utilizarea căldurii de ardere pentru Energie

rezultatul final al arderii este energia utilă – de obicei sub formă de căldură, putere sau atât căldură, cât și putere. Aceasta poate fi utilizată pentru a furniza încălzirea spațiului pentru clădiri, încălzirea proceselor pentru nevoile industriale, electricitate pentru utilizarea la fața locului sau vânzarea către rețea sau generarea simultană de căldură și electricitate (așa-numita “căldură și energie combinată” sau CHP). Cel mai frecvent, căldura de ardere este captată sub formă de apă caldă, aer cald sau abur.

majoritatea fermelor nu au nevoi semnificative de căldură de ardere, cu excepția încălzirii gospodăriilor în timpul iernii în climă rece. Cu toate acestea, fermele ar trebui să ia în considerare potențialul de a furniza combustibil de ardere clienților rezidențiali, comerciali sau industriali.

echipamente de ardere

echipamentele de ardere sunt disponibile într-o varietate de dimensiuni și configurații, deși selecția tinde să fie mai mică decât pentru arderea combustibililor fosili. De obicei, este mai scump decât dispozitivele pe bază de petrol sau gaze naturale, dar combustibilul din biomasă este de obicei mai puțin costisitor-rezultând economii pe termen lung pentru utilizator. Există multe exemple de sisteme de ardere a biomasei utilizate pentru încălzirea serelor în ferme.

cele două categorii principale de echipamente de ardere a biomasei sunt sistemele rezidențiale și sistemele comerciale/industriale.

echipamente de ardere rezidențiale

un șemineu este cea mai comună formă de echipamente de ardere rezidențiale – cu toate acestea, de asemenea, tinde să fie foarte ineficient (cea mai mare parte a căldurii se pierde în coșul de fum). Sunt disponibile multe alte tipuri de sobe și cuptoare care oferă o metodă de eficiență mai mare pentru utilizarea căldurii de ardere în casă. De obicei, echipamentul este potrivit pentru un singur tip de combustibil din biomasă, deci este important să selectați aragazul adecvat pentru combustibilul pe care doriți să îl ardeți.

sobele din lemn sunt un mijloc mai eficient de ardere a lemnului – controlează rata fluxului de aer și maximizează extragerea căldurii din combustibilul ars. Cu toate acestea, aceste dispozitive sunt, în general, potrivite numai pentru arderea lemnului de cordon.

inserțiile pentru șemineu sunt în esență doar sobe de lemn care sunt instalate în deschiderea unui șemineu existent. Ei efectua mult ca o sobă de lemn și au evaluări similare de eficiență.

sobele cu peleți sunt concepute pentru a arde peleți de combustibil din lemn special fabricați. Aceste pelete sunt fabricate după specificații atente, ceea ce permite sobelor să funcționeze mai eficient și să ardă mai curat decât sobele tipice din lemn. Unele sobe pe peleți sunt capabile să alimenteze automat combustibilul în sobă, ceea ce le face puțin mai ușor de utilizat.

sobele de biomasă sunt concepute pentru a arde pelete de combustibil fabricate din alte materiale decât lemnul, cum ar fi paie de grâu, stover de porumb sau ierburi. Asigurați-vă că cunoașteți tipul de combustibil pe care o sobă îl poate arde, deoarece alte tipuri de combustibil ar putea deteriora aragazul sau ar putea duce la o stare de funcționare nesigură.

sobe de porumb – în unele părți ale țării, este popular să arzi porumbul decojit ca combustibil de ardere. În unele privințe, boabele de porumb sunt o peletă de combustibil fabricată în mod natural. Porumbul arde surprinzător de bine, dar produce cantități destul de mari de cenușă, care este mai predispusă la “zgură” (formând bucăți dure) decât cenușa de lemn. Spre deosebire de majoritatea altor combustibili din biomasă, porumbul conține cantități măsurabile de sulf (~0,1%, care este încă mult mai mic decât cărbunele, de exemplu). Prin urmare, sobele cu peleți din lemn nu sunt, în general, potrivite pentru porumb, iar în schimb trebuie utilizate sobe de porumb special construite. Unele rapoarte au sugerat că sobele de porumb funcționează bine și pentru biomasă, dar consultați producătorul aragazului pentru a fi sigur.

echipamente de ardere comerciale/ industriale

echipamentele comerciale de ardere sunt mai mari și mai complexe decât dispozitivele rezidențiale. De obicei, livrarea furajelor în combustor este automatizată prin utilizarea benzilor transportoare și/sau a burghiilor. Fluxul de combustibil și aer este controlat cu atenție, iar condițiile din interiorul arzătorului sunt reglate automat pentru a asigura o eficiență maximă. Dispozitivele avansate de control al poluării (de obicei un separator ciclonic cel puțin) sunt utilizate pentru a menține emisiile de particule în limitele reglementate pentru echipamentele mari.

