wykorzystanie ciepła spalania dla energii

efektem końcowym spalania jest energia użyteczna-zwykle w postaci ciepła, mocy lub zarówno ciepła, jak i mocy. Może to być wykorzystane do zapewnienia ogrzewania pomieszczeń w budynkach, ogrzewania procesowego na potrzeby przemysłowe, energii elektrycznej do użytku na miejscu lub sprzedaży do sieci lub jednoczesnego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej (tak zwane “połączone ciepło i moc” lub Kogeneracja). Najczęściej ciepło spalania jest wychwytywane w postaci gorącej wody, gorącego powietrza lub pary.

większość gospodarstw nie ma znaczącego zapotrzebowania na ciepło spalania, z wyjątkiem ogrzewania gospodarstw w zimie w zimnym klimacie. Gospodarstwa rolne powinny jednak rozważyć możliwość dostarczania paliwa do spalania odbiorcom mieszkalnym, komercyjnym lub przemysłowym.

urządzenia do spalania

urządzenia do spalania są dostępne w różnych rozmiarach i konfiguracjach, chociaż wybór jest zwykle mniejszy niż w przypadku spalania paliw kopalnych. Jest zwykle droższy niż urządzenia opalane ropą naftową lub gazem ziemnym, ale paliwo z biomasy jest zwykle tańsze-co przekłada się na długoterminowe oszczędności dla użytkownika. Istnieje wiele przykładów systemów spalania biomasy wykorzystywanych do ogrzewania szklarni w gospodarstwach rolnych.

dwie główne kategorie urządzeń do spalania biomasy to systemy mieszkalne i systemy komercyjne / przemysłowe.

domowe urządzenia spalinowe

kominek jest najczęstszą formą mieszkaniowego urządzenia spalinowego-jednak jest również bardzo nieefektywny (większość ciepła jest tracona przez komin). Dostępnych jest wiele innych rodzajów pieców i pieców, które zapewniają wyższą efektywność wykorzystania ciepła spalania w domu. Zazwyczaj urządzenie nadaje się tylko do jednego rodzaju paliwa biomasowego, dlatego ważne jest, aby wybrać odpowiedni piec do paliwa, które chcesz spalić.

Piece na drewno są bardziej wydajnym środkiem do spalania drewna – kontrolują szybkość przepływu powietrza i maksymalizują pobieranie ciepła ze spalanego paliwa. Jednak urządzenia te są na ogół odpowiednie tylko do spalania drewna kordowego.

Wkłady kominkowe to zasadniczo tylko PIECE na drewno, które są instalowane w otworze istniejącego kominka. Działają podobnie do pieca na drewno i mają podobne wskaźniki wydajności.

Piece na Pellet przeznaczone są do spalania specjalnie wyprodukowanego Peletu drzewnego. Pelety te są produkowane zgodnie z dokładnymi specyfikacjami, co pozwala piecom pracować wydajniej i palić się bardziej czysto niż typowe PIECE na drewno. Niektóre PIECE na pellet są w stanie automatycznie podawać paliwo do pieca, co sprawia, że są nieco łatwiejsze w użyciu.

Piece na biomasę są przeznaczone do spalania peletu paliwowego z materiałów innych niż drewno, takich jak słoma pszenna, kukurydza lub trawy. Pamiętaj, aby znać rodzaj paliwa, które piec jest w stanie spalić, ponieważ inne rodzaje paliwa mogą uszkodzić piec lub prowadzić do niebezpiecznych warunków pracy.

piece kukurydziane – w niektórych częściach kraju popularne jest spalanie kukurydzy łuskanej jako paliwa do spalania. Pod pewnymi względami ziarna kukurydzy są naturalnie wytwarzanym granulatem paliwowym. Kukurydza spala się zaskakująco dobrze, ale wytwarza dość duże ilości popiołu, który jest bardziej podatny na” żużlowanie ” (tworzenie twardych kawałków) niż popiół drzewny. W przeciwieństwie do większości innych paliw z biomasy, kukurydza zawiera wymierne ilości siarki (~0,1%, co jest nadal znacznie niższe niż na przykład węgiel). W związku z tym Piece na pelety drzewne na ogół nie nadają się do kukurydzy, a zamiast tego należy użyć specjalnie zbudowanych pieców kukurydzianych. Niektóre raporty sugerują, że piece kukurydziane działają również dobrze na biomasę, ale sprawdź u producenta pieca, aby się upewnić.

komercyjne / przemysłowe urządzenia spalinowe

komercyjne urządzenia spalinowe są większe i bardziej złożone niż urządzenia mieszkalne. Zazwyczaj dostarczanie paszy do paleniska jest zautomatyzowane za pomocą przenośników taśmowych i / lub ślimaków. Przepływ paliwa i powietrza jest dokładnie kontrolowany, a warunki w palenisku są automatycznie dostosowywane, aby zapewnić maksymalną wydajność. Zaawansowane urządzenia kontroli zanieczyszczeń (zazwyczaj separator cyklonowy jako minimum) są używane do utrzymywania emisji cząstek stałych w regulowanych granicach dla dużych urządzeń.

