käyttämällä Palamislämpöä energiaksi

palamisen lopputuloksena on hyötyenergia-tyypillisesti lämmön, voiman tai sekä lämmön että voiman muodossa. Tätä voidaan käyttää rakennusten tilalämmitykseen, teollisuuden tarpeisiin tarkoitettuun prosessilämmitykseen, laitoskäyttöön tai sähköverkkoon myytäväksi tarkoitettuun sähköön tai samanaikaiseen lämmön ja sähkön tuotantoon (ns. Yleisimmin palamislämpö otetaan talteen kuuman veden, kuuman ilman tai höyryn muodossa.

useimmilla tiloilla ei ole merkittävää polttolämmön tarvetta, lukuun ottamatta maatilojen lämmitystä talvella kylmässä ilmastossa. Maatilojen olisi kuitenkin harkittava mahdollisuutta tarjota polttopolttoainetta asuin -, kauppa-tai teollisuusasiakkaille.

Polttolaitteita

Polttolaitteita on saatavilla eri kokoisina ja eri kokoonpanoina, joskin valikoima on yleensä pienempi kuin fossiilisten polttoaineiden poltossa. Se on yleensä kalliimpaa kuin öljy-tai maakaasukäyttöiset laitteet, mutta biomassapolttoaine on yleensä halvempaa – mikä tuottaa käyttäjälle pitkän aikavälin säästöjä. On monia esimerkkejä biomassan polttojärjestelmistä, joita käytetään kasvihuoneiden lämmittämiseen maatiloilla.

biomassan polttolaitteiden kaksi pääluokkaa ovat asuinjärjestelmät ja kaupalliset/teolliset järjestelmät.

asuinrakennusten polttolaitteet

takka on yleisin asumisen polttolaitteiden – kuitenkin, se on myös taipumus olla hyvin tehoton (suurin osa lämpöä menetetään ylös savupiippu). Monet muunlaiset uunit ja uunit ovat saatavilla, jotka tarjoavat paremman hyötysuhteen menetelmä käyttää palamislämpöä kotona. Yleensä laite soveltuu vain yhdenlaiselle biopolttoaineelle, joten on tärkeää valita sopiva liesi polttoaineelle, jonka haluat polttaa.

Puukiukaat ovat tehokkaampi tapa polttaa puuta – ne säätelevät ilmavirtaa ja maksimoivat lämmön talteenoton palavasta polttoaineesta. Nämä laitteet soveltuvat kuitenkin yleensä vain nyöripuun polttamiseen.

tulisijat ovat käytännössä vain puukiukaita, jotka asennetaan olemassa olevan tulisijan aukkoon. Ne toimivat paljon kuin puuhella ja niiden hyötysuhde on samanlainen.

Pellettiuunit on suunniteltu polttamaan erikoisvalmisteisia puupolttoainepellettejä. Nämä pelletit valmistetaan huolellisesti TEKNISET TIEDOT, jonka avulla uunit toimivat tehokkaammin ja polttaa enemmän puhtaasti kuin tyypillinen puu uunit. Jotkut pellettiuunit pystyvät syöttämään automaattisesti polttoainetta liedelle, mikä tekee niistä hieman helppokäyttöisempiä.

Biomassauunit on suunniteltu polttamaan polttoainepellettejä, jotka on valmistettu muista materiaaleista kuin puusta, kuten vehnän oljista, maissipelleteistä tai heinäkasveista. Muista tietää, millaista polttoainetta liesi pystyy polttamaan, koska muut polttoainetyypit voivat vahingoittaa liettä tai johtaa vaaralliseen käyttötilaan.

