エネルギーに燃焼熱の使用

燃焼の最終結果は有用なエネルギーであり、典型的には熱、電力、または熱と電力の両方の形である。 これが建物にスペース暖房、産業必要性のためのプロセス暖房、現地の使用のための電気または格子への販売、または熱および電気の同時生成を提供す 最も一般的には、燃焼熱は、温水、熱風または蒸気の形態で捕捉される。

ほとんどの農場は、寒い気候の冬の間の農場の暖房を除いて、燃焼熱のための重要な必要性を持っていません。 しかし、農場は、住宅、商業、または産業の顧客に燃焼燃料を提供する可能性を考慮する必要があります。

燃焼装置

燃焼装置は、化石燃料の燃焼よりも選択が小さくなる傾向がありますが、様々なサイズと構成で利用可能です。 それは通常、石油または天然ガス燃焼装置よりも高価ですが、バイオマス燃料は通常より安価であり、ユーザーにとって長期的な節約になります。 農場の温室を熱するのに使用されている生物量の燃焼システムの多くの例があります。

バイオマス燃焼装置の主なカテゴリーは、住宅システムと商業/産業システムです。

住宅用燃焼装置

暖炉は住宅の燃焼装置の共通の形態である–しかし、それはまた非常に非効率的でありがちである(熱のほとんどは煙突の上で失われる)。 家庭で燃焼熱を使用するためのより高い効率の方法を提供する多くの他のタイプのストーブおよび炉が利用可能である。 通常装置は1つのタイプの生物量の燃料だけのために適しています、従ってあなたが燃やしたい燃料に適切なストーブを選ぶことは重要です。

薪ストーブは、木材を燃焼させるためのより効率的な手段であり、気流の速度を制御し、燃焼燃料からの熱の抽出を最大化します。 しかし、これらの装置は、一般的にコードウッドの燃焼にのみ適している。

暖炉の挿入物は本質的に既存の暖炉の開始に取付けられているちょうど木製のストーブである。 それらは木製のストーブのように多くを行い、同じような効率の評価を有する。

ペレットストーブは、特別に製造された木材燃料ペレットを燃焼させるように設計されています。 これらの餌はストーブがより効率的に作動し、典型的な木製のストーブよりもっときれいに燃えるようにする注意深い指定に製造される。 いくつかのペレットストーブは自動的にそれらを少し使いやすくするストーブに燃料を供給することができます。

バイオマスストーブは、小麦わら、コーンストーバー、草などの木材以外の材料から作られた燃料ペレットを燃焼させるように設計されています。 他の燃料の種類は、ストーブを損傷したり、安全でない動作状態につながる可能性があるので、ストーブが燃焼することができる燃料の種類を知ってい

トウモロコシのストーブ–国の一部では、燃焼燃料として殻付きトウモロコシを燃やすことが人気があります。 いくつかの点では、トウモロコシの穀粒は自然に製造された燃料ペレットです。 トウモロコシは驚くほどよく燃えますが、木材灰よりも”スラグ”（硬い塊を形成する）傾向がある灰をかなり大量に生成します。 他のほとんどのバイオマス燃料とは異なり、トウモロコシには測定可能な量の硫黄が含まれています（例えば、石炭よりもはるかに低い〜0.1％）。 したがって、木材ペレットストーブは一般的にトウモロコシには適しておらず、代わりに専用のコーンストーブを使用する必要があります。 いくつかの報告では、トウモロコシストーブもバイオマスに適していることが示唆されていますが、ストーブメーカーに確認してください。

商業-産業用燃焼装置

商業燃焼装置は、住宅用装置よりも大きく、より複雑です。 典型的には、燃焼器への供給の送達は、コンベヤベルトおよび／またはオーガーの使用によって自動化される。 燃料および空気の流れは注意深く制御され、燃焼器内の条件は最高の効率を保障するために自動的に調節される。 高度の汚染制御装置が（最低として普通サイクロンの分離器）大きい装置のための調整された限界内の粒子の放出を保つのに使用されている。

