1. Podstawy teoretyczne.

Biomasa to wytwarzana w organizmach roślinnych oraz żywych materia organiczna o zróżnicowanym składzie chemicznym, właściwościach i stanie skupienia. Pod względem ekonomicznym biomasa przysparza wiele trudności, stąd też często przetwarzana jest do tzw.

biopaliw. Operacje zagęszczania, takie jak: prasowanie, granulowanie, czy brykietowanie prowadzą właśnie do wytworzenia biopaliw, charakteryzujących się lepszymi własnościami. Biomasę można ponadto poddać gazowaniu, w wyniku czego powstają biopaliwa gazowe.

Większość biomasy powstaje w wyniku fotosyntezy w organizmach roślinnych z wykorzystaniem energii słonecznej. Poniżej widoczny jest wzór przedstawiający reakcje chemiczną zachodzącego procesu:

ś

nCO + nH O + wiatło → CH O

+ nO

2

2

( 2 ) n

2

gdzie: ( CH O to wzór sumaryczny węglowodanów.

2

) n

Do biomasy zaliczamy:

• odpady z produkcji i przetwarzania roślin;

• odchody zwierzęce i odpady komunalne;

• rośliny hodowane do celów energetycznych np.: rzepak;

• drewno, słoma;

• inne.

Do głównych wad biomasy należałoby wymienić jej zawilgocenie, nietrwałość, koszty przetwórstwa i konieczność wykorzystania „na miejscu” lub w niedalekim promieniu. Dla przykładu koszt prasowania i transportu słomy stanowi około 90% kosztu całego obiegu biomasy. Uważa się, że 2 tony suchego drewna odpowiadają pod względem energetycznym 1 tonie dobrego węgla kamiennego. Zaletą biomasy jest mały udział substancji mineralnych oraz możliwość wykorzystania popiołu jako nawozu mineralnego.

Ogólnie w spalaniu biomasy możemy wyróżnić IV podstawowe etapy: 1. nagrzewanie i suszenie

2. rozkład termiczny

3. spalanie produktów rozkładu termicznego 4. spalanie pozostałości koksowniczej Schemat

powstawania

i

spalania biomasy

2. Schemat stanowiska pomiarowego. (w załączniku do sprawozdania) 3. Wykaz przyrządów pomiarowych.

• analizator spalin

• rotametr

• miernik temperatury spalin

• termometr membranowy

4. Tabele pomiarowe i obliczeniowe O2

CO

NO

Tspal

qv h2o

Twyj

Twej

Lambda

CO 10%

NO

10%

%

ppm

ppm

C

m3/h

C

C

ppm

ppm

8,97

25160

84

199

0,554

58

45

1,75

23005,82 76,81

9,08

29600

81

192

0,547

58

46

1,76

27315,44 74,73

9,57

21841

80

193

0,549

59

46

1,84

21019,34 76,99

9,71

20940

79

207

0,556

60

46

1,86

20402,13 76,97

11,49

16280

76

207

0,549

61

47

2,21

18830,70 87,91

12,5

11580

81

208

0,549

62

48

2,47

14985,88 104,82

12,97

7920

104

227

0,54

62

48

2,62

10849,32 142,47

13,24

5470

123

212

0,562

61

48

2,71

7753,866 174,36

13,8

3510

157

208

0,546

61

48

2,92

5362,50

239,86

13,96

3250

124

237

0,552

61

48

2,98

5078,13

193,75

14,07

6250

112

231

0,553

61

48

3,03

9920,64

177,78

14,4

3380

146

200

0,541

61

48

3,18

5633,33

243,33

14,94

2800

139

207

0,55

61

48

3,46

5082,51

252,31

średnia

średnia

średnia

0,550

60,5

47,2

5. Przykłady obliczeń.

• Obliczanie współczynnika nadmiaru powietrza: 21

21

1,75

21

21 8,97

• przeliczenie zmierzonego poziomu CO w spalinach na odniesiony do stałej zawartości tlenu 10%:

21 10

21 10

%

25160

22996,83

21

21 8,97

• przeliczenie zmierzonego poziomu NO w spalinach na odniesiony do stałej zawartości tlenu 10%:

21 10

21 10

%

84

76,81

21

21 8,97

• sprawność kotła m ⋅ c ⋅ T

(

− T

J

w

w

wylot

wlot

η

)

=

, gdzie po przeliczeniu dla wartości średnich c = 4180

,

β ⋅

w

Q

kg ⋅ K

m 3

kg

T

= 47,2 C

° , T

= 60 5

, C

° , m = 5

,

0 50

= 550

wlot

wylot

w

h

h

kg

kg

β = 3

= ,

3 46

- strumień paliwa

52 min

h

MJ

Q = 1 ,

6 2

- wartość opałowa paliwa

kg

550 ⋅ 4180(60 5

, − 47,2)

η =

≅ 55%

,

3 46 ⋅1 ,

6 2 ⋅106

6. Wykresy.

30000

25000

20000

15000

mp 10000

, plag 5000

ę

wk

0

en

1,7

1,9

2,1

2,3

2,5

2,7

2,9

3,1

3,3

3,5

leT

współczynnik nadmiaru powietrza, -

300

250

mp 200

, p

tu

zo

150

aken 100

tle

50

0

1,7

1,9

2,1

2,3

2,5

2,7

2,9

3,1

3,3

3,5

współczynnik nadmiaru powietrza, -

240

235

230

225

, ◦C

lina 220

spra 215

tura 210

epme 205

T

200

195

190

1,7

1,9

2,1

2,3

2,5

2,7

2,9

3,1

3,3

3,5

współczynnik nadmiaru powietrza, -

7. Uwagi, wnioski.

W przeprowadzonym doświadczeniu mieliśmy za zadanie wyznaczenie charakterystyk udziału tlenku węgla i azotu dla stałej zawartości tlenu (10%) i wyznaczenie sprawności kotła.

Sprawność kotła, jaka została wyznaczona z obliczeń jest równa 55%, co daje dużo niższy wynik, niż podaje producent. Uzyskanie tak niskiego wyniku może być spowodowane zbyt krótkim czasem wykonywania pomiarów, wykorzystaniem innego paliwa (nie był to ekogroszek, tylko pelet). W

przewodzie łączącym analizator spalin z kotłem również występowały straty ciepła.

Zaniżenie

sprawności mogło być również spowodowane przystosowaniem kotła do celów dydaktycznych (wstawienie szybki w drzwiczkach).

Poza tym, wraz ze wzrostem współczynnika nadmiaru powietrza spada zawartość CO w spalinach malała, a NO i T spalin rosły. Punkty doświadczalne nie układają się jednak w sposób ciągły, i kierunek trendu nie jest pokazany wprost. Fakt ten nie pozwala na wyciągnięcie wniosków obiektywnych, są to wnioski intuicyjne.