maissijauho – osassa maata on suosittua polttaa kuorittua maissia polttopolttoaineena. Maissin jyvät ovat tietyllä tavalla luonnollisesti valmistettua polttoainepellettiä. Maissi palaa yllättävän hyvin, mutta tuottaa melko suuria määriä tuhkaa, joka on alttiimpi “kuonoittumaan” (muodostamaan kovia palasia) kuin puutuhka. Toisin kuin useimmat muut biopolttoaineet, maissi sisältää mitattavissa olevia määriä rikkiä (~0,1%, joka on edelleen paljon pienempi kuin esimerkiksi kivihiili). Siksi puupelletti uunit eivät yleensä sovellu maissi, ja tarkoitukseen rakennettu maissi uunit on käytettävä sen sijaan. Joissakin raporteissa on esitetty, että maissiuunit toimivat hyvin myös biomassan osalta, mutta tarkista lieden valmistajalta varmuus.

kaupalliset / teolliset polttolaitteet

kaupalliset polttolaitteet ovat suurempia ja monimutkaisempia kuin asuinlaitteet. Tyypillisesti syötteen toimittaminen polttimeen automatisoidaan kuljetinhihnojen ja/tai kairojen avulla. Polttoaineen ja ilman virtausta valvotaan huolellisesti, ja polttimen olosuhteet säädetään automaattisesti maksimaalisen tehokkuuden varmistamiseksi. Kehittyneitä pilaantumista rajoittavia laitteita (yleensä vähintään syklonierotin) käytetään pitämään hiukkaspäästöt säädellyissä rajoissa suurissa laitteissa.

nämä järjestelmät ovat yleensä mittatilaustyönä tehtyjä, jotka perustuvat lämmitystarpeisiin ja käytettävissä olevaan polttoaineeseen. Vaikka useimmat asuinjärjestelmät tuottavat lämmitettyä ilmaa, kaupallisen mittakaavan laitteet on yleensä suunniteltu tuottamaan kuumaa vettä tai höyryä.

Palamistehokkuus

polttolaitteiden hyötysuhde on yhtä suuri kuin tuotetun hyötylämmön määrä jaettuna polttoaineessa olevan lämmön kokonaismäärällä.

laitteen tehokkuus riippuu laitteen laadusta ja tavasta, jolla sitä käytetään. Useimmissa polttolaitteissa on suurin hyötysuhde, kun niitä käytetään täydellä teholla – hyötysuhde laskee, kun lämpökuorma pienenee. Seuraavassa taulukossa esitetään erityyppisten laitteiden tyypilliset täyden kuormituksen palamistehokkuudet.

laitteet	tyypillinen hyötysuhde (%)
Asuintakka	-10-20	paljon lämmintä ilmaa “vuotaa” savupiipusta
sisäilman puuhella	40-70	uudemmissa malleissa on yleensä paljon parempi hyötysuhde kuin vintage-kiukaissa. Kuiva polttoaine ja korkea lämpö tarvitaan maksimaalisen tehokkuuden.
asuin pelletti liesi	70-80	Tasainen polttoaineen laatu mahdollistaa korkean kokonaishyötysuhteen
Ulkopuun poltin	40-70	tehokkuus on heikompi käynnistyksen ja tankkauksen aikana
Kaupallinen puun siru Combustor	70-90	tietokoneohjattu-toimii hyvin erilaisilla polttoaineilla ja kosteuspitoisuuksilla

nämä hyötysuhdearvot perustuvat polttoaineen “korkeampaan lämmitysarvoon”. Muista myös, että tehokkuus näiden laitteiden laskee, jos lämpöteho on alhainen – ne on suunniteltu toimimaan parhaiten huippu tai lähellä huippua lämpöteho.

saastuminen ja Ilmanlaatukysymykset

biomassa on ilmansaasteiden kannalta suhteellisen puhdas polttoaine, jos se poltetaan tehokkaasti. Tämä voi tuntua yllättävältä ihmisille, jotka ovat tottuneet savuisiin nuotioihin tai puupolttimiin. Näiden tehottomien järjestelmien savu sisältää kuitenkin suuria määriä palamatonta polttoainetta, mikä on merkki alhaisesta hyötysuhteesta. Korkean hyötysuhteen laitteissa ei yleensä ole näkyviä savupäästöjä eikä havaittavaa hajua.

