Energia Din Biomasa
description
Transcript of Energia Din Biomasa
-
CONSIDERATII GENERALE PRIVIND BIOMASA
.
-
POTENTIAL ENERGIE REGENERABILA AL ROMANIEI
Biomas - 318 PJ (88,3 TWh) energie termic
Energie solar - 1,2 TWh energie electric i 60 PJ (16,7 TWh) energie termic
Energie eolian - 23 TWh energie electric
Energie hidro - 36 TWh energie electric
Energie geotermal - 7 PJ (1,9 TWh) energie
electric
-
POTENTIAL SER IN ROMANIA
0,06440,0828
0,1296
0,318
0,0068
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
P
o
t
e
n
i
a
l
e
n
e
r
g
e
t
i
c
a
n
u
a
l
[
E
J
/
a
n
]
Solar Eolian Hidro Biomas ibiogaz
Geotermal
-
Distribuia procentual a energiilor regenerabile n Romnia (anul 2010)
65% biomas
17% energie eolian
13% energie solar
4% microhidrocentrale
1% geotermal
-
Biomasa Clasificarea combustibililor din biomas: stare solid: lemnoas provenit din silvicultur i activiti
conexe (lemnul de foc, deeurile provenite din curarea pdurilor, deeuri provenite din industria de prelucrare a lemnului); produsele secundare provenite din agricultur deeuri vegetale, paie, tulpini de porumb.
Lemnul de focDeeuri deseuri de lemn reziduuri animaliere
Deeuri animale
lichid: uleiurile vegetale ulei de rapi, ulei de floarea soarelui; alcoolii etanol, metanol;
gazoas: biogazul.
Reziduuri agricoleagricole
-
Repartizarea zonal a biomasei pe teritoriul Romniei
-
POTENTIALUL DE BIOMAS DIN REZIDUURI LEMNOASE
-
Ce este BIOMASA?
Biomasa este definita ca fractiuneabiodegradabila a produselor, deseurilor si reziduurilor din agricultura, inclusiv substantele vegetale si animale, silvicultura si industriile conexe, precum si fractiunea biodegradabila a deseurilorindustriale si urbane.
-
Categorii de biomas
Lemnul si reziduurile forestiere
Reziduuri de la recolte agricole
Plante energetice, culturi lemnoase cu rotaie scurt, ierburi energetice
Reziduuri de la procesarea cerealelor si alimentelor
Porumb boabe plus planta
Sfecla de zahr
Cartoful
Gunoi de grajd solid
Reziduuri municipale
-
CATEGORII DE BIOMAS DIN CULTURI ENERGETICE
Plopul energetic;
Salcia;
Sorgul;
Floarea soarelui;
Mischantus (iarba elefentului);
Inul i cnepa
-
Structura surselor poteniale de SRE
..
Surse regenerabile de energie
Soarele Vntul Biomasa Apele Apele geotermale Hidrogenul
lichid
gazoas
solid
- Etanolul- Metanolul- Uleiurile vegetale
- Metanul- Biogazul
- Lemnul de foc- Deeurile din lemn- Deeurile vegetale-Culturi energetice-Deeuri de origin animal
-
Plopul energetic
-
Salcia energetic
-
Porumbul, sorgul, floarea soarelui
-
Geneza biomasei
Reziduuri agricole, forestiere si culturi
energeticeReziduuri de la
industria forestiere siagroalimentar
Reziduuri urbane
Reziduuri zootehnie
-
Geneza i circuitul biomasei n natur
-
Cum se formeaz 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 complecsiformati din carbon, hidrogen si oxigen.
CO2 + H2O + lumina + clorofila (CH2O) + O2
-
Avantajele energiei regenerabile din biomas
Mai puine gaze cu efect de ser;
Mai puine deeuri;
Reducerea dependenei energetice;
Promovarea de tehnologii moderne verzi;
Noi oportuniti pentru mediul de afaceri;
Noi locuri de munc n special n mediul rural;
-
STRUCTURA BIOMASEI DUP PROVENIEN
.
