litre" steel drum and has then been evaluated experimentally. The thermal efficiency of the burner was found to be 31% in two trials. An energy balance, calculated for three trials, was within + 16%. Approximately one third of the energy available in the wood was lost in the flue gases, either as sensible heat or unburned volatile gases. Excess combustion air through the burner was calculated and measured to be approximately 400% of the stoichiometric requirements. A significant amount of energy was required to heat the thermal mass surrounding the burner, indicating that a lightweight insulated structure would be more suitable in most circumstances.

Utilização de trocadores de calor de placas em espiral em processos da indústria siderúrgica

Stricter environmental policies are shown necessary to ensure an effective pollutant emission control. It is expected for the present year of 2015, that Brazil will assume, at the 21th United Nation's Climate Change Conference (COP21), implementation of commitment to a low carbon economy. This positioning affects the industrial environment, so that is deemed necessary to search for new technologies, less aggressive to the environment, so the adequacies to the new emission policies do not cause a negative effect on production. Almost all of the processes performed in the steel industry demand burning fuel and, therefore, flue gases are sent to the atmosphere. In this present work is discussed the utilization of heat exchangers so, by recovering part of the available heat from the flue gases of certain industrial process, the combustion air is preheated. The combustion air preheat results in less energy requirement, i.e., less need of fuel consumption and, in addition, minor amount of pollutants to be emitted. Due to better fitting to the process, it is studied the utilization of spiral plate heat exchangers. The heat exchanger dimensioning is made by an iterative method implemented in the software Microsoft Excel. Subsequently are analyzed the gains in terms of process's thermal efficiency improvement and the percentage of fuel saving. The latter implies in reduction of the same percentage of greenhouse gases emission

Utilização de trocadores de calor de placas em espiral em processos da indústria siderúrgica

Stricter environmental policies are shown necessary to ensure an effective pollutant emission control. It is expected for the present year of 2015, that Brazil will assume, at the 21th United Nation's Climate Change Conference (COP21), implementation of commitment to a low carbon economy. This positioning affects the industrial environment, so that is deemed necessary to search for new technologies, less aggressive to the environment, so the adequacies to the new emission policies do not cause a negative effect on production. Almost all of the processes performed in the steel industry demand burning fuel and, therefore, flue gases are sent to the atmosphere. In this present work is discussed the utilization of heat exchangers so, by recovering part of the available heat from the flue gases of certain industrial process, the combustion air is preheated. The combustion air preheat results in less energy requirement, i.e., less need of fuel consumption and, in addition, minor amount of pollutants to be emitted. Due to better fitting to the process, it is studied the utilization of spiral plate heat exchangers. The heat exchanger dimensioning is made by an iterative method implemented in the software Microsoft Excel. Subsequently are analyzed the gains in terms of process's thermal efficiency improvement and the percentage of fuel saving. The latter implies in reduction of the same percentage of greenhouse gases emission

Field testing, application of combustion modifications to control pollutant emissions from industrial boilers : phase II /

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Sourcebook, NOx control technology data /

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