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:

gdzie: to wzór sumaryczny węglowodanów.

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

1. Schemat stanowiska pomiarowego. (w załączniku do sprawozdania)

2. Wykaz przyrządów pomiarowych.

• analizator spalin

• rotametr

• miernik temperatury spalin

• termometr membranowy

1. 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

1. Przykłady obliczeń.

• Obliczanie współczynnika nadmiaru powietrza:

$$\lambda = \frac{21}{21 - O_{2}} = \frac{21}{21 - 8,97} = 1,75$$

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

$$\text{CO}^{10\%} = CO \times \frac{21 - 10}{21 - O_{2}} = 25160 \times \frac{21 - 10}{21 - 8,97} = 22996,83\text{\ ppm}$$

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

$$\text{NO}^{10\%} = NO \times \frac{21 - 10}{21 - O_{2}} = 84 \times \frac{21 - 10}{21 - 8,97} = 76,81\text{\ ppm}$$

• sprawność kotła

, gdzie po przeliczeniu dla wartości średnich , , ,

- strumień paliwa

- wartość opałowa paliwa

1. Wykresy.

2. 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.