Biomas lemnoas
Lemn brutcopaci ntregi cu rdcini, trunchiuri de copaci, reziduuri din exploatriforestiere, buturugi icrengi, scoar rezultatdin activiti forestiere, lemn rezultat din curareagrdinilor i spaiilor verzi
Produse secundarei deeuri din industria de prelucrare a
lemnuluireziduuri netratate sautratate chimic, fibre iderivai din lemn, amestecuri
Lemn uzatlemn netratat sau tratatchimic, amestecuri
Biomas vegetal
Culturi de cereale
Ierburi energetice
Culturioleaginoase
Culturirdcinoase
Culturileguminoase
Floricultur
Ierburi provenite din curareagrdinilor i spaiilor verzi
Produse secundare i deeuri din industria de prelucrare a biomasei
vegetale
Pomi fructiferi i fructe
Produse secundare i deeuri din industria de procesare a fructelor
Deeuri organice
Deeurimenajereorganice
Deeurimunicipale
organice
Dejecii animale
Eflueniindustrialiorganici
Biomas
-
SURSE DE BIOMAS DUP PROVENIEN
.
Surse de biomas
Silvicultur
Exploatarealemnului
Curareapdurilor
Pepiniere
Agricultur
Fitotehnie
Zootehnie
Pomicultur
Legumicultur
Piscicultur
Acvacultur
Industrie
Industriaalimentar
Industrialemnului
Mediul urban
Activiti casnice
Curareaspaiilor publice
-
Date generale despre biomas
Masa total (inclusiv umid.) - peste 2000 mlrd tone; Masa total a plantelor terestre - 1800 mlrd tone;
Masa total a pdurilor - 1600 mlrd tone;
Cantitatea energiei acumulate n biomasa terestr -
25.000*1018 J;
Creterea anual a biomasei - 400.000 mil tone
Viteza acumulrii energiei de ctre biomasa terestr -
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)
-
UTILIZRI ALE BIOMASEI
1.LA PRODUCEREA ENERGIEI REGENERABILE 2.CA MATERIE PRIM N PROCESE INDUSTRIALE 3.N ALIMENTAIE I HRANA ANIMALELOR 4. MIJLOC DE CONSERVARE A MEDIULUI 5. IN INDUSTRIA CHIMIC I FARMACEUTIC
-
Forme de valorificare energetic a
biomasei Arderea direct cu generare de energie termic.
Arderea prin piroliz, cu generare de singaz (CO + H2). Fermentarea, cu generare de biogaz (CH4) sau bioetanol(CH3-CH2-OH)- n cazul fermentrii produilor zaharai; biogazul se poate arde direct, iar bioetanolul, n amestec cu benzina, poate fi utilizat n motoarele cu combustie intern. Transformarea chimic a biomasei de tip ulei vegetal prin tratare cu un alcool i generare de esteri, de exemplu metil esteri (biodiesel) i glicerol. n etapa urmtoare, biodieselulpurificat se poate arde n motoarele diesel. Degradarea enzimatic a biomasei cu obinere de etanol sau biodiesel.
-
DE CE BIOMAS PENTRU ENERGIE?
