CONSIDERATII GENERALE PRIVIND BIOMASA

.

.

Nucleară

Petrol

Gaze naturale Cărbu

ne

Nucleară

SURSE DE ENERGIE

SURSE DE ENERGIE CONVENŢIONALE

SURSE DE ENERGIE REGENERABILE (SR)

Biomasa Soarele

Apele geotermale Vânt

ul

Apa

Structura surselor potenţiale de SRE

..

Surse regenerabile de energie

Soarele Vântul Biomasa

Apele Apele geotermale Hidrogenul

lichidă

gazoasă

solidă

- Etanolul- Metanolul- Uleiurile vegetale

- Metanul- Biogazul

- Lemnul de foc- Deşeurile din lemn- Deşeurile vegetale-Culturi energetice-Deşeuri de origină animală

Potentialul mondial al SER

Sursa de energie Potenţial teoreticEJ/an

Potenţial tehnicEJ/an

Biomasă 3000 190

Radiaţia solară 2.500.000 600

Hidro 158 100

Eoliană 100.000 100

Geotermală 1.000 64

Mareele 290 34

POTENTIAL ENERGIE REGENERABILA AL ROMANIEI

• Biomasă - 318 PJ (88,3 TWh) energie termică

• Energie solară - 1,2 TWh energie electrică și 60 PJ (16,7 TWh) energie termică

• Energie eoliană - 23 TWh energie electrică

• Energie hidro - 36 TWh energie electrică• Energie geotermală - 7 PJ (1,9 TWh)

energie electrică

POTENTIAL SER IN ROMANIA

Distribuţia procentuală a energiilor regenerabile în

România (anul 2010)

• 65% biomasă• 17% energie eoliană• 13% energie solară• 4% microhidrocentrale• 1% geotermal

Ce este BIOMASA?

• Biomasa este definita ca „fractiunea biodegradabila a produselor, deseurilor si reziduurilor din agricultura, inclusiv substantele vegetale si animale, silvicultura si industriile conexe, precum si fractiunea biodegradabila a deseurilor industriale si urbane”.

Geneza biomasei

Reziduuri agricole, forestiere si culturi

energeticeReziduuri de la

industria forestiere si agroalimentară

Reziduuri urbane

Reziduuri zootehnie

Cum se formează BIOMASA ?

• Prin procesul de fotosinteza, clorofila din plante capteaza energia solara prin convertirea dioxidului de carbon din aer si a apei din sol in hidrati de carbon (CH2O), compusi complecsi formati din carbon, hidrogen si oxigen.

• CO2 + H2O + lumina + clorofila (CH2O) + O2

Geneza şi circuitul biomasei în natură

Categorii de biomasă

• Lemnul si reziduurile forestiere• Reziduuri de la recolte agricole• Plante energetice, culturi lemnoase cu

rotaţie scurtă, ierburi energetice• Reziduuri de la procesarea cerealelor si

alimentelor• Porumb boabe plus planta• Sfecla de zahăr• Cartoful• Gunoi de grajd solid

• Reziduuri municipale

STRUCTURA BIOMASEI DUPĂ PROVENIENŢĂ

.

Biomasă lemnoasă

Lemn brutcopaci întregi cu rădăcini, trunchiuri de copaci, reziduuri din exploatări forestiere, buturugi şi crengi, scoarţă rezultată din activităţi forestiere, lemn rezultat din curăţarea grădinilor şi spaţiilor verzi

Produse secundare şi deşeuri din industria de prelucrare a

lemnuluireziduuri netratate sau tratate chimic, fibre şi derivaţi din lemn, amestecuri

Lemn uzatlemn netratat sau tratat chimic, amestecuri

Biomasă vegetală

Culturi de cereale

Ierburi energetice

Culturi oleaginoase

Culturi rădăcinoase

Culturi leguminoase

Floricultură

Ierburi provenite din curăţarea grădinilor şi spaţiilor verzi

Produse secundare şi deşeuri din industria de prelucrare a biomasei

vegetale

Pomi fructiferi şi fructe

Produse secundare şi deşeuri din industria de procesare a fructelor

Deşeuri organice

Deşeuri menajere organice

Deşeuri municipale

organice

Dejecţii animale

Efluenţi industriali organici

Biomasă

SURSE DE BIOMASĂ DUPĂ PROVENIENŢĂ

.

Surse de biomasă

Silvicultură

Exploatarea lemnului

Curăţarea pădurilor

Pepiniere

Agricultură

Fitotehnie

Zootehnie

Pomicultură

Legumicultură

Piscicultură

Acvacultură

Industrie

Industria alimentară

Industria lemnului

Mediul urban

Activităţi casnice

Curăţarea spaţiilor publice

Biomasa• Clasificarea combustibililor din biomasă: stare solidă: lemnoasă – provenită din silvicultură şi activităţi

conexe (lemnul de foc, deşeurile provenite din curăţarea pădurilor, deşeuri provenite din industria de prelucrare a lemnului); produsele secundare provenite din agricultură – deşeuri vegetale, paie, tulpini de porumb.

Lemnul de focDeşeuri deseuri de lemn reziduuri animaliere

Deşeuri animale

lichidă: uleiurile vegetale – ulei de rapiţă, ulei de floarea soarelui; alcoolii – etanol, metanol;

gazoasă: biogazul.

Reziduuri agricoleagricole

Repartizarea zonală a biomasei pe teritoriul României

POTENTIALUL DE BIOMASĂ DIN REZIDUURI LEMNOASE

CATEGORII DE BIOMASĂ DIN CULTURI ENERGETICE

• Plopul energetic;• Salcia;• Sorgul;• Floarea soarelui;• Mischantus (iarba elefentului);• Inul şi cânepa

Plopul energetic

Salcia energetică

Porumbul, sorgul, floarea soarelui

Avantajele energiei regenerabile din biomasă

• Mai puţine gaze cu efect de seră;• Mai puţine deşeuri;• Reducerea dependenţei

energetice;• Promovarea de tehnologii

moderne verzi;• Noi oportunităţi pentru mediul

de afaceri;• Noi locuri de muncă – în special

în mediul rural;

Date generale despre biomasă

• Masa totală (inclusiv umid.) - peste 2000 mlrd tone; • Masa totală a plantelor terestre - 1800 mlrd tone; • Masa totală a pădurilor - 1600 mlrd tone; • Cantitatea energiei acumulate în biomasa terestră - 25.000*1018 J; • Creşterea anuală a biomasei - 400.000 mil tone• Viteza acumulării energiei de către biomasa terestră - 3000*1018 J pe an (95TWt); • Consumul total anual a tuturor tipurilor de energie - 400*1018 J pe an (22TWt); • Utilizarea energiei biomasei - 55*1018 J pe an (1,7TWt)

Alte caracteristici

ccc

Producţii maxime la hectar

Producţii de bioetanol

UTILIZĂRI ALE BIOMASEI

• 1.LA PRODUCEREA ENERGIEI REGENERABILE• 2.CA MATERIE PRIMĂ ÎN PROCESE INDUSTRIALE• 3.ÎN ALIMENTAŢIE ŞI HRANA ANIMALELOR• 4. MIJLOC DE CONSERVARE A MEDIULUI• 5. IN INDUSTRIA CHIMICĂ ŞI FARMACEUTICĂ

Forme de valorificare energetică a biomasei

• Arderea directă cu generare de energie termică. • Arderea prin piroliză, cu generare de singaz (CO + H2). • Fermentarea, cu generare de biogaz (CH4) sau bioetanol (CH3-CH2-OH)- în cazul fermentării produşilor zaharaţi; biogazul se poate arde direct, iar bioetanolul, în amestec cu benzina, poate fi utilizat în motoarele cu combustie internă. • Transformarea chimică a biomasei de tip ulei vegetal prin tratare cu un alcool şi generare de esteri, de exemplu metil esteri (biodiesel) şi glicerol. În etapa următoare, biodieselul purificat se poate arde în motoarele diesel. • Degradarea enzimatică a biomasei cu obţinere de etanol sau biodiesel. 

DE CE BIOMASĂ PENTRU ENERGIE?

