använda förbränningsvärme för energi

slutresultatet av förbränningen är användbar energi – vanligtvis i form av värme, kraft eller både värme och kraft. Detta kan användas för att tillhandahålla rumsuppvärmning för byggnader, processuppvärmning för industriella behov, el för användning på plats eller försäljning till nätet, eller samtidig produktion av värme och El (så kallad “kombinerad värme och kraft” eller kraftvärme). Vanligtvis fångas förbränningsvärmen i form av varmt vatten, varmluft eller ånga.

de flesta gårdar har inte betydande behov av förbränningsvärme, med undantag för gårdsuppvärmning under vintern i kalla klimat. Jordbruksföretagen bör dock överväga möjligheten att tillhandahålla förbränningsbränsle till bostads -, handels-eller industrikunder.

förbränningsutrustning

förbränningsutrustning finns i olika storlekar och konfigurationer, även om urvalet tenderar att vara mindre än för förbränning av fossila bränslen. Det är vanligtvis dyrare än olje-eller naturgaseldade enheter, men biobränsle är vanligtvis billigare – vilket resulterar i långsiktiga besparingar för användaren. Det finns många exempel på att förbränningssystem för biomassa används för att värma växthus på gårdar.

de två huvudkategorierna av förbränningsutrustning för biomassa är bostadssystem och kommersiella/industriella system.

förbränningsutrustning för bostäder

en öppen spis är den vanligaste formen av bostadsförbränningsutrustning – men det tenderar också att vara mycket ineffektivt (det mesta av värmen går förlorad upp i skorstenen). Många andra typer av spisar och ugnar finns tillgängliga som ger en högre effektivitetsmetod för att använda förbränningsvärme i hemmet. Vanligtvis är utrustningen lämplig för endast en typ av biobränsle, så det är viktigt att välja lämplig spis för det bränsle du vill bränna.

vedspisar är ett effektivare sätt att bränna ved – de styr luftflödeshastigheten och maximerar utvinningen av värme från brännbränslet. Dessa anordningar är emellertid i allmänhet endast lämpliga för bränning av sladdved.

spisinsatser är i huvudsak bara vedspisar som installeras i öppningen av en befintlig eldstad. De utför ungefär som en vedspis och har liknande effektivitet betyg.

pelletskaminer är konstruerade för att förbränna specialtillverkade träbränslepellets. Dessa pellets tillverkas enligt noggranna SPECIFIKATIONER, vilket gör att kaminerna kan fungera mer effektivt och brinna renare än vanliga vedspisar. Vissa pelletsugnar kan automatiskt mata bränsle in i kaminen, vilket gör dem lite enklare att använda.

Biomassakugnar är utformade för att bränna bränslepellets gjorda av andra material än trä, såsom vetehalm, majsstång eller gräs. Var noga med att veta vilken typ av bränsle som en spis kan förbränna, eftersom andra bränsletyper kan skada kaminen eller leda till ett osäkert driftsförhållande.

Majskaminer – i vissa delar av landet är det populärt att bränna skalad majs som förbränningsbränsle. På vissa sätt är majskärnor en naturligt Tillverkad bränslepellet. Majs brinner förvånansvärt bra, men producerar ganska stora mängder aska som är mer benägna att “slaggning” (bildar hårda bitar) än träaska. Till skillnad från de flesta andra biobränslen innehåller majs mätbara mängder svavel (~0,1%, vilket fortfarande är mycket lägre än kol, till exempel). Därför är träpelletsugnar i allmänhet inte lämpliga för majs, och specialbyggda majsugnar måste användas istället. Vissa rapporter har föreslagit att majsugnar också fungerar bra för biomassa, men kontrollera med spistillverkaren för att vara säker.