これらのシステムは通常暖房の条件および利用できる燃料に基づいて特注、である。 ほとんどの住宅システムが熱くする空気を作り出す間、商業スケール装置は通常熱湯か蒸気を作り出すように設計されています。

燃焼効率

燃焼装置の効率は、生成される有用熱の量を燃料中で利用可能な熱の総量で割ったものに等しい。

デバイスの効率は、機器の品質とそれが操作されている方法に依存します。 ほとんどの燃焼装置は、完全な出力で実行されているときに最高の効率を持っています–熱負荷が低下するにつれて効率が低下します。 異なったタイプの装置の典型的な満載の燃焼効率は次のテーブルで示されている。

設備	(%)
住宅用暖炉	-10から20	煙突から大量の暖かい空気が”漏れる”
住宅用室内薪ストーブ	40-70	新しいモデルは、ビンテージストーブよりもはるかに高い効率を持っている傾向があります。 最高の効率のために必要とされる乾燥した燃料および高熱。
住宅用ペレットストーブ	70-80	一貫した燃料の質は高い全体的な効率を可能にします
屋外の木製バーナー	40-70	起動時や給油時に効率が低下する
商業木片の燃焼器	70-90	コンピューター制御-いろいろな燃料および含水率とよく作動します

これらの効率値は、燃料の「より高い発熱量」に基づいています。 また、熱出力が低い場合、これらのデバイスの効率が低下することに注意してください–彼らはピークまたはほぼピークの熱出力で最高の動作をするよ

汚染と大気質の問題

バイオマスは、効率的に燃焼すれば、大気汚染の点で比較的きれいな燃料です。 これは、煙の多い火災や木材バーナーに慣れている人々には驚くべきことに思えるかもしれません。 しかし、これらの非効率的なシステムからの煙には、大量の未燃焼燃料が含まれており、これは低効率の兆候です。 高効率機器は、一般的に目に見える煙の排出量と検出可能な臭いを持っていません。

バイオマスを燃焼させることによって生じる大気汚染には、1)通常の燃焼生成物(二酸化炭素と水)、2)硫黄二酸化物(SOx)や窒素化合物(NOx)などの燃焼中に形成される”余分な”化学化合物、3)すすなどのバイオマスの未燃焼分子、4)空気中に浮遊するのに十分小さい灰の粒子(フライアッシュと微粒子)がある。

二酸化炭素と水

二酸化炭素と水蒸気は燃焼器から放出される2つの主要なガスです。 典型的なバイオマス燃焼は、乾燥kgの燃料当たり約1.8kgのCO2および0.5kgの水蒸気を生成する。

二酸化炭素と水蒸気は伝統的に汚染物質とは考えられていませんでした。 しかし、地球温暖化に対する懸念の高まりは、二酸化炭素排出量に関する政府の懸念につながっています。 いくつかの政府は、燃焼施設のためのCO2排出制限を課しています。 しかし、バイオマスの燃焼は、通常、バイオマスの燃焼によって放出される二酸化炭素が、後で燃料に使用される栽培作物によって再吸収されることを意味する”カーボンニュートラル”であると考えられている。 このため、バイオマス燃焼からの二酸化炭素排出量は一般的に制限されない。

バイオマス燃焼”スモークスタック”は、多くの場合、その上から上昇する白い、波状の雲のプルームを持っています。 これは冷却すると同時に水滴に凝縮している燃焼の排気の水蒸気である。 一部の人々は、バイオマス燃焼器の上の雲が汚染の兆候であると誤って考えています。

