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
(
− 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.