égési hő felhasználása energiához

az égés végeredménye hasznos energia – jellemzően hő, energia vagy hő és energia formájában. Ez felhasználható épületek helyiségfűtésének biztosítására, ipari igények kielégítésére szolgáló folyamatfűtésre, helyszíni használatra vagy a hálózatba történő értékesítésre szánt villamos energiára, vagy egyidejű hő-és villamosenergia-termelésre (úgynevezett “kombinált hő-és villamosenergia-termelés” vagy CHP). Leggyakrabban az égési hőt forró víz, forró levegő vagy gőz formájában rögzítik.

a legtöbb gazdaságnak nincs jelentős égési hőigénye, kivéve a tanya fűtését télen, hideg éghajlaton. A gazdaságoknak azonban mérlegelniük kell annak lehetőségét, hogy lakossági, kereskedelmi vagy ipari fogyasztóknak tüzelőanyagot biztosítsanak.

tüzelőberendezések

a tüzelőberendezések különféle méretekben és konfigurációkban kaphatók, bár a választék általában kisebb, mint a fosszilis tüzelőanyagok égetésénél. Általában drágább, mint az olaj-vagy földgáztüzelésű eszközök, de a biomassza – üzemanyag általában olcsóbb-ami hosszú távú megtakarítást eredményez a felhasználó számára. Számos példa van arra, hogy a biomassza-égető rendszereket üvegházak fűtésére használják a gazdaságokban.

a biomassza-égető berendezések két fő kategóriája a lakossági rendszerek és a kereskedelmi/ipari rendszerek.

lakossági Égéstechnikai berendezések

a kandalló a lakossági égető berendezések leggyakoribb formája-ugyanakkor általában nagyon hatástalan is (a hő nagy része elvész a kéményben). Számos más típusú kályha és kemence áll rendelkezésre, amelyek nagyobb hatékonyságú módszert biztosítanak az égési hő otthoni felhasználására. A berendezés általában csak egy típusú biomassza-üzemanyagra alkalmas, ezért fontos kiválasztani a megfelelő kályhát az égetni kívánt üzemanyaghoz.

a fatüzelésű kályhák hatékonyabb eszközök a faégetéshez – szabályozzák a légáramlás sebességét és maximalizálják a hő kinyerését az égető üzemanyagból. Ezek az eszközök azonban általában csak kordfa égetésére alkalmasak.

a kandallóbetétek lényegében csak fa kályhák, amelyeket egy meglévő kandalló nyílásába szerelnek be. Úgy működnek, mint egy fatüzelésű kályha, és hasonló hatékonysági besorolással rendelkeznek.

a Pellet kályhákat speciálisan gyártott faüzemanyag-pelletek elégetésére tervezték. Ezeket a pelleteket gondos specifikációk szerint gyártják, ami lehetővé teszi a kályhák hatékonyabb működését és tisztább égetését, mint a tipikus fatüzelésű kályhák. Néhány pellet kályha képes automatikusan üzemanyagot táplálni a tűzhelybe, ami kissé megkönnyíti a használatát.

a biomassza kályhákat nem fából készült anyagokból, például búzaszalmából, kukoricából vagy füvekből készült üzemanyag-pelletek égetésére tervezték. Ügyeljen arra, hogy tudja, milyen típusú üzemanyagot képes a kályha elégetni, mivel más üzemanyagtípusok károsíthatják a kályhát, vagy nem biztonságos működési állapothoz vezethetnek.

Kukoricakályhák – az ország egyes részein népszerű a héjas kukorica égetése égési üzemanyagként. Bizonyos szempontból a kukoricamag természetesen előállított üzemanyag-pellet. A kukorica meglepően jól ég, de meglehetősen nagy mennyiségű hamut termel, amely hajlamosabb a “salakolásra” (kemény darabokat képez), mint a fahamu. A legtöbb biomassza-tüzelőanyaggal ellentétben a kukorica mérhető mennyiségű ként tartalmaz (~0,1%, ami még mindig jóval alacsonyabb, mint például a szén). Ezért a fa-pellet kályhák általában nem alkalmasak kukoricára, ehelyett erre a célra épített kukoricakályhákat kell használni. Egyes jelentések azt sugallták, hogy a kukoricakályhák is jól működnek a biomassza számára,de ellenőrizze a kályha gyártóját.

kereskedelmi / ipari Égéstechnikai berendezések

a kereskedelmi tüzelőberendezések nagyobbak és összetettebbek, mint a lakossági eszközök. A takarmánynak az égőbe történő szállítása általában szállítószalagok és/vagy csigák használatával automatizált. Az üzemanyag és a levegő áramlását gondosan szabályozzák, és a tüzelőanyagon belüli körülményeket automatikusan beállítják a maximális hatékonyság érdekében. Fejlett szennyezéscsökkentő eszközöket (általában a ciklonikus elválasztó minimumként) használnak a részecskekibocsátás szabályozott határokon belül tartására nagy berendezések esetében.

ezek a rendszerek általában egyedi gyártásúak, a fűtési igények és a rendelkezésre álló üzemanyag alapján. Míg a legtöbb lakossági rendszer fűtött levegőt termel, a kereskedelmi méretű berendezéseket általában forró víz vagy gőz előállítására tervezték.