VIAA ESTE INSEPARABIL LEGAT DE ENERGIE
CRETEREA POPULAIEI I IMPILCIT A CONSUMULUI DE ENERGIE
CRETEREA BUNSTRII OMULUI
EPUIZAREA COMBUSTIBILILOR TRADIIONALI, FOSILI
PROTECIA MEDIULUI
-
PROTECIA MEDIULUI
-
PROTECIA MEDIULUI
-
POLITICI ENERGETICE
Politici la nivel Global/mondial
Politici la Nivelul Comunitii 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 NAIUNILOR UNITE CRIZA CONTEMPORAN I MAI ALES IMPACTUL ACESTEIA ASUPRA MEDIULUI. SE ANGAJEAZ PRIMUL PLAN DE ACIUNE GLOBAL AFIRMNDU-SE ROLUL CHEIE AL EDUCAIEI ECOLOGICE
2002: SUMITUL PAMANTULUI - JOHANESBURG (TEXTUL INITIAL NUINCLUDEA SRE, FIIND NECESARA INTERVENTIA LUI KOFI ANANPENTRU REFACEREA TEXTULUI)
2010 CONFERINA 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 i Iniiative politice sub form de inte. Iat
exemplificate, cteva dintre acestea:
- n context politic: 12% din consumul de energie primar al anului 2010 urmeaz a fi atribuit SRE;
- n contextul legislatiei specifice al fiecrui 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 EnergySupply;
Directive 2001/77/EC on the promotion of electricity produced fromrenewable 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 n anul 2008 Directiva European cu privire la utilizarea energiei produse din SRE. Iat cteva linii directoare ale acesteia:
Noul document contientizeaz necesitatea unei mai hotrte implicaridin partea statelor membre n procesul de promovare i utilizare a SRE, stabilind in acest sens obiective mai ambiioase dect cele ale Directive 1- 2001/77/EC;
Conform prevederlor acestei Directive, pn n anul 2020, 20% din totalul consumului de energie trebuie s fie asigurat cu energie produsa din surse regenerabile.
DIRECTIVE EUROPENE
-
DIRECTIVE EUROPENEDIRECTIVE EUROPENE
Fa de varianta sa din 2001, acum se impune ca pn n anul 2020, 10% din combustibilul utilizat pentru transport s fie biocombustibil;
Pentru fiecare Stat Membru, pn in anul 2020 sunt stabilite inte din totalul consumului de energie ce trebuie s fie asigurate cu energie produs din surse regenerabile (pentru Romnia, targetshare este de 24%, adic pn n anul 2020, 24% din consumul total de energie va trebui asigurat cu energie produs din surseregenerabile); Fiecare stat membru trebuie s adopte un Plan de Aciune pentru atingerea intei nationale i 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 aplicareetc;
Nivelul tintelor nationale privind ponderea energiei electrice din surse regenerabile de energie n consumul final de energie electrican 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 electriceproduse 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 n reteaua electrica.
-
CARACTERISTICILE BIOMASEI
Densitatea volumic i energeticConinutul de umiditateConinutul de energie termic Puterea calorificConinutul de elemente chimiceConinutul de cenueCapacitatea de stocareCapacitatea de manipulare i transportDinamica variaiei n timp a caracteristicilor fiziceDinamica variaiei disponibiltii
-
Volumul echivalent (m) pentru substituirea unui m
petrol de diferite culturi
petrol
crbunePeleti 8% umuditateLemne n vrac, 50%
Achii de lemn dur, 30%WAchii de lemn moale,30% W
Achii de lemn industrial, 20%W
Achii de lemn industrial,50%WPaie balotate, 15%W
-
Densitatea volumic
kg/m
Biomasa solid are o densitate sczut
Densitate sczut influeneaz negativ manipularea, transportul i stocarea
Creterea densitii se poate face prin compactare, respectiv balotare, peletare i brichetare
-
Densitatea energetic
MJ/m
Este corelat cu densitatea volumic i este
sczut n comparaie cu cea a combustibililor
fosili lichizi sau solizi
mbumtirea acesteia se face prin conversia biomasei solide n combustibili lichizi
-
Coninutul de umiditate
n %
Este canitatea de ap care se gseste n material, raportat la ntreaga mas a materialului
Conintul de umiditate este o caracteristic important a biomasei destinat utilizrii n scopuri energetice
Umiditatea are mare iflue asupra eficienei procesului de ardere, a puterii calorifice a biomasei, asupra depozitrii, manipulrii i transportului
Coninutul de umiditate se poate exprima n baza umed (W) i n baza uscat (Wbu)
-
Calculul umiditii biomasei
Prin umiditatea biomasei (W n %) nelegem raportul dintre greutateaapei coninute de biomas i greutatea biomasei absolut uscat. Greutateasubstanei pure este considerat baz de plecare = 100%. Greutateabiomasei fr ap se numete "greutate absolut uscat".
Umiditatea biomasei se calculeaz n practic dup urmtoarea formul:
unde mu = greutate umed [g] i m0= greutate uscat [g].