Kommersiell / industriell förbränningsutrustning

kommersiell förbränningsutrustning är större och mer komplex än bostadsenheter. Vanligtvis automatiseras tillförseln av foder till brännaren genom användning av transportband och/eller skruvar. Flödet av bränsle och luft kontrolleras noggrant och förhållandena i brännaren justeras automatiskt för att säkerställa maximal effektivitet. Avancerade föroreningskontrollanordningar (vanligtvis en cyklonseparator som ett minimum) används för att hålla partikelutsläpp inom reglerade gränser för stor utrustning.

dessa system är vanligtvis specialbyggda, baserat på värmekraven och det tillgängliga bränslet. Medan de flesta bostadssystem producerar uppvärmd luft, är kommersiell utrustning vanligtvis utformad för att producera varmt vatten eller ånga.

förbränningseffektivitet

förbränningsutrustningens effektivitet är lika med mängden användbar värme som produceras dividerat med den totala mängden värme som finns i bränslet.

effektiviteten hos en enhet beror på utrustningens kvalitet och hur den används. De flesta förbränningsutrustning har högsta effektivitet när den körs med full effekt – effektiviteten sjunker när värmebelastningen sänks. Typiska fulllastförbränningseffektivitet för olika typer av utrustning visas i följande tabell.

utrustning	typisk effektivitet (%)
bostads spis	-10 till 20	en hel del varm luft “läcker” ut skorstenen
bostäder inomhus vedspis	40-70	nyare modeller tenderar att ha mycket högre effektivitet än vintage spisar. Torrt bränsle och hög värme behövs för maximal effektivitet.
bostäder pelletskamin	70-80	konsekvent Bränslekvalitet möjliggör hög total effektivitet
Utomhus vedeldare	40-70	effektiviteten är lägre vid start och tankning
kommersiell Flisbrännare	70-90	datorstyrd-fungerar bra med en mängd olika bränslen och fuktinnehåll

dessa effektivitetsvärden är baserade på bränslets” högre värmevärde”. Tänk också på att effektiviteten hos dessa enheter sjunker om värmeffekten är låg – de är utformade för att fungera bäst vid topp eller nära toppvärmeffekt.

föroreningar och luftkvalitetsproblem

biomassa är ett relativt rent bränsle, när det gäller luftföroreningar, om det bränns effektivt. Det kan tyckas överraskande för människor som är vana vid rökiga bränder eller träbrännare. Röken från dessa ineffektiva system innehåller emellertid stora mängder obränt bränsle, vilket är ett tecken på låg effektivitet. Högeffektiv utrustning har i allmänhet inga synliga rökutsläpp och ingen detekterbar lukt.

det finns fyra huvudtyper av luftföroreningar som kan produceras genom förbränning av biomassa: 1) normala förbränningsprodukter (koldioxid och vatten), 2) “extra” kemiska föreningar som bildas vid förbränning, såsom svaveldioxider (SOx) och kväveföreningar (NOx), 3) oförbrända molekyler av biomassa, såsom sot, och 4) askpartiklar som är tillräckligt små för att flyta i luften (flygaska och partiklar).

koldioxid och vatten

koldioxid och vattenånga är de två primära gaserna som släpps ut från en förbrännare. Typisk förbränning av biomassa ger cirka 1,8 kg CO2 och 0,5 kg vattenånga per torrt kg bränsle.

koldioxid och vattenånga har traditionellt inte betraktats som föroreningar. Ökad oro över global uppvärmning har dock lett till regeringens oro över koldioxidutsläpp. Vissa regeringar har infört CO2 – utsläppsgränser för förbränningsanläggningar. Förbränning av biomassa anses emellertid vanligtvis vara “koldioxidneutral”, vilket innebär att koldioxiden som släpps ut genom förbränning av biomassa absorberas igen av de växande grödorna som senare kommer att användas för bränsle. På grund av detta är koldioxidutsläppen från förbränning av biomassa i allmänhet inte begränsade.

förbränning av biomassa “smokestacks” har ofta plymer av vitt, böljande moln som stiger upp från sina toppar. Detta är vattenångan i förbränningsutblåsningen som kondenserar till vattendroppar när den svalnar. Vissa tror felaktigt att molnet ovanför en biomassaförbrännare är ett tecken på förorening; i verkligheten är gaserna från förbrännaren ofta mycket rena.