Égéshatékonyság

az égéstechnikai berendezések hatásfoka megegyezik az előállított hasznos hő mennyiségével elosztva az üzemanyagban rendelkezésre álló teljes hőmennyiséggel.

az eszköz hatékonysága a berendezés minőségétől és működtetésének módjától függ. A legtöbb égéstechnikai berendezés a legnagyobb hatékonysággal rendelkezik, ha teljes teljesítményen működik-a hatékonyság csökken, amikor a hőterhelés csökken. A különböző típusú berendezések tipikus teljes terhelésű égési hatékonyságát az alábbi táblázat mutatja.

berendezés	tipikus hatékonyság (%)
lakossági kandalló	-10 – 20	nagy mennyiségű meleg levegő “szivárog” ki a kéményből
lakossági beltéri fatüzelésű kályha	40-70	az újabb modellek általában sokkal nagyobb hatékonysággal rendelkeznek, mint a szüreti kályhák. Száraz üzemanyag és magas hő szükséges a maximális hatékonyság érdekében.
lakossági Pellet kályha	70-80	a következetes üzemanyag-minőség magas általános hatékonyságot tesz lehetővé
Kültéri fa égő	40-70	a hatékonyság alacsonyabb az Indítás és a tankolás során
kereskedelmi faforgács égető	70-90	számítógéppel vezérelt-jól működik a különböző üzemanyagok és nedvességtartalom

ezek a hatékonysági értékek az üzemanyag “magasabb fűtési értékén” alapulnak. Ne feledje azt is, hogy ezeknek az eszközöknek a hatékonysága csökken, ha a hőteljesítmény alacsony – úgy tervezték, hogy a csúcs vagy a csúcs közelében a legjobban működjenek.

szennyezés és levegőminőségi kérdések

a biomassza viszonylag tiszta üzemanyag a légszennyezés szempontjából, ha hatékonyan égetik el. Ez meglepőnek tűnhet azok számára, akik megszokták a füstös tüzeket vagy a faégőket. Az ilyen nem hatékony rendszerekből származó füst azonban nagy mennyiségben tartalmaz nem égetett üzemanyagot, ami az alacsony hatékonyság jele. A nagy hatékonyságú berendezéseknek általában nincs látható füstkibocsátása és nem észlelhető szaga.

a biomassza elégetésével négy fő légszennyezési típus állítható elő: 1) normál égéstermékek (szén-dioxid és víz), 2) az égés során keletkező “extra” kémiai vegyületek, például kén-dioxidok (SOx) és nitrogénvegyületek (NOx), 3) a biomassza nem égetett molekulái, például korom, és 4) a hamu részecskéi, amelyek elég kicsik ahhoz, hogy lebegjenek a levegőben (pernye és részecskék).

szén-dioxid és víz

a szén-dioxid és a vízgőz az a két elsődleges gáz, amelyet az égőből bocsátanak ki. A tipikus biomassza-égés körülbelül 1,8 kg CO2-t és 0,5 kg vízgőzt termel száraz kg üzemanyagonként.

a szén-dioxidot és a vízgőzt hagyományosan nem tekintik szennyező anyagnak. A globális felmelegedéssel kapcsolatos fokozott aggodalmak azonban kormányzati aggodalmakhoz vezettek a szén-dioxid-kibocsátással kapcsolatban. Egyes kormányok CO2-kibocsátási határértékeket vezettek be az égési létesítményekre. A biomassza elégetését azonban általában “szén-semlegesnek” tekintik, ami azt jelenti, hogy a biomassza elégetése által kibocsátott szén-dioxidot a növekvő növények újra felszívják, amelyeket később üzemanyagként használnak fel. Emiatt a biomassza elégetéséből származó szén-dioxid-kibocsátás általában nem korlátozott.

a biomassza-égésű “füstölők” tetején gyakran fehér, hullámzó felhő emelkedik fel. Ez az égési kipufogógázban lévő vízgőz, amely lehűlés közben vízcseppekké kondenzálódik. Vannak, akik tévesen úgy gondolják, hogy a biomassza-égető feletti felhő a szennyezés jele; a valóságban az égőből származó gázok gyakran nagyon tiszták.