W
-
Coninutul de umiditate
Relaiile ntre
umiditile n cele dou
baze sunt: db
dbW1
WW+
=
W1WWdb
=
bu
bu
bu
-
Coninutul de umiditate
Puterea calorific a biomasei se calculeaz la umiditatea raporta la baza uscat (13-15%)
Eficiena termic a biomasei scade cu creterea umiditii
La valori ale umiditii peste 60%, eficiene este aproape de zero deoarece trebuie consumat energie pentru evaporarea apei (2,44MJ/kg ap)
Biomasa trebuie uscat natural pn la umiditatea n
baza uscat
-
Puterea calorificMJ/kg
Este cantitatea de cldur care se degaj la arderea complet a unitii de substan. I se mai spune i coninut de energie termic
Exist o putere calorific inferioar =Hi i o putere calorific superioar=Hs. Diferena este cauzat de cldura de evaporare a apei format de hidrogenul din biomas. Variaia celor dou valori depinde de compoziia chimic a biomasei
-
Puterea calorific
Influena cea mai mare asupra puterii calorifice o are coninutul de umiditatePelei, 8% W, Hi 17 MJ/kg
Buci lemn, 2-3 ani uscat natural, Hi 14,4 MJ/kg
Lemn dup tiere, 55%, Hi 7,1 MJ/kg
-
Caracteristici ale unor combustibili solizi
Tip comustibil Puterea calorificMJ/kg
Densitatea volumc, kg/m
Densitatea energetic, MJ/m
Paie mrunite 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 esen tare
14 - 20 200 - 250 3000 - 8000
Crbune de lemn 28 - 32 130 -190 4000 - 6000
Crbune tare 33 850 - 890 29000
Crbune brun 22 650 - 700 15000
-
Caracteristicile unor combustibili lichizi
Tip comustibil Puterea calorificMJ/kg
Densitatea volumc, kg/m
Densitatea energetic, MJ/m
benzin 43 760 33000
motorin 43 835 36000
kerosen 45 800 36000
metanol 20 790 16000
etanol 27 8000 22000
Ulei de rapi 36 915 33000
Gaz lchefiat 46 580 27000
-
Caracterisicile unor combustibili gazosi
Tip comustibil Puterea calorific
MJ/kg
Densitatea volumc, kg/m
Densitatea energetic, MJ/m
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
-
Coninutul de Carbon al combustibililor fosili i a
surselor de bioenergie
crbune(medie) = 25.4 tone metrice carbon/terajoule (TJ) 1.0 ton metric de crbune = 746 kg carbon
petrol (medie) = 19.9 tone metrice carbon/ TJ 1.0 US gallon benzin (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 Coninutul de carbon pentru diferite biomase:aprox. 50% pentru lemn; aprox. 45% pentru culturi de
graminacee (iarb) sau residuuri agricole
-
Efectele caracteristicilor chimice ale biomasei asupra
combustiei
Elementele chimice EfecteAzot - N Producere de NOx, HCH i N2 O
Potasiu - K Caracteristica de nmuiere a cenuii, coroziune la temperaturi ridicate
Magneziu - Mg Caracteristica de nmuiere a cenuii, integrarea poluanilor n cenu
Calciu - Ca Asupra folosirii cenuii
Sulf - S Emisii de SOx (ploi acide), coroziunea suprafeelor de contact la temperaturi ridicate(Focarele)
Clor Cl
Metale grele
Emisii de HCl
Asupra folosirii cenuii, emisii de metale grele
-
Coninutul de cenue
Materie anorganic nevolatil ce rmne dup combustia biomasei
Cenua este nedorit,avnd efecte negative asupra aerului ( se reine prin filtre) i a bunei funcionri a centralei
Conine metale grele
Are proprietatea de conservare/pstrare a cldurii, protejnd grtarul cuptorului mpotriva temperaturilor nalte
Coninutul de cenu rezultat este influenat de compoziia solului, felul biomasei, eficiea combustiei
-
Coninutul de cenu n biomas
Tipul de biomas Coninutul de cenu %Reziduuri forestiere 2salcie 2Paie de cereale 5Reziduuri de semine de rapi
5
Mischantus 5Reziduuri de msline 7Gunoi de psri 13
-
Formarea cenuii la arderea biomasei
-
Schimbarea caracteristicilor cenuii
Interaciunea dintre mineralele anorganice din cenuseproduce schimbarea caracteristicilor acesteia, rezultnd:
Aglomerri Particule se lipesc formnd bulgri Inmuierea La o Temperature la care cenua ncepe s curg
Topirea Cenua ajunge n faz de topitur
Zgurificare Depozite solide n topitur formate n zona flcrii
Lipirea/fixarea Formarea de Depozite de zgur pe peri reci ai generaorului, prin solidificarea vaporilor de material rezultai la ardere Infundarea evacurii.