NOxおよびSOx

現代のバイオマス燃焼器は、他の多くの燃料と比較して一般的に排出量が低いが、バイオマス燃焼による汚染物質が懸念されている。

バイオマスを燃焼させる際に気になる主な汚染物質は、窒素NO2とNO3の酸化物です。 それらは典型的には「NOx」排出物と呼ばれ、燃焼の過程で空気中の窒素が酸素と化学的に結合するときに形成される。 大気中のNOxは水蒸気と結合して硝酸を形成することができ、酸性雨の重要な供給源として同定されている。 より熱い燃焼はより多くの窒素化合物を生成するが、より涼しい条件はより少なく生成する。 バイオマス燃焼器からのNOx排出量は、典型的には石炭燃焼器または他の化石燃料システムからのものと同様であり、一般的に燃料の種類よりも燃焼装

硫黄酸化物化合物（”SOx”）は、酸性雨の源であると考えられている別の燃焼生成物であり、分子は水と結合して硫酸を形成する。 SOx化合物は、燃焼プロセス中に燃料中の硫黄が酸素と結合すると形成される。 石炭は典型的には高レベルの硫黄を有するが、ほとんどのバイオマスはほとんど存在しない。

すすとクレオソート

「すす」とは、排気ガス中の未燃焼または部分燃焼の粒子の総称です。 一方、”クレオソート”とは、バイオマスの不完全燃焼後に凝縮するタール状の液体を指す（石炭もクレオソートを生成することができる）。 住宅の暖炉および木製のストーブが長い間これらの汚染物質のもとであった間、高性能の燃焼装置はこれらの材料のほとんど作り出さない。

微粒子（灰）

燃焼からの灰のほとんどは燃焼器に残っています。 しかし、少量の最高級の灰（”フライアッシュ”と呼ばれる）が燃焼器から排気ガスとともに吹き飛ばされる。 商業規模の燃焼装置は、「サイクロン分離器」や「バッグハウス」などの灰捕捉装置を使用して、この灰の大部分を大気中に放出する前に除去します。

大気質規制

非常に大型の燃焼装置（発電所など）からの空気排出量は連邦法によって規制されています。 小型の機器は、州および地方の規則によって規制されています。 これらの規則は一般に規則の複雑さを保障するように積み重ねのガスの先発の許可そして規則的なテストを要求する。 多くの場合、最小の燃焼装置（すなわち 住宅用機器）はこのように規制されていません。 代わりに、小型機器の製造業者は、機器が特定の最小要件を満たしていることを証明する必要があります。

追加情報については

燃焼:イントロ|原料|加工|利用

• テネシー大学Wood2Energyからの資源:
  • 科学技術の状態。 燃焼技術に関する詳細な出版物。 2010.
  • 米国およびカナダのバイオマスユーザーデータベース。 エネルギー産業、生産者およびユーザーへの木のデータベース、複数の特徴によって調査できる。 2010.

• バイオマスエネルギー研究センター BERCからのリソース：
  • コミュニティ規模の技術概要。
  • 学校や地域社会にバイオマスエネルギーを使用することの利点。 ファクトシート。
  • ファクトシート。
  • バイオマス燃焼排出ファクトシート。 ファクトシート。
  • 世界最高クラスのバイオマスエネルギーシステムの50+ケーススタディ。
  • 商業および制度上の設定のための木片の暖房ガイド。
  • 地域規模のバイオマスエネルギープロジェクトの全国データベース

• • 商業規模のバイオマス加熱装置。
  • バイオマスを石炭と共焼成する。
• コーネル協同組合の拡張からのリソース,木材で加熱:
  • 燃焼装置の比較
  • 薪ストーブの安全性
  • 適切なメンテナンス
  • ベストバーン慣行
  • 薪の購入
• ペレット燃料研究所：業界標準と可用性。
• ユタ州立大学、協同組合の拡張。

この記事の他の記事:

• 燃焼のためのバイオマス原料
• バイオ燃料はどのくらいの熱を持っていますか？
• バイオマス燃焼の紹介
• 燃焼のためのバイオマス処理
• 温室熱のための燃料としてのシェルコーン
• 燃焼熱をエネルギーに使用する
• 温室用木材熱

この記事への貢献者

著者

• daniel Ciolkosz,Extension Associate,Penn State

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