aceste sisteme sunt de obicei construite la comandă, pe baza cerințelor de încălzire și a combustibilului disponibil. În timp ce majoritatea sistemelor rezidențiale produc aer încălzit, echipamentele la scară comercială sunt de obicei concepute pentru a produce apă caldă sau abur.

eficiența arderii

eficiența echipamentelor de ardere este egală cu cantitatea de căldură utilă produsă împărțită la cantitatea totală de căldură disponibilă în combustibil.

eficiența unui dispozitiv depinde de calitatea echipamentului și de modul în care acesta este operat. Majoritatea echipamentelor de ardere au cea mai mare eficiență atunci când sunt rulate la putere maximă – eficiența scade pe măsură ce sarcina termică este redusă. Eficiența tipică de ardere la sarcină maximă a diferitelor tipuri de echipamente este prezentată în tabelul următor.

echipamente	eficiență tipică(%)
semineu rezidential	-10 la 20	o mare de aer cald “scurgeri” din coșul de fum
soba de lemn de interior rezidential	40-70	modelele mai noi tind să aibă o eficiență mult mai mare decât sobele de epocă. Combustibil uscat și căldură mare necesare pentru eficiență maximă.
aragaz rezidential pe peleti	70-80	calitatea constantă a combustibilului permite o eficiență generală ridicată
arzător de lemn în aer liber	40-70	eficiența este mai mică în timpul pornirii și realimentării
Combustor comercial pentru așchii de lemn	70-90	Computer controlat-funcționează bine cu o varietate de combustibili și conținut de umiditate

aceste valori de eficiență se bazează pe” valoarea mai mare de încălzire ” a combustibilului. De asemenea, rețineți că eficiența acestor dispozitive scade dacă puterea de căldură este scăzută – acestea sunt proiectate să funcționeze cel mai bine la puterea de căldură de vârf sau aproape de vârf.

probleme de poluare și calitate a aerului

biomasa este un combustibil relativ curat, în ceea ce privește poluarea aerului, dacă este ars eficient. Acest lucru poate părea surprinzător pentru persoanele care sunt obișnuiți cu incendii fumurii sau arzătoare de lemn. Cu toate acestea, fumul din aceste sisteme ineficiente conține cantități mari de combustibil necombustibil, ceea ce este un semn de eficiență scăzută. Echipamentele de înaltă eficiență nu au, în general, emisii vizibile de fum și nici un miros detectabil.

există patru tipuri principale de poluare a aerului care pot fi produse prin arderea biomasei: 1) produse normale de ardere (dioxid de carbon și apă), 2) compuși chimici “extra” formați în timpul arderii, cum ar fi dioxizi de sulf (SOx) și compuși de azot (NOx), 3) molecule de biomasă necombustionate, cum ar fi funinginea și 4) particule de cenușă suficient de mici pentru a pluti în aer (cenușă zburătoare și particule).

dioxidul de Carbon și apa

dioxidul de Carbon și vaporii de apă sunt cele două gaze primare care sunt emise de un arzător. Arderea tipică a biomasei produce aproximativ 1,8 kg de CO2 și 0,5 kg de vapori de apă pe kg uscat de combustibil.

dioxidul de Carbon și vaporii de apă nu au fost considerați în mod tradițional poluanți. Cu toate acestea, preocupările crescute cu privire la încălzirea globală au dus la îngrijorări guvernamentale cu privire la emisiile de dioxid de carbon. Unele guverne au impus limite de emisii de CO2 pentru instalațiile de ardere. Cu toate acestea, arderea biomasei este de obicei considerată a fi “neutră din punct de vedere al carbonului”, ceea ce înseamnă că dioxidul de carbon care este emis prin arderea biomasei este reabsorbit de culturile în creștere care vor fi utilizate ulterior pentru combustibil. Din această cauză, emisiile de dioxid de carbon provenite din arderea biomasei nu sunt în general restricționate.

“coșurile de fum” cu combustie cu biomasă au adesea pene de nor alb, care se ridică din vârfurile lor. Acesta este vaporii de apă din evacuarea de ardere care se condensează în picături de apă pe măsură ce se răcește. Unii oameni cred în mod eronat că norul de deasupra unui arzător de biomasă este un semn al poluării; în realitate, gazele din arzător sunt adesea foarte curate.