VIAŢA ESTE INSEPARABIL LEGATĂ DE ENERGIE

CREŞTEREA POPULAŢIEI ŞI IMPILCIT A CONSUMULUI DE ENERGIE

CREŞTEREA BUNĂSTĂRII OMULUIEPUIZAREA COMBUSTIBILILOR

TRADIŢIONALI, FOSILIPROTECŢIA MEDIULUI

PROTECŢIA MEDIULUI

PROTECŢIA MEDIULUI

POLITICI ENERGETICE

• Politici la nivel Global/mondial• Politici la Nivelul Comunităţii

Europene (EU)• Politici la nivel national

• 1954 : NEW DELHI, PRIMA CONFERINTA PE SUBIECT SRE• 1974: AU INCEPUT PROGRAME DE CERCETARE-DEZVOLTARE

INDOMENIUL SRE

• 1981: NAIROBI - CONFERINTA NATIUNILOR UNITE, CARE NU A AVUTREZULTATE CONCRETE

• 1987: RAPORTUL COPENHAGA, CARE NU A STIPULAT CLAR CA INCADRUL DEZVOLTARII DURABILE, ENERGIA SE BAZEAZA PESURSE REGENERABILE

• 1993: SUMMITUL DE LA RIO AL NAŢIUNILOR UNITE– CRIZA CONTEMPORANĂ ŞI MAI ALES IMPACTUL ACESTEIA ASUPRA MEDIULUI. SE ANGAJEAZĂ PRIMUL PLAN DE ACŢIUNE GLOBAL AFIRMÂNDU-SE ROLUL CHEIE AL EDUCAŢIEI ECOLOGICE

• 2002: SUMITUL PAMANTULUI - JOHANESBURG (TEXTUL INITIAL NUINCLUDEA SRE, FIIND NECESARA INTERVENTIA LUI KOFI ANANPENTRU REFACEREA TEXTULUI)

• 2010 CONFERINŢA DE LA COPENHAGA

EVENIMENTE LA NIVEL MONDIAL IN DOMENIUL ENERGIEI SI MEDIULUI

EVENIMENTE LA NIVEL MONDIAL IN DOMENIUL ENERGIEI SI MEDIULUI

DIRECTIVE EUROPENE Programe tehnologice şi Iniţiative politice sub formă de

ţinte. Iată exemplificate, câteva dintre acestea: - În context politic: 12% din consumul de energie primară

al anului 2010 urmează a fi atribuit SRE; - În contextul legislatiei specifice al fiecărui stat: Green Paper-Energy for the Future: Renewable Sources of

Energy; White Paper for a Community Strategy and Action Plan; Green Paper “Towards a European Strategy for the

Security of Energy Supply”; Directive 2001/77/EC on the promotion of electricity

produced from renewable energy sources in the internal electricity market;

The support of electricity from renewable energy sources; Biomass Action Plan; Renewable Energy Road Map 5.

• Parlamentul European propunea în anul 2008 Directiva Europeană cu privire la utilizarea energiei produse din SRE. Iată câteva linii directoare ale acesteia:

• – Noul document conştientizează necesitatea unei mai hotărâte implicari din partea statelor membre în procesul de promovare şi utilizare a SRE, stabilind in acest sens obiective mai ambiţioase decât cele ale Directive 1- 2001/77/EC;

• – Conform prevederlor acestei Directive, până în anul 2020, 20% din totalul consumului de energie trebuie să fie asigurat cu energie produsa din surse regenerabile.

DIRECTIVE EUROPENE

DIRECTIVE EUROPENEDIRECTIVE

EUROPENE• – Faţă de varianta sa din 2001, acum se impune ca până în

anul 2020, 10% din combustibilul utilizat pentru transport să fie biocombustibil;

• – Pentru fiecare Stat Membru, până in anul 2020 sunt stabilite “ţinte” din totalul consumului de energie ce trebuie să fie asigurate cu energie produsă din surse regenerabile (pentru România, “target share” este de 24%, adică până în anul 2020, 24% din consumul total de energie va trebui asigurat cu energie produsă din surse regenerabile); – Fiecare stat membru trebuie să adopte un Plan de Acţiune pentru atingerea ţintei nationale şi a celei Europene.

DIRECTIVE EUROPENE

Politici la nivel national

• LEGEA nr. 220 din 27 octombrie 2008Stabileste cadrul legislativ pentru promovarea

producerii energiei din surse regenerabile de energie: – Termeni, modalitati si actiuni, responsabilitati,

durate de aplicare etc;– Nivelul tintelor nationale privind ponderea

energiei electrice din surse regenerabile de energie în consumul final de energie electrica în perspectiva anilor 2010, 2015 si 2020: respectiv 33%, 35% si 38%;

– Cotele obligatorii anuale de certificate verzi pentru perioada 2008-2020, modul de atribuire si tranzactionare;

– Accesul la reteaua electrica si comercializarea energiei electrice produse din surse regenerabile de energie;

– Monitorizare si raportare, facilitati acordate s.a.

Politici la nivel national

• LEGEA nr. 220 din 27 octombrie 2008• ART. 3• Sistemul de promovare stabilit prin legea

220/2008 se aplica pentru energia produsa din:• a) energie hidro; • b) energie eoliana;• c) energie solara;• d) energie geotermala si gazele combustibile

asociate;• e) biomasa;• f) biogaz;• g) gaz de fermentare a deseurilor;• h) gaz de fermentare a namolurilor din instalatiile

de epurare a apelor uzate si care este livrata în reteaua electrica.

CARACTERISTICILE BIOMASEI

Densitatea volumică şi energeticăConţinutul de umiditateConţinutul de energie termică – Puterea calorificăConţinutul de elemente chimiceConţinutul de cenuşeCapacitatea de stocareCapacitatea de manipulare şi transportDinamica variaţiei în timp a caracteristicilor fiziceDinamica variaţiei disponibiltăţii

Volumul echivalent (m³) pentru substituirea unui m³ petrol de diferite culturi

petrol

cărbune

Peleti 8% umuditate

Lemne în vrac, 50%

Aşchii de lemn dur, 30%W

Aşchii de lemn moale,30% W

Aşchii de lemn industrial, 20%W

Aşchii de lemn industrial,50%W

Paie balotate, 15%W

Densitatea volumicăkg/m³

• Biomasa solidă are o densitate scăzută

• Densitate scăzută influenţează negativ manipularea, transportul şi stocarea

• Creşterea densităţii se poate face prin compactare, respectiv balotare, peletare şi brichetare

Densitatea energeticăMJ/m³

• Este corelată cu densitatea volumică şi este scăzută în comparaţie cu cea a combustibililor fosili lichizi sau solizi

• Îmbumătăţirea acesteia se face prin conversia biomasei solide în combustibili lichizi

Conţinutul de umiditateîn %

• Este canitatea de apă care se găseste în material, raportată la întreaga masă a materialului

• Conţintul de umiditate este o caracteristică importantă a biomasei destinată utilizării în scopuri energetice

• Umiditatea are mare iflueţă asupra eficienţei procesului de ardere, a puterii calorifice a biomasei, asupra depozitării, manipulării şi transportului

• Conţinutul de umiditate se poate exprima în baza umedă (W) şi în baza uscată (Wbu)

Calculul umidităţii biomasei• Prin umiditatea biomasei (W în %) înţelegem raportul dintre

greutatea apei conţinute de biomasă şi greutatea biomasei absolut uscat. Greutatea substanţei pure este considerată bază de plecare  = 100%. Greutatea biomasei fără apă se numeşte "greutate absolută uscată".

• Umiditatea biomasei se calculează în practică după următoarea formulă:

• unde  mu = greutate umedă [g] şi m0= greutate uscată [g].