Sinterizarea Formarea de grmezi/buci coerente prin nclzirea dar fr topirea zgurii.
-
Efectele cenui asupra instalaiilor de combustie/ardere
Formarea, de aglomerri topite sau parial topite i depozite de zgur la temperaturi ridicate, pe suprafaa boilerelor
Formarea de depozite de cenue solidificate , la temperaturi sczute, pe suprafaa boilerelor in zona de convecie a boilerelor,
Accelerarea pierderilor de metal din componentele echipamentelor datorit coroziunii, eroziunii i abraziunii produse de cenu
Formarea de emisii de aerosoli (particule de mrimi submicronice) i fum
Curirea gazelor emanate este dificil n prezena cenusii Manipularea i dpozitarea cenuii ridic probleme de mediu i
costuri
-
Alte caracteristici
ccc
Producii maxime la hectar
Producii de bioetanol
-
PRODUCEREA SI PROCESAREA BIOMASEI
SOLIDE
-
Etapele de baz ale producerii energiei din biomas
Plante energetice Reziduuri agricole Reziduuri organiceGunoi de grajd
Pregtire pentru utilizare Recoltarea, manipularea,transport, procesare
Conversie termic Conv. Fiz-chim Conv. Bio-chim.
Procesare (adunare,uscare, presare etc.)
Transport Stocare
Carbu-rarea
Gazeifi-carea
Piroli-za
Presare/extracie
Esterifi-care
Comb.solid Comb.gazos
Combustibil lichid
Ardere
Conversie termo-mecanic
Electricitate Cldur
Fermetalcool
Descompanaerob.
Desccompaerobic
-
Plante energetice, culturi lemnoase cu perioad de vegetaie scurt,
ierburi energetice
Miscanthus (sinensis) giganteus sau iarba elefantului,sau stuful chinezesc
Plopul energetic Salcia energetica sau salix
-
Miscanthus iarb energetic
-
Mischantus folosit pentru amenajrii spaii verzi
-
Mischantus - caracteristici iarba are o cretere foarte puternic (3 4 metri dup doi sau
trei ani)este un inlocuitor pentru lemn i combustibil (1
hectar poate nlocui n jur de 6.000 7.000 de litrii de combustibil!)
17.000 de kg/ ha de mas uscat, ca producie medie la o recolt de circa de 20 de ani pe soluri brune, acvifere i bogate n humus
n primul an nu se recomand recoltarea (cca. 1 m), 1-2 t/ha, n al doilea an, producie parial ( cca. 2 m) , 4-6 t/ha n al treilea an, producie complet (3 4 m), 12 t-16 t/ha. Se poate recolta de 15-20 de ori
-
Mischantus - caracteristici Se pot cultiva pe suprafa arabil, acvifer, strpuns
de rdcini, ideal ar fi n straturi de porumb Temperatura de plantare ,de preferat 7 grade
temperatura medie i 700 mm de precipitaii cu rspndire optim n perioada de vegetaie
Ce nu-i prieste acestui soi este solul nisipos cu ap staionar i vara secetoas care scad productivitatea la ha.
-
Plantarea Perioada de plantare: aprilie pn mai
Manual pn la 2 ha, recomandabil ar fi cu utilaje .