ilmansaasteita on neljää päätyyppiä, joita voidaan tuottaa polttamalla biomassaa: 1) normaalit palamistuotteet (hiilidioksidi ja vesi), 2) palamisen aikana muodostuvat “ylimääräiset” kemialliset yhdisteet, kuten rikkidioksidit (SOx) ja typpiyhdisteet (NOx), 3) palamattomat Biomolekyylit, kuten noki, ja 4) tuhkahiukkaset, jotka ovat tarpeeksi pieniä leijumaan ilmassa (lentotuhka ja pienhiukkaset).

hiilidioksidi ja vesi

hiilidioksidi ja vesihöyry ovat kaksi primäärikaasua, joita syntyy palopolttimesta. Tyypillinen biomassan palaminen tuottaa noin 1,8 kg hiilidioksidia ja 0,5 kg vesihöyryä kuivaa polttoainekiloa kohden.

hiilidioksidia ja vesihöyryä ei ole perinteisesti pidetty saasteina. Lisääntyneet huolet ilmaston lämpenemisestä ovat kuitenkin johtaneet siihen, että hallitus on huolissaan hiilidioksidipäästöistä. Jotkut hallitukset ovat asettaneet polttolaitoksille CO2-päästörajoja. Yleensä biomassan palamista pidetään kuitenkin “hiilineutraalina”, mikä tarkoittaa sitä, että biomassan palamisesta syntyvä hiilidioksidi imeytyy uudelleen kasvustoihin, joita käytetään myöhemmin polttoaineena. Tämän vuoksi biomassan polton hiilidioksidipäästöjä ei yleensä rajoiteta.

biomassan palamisen “savupilvissä” on usein latvoiltaan kohoavia valkoisia, aaltoilevia pilviä. Tämä on palopakokaasun vesihöyryä, joka jäähtyessään tiivistyy vesipisaroiksi. Jotkut erehtyvät luulemaan, että biomassapolttimen yläpuolella oleva pilvi on merkki saastumisesta; todellisuudessa polttimen kaasut ovat usein hyvin puhtaita.

NOx-ja SOx-päästöt

vaikka nykyaikaisten biomassapolttimien päästöt ovat yleensä alhaiset verrattuna moniin muihin polttoaineisiin, on joitakin biomassan palamisesta aiheutuvia saasteita, jotka ovat huolestuttavia.

tärkeimmät biomassaa poltettaessa huolestuttavat epäpuhtaudet ovat typen oksidit NO2 ja NO3. Niitä kutsutaan tyypillisesti ” NOx ” – päästöiksi, ja niitä muodostuu, kun ilmassa oleva typpi yhdistyy kemiallisesti hapen kanssa palamisen aikana. Ilmakehässä oleva NOx voi yhdistyä vesihöyryn kanssa typpihapoksi, ja se on todettu merkittäväksi happosateen lähteeksi. Kuumempi palaminen tuottaa enemmän NOx: ää, kun taas viileämmät olosuhteet tuottavat vähemmän. Biomassapolttimen NOx-päästöt ovat tyypillisesti samanlaisia kuin hiilipolttimen tai muun fossiilisia polttoaineita käyttävän järjestelmän päästöt, ja ne riippuvat yleensä enemmän polttolaitteen rakenteesta kuin polttoainetyypistä.