W

Conţinutul de umiditate

• Relaţiile între umidităţile în cele două baze sunt:

bu

bu

bu

Conţinutul de umiditate

• Puterea calorifică a biomasei se calculează la umiditatea raportaă la baza uscată (13-15%)

• Eficienţa termică a biomasei scade cu creşterea umidităţii

• La valori ale umidităţii peste 60%, eficienţe este aproape de zero deoarece trebuie consumată energie pentru evaporarea apei (2,44MJ/kg apă)

• Biomasa trebuie uscată natural până la umiditatea în baza uscată

Puterea calorificăMJ/kg

• Este cantitatea de căldură care se degajă la arderea completă a unităţii de substanţă. I se mai spune şi conţinut de energie termică

• Există o putere calorifică inferioară =Hi şi o putere calorifică superioară=Hs. Diferenţa este cauzată de căldura de evaporare a apei formată de hidrogenul din biomasă. Variaţia celor două valori depinde de compoziţia chimică a biomasei

Puterea calorifică

• Influenţa cea mai mare asupra puterii calorifice o are conţinutul de umiditate

Peleţi, 8% W, Hi 17 MJ/kg

Bucăţi lemn, 2-3 ani uscat natural, Hi 14,4 MJ/kg

Lemn după tăiere, 55%,

Hi 7,1 MJ/kg

Caracteristici ale unor combustibili solizi

Tip comustibil Puterea calorificăMJ/kg

Densitatea volumcă, kg/m³

Densitatea energetică, MJ/m³

Paie mărunţite 11 - 18 40 - 60 700

Paie balotate 11 - 18 60 -90 1000

Paie brichetate 11 -18 300 -600 4000 -8500

Coji de orez 11 -15 75 -145 800 - 2200

Lemn uscat 14 -20 150 -200 3000

Lemn de esenţă tare

14 - 20 200 - 250 3000 - 8000

Cărbune de lemn 28 - 32 130 -190 4000 - 6000

Cărbune tare 33 850 - 890 29000

Cărbune brun 22 650 - 700 15000

Caracteristicile unor combustibili lichizi

Tip comustibil Puterea calorificăMJ/kg

Densitatea volumcă, kg/m³

Densitatea energetică, MJ/m³

benzină 43 760 33000

motorină 43 835 36000

kerosen 45 800 36000

metanol 20 790 16000

etanol 27 8000 22000

Ulei de rapiţă 36 915 33000

Gaz lchefiat 46 580 27000

Caracterisicile unor combustibili gazosi

Tip comustibil Puterea calorifică

MJ/kg

Densitatea volumcă, kg/m³

Densitatea energetică, MJ/m³

metan 50 0,7 36

propan 46 2,0 93

butan 46 2,7 124

hidrogen 120 0,09 11

Gaz natural 33-42 0,76-0,98 32

biogaz 20 1,15 23

Conţinutul de Carbon al combustibililor fosili şi a surselor de

bioenergie

• cărbune(medie) = 25.4 tone metrice carbon/terajoule (TJ) – 1.0 tonă metrică de cărbune = 746 kg carbon

• petrol (medie) = 19.9 tone metrice carbon/ TJ • 1.0 US gallon benzină (0.833 Imperial gallon,

3.79 litri) = 2.42 kg carbon • 1.0 US gallon diesel (0.833 Imperial gallon, 3.79

litri) = 2.77 kg carbon • natural gas (methane) = 14.4 tone metrice

carbon/ TJ • 1.0 cubic cub natural gas (methane) = 0.49 kg

carbon • Conținutul de carbon pentru diferite biomase: aprox. 50% pentru lemn; aprox. 45% pentru culturi

de graminacee (iarbă) sau residuuri agricole

Efectele caracteristicilor chimice ale biomasei asupra combustiei

Elementele chimice EfecteAzot - N Producere de NOx, HCH şi N2 O

Potasiu - K Caracteristica de înmuiere a cenuşii, coroziune la temperaturi ridicate

Magneziu - Mg Caracteristica de înmuiere a cenuşii, integrarea poluanţilor în cenuşă

Calciu - Ca Asupra folosirii cenuşii

Sulf - S Emisii de SOx (ploi acide), coroziunea suprafeţelor de contact la temperaturi ridicate(Focarele)

Clor – Cl

Metale grele

Emisii de HCl

Asupra folosirii cenuşii, emisii de metale grele

Conţinutul de cenuşe

• Materie anorganică nevolatilă ce rămâne după combustia biomasei

• Cenuşa este nedorită,având efecte negative asupra aerului ( se reţine prin filtre) şi a bunei funcţionări a centralei

• Conţine metale grele• Are proprietatea de conservare/păstrare a

căldurii, protejând grătarul cuptorului împotriva temperaturilor înalte

• Conţinutul de cenuşă rezultat este influenţat de compoziţia solului, felul biomasei, eficieţa combustiei

Conţinutul de cenuşă în biomasă

Tipul de biomasă Conţinutul de cenuşă %

Reziduuri forestiere 2

salcie 2

Paie de cereale 5

Reziduuri de seminţe de rapiţă

5

Mischantus 5

Reziduuri de măsline 7

Gunoi de păsări 13

Formarea cenuşii la arderea biomasei

Schimbarea caracteristicilor cenuşii

• Interacţiunea dintre mineralele anorganice din cenuse produce schimbarea caracteristicilor acesteia, rezultând:

• Aglomerări – Particule se lipesc formând bulgări • Inmuierea – La o Temperature la care cenuşa

începe să curgă • Topirea – Cenuşa ajunge în fază de topitură• Zgurificare – Depozite solide în topitură formate

în zona flăcării• Lipirea/fixarea – Formarea de Depozite de zgură

pe perţi reci ai generaorului, prin solidificarea vaporilor de material rezultaţi la ardere – Infundarea evacuării.

• Sinterizarea – Formarea de grămezi/bucăţi coerente prin încălzirea dar fără topirea zgurii.

Efectele cenuşi asupra instalaţiilor de combustie/ardere

• Formarea, de aglomerări topite sau parţial topite şi depozite de zgură la temperaturi ridicate, pe suprafaţa boilerelor ·

• Formarea de depozite de cenuşe solidificate , la temperaturi scăzute, pe suprafaţa boilerelor in zona de convecție a boilerelor,

• · Accelerarea pierderilor de metal din componentele echipamentelor datorită coroziunii, eroziunii şi abraziunii produse de cenuşă

• Formarea de emisii de aerosoli (particule de mărimi submicronice) şi fum

• Curăţirea gazelor emanate este dificilă în prezenţa cenusii

• Manipularea şi dpozitarea cenuşii ridică probleme de mediu şi costuri

PRODUCEREA SI PROCESAREA BIOMASEI

SOLIDE

Etapele de bază ale producerii energiei din biomasă

Plante energetice Reziduuri agricole Reziduuri organiceGunoi de grajd

Pregătire pentru utilizareRecoltarea, manipularea,transport, procesare

Conversie termică Conv. Fiz-chim Conv. Bio-chim.

Procesare (adunare,uscare, presare etc.)

Transport Stocare

Carbu-rarea

Gazeifi-carea

Piroli-za

Presare/extracţie

Esterifi-care

Comb.solid Comb.

gazos Combustibil lichid

Ardere

Conversie termo-mecanică

Electricitate Căldură

Fermetalcool

Descompanaerob.

Desccomp

aerobică

Plante energetice, culturi lemnoase cu perioadă de vegetaţie scurtă,

ierburi energetice

• Miscanthus (sinensis) giganteus sau iarba elefantului,sau stuful chinezesc

• Plopul energetic

• Salcia energetica sau salix

Miscanthus – iarbă energetică

Mischantus folosită pentru amenajării spaţii verzi

Mischantus - caracteristici– iarba are o creştere foarte puternică (3 – 4 metri după doi sau

trei ani)

este un inlocuitor pentru lemn şi combustibil (1 hectar poate înlocui în jur de 6.000 – 7.000 de litrii de combustibil!)

• 17.000 de kg/ ha de masă uscată, ca producţie medie la o recoltă de circa de 20 de ani pe soluri brune, acvifere şi bogate în humus

• în primul an nu se recomandă recoltarea (cca. 1 m), 1-2 t/ha, • în al doilea an, producţie parţială ( cca. 2 m) , 4-6 t/ha • în al treilea an, producţie completă (3 – 4 m), 12 t-16 t/ha. • Se poate recolta de 15-20 de ori

Mischantus - caracteristici

• Se pot cultiva pe suprafaţă arabilă, acviferă, străpunsă de rădăcini, ideal ar fi în straturi de porumb

• Temperatura de plantare ,de preferat 7 grade temperatura medie şi 700 mm de precipitaţii cu răspândire optimă în perioada de vegetaţie

• Ce nu-i prieste acestui soi este solul nisipos cu apă staţionară şi vara secetoasă care scad productivitatea la ha.

Plantarea

• Perioada de plantare: aprilie până mai

• Manual până la 2 ha, recomandabil ar fi cu utilaje .

• Rizomii trebuie introduşi la 8 – 10 cm adâncime, şi în final indesaţi bine

distanţă între plante 1×1 m

Plantarea

Rizomi de mischantus din plantatie veche Rizomi/răsad in ghiveci

Plantarea mecanică

Echipament de plantare

Intreţinerea culturii

• Este necesară o cantitate redusa de ingrasaminte mai ales in primi 2 ani de dezvoltare

• Combaterea buruienilor în prima fază de creştere este esenţială-prin erbicidare.

• Este vital ca solul destinat înfinţării plantaţiei să fie curăţat de buruieni perene înainte de plantare.