NOx și SOx

în timp ce combustoarele moderne de biomasă au, în general, emisii scăzute în comparație cu mulți alți combustibili, există unii poluanți din arderea biomasei care sunt îngrijorătoare.

principalii poluanți care trebuie preocupați la arderea biomasei sunt oxizii de azot – NO2 și NO3. Acestea sunt denumite în mod obișnuit emisii “NOx” și se formează atunci când azotul din aer se combină chimic cu oxigenul în timpul arderii. NOx din atmosferă se poate combina cu vaporii de apă pentru a forma acid azotic și a fost identificat ca o sursă semnificativă de ploi acide. Arderea mai fierbinte produce mai mult NOx, în timp ce Condițiile mai reci produc mai puțin. Emisiile de NOx de la un combustor de biomasă sunt de obicei similare cu cele de la un combustor pe cărbune sau alt sistem de combustibili fosili și, în general, depind mai mult de proiectarea echipamentului de ardere decât de tipul de combustibil.

compușii oxidului de sulf (“SOx”) sunt un alt produs de ardere despre care se crede că este o sursă de ploaie acidă – moleculele se combină cu apa pentru a forma acid sulfuric. Compușii SOx se formează atunci când sulful din combustibil se combină cu oxigenul în timpul procesului de ardere. Cărbunele are de obicei niveluri ridicate de sulf, în timp ce majoritatea biomasei are foarte puțin.

funingine și creozot

“funingine” este un termen generic pentru particulele necombustionate sau parțial arse din gazele de eșapament. “Creozot”, pe de altă parte, se referă la un lichid de gudron care se condensează după arderea incompletă a biomasei (cărbunele poate produce și creozot). În timp ce șemineele rezidențiale și sobele de lemn au fost mult timp surse ale acestor poluanți, echipamentele de ardere de înaltă eficiență produc puțin sau niciunul dintre aceste materiale.

particule (cenușă)

cea mai mare parte a cenușii din combustie rămâne în combustor. Cu toate acestea, cantități mici din cea mai fină cenușă (numită “cenușă zburătoare”) sunt suflate din combustor cu gazul de eșapament. Echipamentele de ardere la scară comercială folosesc dispozitive de captare a cenușii, cum ar fi “separatoare de cicloni” și “case de saci” pentru a îndepărta cea mai mare parte a acestei cenuși înainte de a fi eliberată în atmosferă.

reglementările privind calitatea aerului

emisiile atmosferice provenite de la echipamente de ardere foarte mari (adică centrale electrice) sunt reglementate de legea federală. Echipamentele mai mici sunt reglementate de regulile de stat și locale. Aceste reglementări necesită, în general, permisiunea prealabilă și testarea regulată a gazelor de stivă pentru a asigura complicitatea cu regulile. Adesea, cel mai mic echipament de ardere (adică. echipamente rezidențiale) nu este reglementată în acest fel. În schimb, producătorii de dispozitive mici pot fi obligați să certifice că echipamentul lor îndeplinește anumite cerințe minime.

pentru informații suplimentare

combustie: Introducere | materii prime | prelucrare | utilizare

• resurse de la Wood2Energy, Universitatea din Tennessee:
  • o stare a științei și tehnologiei. Publicarea în profunzime a tehnologiilor de ardere. 2010.
  • baza de date a utilizatorilor de biomasă din Statele Unite și Canada. Baza de date a lemnului către industriile energetice, producători și utilizatori, capabilă de căutare după mai multe caracteristici. 2010.

• resurse de la BERC, Centrul de cercetare a energiei din biomasă:
  • Prezentare generală a tehnologiei la scară comunitară.
  • beneficiile utilizării energiei din biomasă pentru școli și comunități. Fișă informativă.
  • energia biomasei și dioxidul de carbon. Fișă informativă.
  • fișă informativă privind emisiile de ardere a biomasei. Fișă informativă.
  • 50+ studii de caz ale celor mai bune sisteme energetice din biomasă la nivel mondial.
  • Ghid de încălzire cu așchii de lemn pentru setări comerciale și instituționale.
  • baza de date națională a proiectelor de energie din biomasă la scară comunitară

• resurse din Penn State Cooperative Extension:
  • echipamente de încălzire pe biomasă la scară comercială.
  • Co-Arderea Biomasei Cu Cărbune.
• resurse de la Cornell Cooperative Extension, încălzire cu lemne:
  • Compararea echipamentelor de ardere
  • siguranța aragazului cu lemne
  • întreținere adecvată
  • cele mai bune practici de ardere
  • cumpărarea lemnului de foc
• Pellet Fuels Institute: standarde industriale și disponibilitate.
• Poluanți De Ardere. Universitatea De Stat Din Utah, Extensie Cooperativă.

alte articole din această serie de ardere:

• materii prime pentru biomasă pentru combustie
• câtă căldură are biocombustibilul?
• Introducere în arderea biomasei
• prelucrarea biomasei pentru ardere
• porumb coajă ca un combustibil pentru căldură cu efect de seră
• utilizarea căldurii de ardere pentru Energie
• căldură lemn pentru sere

colaboratori la acest articol

autor

• Daniel Ciolkosz, asociat de extensie, Penn State

recenzori inter pares