Rikkioksidiyhdisteet (“SOx”) ovat toinen palamistuote, jonka uskotaan olevan happosateen lähde – molekyylit yhdistyvät veden kanssa muodostaen rikkihappoa. SOx-yhdisteitä muodostuu, kun polttoaineessa oleva rikki yhdistyy hapen kanssa palamisprosessin aikana. Kivihiilessä on tyypillisesti runsaasti rikkiä, kun taas suurimmassa osassa biomassaa sitä on hyvin vähän.

noki ja kreosootti

“noki” on yleisnimitys Pakokaasun palamattomille tai osittain palaneille hiukkasille. “Kreosootti” taas tarkoittaa tervamaista nestettä, joka tiivistyy biomassan epätäydellisen palamisen jälkeen (kivihiili voi tuottaa myös kreosoottia). Vaikka kotitalouksien takat ja puukiukaat ovat jo pitkään olleet näiden saasteiden lähteitä, tehokas palamislaitteisto tuottaa vain vähän tai ei lainkaan näistä materiaaleista.

pienhiukkaset (tuhka)

suurin osa palamisesta syntyneestä tuhkasta jää polttimeen. Kuitenkin pieniä määriä hienointa tuhkaa (kutsutaan “lentotuhkaksi”) puhalletaan ulos polttimesta Pakokaasun mukana. Kaupallisen mittakaavan polttolaitteet käyttävät tuhkan vangitsemislaitteita, kuten” syklonierottimia “ja” pussitaloja”, poistamaan suurimman osan tästä tuhkasta ennen kuin se vapautuu ilmakehään.

Ilmanlaatusäädökset

hyvin suurten polttolaitteiden (eli voimalaitosten) Ilmapäästöjä säätelee liittovaltion laki. Pienempiä laitteita säätelevät valtiolliset ja paikalliset säännöt. Nämä määräykset edellyttävät yleensä etukäteen annettua lupaa ja pinokaasujen säännöllistä testausta sääntöjen noudattamisen varmistamiseksi. Usein pienimmät polttolaitteet (ts. asumisvälineitä) ei säännellä tällä tavalla. Sen sijaan pienten laitteiden valmistajia voidaan vaatia todistamaan, että niiden laitteet täyttävät tietyt vähimmäisvaatimukset.

lisätietoja

poltto: Intro | Feedstocks | Processing / Utilization

• Resources from Wood2Energy, University of Tennessee:
  • a State of the Science and Technology. Syvällinen julkaisu polttotekniikoista. 2010.
  • Biomass Users Database of the United States and Canada. Tietokanta puun energiateollisuudelle, tuottajille ja käyttäjille, haku-pystyy useita ominaisuuksia. 2010.

• resurssit BERC, Biomass Energy Research Center:
  • Community-Scale Technology Overview.
  • biomassaenergian käytön hyödyt kouluille ja yhteisöille. Faktalista.
  • Biomassaenergia ja hiilidioksidi. Faktalista.
  • biomassan poltosta aiheutuvat päästöt Faktalista.
  • 50 + tapaustutkimukset parhaista biomassaenergiajärjestelmistä maailmanlaajuisesti.
  • hakelämmitysopas kaupallisiin ja laitosympäristöihin.
  • yhteisön laajuisten biomassaenergiahankkeiden kansallinen tietokanta

• resurssit Penn State Cooperative Extension:
  • kaupallisen mittakaavan biomassan Lämmityslaitteet.
  • Biomassan Rinnakkaispoltto Kivihiilellä.
• resursseja Cornell osuuskunnan laajennus, Lämmitys Puu:
  • polttolaitteiden Vertailu
  • puuhellan turvallisuus
  • asianmukainen huolto
  • parhaat Polttokäytännöt
  • polttopuiden ostaminen
• Pellet Fuels Institute: teollisuuden standardit ja saatavuus.
• Palamispäästöt. Utah State University, Osuuskunta Laajennus.

muut tämän Polttosarjan tavarat:

• biomassan raaka-aineet palamista varten
• kuinka paljon lämpöä biopolttoaineella on?
• Johdatus biomassan polttoon
• Jalostusbiomassan polttamiseen
• Kuorimaissin käyttö polttoaineena kasvihuoneissa
• Polttolämmön käyttö energiaksi
• kasvihuoneiden Puulämpö

tämän artikkelin tekijät

tekijä

• Daniel Ciolkosz, Extension Associate, Penn State

vertaisarvioijat