Recoltarea

• Recoltarea anuală se poate face în lunile martie-mai, când masa vegetală este uscată

• Cultura se taie la început cu o maşină de recoltat furaje şi lăsată în brezde.

• După uscare în brazdă, iarba se balotează în baloţi rectangulari sau rotunzi

Balotarea

Stocarea

• Stocare prin stivuire

• Protejarea ămpotriva umidităţii, prin acoperirea cu material plastic

Plopul energetic

Plopul energetic - caracteristici• • Plopul energetic se poate cultiva pe suprafete intinse prin butaşi (de

cca. 20 cm), nuiele (1 – 1,5m) sau butaşi înrădăcinaţi de un an (1 -2m) 10- 20 cm introduşi cu fermitate în pământ

• Toamna după desfrunzire până la îngheţ (oct. – dec) • Primăvara după perioada de îngheţ (febr./ martie) până la scoatere

(aprilie/mai) • Distanta de plantare a plopilor se face pe un rând sau pe doua rânduri

(40- 80 într-un rând, între ele cu spaţii de deplasare (2,5 – 3m), cu un necesar de 5.000 – 14.000 bucatati/ha

• Nu sunt pretenţioase în ceea ce priveşte pământul şi condiţiile climatice (în funcţie de sortiment, pot fi cultivate şi în soluri cu capacitate de producţie la limita minimă), capacităţile mai mari de producţie se obţin desigur pe suprafaţă arabilă favorabilă

• Pământul supus cultivarii cu plop energetic trebuie pregătit pentru a avea o structură fină, suprafeţele mai mici pot fi prelucrate manual, de la 2 ha în sus sunt prelucrate mai eficient mecanizat

Plopul energetic - caracteristici

• Ca si recolta aduce un substantial cistig pe ha, adica 10 – 15 tone materie uscata pe ha/anPrima recoltă la plop se face de regulă după cel de-al şaselea an, după aceea tot la cinci ani se recoltează

Plantarea plopului

Combina autopropulsată de recoltat plop si salcie

t r e e p o s i t i o n i n g f r a m e

t i n e w h e e l s

s i d e a u g e r s a w d i s c c u t t i n g r o l l e r s

Ramă cu 3 poziţii

Tambur de tăiere

Roată mică

Fierăstrău disc

Melc lateral

Salcia energetică sau salix

Salcia energetică salix viminalis-caracteristici

• varianta nobila a rachitei, este o specie de salcie cultivată (modificată) în vederea utilizării în scopuri energetice.

• are un ritm de crestere foarte accelerat (in timpul verii poate creste si 3 cm/zi)

• o putere energetica de (4900 kcal/kg) • costuri de productie foarte mici. Ca si exemplu ,plantarea unui hectar

de teren cu salcie energetica costa aproximativ 1700 de euro. • are o durata de exploatare de 25-30 de ani • productia medie la hectar este de 30-40 tone, ajungind chiar pana la

60 de tone in conditii de irigare sau a unor ani ploiosi. • cultura de salcie poate fi recoltată anual • Salcia se poate cultiva si este recomandat pe terenuri • mlastinoase • Recoltarea se face în timpul pauzei vegetale, după căderea frunzelor,

în lunile noiembrie-martie

Plantarea salciei

Plantarea salciei se face în teren prlucrat, primăvara

Intreţinerea salcieiAplicarea de îngrăşăminte Kg/ha

N P KIn anul plantării - 0 - 30 80-130An 1 de producţie 45-60An 2 de producţie 100-150An 3 de producţie 90-120An 1 după recolta 60-80 0-30 80-160An 2 după recolta 90-110 An 3 după recolta 60-80

Recoltarea salcieiSe face în perioada de iarnă, când frunzele sunt căzute

Biomasa din lemn

• Lemne de foc

• Reziduuri de lemne rezultate de la intreţinerea pădurii

• Reziduuri de la procesarea industrială a lemnului

• Deseuri urbane din lemn

• Recolte din culturi lemnoase cu crestere rapidă (plop, salcie etc.)

Producţii de biomasă lemnoasă

• In Romania- 6 milioane de hectare, de padure,

• avand o crestere medie de 5 metri cubi pe an pe hectar

• productia anuala de lemn este de circa 30 de milioane de metri cubi.

• Un hectar produce un volum de apeoximativ 116 m3

Rata de creştere a biomasei lemnoase

average value spectrum in m3/ha a Broad-leafed tree

oak 3,7 3,5-5,2 beech 5,4 4,4-6,6

Conifer spruce 8,2 6,9-9,4 fir 7,9 6,2-14,1 pine 8,7 4,0-6,4

Valori medii limite

foioasestejarfag

coniferemolidbrad

pin

Reziduuri lemnoase

• De la tăieri de defrişare se recuperează – 20...60%

• Coaja de copac ca reziduu se recuperează – 8...12%

• Reziduuri de la întreţinerea/curăţirea pădurii tinere 0,3...0,4%

Recoltarea, manipularea şi stocarea lemnului

• Aceste Procese sunt funcţie de felulul lemnului:

- lemne de foc;

- reziduuri forestiere;

- reziduuri urbane

RECOLTAREA

• Recoltarea totală - cu utilaje de mare capacitate şi specializate

• Recoltarea selectivă – cu dispozitive de capacitate redusă

T r u n k l e n g t h m e a s u r i n gr o l l e r

A u t o m a t i c s a w

C r a n f r a m e - c o n n e c t i o n t o t h e b a s i c v e h i c l e

K i p p - P u n k t

T r u n k r o l l e r s h o l d i n g a n d m o v i n g

4 p a i r o f m o v a b l e b r a n c hs t r i p e r s

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

3

4

5

55

6

5

7

S t a b l e b r a n c h c u t t e r

Dispozitiv special de tăiere montat pe braţul unei graifer

Vedere de ansamblu a trctorului cu dispozitiv graifer si tăietor

h y d r a u l i c c y l i n d e r

s w i n g l i f t

s p l i t c r o s s

h y d r a u l i c c y l i n d e r

w e d g e s p l i t e r

f o o t i n g p l a t e

t w o h a n d s o p e r a t i n g l e v e r s

t r a c t o r h i t c hp o i n t

s p i r a l c o n e

s e c u r i t y f r a m e

H o r i z o n t a l w e d g e s p l i t e r w i t h l o g s s w i n g e r

S p i r a l c o n e l o g s p l i t e r

V e r t i c a l w e d g e s p l i t e r

Dispozitiv pentru crăpat lemne

Despicător cu con spiralat

Despicător cu pană verticală

Despicător cu pană orizontal şi alimentare cu transportor

Cadru protecţie

Mec. Suspend. tractor

Con spiralat

Cilindru hidraulic

Cilindru hidraulicPană în cruce

alimentator

Cadru de manevrare Pană despicare

Platou aşezare bustean

Fig. 11 Typical storage of short logs Metodă clasică de stocare a bucăţilor scurte de lemn

Procesarea lemnului

• Pregătirea pentru lemne de foc –tehnologia clasică de ardere/combustie

• Transformarea în aschii-mărunţirea/tocarea

• Transformarea în rumeguş

• Transformarea în brichete şi pelete

Transformarea în aşchii/mărunţirea biomasei lemnoase

• Mărunţirea biomasei lemnoase uşurează transportul, manipularea, stocarea şi alimentarea sistemelor de combustie

• Se pot toca toate categoriile de biomasă lemnoasă respectiv, reziduurile forestiere (grengi, bucăţi de lemne refuz etc.) şi trunchiuri de copaci

Transformarea reziduurilor forestiere în aşchii/tocătură, direct în pădure

Coroană copac Trunchi de copac crengi

Grămadă de crengi

Alee de trafic

Drum forest.

Maşină autopropulsată pentru adunat şi tocat reziduurile

Fluxul realizării aşchiilor/tocării din lemn intreg

o p e r a t i o n p e r i o d w o o d s t a n d s t o c k s r o a d f o r e s t t o a d s o l i d r o a d y a r d c o s t u m e r

t h i n i n g / f e l l i n g

g r o u p i n g o r s t o c k i n g

a l t e r n a t i v e c h o p p i n g g r i n d i n g ( f r e s h )

i n t e r m e d i a t e s t o r a g e

c h o p p i n g g r i n d i n g ( s u m m e r d r y )

v e n t i l a t e d s t o r a g e

s e l l i n g

w e t c h i p s

f r e s h c h i p s

s u m m e r d r y c h i p s

s t a c k s

o w n u s e

until

use

as

a fu

el

late

sum

mer

until

late

sum

mer

( w = 2 5 - 4 0 % )

( w = 4 5 - 5 5 % )

( w = 4 5 - 5 5 % )

operaţia

tăiere

Aranjarea-stocarea

Măcinare,

Mărunţire

Stocare intermed.