systemy te są zwykle budowane na zamówienie, w oparciu o wymagania dotyczące ogrzewania i dostępnego paliwa. Podczas gdy większość systemów mieszkalnych wytwarza ogrzewane powietrze, urządzenia na skalę komercyjną są zwykle przeznaczone do produkcji gorącej wody lub pary.

sprawność spalania

sprawność urządzeń do spalania jest równa ilości wytworzonego ciepła użytkowego podzielonej przez całkowitą ilość ciepła dostępnego w paliwie.

wydajność urządzenia zależy od jakości sprzętu i sposobu jego obsługi. Większość urządzeń spalinowych ma najwyższą wydajność, gdy pracuje z pełną wydajnością-wydajność spada wraz z obniżeniem obciążenia cieplnego. Typowe wydajności spalania przy pełnym obciążeniu różnych typów urządzeń przedstawiono w poniższej tabeli.

Sprzęt	typowa wydajność (%)
kominek mieszkalny	-10 do 20	dużo ciepłego powietrza “przecieka” z komina
mieszkaniowy Kryty piec na drewno	40-70	nowsze modele mają zwykle znacznie wyższą wydajność niż piece vintage. Suche paliwo i wysokie ciepło potrzebne do maksymalnej wydajności.
mieszkaniowy piec na Pellet	70-80	stała jakość paliwa pozwala na wysoką ogólną wydajność
palnik na drewno Na Zewnątrz	40-70	wydajność jest niższa podczas uruchamiania i tankowania
komercyjny piec do wiórów drewnianych	70-90	sterowany komputerowo-działa dobrze z różnymi paliwami i zawartością wilgoci

te wartości wydajności są oparte na” wyższej wartości opałowej ” paliwa. Należy również pamiętać, że wydajność tych urządzeń spada, jeśli moc cieplna jest niska – są one zaprojektowane tak, aby działały najlepiej przy szczytowej lub bliskiej szczytowej mocy cieplnej.

zanieczyszczenia i problemy z jakością powietrza

biomasa jest stosunkowo czystym paliwem pod względem zanieczyszczenia powietrza, jeśli jest wydajnie spalana. Może to wydawać się zaskakujące dla ludzi, którzy są przyzwyczajeni do dymnych kominków lub palników na drewno. Jednak dym z tych nieefektywnych systemów zawiera duże ilości niepalnego paliwa, co jest oznaką niskiej wydajności. Sprzęt o wysokiej wydajności na ogół nie ma widocznej emisji dymu i wykrywalnego zapachu.

istnieją cztery główne rodzaje zanieczyszczeń powietrza, które mogą być wytwarzane przez spalanie biomasy: 1) normalne produkty spalania (dwutlenek węgla i woda), 2) “dodatkowe” związki chemiczne powstałe podczas spalania, takie jak dwutlenki siarki (SOx) i związki azotu (NOx), 3) niepalne cząsteczki biomasy, takie jak sadza i 4) cząstki popiołu, które są wystarczająco małe, aby unosić się w powietrzu (popiół lotny i cząstki stałe).

dwutlenek węgla i woda

dwutlenek węgla i para wodna są dwoma głównymi gazami, które są emitowane z palnika. Typowe spalanie biomasy wytwarza około 1,8 kg CO2 i 0,5 kg pary wodnej na suchy kg paliwa.

dwutlenek węgla i para wodna nie były tradycyjnie uważane za zanieczyszczenia. Jednak zwiększone obawy dotyczące globalnego ocieplenia doprowadziły do obaw rządowych dotyczących emisji dwutlenku węgla. Niektóre rządy wprowadziły limity emisji CO2 dla obiektów energetycznego spalania. Jednak spalanie biomasy jest zwykle uważane za “neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla”, co oznacza, że dwutlenek węgla, który jest emitowany przez spalanie biomasy, jest ponownie wchłaniany przez uprawy, które zostaną później wykorzystane jako paliwo. Z tego powodu emisje dwutlenku węgla ze spalania biomasy nie są na ogół ograniczone.

spalanie biomasy “kominy” często mają pióropusze białej, kłębiastej chmury wznoszącej się z ich wierzchołków. Jest to para wodna w spalinach spalinowych, która kondensuje się w kropelkach wody podczas chłodzenia. Niektórzy błędnie uważają, że chmura nad paleniskiem biomasy jest oznaką zanieczyszczenia; w rzeczywistości gazy z paleniska są często bardzo czyste.

