gebruik van verbrandingswarmte voor energie

het eindresultaat van verbranding is nuttige energie – meestal in de vorm van warmte, kracht of zowel warmte als kracht. Dit kan worden gebruikt voor ruimteverwarming voor gebouwen, procesverwarming voor industriële behoeften, elektriciteit voor gebruik ter plaatse of verkoop aan het net, of de gelijktijdige opwekking van warmte en elektriciteit (zogenaamde “warmtekrachtkoppeling” of WKK). Meestal wordt de verbrandingswarmte opgevangen in de vorm van heet water, hete lucht of stoom.

de meeste bedrijven hebben geen grote behoefte aan verbrandingswarmte, met uitzondering van de verwarming van de boerderij tijdens de winter in koude klimaten. Landbouwbedrijven moeten echter rekening houden met de mogelijkheden om brandstof te leveren aan huishoudelijke, commerciële of industriële afnemers.

verbrandingsapparatuur

verbrandingsapparatuur is verkrijgbaar in verschillende maten en configuraties, hoewel de selectie meestal kleiner is dan bij de verbranding van fossiele brandstoffen. Het is meestal duurder dan olie-of aardgasgestookte apparaten, maar biomassa brandstof is meestal minder duur – wat resulteert in langetermijnbesparingen voor de gebruiker. Er zijn veel voorbeelden van systemen voor de verbranding van biomassa die worden gebruikt om kassen op landbouwbedrijven te verwarmen.

de twee belangrijkste categorieën van installaties voor de verbranding van biomassa zijn residentiële systemen en commerciële/industriële systemen.

verbrandingsapparatuur voor huishoudelijk gebruik

een open haard is de meest voorkomende vorm van huishoudelijke verbrandingsapparatuur-echter, het heeft ook de neiging om zeer inefficiënt (de meeste warmte gaat verloren in de schoorsteen). Veel andere soorten kachels en ovens zijn beschikbaar die een hogere efficiëntie methode voor het gebruik van verbrandingswarmte in het huis. Meestal is de apparatuur geschikt voor slechts één type biomassa brandstof, dus is het belangrijk om de juiste kachel voor de brandstof die u wilt verbranden selecteren.Houtkachels zijn een efficiënter middel voor het verbranden van hout – ze regelen de luchtstroom en maximaliseren de extractie van warmte uit de brandbare brandstof. Echter, deze apparaten zijn over het algemeen alleen geschikt voor het verbranden van cordwood.

inzethaarden zijn in wezen slechts houtkachels die in de opening van een bestaande haard zijn geïnstalleerd. Ze presteren veel als een houtkachel en hebben vergelijkbare efficiëntie ratings.Pelletkachels zijn ontworpen voor de verbranding van speciaal vervaardigde brandstofpellets van hout. Deze pellets worden volgens zorgvuldige SPECIFICATIES vervaardigd, waardoor de kachels efficiënter kunnen werken en schoner kunnen branden dan typische houtkachels. Sommige pelletkachels zijn in staat om automatisch brandstof in de kachel, waardoor ze een beetje gemakkelijker te gebruiken.

Biomassakachels zijn ontworpen om brandstofpellets te verbranden die zijn gemaakt van andere materialen dan hout, zoals tarwestro, maïsstover of grassen. Zorg ervoor dat u weet welk type brandstof een kachel kan verbranden, omdat andere brandstoftypen de kachel kunnen beschadigen of kunnen leiden tot een onveilige bedrijfsconditie.

Maïskachels-in sommige delen van het land is het populair om gepelde maïs te verbranden als brandstof. In sommige opzichten, maïskorrels zijn een natuurlijk vervaardigde brandstof pellet. Maïs brandt verrassend goed, maar produceert vrij hoge hoeveelheden as die meer vatbaar is voor “slakken” (harde brokken vormen) dan houtas. In tegenstelling tot de meeste andere biomassa brandstoffen, maïs bevat meetbare hoeveelheden zwavel (~0,1%, dat is nog steeds veel lager dan kolen, bijvoorbeeld). Daarom zijn houtpelletkachels over het algemeen niet geschikt voor maïs, en in plaats daarvan moeten speciaal gebouwde maïskachels worden gebruikt. Sommige rapporten hebben gesuggereerd dat maïskachels ook goed werken voor biomassa, maar neem contact op met de kachelfabrikant om zeker te zijn.

commerciële / industriële verbrandingsapparatuur

commerciële verbrandingsapparatuur is groter en complexer dan residentiële apparaten. Typisch, de levering van voeding in de combustor wordt geautomatiseerd door het gebruik van transportbanden en/of vijzels. De brandstof – en luchtstroom wordt zorgvuldig gecontroleerd en de omstandigheden binnen de combustor worden automatisch aangepast om maximale efficiëntie te garanderen. Geavanceerde voorzieningen voor verontreinigingsbeheersing (meestal een cyclonische afscheider als minimum) worden gebruikt om deeltjesemissies binnen gereguleerde grenzen voor grote apparatuur te houden.