Tocare uscată, vara

Ventilare,

depozitare

Vânzare,utilizare

grămadă Alee dep. Drum forest. Drum solid Gazon traficabil consum

Aşchii umede

Aşchii verzi

Aşchii uscate vara

Aşchii uscate

Iarna

Vara târziu

Până

La

Utilizare

stocare

Dispozitive de tocare/mărunţire

• Cu cuţite montate pe disc

• Cu cuţite montate pe tambur/cilindru

• Mori cu ciocane

• Dispozitive cu cuţite montate pe elicele unui melc conic

Principiul de tăiere şi dispozitivul de evacuare a aşchiilor prevăzut cu palete de mărunţire suplimentară

o u t l e t t u b e

r e c u t t i n g r i b s

p a d d l e s

R e a r v i e wC u t t i n g p r i n c i p l e

m o w i n g d i r e c t i o n

k n i f e

d i s c w i t h k n i f e s

s t a b l e f e e d i n g r o l l e r c o u n t e r

Principiul de tăiere Vedere laterală

Falţ de antrenare

Direcţia de mişcare

cuţit

Disc cu cuţite

Tub de evacuare

Valţ de alim. fixContra cuţit

palete

Bare de tăiere suplim/mărunţire

Schema disp. de tăiat aşchii tip disc cu cuţite radiale

Paleta ventilatorrului

cuţit

Bară mărunţire

Arborele discului

Trunchi copac

Contra cuţit

Două tipuri de sisteme de tocare a reziduurilor de biomasă

Tocător tip tambur cu cuţiteEvacuare tocătură

Moară cu ciocane

Intrare biomasă

Clasificarea aşchiilor

• Aşchiile se grupează după dimensiuni în funcţie de procesare

• Există, în unele ţări, standarde pentru dimensiunile aşchiilor

Clasa Domeniu de mărime

Fracţiuni admise (%)

Fine Grosiere

Extragrosiere

Foarte Lungi 20* > 200 mm lungime < 0,5 < 1,5 < 1,5

Lungi 10 100-200 mm lungime < 3 < 6 < 6

Dim. Foarte mari > 63 mm 0 < 3 * *

Dimens. Extra mari

> 45 and < 63 mm < 2 < 15 * *

Mari > 16 and < 45 mm < 60 no req. * *

Medii > 8 and < 16 mm no req. no req. no req.

Mici > 3 and < 8 mm < 35 < 25 < 8

Fine < 3 mm < 10 < 8 < 4

Standard Danez pentru clasificarea mărimii/lungimii tocăturii

-

-- -

d r i v e

s m a l l p a r t i c l e s

o v e r s i z e p a r t i c l e s

d r i v e c h a i n

s i e v e p l a t e s

S i d e v i e w

P l a n v i e w

Sistem de clasificare aşchii tip transportor plan

Vedere laterală

Site planemotor

Vedere plană

Particule mici

Particule mari, refuzate

Lanţ de antrenare

Sistem tip cilindru, pentru clasificarea tocăturii/aşchiilor

M a t e r i a l i n l e t

α

H o p p e r s

Intrarea material

Buncăre colectoare

Manipularea şi Stocarea aşchiilor/tocăturii

• Umiditatea influenţează foarte mult stocarea (W peste 30%-pericol autoaprindere)

• Se recomandă a se aduce la uiditatea optimă (sub 20%)

• Stocarea umedă duce la creşterea temperaturii, respectiv degradarea aşchiilor

• Costuri ridicate cu manipularea şi stocarea• Se impune un management adecvat!

Stocarea, manipularea şi încărcarea aşchiilor

Corelaţia între timpul de stocare, umiditatea iniţială şi temperatură

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0

S t o r a g e t i m e , d a y s

8 0

6 0

4 0

2 0

0

Tem

pe

ratu

re,

°C4 0 % 3 5 %

3 0 % 2 5 %

Timpul de stocare, în zile

Stocarea umedă – creşte temperatura – se evaporă apa – apar bacterii

Procesarea lemnului prin presare

• Pelete şi brichete

• Sunt utilizate în special pentru uz domestic şi centrale de putere mică

• Au densitate volumică şi energetică ridicate (de 3-4 ori mai mare ca aşchiile de lemn), dimensiuni reduse,îmbunătăţind transportul, stocarea şi combustia

• Peletele şi brichetele sunt obţinute din rumeguş sau tocătură măruntă de lemn, prin presare cu o presiune foarte mare, când lignina se înmoaie şi leagă materialul împreună.

• Sunt curate, se pot alimenta uşor în centrale si chiar automatiza

Caracteristicile peletelor

• Dimensiuni: D= 6-8 mm; L= 10- 20 mm

• Umiditatea W= 6-10%

• Conţinut de energie 4,7...4,9 MWh/tonă

• Preţ: 160-200 Euro/tonă

Caracteristicile brichetelor din biomasă

• Dimensiuni: D=50-100mm; L=60-150 sau 60x90x120 mm

• Umiditatea: W=8-10%• Conţinut de energie: 4,6-4,9

MWh/tonă

Preţ: 145-180 Euro/tonă

Procesarea peletelor şi brichetelor

• Cu prese cu acţionare mecanică, cu excentric

• Cu prese cu acţionare hidraulică

Schema brichetării cu presă mecanică cu piston

Buncăr de alim.

Dispozitiv de alimentare

volant

excentric

Canal de presare

zonă de răcire

brichete

Canal reglabil

Schema unei maşini de presat brichete cu alimentare forţată

Alimentare forţată

Melc de alimentare cu presare

Canal de presare/formare

Procesarea peletelor

• Se folosesc de obicei matriţe cu găuri multiple, cu dimensiunile orificiilor egale cu ale peletelor (d=6-8 mm), şi lungime =10-20mm

• Dimensiunile tocăturii sun mici, la limita inferioară de standardizare

• Se poate adăuga un lant pentru fixare (amidon) sau fără

Maşină de peletat cu role de presare şi matriţă orizontală

Role de presare

alimentare

carcasă

Matriţă fixă plană

pelete

Schema unei maşini de presat cu două matriţe şi canale de presare/formare rectangulare

c u t t e rh e a t i n g c i r -c u l a r f l o w

h o l l o w r o l l e r 1

p r e s s w e d g ep r e s s l i g a m e n t

p r e s s c h a n n e lp r e s s e d m a t e r i a l

f o r m s o f p r e s s e dm a t e r i a l

p r e s s e d m a t e r i a l

h o l l o w r o l l e r 2

f e e d i n g a n d p r ep r e s s i n g

Cuţit de fragmentat

Orificii de răcire

Canale presare 1

Canale presare 2

Material presatForme de material presat

Alimentare şi presare

Pană de presare

Material presat

Canal de presare

Pene de presare

Construcţia sistemelor de alimentare/transportare/manipulare • Transportoare melcate cu jgheab semicilindric

• Transporoare cu melc şi jgheab cilindric

• Transporoare cu melc şi jgheab cilindric flexibil

• Transportoare oscilante

• Transportoare cu lanţ şi palete

• Transportoare cu bandă

Transportoare melcate cu jgheab semicilindric

Design Feature, application d r i v e

T r o u g h t y p e a u g e r c o n v e y o r

„U“ form cross section trough type of auger feeder with plane, removable cover for horizontal and slight slope straight feeding applicable for both fine and gross homogenous bulk materials (without oversize particles)

schemamotor

Jgheab semicilindric

Jgheb în formă de U, cu capac demontabil

Pentru alimentare orizontală sau cu pantă mică

Se pot transporta materiale fine si grosiere omogene, fără bucăţi de materiale mari

Tab. 22 cont.