NOx och SOx

medan moderna förbrännare av biomassa i allmänhet har låga utsläpp jämfört med många andra bränslen, finns det vissa föroreningar från förbränning av biomassa som är oroande.

de viktigaste föroreningarna att oroa sig för vid förbränning av biomassa är kväveoxiderna – NO2 och NO3. De kallas vanligtvis “NOx” – utsläpp, och de bildas när kväve i luften kemiskt kombineras med syre under förbränningen. NOx i atmosfären kan kombineras med vattenånga för att bilda salpetersyra och har identifierats som en betydande källa till surt regn. Hetare förbränning ger mer NOx, medan svalare förhållanden ger mindre. NOx-utsläpp från en biomassaförbrännare liknar vanligtvis dem från en koleldad förbrännare eller annat fossilt bränslesystem och beror i allmänhet mer på förbränningsutrustningens konstruktion än typen av bränsle.

Svaveloxidföreningar (“SOx”) är en annan förbränningsprodukt som tros vara en källa till surt regn – molekylerna kombineras med vatten för att bilda svavelsyra. SOx-föreningar bildas när svavel i bränslet kombineras med syre under förbränningsprocessen. Kol har vanligtvis höga halter av svavel, medan de flesta biomassa har mycket lite.

sot och kreosot

“sot” är en generisk term för obrända eller delvis förbrända partiklar i avgaser. “Kreosot” hänvisar å andra sidan till en tjärvätska som kondenserar efter ofullständig förbränning av biomassa (kol kan också producera kreosot). Medan bostäder eldstäder och vedspisar har länge varit källor till dessa föroreningar, hög effektivitet förbränningsutrustning producerar lite eller inget av dessa material.

partiklar (aska)

mest aska från förbränning finns kvar i brännaren. Små mängder av den finaste askan (kallad “flygaska”) blåses emellertid ut ur förbrännaren med avgaserna. Förbränningsutrustning i kommersiell skala använder askfångningsanordningar som” cyklonavskiljare “och” påshus ” för att ta bort det mesta av denna aska innan den släpps ut i atmosfären.

Luftkvalitetsregler

luftutsläpp från mycket stor förbränningsutrustning (dvs. kraftverk) regleras av federal lag. Mindre utrustning regleras av statliga och lokala regler. Dessa regler kräver i allmänhet förhandstillstånd och regelbunden testning av stackgaser för att säkerställa överensstämmelse med reglerna. Ofta är den minsta förbränningsutrustningen (dvs. bostadsutrustning) regleras inte på detta sätt. Istället kan tillverkare av små enheter vara skyldiga att intyga att deras utrustning uppfyller vissa minimikrav.

för ytterligare Information

förbränning: Intro | råvaror | bearbetning | utnyttjande

• resurser från Wood2Energy, University of Tennessee:
  • ett tillstånd av vetenskap och teknik. Fördjupad publikation om förbränningsteknik. 2010.
  • databas för Biomassaanvändare i USA och Kanada. Databas över trä till energiindustrier, producenter och användare, sökbar med flera egenskaper. 2010.

• resurser från BERC, Forskningscentret för Biomassaenergi:
  • teknisk översikt i Gemenskapsskala.
  • fördelar med att använda biomassa energi för skolor och samhällen. Faktablad.
  • biomassa energi och koldioxid. Faktablad.
  • faktablad för förbränning av biomassa. Faktablad.
  • 50 + fallstudier av bästa biomassa energisystem över hela världen.
  • wood Chip uppvärmning Guide för kommersiella och institutionella inställningar.
  • nationell databas över projekt för biomassaenergi i gemenskapsskala

• resurser från Penn State Cooperative Extension:
  • kommersiell skala biomassa uppvärmningsutrustning.
  • Sambränning Av Biomassa Med Kol.
• resurser från Cornell Cooperative Extension, uppvärmning med trä:
  • jämförelse av förbränningsutrustning
  • vedspis säkerhet
  • korrekt underhåll
  • bästa Brännmetoder
  • köpa ved
• Pellet Fuels Institute: branschstandarder och tillgänglighet.
• Förbränningsföroreningar. Utah State University, Kooperativ Förlängning.

andra artiklar i denna Förbränningsserie:

• biomassa råvaror för förbränning
• hur mycket värme har biobränsle?
• introduktion till förbränning av biomassa
• bearbetning av biomassa för förbränning
• Shell majs som bränsle för Växthusvärme
• använda förbränningsvärme för energi
• Trävärme för växthus

bidragsgivare till denna artikel

författare

• Daniel Ciolkosz, Förlängningsassistent, Penn State

peer reviewers