deze systemen worden meestal op maat gebouwd, op basis van de verwarmingseisen en de beschikbare brandstof. Terwijl de meeste residentiële systemen verwarmde lucht produceren, is Commerciële apparatuur meestal ontworpen om warm water of stoom te produceren.

verbrandingsrendement

het rendement van verbrandingsapparatuur is gelijk aan de hoeveelheid geproduceerde nuttige warmte gedeeld door de totale hoeveelheid beschikbare warmte in de brandstof.

de efficiëntie van een apparaat hangt af van de kwaliteit van de apparatuur en de manier waarop het wordt bediend. De meeste verbrandingsapparatuur heeft de hoogste efficiëntie wanneer het wordt uitgevoerd op volledige output-efficiëntie daalt als de warmtebelasting wordt verlaagd. De typische verbrandingsrendementen bij vollast van verschillende soorten apparatuur worden in de volgende tabel weergegeven.

apparatuur	typische efficiëntie (%)
Woonhaard	-10 tot 20	veel warme lucht “lekt” uit de schoorsteen
residentiële binnen houtkachel	40-70	nieuwere modellen hebben meestal een veel hogere efficiëntie dan vintage kachels. Droge brandstof en hoge warmte nodig voor maximale efficiëntie.
Residentiële pelletkachel	70-80	Consistente kwaliteit brandstof zorgt voor een hoge totale efficiëntie
Outdoor Wood Burner	40-70	Efficiency is lager tijdens het opstarten en tanken
Commerciële Hout Chip Verbranders	70-90	Computer gestuurde – werkt goed met een verscheidenheid van brandstoffen en vocht inhoud

Deze efficiëntie waarden zijn gebaseerd op de “higher heating value” van de brandstof. Houd er ook rekening mee dat de efficiëntie van deze apparaten daalt als de warmteafgifte laag is – ze zijn ontworpen om het beste te werken bij piek-of bijna-piekwarmteafgifte.

verontreiniging en luchtkwaliteit

biomassa is een relatief schone brandstof, in termen van luchtverontreiniging, als deze efficiënt wordt verbrand. Dit lijkt misschien verrassend voor mensen die gewend zijn aan rokerige branden of houtbranders. De rook van deze inefficiënte systemen bevat echter grote hoeveelheden niet-verbrande brandstof, wat een teken is van een laag rendement. Hoogrenderende apparatuur heeft over het algemeen geen zichtbare rookemissies en geen detecteerbare geur.

er zijn vier belangrijke soorten luchtverontreiniging die kunnen worden veroorzaakt door het verbranden van biomassa: 1) normale verbrandingsproducten (kooldioxide en water), 2) “extra” chemische verbindingen die tijdens de verbranding worden gevormd, zoals zwaveldioxide (SOx) en stikstofverbindingen (NOx), 3) niet-verbrande biomoleculen, zoals roet, en 4) asdeeltjes die klein genoeg zijn om in de lucht te zweven (vliegas en deeltjes).

kooldioxide en Water

kooldioxide en waterdamp zijn de twee primaire gassen die worden uitgestoten door een verbrandingsmotor. Typische verbranding van biomassa produceert ongeveer 1,8 kg CO2 en 0,5 kg waterdamp per droge kg brandstof.

kooldioxide en waterdamp worden van oudsher niet als verontreinigende stoffen beschouwd. De toegenomen bezorgdheid over de opwarming van de aarde heeft echter geleid tot bezorgdheid van de overheid over de uitstoot van kooldioxide. Sommige regeringen hebben CO2-emissiegrenswaarden opgelegd voor verbrandingsinstallaties. De verbranding van biomassa wordt echter meestal als “koolstofneutraal” beschouwd, wat betekent dat de kooldioxide die wordt uitgestoten door de verbranding van biomassa opnieuw wordt geabsorbeerd door de gewassen die later als brandstof zullen worden gebruikt. Hierdoor wordt de uitstoot van kooldioxide door de verbranding van biomassa over het algemeen niet beperkt.

Biomassaverbranding “schoorstenen” hebben vaak pluimen witte, golvende wolken die uit hun toppen opstijgen. Dit is de waterdamp in de verbrandingsuitlaat die condenseert tot waterdruppels als het afkoelt. Sommige mensen denken ten onrechte dat de wolk boven een biomassa-combustor een teken van vervuiling is; in werkelijkheid zijn de gassen van de combustor vaak erg schoon.