Design Feature, application Tube type

same design with tube housing, cleaning by reverse rotation, for horizontal or slight sloped conveying applicable for dry, loose materials (pellets, grains)

design of feeding coil as shaft less spiral (core less auger) for curve feeding paths for dry, loose materials (pellets, grains)

Schema de principiu Aplicaţii

Tip jgheab cilindricMotor electric intrare

ieşire

Transportor flexibil

Intrare suprasarcină

ieşire

Posibilitate de curăţare prin schimbare sens rotaşie

Pentru transport oriontal sau uşor în pantă

Se recomandă pentru materiale uscate – peleţi sau cereale

Pentrutransportul materialelor granulare (peleţi sau cereale boabe) uscate

Pentru transport în spaţii curbate

Melcul este realizat din segmente elicoidale de tablă

Motor electric

Tab. 23 Design and application of conveyors (auger conveyors excluded, (Kaltschmitt, Hartmann, 2001)

Design Feature, application

for horizontal and high slope conveying silo unloader and delivery conveyor for all bulk materials low energy input

d r i v e

o s c i l l a t i n g a r m

O s c i l l a t i n g c o n v e y o r

only for horizontal straight transport possible combination with sieves for separation of fine material for all bulk materials

Transportoare cu elemene oscilante

Schema constructivă Aplicaţii

Pentru transport orizontal şi în pantă mar

Pentru încărcarea în silosuri

Pentru orice categorie de material de volum în vrac

Consum scăzut de energie

Numai pentru transport pe orizontală

Se poate combina cu site pentru separarea materialelor fine

Pentru toate materialele de volum în vrac

motorBraţ oscilant

Jgheabul oscilan

Tab. 23 cont.

Design Feature, application

c h a i n

p a d d l e

only for horizontal transport for different hoppers type straight and curve transport lines for loos batch material (pellets, cereal and rape grains)

for horizontal or (with profiled band) slight slope straight transport lines for all batch materials low power

Schema de principiu AplicaţiiTransportor cu lanţ

lanţ

palete

Transportos cu bandă

ieşire

Motor şi disp. De intindere

Numai pentru transport orizontal

Pentru tiferie tipuri de jgheaburi

Transport în linie şi curbat

Pentru materiale granulare (pelete, seminţe )

Pentru transport orizontal şi în pantă uşoară în linie dreaptă, cu bandă profilată

Pentru orice materal în frac

Consum scăzut de putere

Tab. 23 cont.

Design Feature, application

b e l t

c u p

C u p e l e v a t o r

only vertical transport for loss batch material Version with chains: instead of band chain segments connected with rubber elements

horizontal or vertical transport also curve sections flexible structure for dry material (pellets, fine chopped material, saw-dust, grains, loss straw) high capacity and energy requirement risk of dust generation

Schema de principiu Aplicaţii

Elevator cu cupe

curea

Evac.aer

Evac.material

ciclon

Intrare coş

Dispoz, măsurar

Transport numai pe verticală

Pentru material granular în vrac

Există şi versiune cu lanţ

Sauelemente de bandă de cauciuc

Transport orizontal sau vertical

Transport şi curbal

Structură flexibilă

Pentru materiale uscate şi fine(pelete, rumeguş, aşchii)

Capacitate mare de transport şi consum ridicat de energie

Praful generează riscuri

cupe

Transportor pneumatic

Sisteme de descărcare a materialelor din silosuri şi buncăre

Cu melc rotitorCu melc şi sistem de agitare cu palete elastice

Descărcare de la partea inferioarăDescărcare cu melc conic

CONVERSIA BIOMASEI SOLIDE IN ENERGIE

.

Ce este conversia?

• Conversia reprezintă un proces, sau mai multe procese, prin care materia primă de natură vegetală sau animală (reziduuri agricole, forestiere, municipale, reziduuri animaliere) este transformată în energie utilă (mecanică, termică, electrică etc.)

EFICIEŢA CONVERSIEI

• Eficienţă este criteriul prin care se evaluează conversia biomasei în energie

• Conversia se face cu pierdere de energie, care au loc în toate fazele proceselor de conversie

• Eficienţa se determină ca un raport între energia utilă obţinută prin conversie supra energie totală consumată în procesele de conversie

EFICIEŢA CONVERSIEI

• Conversia are la bază principiul conservării energiei, respectiv prima lege a termodinamicii, conform căreia:- cantitatea de energie al unui sistem închis rămâne constantă;- Energia nu poate fi creată sau distrusă, ea poate numai sa-şi schimbe forma;- Fiecare formă de energie poate fi convertită în altă formă de energie

Forme ale energiei

● Emergie Mecanică (Em)

Em= m.g.h + ½ mv 2 + p.V

- Energia potentiala: Ep = m.g.h

- Energia Cinetica: Ec = ½ mv2

- Energia datorita destinderii: Ed = p .V

Forme ale energiei

● Energia Termică (Q)

Q = m.cp .(T2 – T1 )

m – masa sistemului considerat; cp – caldura specifica a corpului/ mediului considerat; T2 - temperatura initiala; T1 – temperatura finala a corpului

● Energia Electrică - degajata sub forma de caldura

E = U. I. tU- tensiunea curentului; I – intensitatea; t – timpul considerat / de

functionare

Forme ale Energiei

• Energia primara (100%) – este energie în forma sa originală (ex. Biomasa solidă) înainte de conversie

• Energia Secundara – este energia obţinută după conversie (ex. căldura,electricitatea). Prin conversie se pierde pâna la 22%

• Energia Finala – cantitatea de energie disponibilă la consumator. Până la consumator se pierde prin sistemul de distribţie 10-13%

• Energia Utila – cantitatea de energie utilă, rămasă după pierderile la consumator (căldura, energia mecanică,lumiuna). La consumator se poate pierde până la 34%

Eficienta Conversiei

• Conversia se face cu pierdere de energie

• Eficienta este criteriul prin care se evalueaza conversie energiei

ζ = Energia utila / Energia consumata x 100 [%]

Eficienta Conversiei

• Eficienta inaltă inseamnă:- efecte economice pozitive privind utilizarea biomasei; - combustie completă; - emisii reduse de elemente si compusi chimici; - cunoastere procesului de combustie, functionarea instalatiilor si a proceselor conexe poate controbui la cresterea eficientei acestora; - ca regula generala, instalatiile noi au eficienta mai ridicata, conceptia lor fiind rezultatul ceretarilor efectuate

Eficienta conversiei termice:

• Caracteristicele combustibilului – importanţă fundamentală asupra conversiei termice

• Sistemele tehnice/Echipamente şi caracteristicile/parametrii acestora- importanţă asupra eficienţei combustiei şi emisiilor

• Disponibilul/necesarul de oxigen – importanţă asupra calităţii conversiei

Cresterea eficientei instalatiilor termice pe baza de combustibil lemnos ca urmare a perferctionării constructiv-funcţionale, in perioada

1980-2000

1 9 8 0 1 9 8 4 1 9 8 8 1 9 9 2 1 9 9 6 2 0 0 0

Y e a r

5 0

5 5

6 0

6 5

7 0

7 5

8 0

8 5

9 0

9 5

1 0 0

Anul

%

ζ

Coeficientul de exces de aer - λ

mAmin –masa minimă de aer (Stoichiometrică) necesară pentru conversia/combustia termică completă a combustibilului

mAtot – masa reală de aer utilizată pentru conversia combustibilului

Pentru oxidarea completă - λ minim = 1

In mod obişnuit, pentru combustia biomasei solide, λ este intre 1,5 - 2,5

minA

Atot

m

m=λ

EFFICIENŢA GENERATOARELOR DE CĂLDURĂ

• Eficienţa este influenţată de: - coeficientul de exces de aer - Conţinutul de umiditate a combustibilului şi - Constructia generatoareleor

- Pierderi termice şi chimice, - Pierderi prin radiatie şi convecţie.

• Prin răcirea gazelor de ardere sub punctul de rouă, cu ajutorul unor schimbătoare de căldură suplimentare, se poate recupera energia de condensare

Metode de conversie a biomasei în energie

• Conversia biomasei se poate realiza prin:,

• - Combustie/ardere directa;

• - Procese termo-chimice –gazeificare si piroliza

• - Procese bio-chimice – digestia/fermentatia anaeroba

• - Procese fizico-chimice – extracţia şi esterificarea, pentru obţinerea biodieselului.

Principalele metode de conversie a biomasei în energie

Conversia biomasei prin combustie

• Combustia constă în arderea directă a biomasei în instalaţii speciale destinate acestui scop, pentru a produce căldură

• Prin această metodă se produce peste 90% din energia obţinută din biomasă în toată lumea

• Metoda este răspândită deoarece este bine cunoscută, facilităţi bine dezvoltate, care pot fi uşor integrate în actualele infrastructuri

• Sistemele/echipamentele pentru combustia directă sun diversificate, începând de la sobe simple până la cazane de mare capacitate, destinate centralelor termo-electrice- cu cogenerare.