NOx i SOx

podczas gdy nowoczesne spalacze biomasy mają zwykle niską emisję w porównaniu z wieloma innymi paliwami, istnieją pewne zanieczyszczenia ze spalania biomasy, które są niepokojące.

głównymi zanieczyszczeniami, których należy się obawiać podczas spalania biomasy, są tlenki azotu-NO2 i NO3. Są one zwykle określane jako emisje “NOx” i powstają, gdy azot w powietrzu chemicznie łączy się z tlenem podczas spalania. NOx w atmosferze może łączyć się z parą wodną tworząc kwas azotowy i został zidentyfikowany jako znaczące źródło kwaśnych deszczy. Gorętsze spalanie wytwarza więcej NOx, podczas gdy chłodniejsze warunki produkują mniej. Emisje NOx z paleniska na biomasę są zazwyczaj podobne do emisji z paleniska opalanego węglem lub innego układu paliw kopalnych i zasadniczo zależą bardziej od konstrukcji urządzenia do spalania niż od rodzaju paliwa.

związki tlenku siarki (“SOx”) są kolejnym produktem spalania, który uważa się za źródło kwaśnych deszczy – cząsteczki łączą się z wodą, tworząc kwas siarkowy. Związki SOx tworzą się, gdy siarka w paliwie łączy się z tlenem podczas procesu spalania. Węgiel ma zazwyczaj wysoki poziom siarki, podczas gdy większość biomasy ma bardzo mało.

sadza i kreozot

“sadza” to ogólne określenie niepalnych lub częściowo spalonych cząstek w gazach spalinowych. “Kreozot”, z drugiej strony, odnosi się do smolistej cieczy, która skrapla się po niepełnym spalaniu biomasy (węgiel może również produkować kreozot). Podczas gdy kominki mieszkalne i Piece na drewno od dawna są źródłem tych zanieczyszczeń, wysokowydajne urządzenia do spalania wytwarzają niewiele lub żaden z tych materiałów.

cząstki stałe (popiół)

Większość popiołu ze spalania pozostaje w palenisku. Jednak niewielkie ilości najdrobniejszego popiołu (zwanego “popiołem lotnym”) są wydmuchiwane z paleniska gazem spalinowym. Urządzenia do spalania na skalę komercyjną wykorzystują urządzenia do zatrzymywania popiołu, takie jak” separatory cyklonowe “i” domy z workami”, aby usunąć większość tego popiołu, zanim zostanie uwolniony do atmosfery.

przepisy dotyczące jakości powietrza

emisje do powietrza z bardzo dużych urządzeń spalania (tj. elektrowni) są regulowane przez prawo federalne. Mniejszy sprzęt jest regulowany przez przepisy państwowe i lokalne. Przepisy te zazwyczaj wymagają uprzedniego zezwolenia i regularnego testowania gazów kominowych w celu zapewnienia zgodności z przepisami. Często najmniejsze urządzenia spalinowe (tj. wyposażenie mieszkaniowe) nie jest w ten sposób regulowane. Zamiast tego producenci małych urządzeń mogą być zobowiązani do poświadczenia, że ich sprzęt spełnia określone minimalne wymagania.

dodatkowe informacje

spalanie: Intro | surowce | przetwarzanie | wykorzystanie

• zasoby z Wood2Energy, University of Tennessee:
  • stan nauki i technologii. Dogłębna publikacja na temat technologii spalania. 2010.
  • Baza danych przemysłu drzewnego i energetycznego, producentów i użytkowników, z możliwością wyszukiwania według kilku cech. 2010.

• zasoby BERC, Centrum Badań nad energią biomasy:
  • Przegląd technologii w skali Wspólnoty.
  • korzyści z wykorzystania energii z biomasy dla szkół i społeczności. Arkusz informacyjny.
  • energia z biomasy i dwutlenek węgla. Arkusz informacyjny.
  • arkusz informacyjny dotyczący emisji ze spalania biomasy. Arkusz informacyjny.
  • ponad 50 przypadków najlepszych w swojej klasie systemów energetycznych z biomasy na całym świecie.
  • Przewodnik ogrzewania wiórów drewnianych do zastosowań komercyjnych i instytucjonalnych.
  • krajowa baza projektów energetycznych na biomasę w skali wspólnoty

• zasoby z Penn State Cooperative Extension:
  • komercyjne urządzenia grzewcze na biomasę.
  • Współspalanie Biomasy Z Węglem.
• zasoby Cornell Cooperative Extension, ogrzewanie drewnem:
  • porównanie urządzeń do spalania
  • bezpieczeństwo pieca na drewno
  • właściwa konserwacja
  • najlepsze praktyki spalania
  • kupno drewna opałowego
• Instytut paliw pelletowych: standardy branżowe i dostępność.
• Utah State University, Cooperative Extension.

Inne artykuły z tej serii:

• surowce do spalania biomasy
• ile ciepła ma biopaliwo?
• Wprowadzenie do spalania biomasy
• przetwarzanie biomasy do spalania
• kukurydza z łupin jako paliwo do ogrzewania szklarni
• wykorzystanie ciepła spalania do energii
• ciepło drewna do szklarni

autorzy tego artykułu

Autor

• Daniel Ciolkosz, Extension Associate, Penn State

Recenzenci