NOx en SOx

terwijl moderne biomassabrandstoffen over het algemeen lage emissies hebben in vergelijking met veel andere brandstoffen, zijn er een aantal verontreinigende stoffen uit de verbranding van biomassa die zorgwekkend zijn.

bij de verbranding van biomassa zijn de stikstofoxiden NO2 en NO3 de belangrijkste verontreinigende stoffen. Ze worden meestal ” NOx ” – emissies genoemd en vormen zich wanneer stikstof in de lucht tijdens de verbranding chemisch met zuurstof combineert. NOx in de atmosfeer kan worden gecombineerd met waterdamp om salpeterzuur te vormen, en is geïdentificeerd als een belangrijke bron van zure regen. Warmere verbranding produceert meer NOx, terwijl koelere omstandigheden minder produceren. De NOx-emissies van een biomassabrandstof zijn doorgaans vergelijkbaar met die van een op steenkool gestookte verbrandingsmotor of een ander fossiele brandstofsysteem, en hangen over het algemeen meer af van het ontwerp van de verbrandingsapparatuur dan van het type brandstof.Zwaveloxideverbindingen (“SOx”) zijn een ander verbrandingsproduct dat vermoedelijk een bron van zure regen Is – de moleculen combineren met water om zwavelzuur te vormen. SOx verbindingen vormen wanneer zwavel in de brandstof combineert met zuurstof tijdens het verbrandingsproces. Steenkool heeft doorgaans een hoog zwavelgehalte, terwijl de meeste biomassa zeer weinig zwavel bevat.

roet en creosoot

“roet” is een algemene term voor niet-of gedeeltelijk verbrande deeltjes in uitlaatgassen. “Creosoot,” aan de andere kant, verwijst naar een teerachtige vloeistof die condenseert na onvolledige verbranding van biomassa (steenkool kan ook creosoot produceren). Terwijl residentiële haarden en houtkachels al lang bronnen van deze verontreinigende stoffen, hoog rendement verbrandingsapparatuur produceert weinig of geen van deze materialen.

deeltjes (as)

de meeste as van de verbranding blijft in de verbrandingsmotor. Echter, kleine hoeveelheden van de fijnste as (genaamd “vliegas”) wordt geblazen uit de combustor met het uitlaatgas. Verbrandingsapparatuur op commerciële schaal gebruikt assenvangers zoals ” cycloonafscheiders “en” zakhuizen ” om het grootste deel van deze as te verwijderen voordat het in de atmosfeer vrijkomt.

Luchtkwaliteitsvoorschriften

luchtemissies van zeer grote verbrandingsinstallaties (d.w.z. energiecentrales) worden gereguleerd door de federale wetgeving. Kleinere apparatuur wordt gereguleerd door staats-en lokale regels. Deze voorschriften vereisen over het algemeen voorafgaande toestemming en regelmatige tests van stapelgassen om te zorgen voor complicaties met de regels. Vaak is de kleinste verbrandingsapparatuur (d.w.z. residentiële apparatuur) wordt niet op deze manier geregeld. In plaats daarvan kunnen fabrikanten van kleine hulpmiddelen worden verplicht te certificeren dat hun apparatuur aan bepaalde minimumeisen voldoet.

voor aanvullende informatie

verbranding: Intro | grondstoffen | verwerking / gebruik

• hulpbronnen van Wood2Energy, Universiteit van Tennessee:
  • stand van de wetenschap en technologie. Diepgaande publicatie over verbrandingstechnologieën. 2010.
  • Biomass Users Database van de Verenigde Staten en Canada. Databank van hout voor energie-industrieën, producenten en gebruikers, op zoek naar verschillende kenmerken. 2010.

• middelen van BERC, het Biomass Energy Research Center:
  • Technologieoverzicht op communautaire schaal.
  • voordelen van het gebruik van biomassa-energie voor scholen en gemeenschappen. Factsheet.
  • biomassa-energie en kooldioxide. Factsheet.
  • biomassaverbrandingsemissies fact sheet. Factsheet.
  • 50 + casestudy ‘ s van beste biomassa-energiesystemen wereldwijd.
  • wood Chip Heating Guide for commercial and institutional settings.
  • Nationale Databank van projecten op het gebied van biomassa-energie op communautaire schaal

• middelen van Penn State Cooperative Extension:
  • Biomassaverwarmingsapparatuur op commerciële schaal.
  • Bijstoken Van Biomassa Met Steenkool.
• middelen van Cornell Cooperative Extension, verwarming met hout:
  • vergelijken van verbrandingsapparatuur
  • veiligheid van houtkachels
  • correct onderhoud
  • beste Verbrandingspraktijken
  • kopen van brandhout
• Pellet Fuels Institute: industrienormen en beschikbaarheid.
• Verbrandingsverontreinigende Stoffen. Utah State University, Coöperatieve Uitbreiding.

andere artikelen in deze Verbrandingsreeks:

• biomassa-grondstoffen voor verbranding
• hoeveel warmte heeft biobrandstof?
• Inleiding tot de Verbranding van Biomassa
• de Verwerking van Biomassa voor Verbranding
• Shell Graan als Brandstof voor de Uitstoot van Warmte
• met Behulp van de Verbranding Warmte voor Energie
• Hout Warmte voor de Kassen

Medewerkers aan Dit Artikel

Auteur

• Daniel Ciolkosz, Extensie Koppelen, Penn State

Peer Reviewers