• Majoritatea instalaţiilor mari utilizează sisteme de combustie cu pat de ardere fix, cu pat fluidizat sau sistem cu combustibil pulverizat

Conversia biomasei prin gazeifcare

• Gazeificarea este un proces de obţinere a unui gaz combustibil,din biomasa solidă, prin oxidare parţială, cu ajutorul oxigenului, aerului, vaporilor de apă sau amestecuri ale acestora. Este un proces termochimic care are loc la temperaturi ridicate (700-900 grade C).

• După un tratament adecvat, gazele obţinute - numite gaze de generator- pot fi utilizate prin ardere la gătit sau la încălzit, sau la m.a.i şi turbine pentru a produce electricitate sau lucru mecanic.

• Proprietăţile fizico-chimice ale gazelor astfel obţinute (ex. Putere calorifică) depind de natura comustibilului, de agentul de gazeificare şi de condiţiile de desfăşurare a procesului.

• Gazeificarea cu aer produce un gaz cu putere calorifică scăzută, bun pentru cazane, motoare şi turbine.

• Gazificarea cu oxigen produce un gaz cu putere calorifică medie ce poate fi introdus in conducte de gaz locale. Costurile de producere sunt mai ridicate şi există şi pericole de explozie.

• Implementare gazeificării biomasei este îcă o problemă. Este viabilă pentru instalaţii mari de producere a electricităţii cu puteri peste 10 MW.

Conversia biomasei prin piroliză

• Piroliza constă în descompunerea biomasei la temperaturi de 350-550 grade C în absenţa aerului.

• Produsul final este un amestec de solide (mangal), (metan, CO, şi CO2). Scopul pirolizei este de a produce un combustibil lichid,denumit bio-ulei sau uleil de piroliză, care poate fi folosit pentru încălzire sau producerea de curent electric.

• Principalul beneficiu a pirolizei este că lichidul obţinut este uşor de transportat şi deci se recomandă să se producă langă sursa de bimasă, reducându-se costurile.

Conversia biomasei prin digestie anaerobă

• Digestia Anaerobă constă în descompunerea materiei organice, de către bacterii, în absenţa oxigenului, rezultând gazul metan şi alţi subproduşi.

• Biogazul rezultat este compus din 60-65% metan şi 30-35% dioxid de carbon, şi un amestec de alte gaze (major este N).

• După un tratament adecvat,biogazul poate fi utilizat direct la gătit sau încălzit sau la M.A.I., sau turbine pentru producere de electricitate sau L.M.

• Se recomandă ca biomasa să aibă un conţinut ridicat de umiditate pentru o bună eficienţă a procesului de descompunere.

• Avantajul digestiei anaerobe, în comparaţie cu conversia termo-chimcă este că rezultă un îngrăsământ pe bază de azot şi neutralizează reziduurile, care altfel ar fi aruncate în mediul înconjurător.

COMBUSTIA BIOMASEI

COMBUSTIA BIOMASEI• Combustia este cea mai raspândita tehnologie utilizata astazi pentru producerea de

energie si

caldura pornind de la biomasa.

Combustia poate fi aplicata unei biomase cu un continut de maxim 60% apa.

Componentele din compozitia biomasei, în afara de C, O si H, sunt nedorite, deoarece ele sunt legate de poluarea mediului, coroziunea instalatiei, formarea de depozite si de cenusa. Cele mai relevante dintre acestea sunt azotul (sursa de NOx) si componentele cenusii (de ex. K si Cl ca sursa de KCl).

• Lemnul brut este, în mod obisnuit, cel mai bun bio-combustibil pentru ardere, datorita continutului sau scazut în cenusa si azot.

• Biomasa ierboasa, cum ar fi paiele, are un continut mai mare de N, S, K, Cl etc., substante care duc la emisii superioare de NOx si impuritati sub forma de suspensii în aer. Aceste impuritati cresc cantitatea de cenusa, coroziunea si depozitele din cazane. Din aceste motive,

• lemnul este adecvat pentru încalzirea gospodariilor, cât si a instalatiilor mai mari, iar biomasa ierboasaeste utilizata numai în instalatii mai mari.

Principii de bază ale combustiei

• Oxidarea carbonului şi hidrogenului• In cazul combustiei complete rezultă numai CO2 şi H2O• Ecuaţia combustiei complete este

• CHmOp + αH2O +βO2 +γN2 →CO2 + (α+m/2)H2O + γN2

↓ ↓ ↓ Biomasa umiditate aer

• La oxidarea/arderea incompletă rezultă produse nedorite

CO şi CnHm

Principii de bază ale combustieiEtapele combustiei

Produsele combustie

• Produse ale oxidării complete a principalilor componenţi ai combustibilului – Dioxid de Carbon – Apă, abur

• Produse ale oxidării incomplete a principalilor componenţi ai combustibilului

• - Monoxid de carbon– Hidrocarburi– Oxizi de azot– Sulf, clor şi potasiu– Emisii de Particule şi aerosoli– Emisii de dioxine şi furane (substanţe cumulative, toxice,

provoacă cancer)

Impactul combustiei asupra mediului

• Generatoarele de ardere a biomasei produc emisii relativ ridicate de NOx si suspensii în aer, comparativ cu generatoarele de ardere cu gaze naturale sau petrol.

• Pentru combustia lemnului, o evaluare recenta a ciclului de viata indica faptul ca impactul unui generator de ardere, asupra mediului înconjurator, este dat de 38,6% NOx, 36,5% suspensii în aer si de numai 2% CO2, restul de 22,9% datorându-se altor poluanti.

• Evaluarea ciclului de viata pentru lemn, petrol si gaz natural arata ca impactul lemnului asupra mediului este mai mare decât al gazului natural, în ceea ce priveste efectul de sera. De aici rezulta ca sunt necesare îmbunatatiri la instalatiile de ardere a lemnului.

Poluanți rezultați la combustie

• În urma procesului de combustie se formeaza o serie de poluanti care pot fi clasificati astfel:

1. Poluanti nearsi, cum ar fi CO, CxHy, hidrocarburi poliaromate, gudron, funingine, carbon nears, H2, HCN, NH3 si NO2.

2. Poluanti din combustia completa, cum ar fi NOx (NO si NO2), CO2 si H2O.

3. Cenusa si contaminanti, cum ar fi particule de cenusa (KCl, etc), SO2, HCl, dibenzodioxina/dibenzofuran policlorurat Cu, Pb, Zn, Cd etc.

Admisia aerului în trepte și combustia etajată

Scheme ale combustiei cu admisia aerului în trepte și alimentarea etajată

Emisiile de NOx

• Combustia cu injectia aerului la doua nivele si combustia cu injectia combustibilul la doua nivele permit o reducere a NOx pâna la 50% pentru lemnul cu continut scazut de azot si pâna la 80% pentru combustibilii cu o concentratie ridicata de azot.

• În afara masurilor primare, exista o serie de masuri secundare pentru reducerea NOx. În acest sens, cele mai relevante tehnici sunt reducerea necatalitica selectiva si reducerea catalitica selectiva care are la baza aceeasi reactie ca cea pentru combustia etajata, adica NO + NH2 = N2 + H2O.

• Cu toate acestea, este nevoie sa se injecteze uree si amoniac ca agenti reducatori si sursa de NH2.

Emisiile de NOx

• Reducerea necatalitica selectiva, care este aplicata într-un domeniu îngust de temperatura (între 820 grade C si 940 grade C), duce la o reducere de pâna la 90% a NOx.

• Reducerea catalitica selectiva este utilizata în gazul de ardere intr-un domeniu de temperatura cuprins între 250 grade C si 450 grade C si permite o scadere a NOx mai mare de 95%. Cu toate acestea, produsi secundari nedoriti, cum ar fi HNCO, N2O, NH3, HCN etc., pot fi produsi in cazul ambelor tipuri de masuri secundare, în

conditii nefavorabile.

NOx reduse ,datorită existenţei sursei secundare de aer şi a camerei reducătoare orizontală

Cameră reducătoare

Aer secundar

Aer primar

Emisii de particule

• Combustia biomasei duce la emisii relativ ridicate de particule în aer a căror dimensiuni sunt, în general, mai mici de 10 microni, cea mai mare parte fiind sub 1 micron.

• În combustia în strat fluidizat se formeaza particule fine submicronice compuse, în special, din K, Cl, S, Na si Ca si particule grosiere, mai mari de 1 micron, de Ca, Si, K, S, Na, Al, P, Fe.