NOx és SOx

míg a modern biomassza-égők sok más tüzelőanyaghoz képest általában alacsony kibocsátással rendelkeznek, a biomassza elégetéséből származó néhány szennyező anyag aggodalomra ad okot.

a biomassza elégetésekor a fő szennyező anyagok a nitrogén – oxidok-NO2 és NO3. Ezeket általában” NOx ” kibocsátásnak nevezik, és akkor keletkeznek, amikor a levegőben lévő nitrogén kémiailag egyesül az oxigénnel az égés során. A légkörben lévő NOx a vízgőzzel együtt salétromsavat képezhet, és a savas eső jelentős forrásaként azonosították. A forróbb égés több NOx-ot eredményez, míg a hűvösebb körülmények kevesebbet termelnek. A biomassza-égők NOx-kibocsátása jellemzően hasonló a széntüzelésű égőkhöz vagy más fosszilis tüzelőanyagokhoz, és általában inkább az égető berendezés kialakításától függ, mint az üzemanyag típusától.

a kén – oxid vegyületek (“SOx”) egy másik égéstermék, amelyről úgy gondolják, hogy savas eső forrása-a molekulák vízzel kombinálva kénsavat képeznek. SOx-vegyületek akkor képződnek, amikor az üzemanyagban lévő kén az égési folyamat során oxigénnel kombinálódik. A szén általában magas kéntartalommal rendelkezik, míg a legtöbb biomassza nagyon kevés.

korom és kreozot

a”korom” általános kifejezés a kipufogógázban lévő nem vagy részben elégett részecskékre. A “kreozot” viszont kátrányos folyadékra utal, amely a biomassza hiányos elégetése után kondenzálódik (a szén kreozotot is előállíthat). Míg a lakossági kandallók és a fatüzelésű kályhák már régóta forrásai ezeknek a szennyező anyagoknak, a nagy hatékonyságú égéstechnikai berendezések kevés vagy egyáltalán nem termelnek ilyen anyagokat.

részecskék (hamu)

az égésből származó hamu nagy része az égőben marad. A legfinomabb hamut (úgynevezett “pernye”) azonban kis mennyiségben fújják ki az égőből a kipufogógázzal. A kereskedelmi méretű égéstechnikai berendezések hamutartó eszközöket használnak, mint például a “Ciklonleválasztók” és a “zsákházak”, hogy eltávolítsák a hamu nagy részét, mielőtt az a légkörbe kerül.

levegőminőségi előírások

a nagyon nagy égéstechnikai berendezések (azaz erőművek) Levegőkibocsátását szövetségi törvény szabályozza. A kisebb berendezéseket állami és helyi szabályok szabályozzák. Ezek a szabályok általában előzetes engedélyezést és rendszeres gázvizsgálatot igényelnek a szabályok betartásának biztosítása érdekében. Gyakran a legkisebb égési berendezések (pl. lakossági berendezések) nem szabályozott ilyen módon. Ehelyett a kis eszközök gyártóitól megkövetelhetik annak igazolását, hogy berendezéseik megfelelnek bizonyos minimumkövetelményeknek.

további információk

égés: Bevezetés | alapanyagok | feldolgozás | hasznosítás

• források Wood2Energy, University of Tennessee:
  • a tudomány és a technológia állapota. Részletes publikáció az égési technológiákról. 2010.
  • biomassza felhasználói adatbázis az Egyesült Államokban és Kanadában. Faanyag-adatbázis az energiaipar, a termelők és a felhasználók számára, több jellemző alapján kereshető. 2010.

• források a Berc-től, a biomassza Energiakutató központtól:
  • közösségi szintű technológiai áttekintés.
  • a biomassza energia felhasználásának előnyei az iskolák és közösségek számára. Adatlap.
  • biomassza energia és szén-dioxid. Adatlap.
  • biomassza-égéskibocsátási adatlap. Adatlap.
  • 50+ esettanulmány a kategóriájában legjobb biomassza energiarendszerekről világszerte.
  • faforgács fűtési útmutató Kereskedelmi és intézményi beállításokhoz.
  • közösségi szintű biomassza-energetikai projektek nemzeti adatbázisa

• források a Penn State Cooperative Extension-től:
  • kereskedelmi méretű biomassza fűtőberendezések.
  • Biomassza Szénnel Történő Együttégetése.
• források a Cornell Cooperative Extension-től, fűtés fával:
  • Égéstechnikai berendezések összehasonlítása
  • fatüzelésű kályha biztonsága
  • megfelelő karbantartás
  • legjobb égési gyakorlatok
  • tűzifa vásárlása
• Pellet üzemanyagok Intézet: ipari szabványok és rendelkezésre állás.
• Égésszennyező Anyagok. Utah Állami Egyetem, Szövetkezeti Kiterjesztés.

egyéb cikkek ebben az égési sorozatban:

• égetésre szánt biomassza alapanyagok
• mennyi hőt tartalmaz a bioüzemanyag?
• Bevezetés a biomassza égetésébe
• biomassza feldolgozása égetéshez
• héj kukorica tüzelőanyagként az üvegházhatást okozó hőhöz
• égési hő felhasználása az energiához
• fa hő az üvegházakhoz

a cikk közreműködői

szerző

• Daniel Ciolkosz, hosszabbító munkatárs, Penn State

szakértői véleményezők