• În combustia în strat fix, cresterea concentratiei masei emisiilor de particule este, în mod caracteristic, legata de cresterea diametrului mediu al particulei. Daca se realizeaza o ardere aproape completa, printr-o constructie adecvata a camerei de ardere, particulele sunt formate aproape exclusiv din componentele cenusii ( de ex. KCl)

• Principalele componente din combustibil care formeaza aerosolii sunt K, Cl, S, Ca, Na, Si, P, Fe si Al, pentru a caror retinere se folosesc filtrele din tesaturi.

Emisii de sulf, clor şi potasiu

• Conţinut nesemnificativ în combustibili lemnoşi, dar ridicat în reziduuri agricole

• Sulf– cantitate neglijabilă a fazei solide în cenuşe, K2SO4, mai ales în in gaze SO2/SO4; datorită conţinutului scăzut de sulf, nu apar probleme legate de limitele SO2 de emisii

• Clor– săruri în cenuşe, NaCl and KCl; conţinut scăzut de HCl in gazele de evacuare; valori tipice de 20 - 120 mg/m3

• Potasiu– saruri KCl şi K2SO4; • -poate fi utilizat ca şi fertilizant;• -cauzează modificarea caracteristicilor de înmuiere a cenuşei,

zgurei; • -reduce punctul de topire a cenuşei de la 1070°C la 760°C;

-temperatura scăzută de 600 - 700°C este datorită presiunii ridicate a vaporilor;

• -potasiul se depune pe suprafaţa schimbătorului de căldură

K , C l , S

K C l f e s t

K S O2 4 f e s tK C l

*

*

*

*

*S O 2 *

*

*

*

*

* d e p o s i t , c o n d e n s a t i o n , c r y s t a l l i z a t i o n

s o l i d

s o l i d

Traseul ingredienţilor potasiului (K), clorului (Cl) şi sulfului (S) in combustibil, pe durata combustiei în generator (localizare in cenuşa grătarului şi cenuşa din ciclon, în funcţie de temperatură şi parametrii combustiei; in ciclon are loc o separare uşoară, majoritatea materialului este depopzitat fie în tesătura filtrului sau reţinut în gazele de evacuare

Depunere, condensare, cristalizare

Aerosoli in cazul combustiei complete

• Particlue grele, CaO, Al2O3, ClO2

• Compuş care î-şi schimbă faza în timpil combustiei, KCl, K2SO4

• Impuriti grele , nisip, sol etc.

• Coagulare a particulelor de carbon

TEHNOLOGII DE COMBUSTIE

Clasificarea instalatiilor de ardere/generatoare

A Dupa felul focarului:In generatoare cu focar deschisIn generatoare cu focar inchis

B Dupa puterea termica nominala:Generatoare de ardere mici, mijlocii si mari

C Dupa modul de introducere a aerului:- cu tiraj natural- cu tiraj fortat

D Dupa tipul de gratar folosit: Gratar fix si gratar mobil- plan orizontal- plan inclinat- in trepte- inclinat cu bare mobile- rulant- circular etc.

Clasificarea instalatiilor de ardere/generatoare

E. Dupa starea biomasei si curentul de aer:- ardere in strat fix;- ardere in strat fluidizat (stationar sau circulant);- arderea in suspensie sau stat antrenat

F. Dupa modul de alimentare:- cu alimentare manuala/discontinua – variaza continuu caracteristicile procesului, reglarea dificila a aerului primar si a coeficientului λ - cu alimentare automata/ continua – toate fazele arderii sunt continue, reglare usoara a parametrilor

Tehnologii de ardereîn strat fix, cu focare pe grătar

- Cu ardere directa

- Cu ardere inversa

- Cu ardere mixta

Schemele de principiu ale focarelor de ardere în strat fix pe gratar orizontal: cu ardere directă; ardere superioară; ardere inversă(cu

accesul descendent şi ascendent al aerului)

arararaArdere în toată masa

Ardere directă

Ardere superioară la supraf

Intrare aer primar

Direcție gaze calde

Ardere inferioară Ardere inferioară laterală

Ardere inversă

Focar cu gratar

• focar cu gratar orizontal fix cu ardere directa• focar cu gratar orizontal fix cu ardere inversa• Focar cu gratar tronconic fix sau rotativ• Focar cu gratar in panta fix• Focar cu gratar in panta mobil• Focar cu gratar orizontal cu miscare rectilinie• Focar cu gratar in panta, mobil, cu zone de combustie distincte

focar cu gratar orizontal fix cu ardere directa

• Se aplică la cenrale de 5-30 kW• Destinate, în principal pentru lemne bucăţi• Arderea simultană a întregului combustibil

• Nu are buncăr/depozit de lemne• Nu se poate administra aer suplimentar în zonele de piroliză şi ardere• Controlul conbustiei este o problemă

focar cu gratar orizontal fix cu ardere superioară

• Folosite la CT sub 50 kW• Arderea se produce de sus în jos• Stocarea lemnului se poate face în focar• Se poate administra aer separat: - aer primar în zona pirolizei

- aer secundar în zona de ardere• Se poate face un control automat parţial al combustiei

focar cu gratar orizontal fix cu ardere inversa

• Se utilizează la centrale până la 200 kW• Flacăra se propagă de sus în jos• Zona de piroliză şi combustie sun separate local• Aerul se administrează în două zone (aer primar şi aer secundar)• Este facilitat controlul combustiei şi a performanţelor termice, la

valori reduse ale emisiilor• Stocarea lemnului în focar• Arderea durează o perioadă lungă fără reîncărcare

Focar cu gratar tronconic fix sau rotativ

• Se utilizează la centrale termice până la 10 MW• Centralele sînt destinate pentru producerea de căldură şi

electricitaste (CT şi CET)• Se realizează un bun control al procesului de ardere

Instalatie de ardere cu gratar tronconic rotativ cu alimentare inferioară

Focare cu grătare în pantă fixe,şi grătare mobile în pantă sau orizontale

• Se utilizează la centrale cu putere până la 10 MW

• Centralele pot fi de tipul CT sau CET,respectiv CT/CET

• Se asigură un bun control al prcesului de ardere

Schema instalatiei de ardere a biomasei pe focar din bare mobile in cascada – cu ardere in contracurent ( aplicabil pentru combustibil

umed)

Combustia gaz piroliza

Combustie mangal

uscare Evacuare cenușă

Schimbător căldură

Cameră de ardere

Grătar tip farfurie

• Volumul grătarului este redus• Se utilizează la centrale pe rumeguş, aşchii de lemn,

biomasă mărunţită din culturi energetice, pelete• Se utilizează la centrale cu puteri cuprinse intre 20 kW şi

5000 kW• Alimentarea se face de jos în sus• Centralele sunt automatizate• Se asigura un control al performanţelor termice şi a

calităţii combustiei

Schema instalatiei de ardere a biomasei cu focar fix cu alimentare prin impingere inferioara

.

a s h d i s c h a r g e

s e c o n d a r y a i r i n t a k e

h e a t e x c h a n g e r

p r i m a r y a i r i n t a k e

s e c o n d a r y c o m -b u s t i o n c h a m b e r

f u e l f e e d i n g

c o m b u s t i o nr e t o r t

c y c l o n e

Focare tip ciclon – combustibil sub formă de praf sau rumeguş

• Se folosesc la centrale cu puteri între 100 kW şi 20 MW• Aerul şi conbustibilul sunt amestecate împreună la

intrarea ăn antecameră• Combustia are loc în timpul zborului particulelor• Se impune păstrarea constantă a caracteristicilor

combustibilului

• Controlul combustiei este posiil

• Funcţionează automat

Schema instalaţiei de ardere a biomasei sub formă de praf sau rumeguş, cu focar tip ciclon

Focare cu ardere în strat fluidizat staţionar

• Puterea centralelor între 10 şi 200 MW• Procesul este complex şi necesită echipamente

costisitoare• Particulele trebuie să fie în stare inertă-de plutire• Necesită un sistem de curăţire a gazelor eficient

• Un bun control al combustiei

• Se poate folosi combustibil cu diferite umidităţi• Se pot folosi amestecuri de combustibili

Schema unui cazan cu focar de ardere biomasa, in strat fluidizat circulantf l u i d i s e db e d r

s e c o n d a r y a i r

a i r

r e c u r r e n t c y c l o n e

h e a t e x c h a n g e r h e a t e x c h a n g e r

g r o s s a c h a i r

f l u i d i s e d b e dc o o l e r