Rizomii trebuie introdui la 8 10 cm adncime, i n final indesai bine
distan ntre plante 11 m
-
Plantarea
Rizomi de mischantus din plantatie veche Rizomi/rsad in ghiveci
-
Plantarea mecanic
Echipament de plantare
-
Intreinerea culturii Este necesar o cantitate redusa de
ingrasaminte mai ales in primi 2 ani de dezvoltare
Combaterea buruienilor n prima faz de cretere este esenial-prin erbicidare.
Este vital ca solul destinat nfinrii plantaiei s fie curat de buruieni perene nainte de plantare.
-
Recoltarea Recoltarea anual se poate face n lunile
martie-mai, cnd masa vegetal este uscat
Cultura se taie la nceput cu o main de recoltat furaje i lsat n brezde.
Dup uscare n brazd, iarba se baloteaz n baloi rectangulari sau rotunzi
-
Balotarea
-
Stocarea
Stocare prin stivuire Protejarea mpotriva umiditii, prin
acoperirea cu material plastic
-
Plopul energetic
-
Plopul energetic - caracteristici
Plopul energetic se poate cultiva pe suprafete intinse prin butai (de cca. 20 cm), nuiele (1 1,5m) sau butai nrdcinai de un an (1 -2m) 10- 20 cm introdui cu fermitate n pmnt
Toamna dup desfrunzire pn la nghe (oct. dec) Primvara dup perioada de nghe (febr./ martie) pn la scoatere
(aprilie/mai) Distanta de plantare a plopilor se face pe un rnd sau pe doua rnduri (40-
80 ntr-un rnd, ntre ele cu spaii de deplasare (2,5 3m), cu un necesar de 5.000 14.000 bucatati/ha
Nu sunt pretenioase n ceea ce privete pmntul i condiiile climatice (n funcie de sortiment, pot fi cultivate i n soluri cu capacitate de producie la limita minim), capacitile mai mari de producie se obin desigur pe suprafa arabil favorabil
Pmntul supus cultivarii cu plop energetic trebuie pregtit pentru a avea o structur fin, suprafeele mai mici pot fi prelucrate manual, de la 2 ha n 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 recolt la plop se face de regul dup cel de-al aselea an, dup aceea tot la cinci ani se recolteaz
-
Plantarea plopului
-
Combina autopropulsat de recoltat plop si salcie
tree positioning frame
tine wheels
side auger saw disc cutting rollers
Ram cu 3 poziii
Tambur de tiere
Roat mic
Fierstru discMelc lateral
-
Salcia energetic sau salix
-
Salcia energetic salix viminalis-caracteristici
varianta nobila a rachitei, este o specie de salcie cultivat (modificat) n vederea utilizrii n 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 recoltat anual Salcia se poate cultiva si este recomandat pe terenuri mlastinoase Recoltarea se face n timpul pauzei vegetale, dup cderea frunzelor, n
lunile noiembrie-martie
-
Plantarea salciei
Plantarea salciei se face n teren prlucrat, primvara
-
Intreinerea salcieiAplicarea de ngrminte Kg/ha
N P KIn anul plantrii
- 0 - 30 80-130An 1 de producie 45-60An 2 de producie 100-150An 3 de producie 90-120An 1 dup recolta 60-80 0-30 80-160An 2 dup recolta 90-110 An 3 dup recolta 60-80
-
Recoltarea salcieiSe face n perioada de iarn, cnd frunzele sunt czute
-
Biomasa din lemn Lemne de foc Reziduuri de lemne rezultate de la
intreinerea pdurii Reziduuri de la procesarea industrial a
lemnului Deseuri urbane din lemn Recolte din culturi lemnoase cu crestere
rapid (plop, salcie etc.)
-
Producii de biomas lemnoas 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 cretere 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
coniferemolidbradpin
-
Reziduuri lemnoase De la tieri de defriare se recupereaz
20...60% Coaja de copac ca reziduu se
recupereaz 8...12% Reziduuri de la ntreinerea/curirea
pdurii tinere 0,3...0,4%
-
Recoltarea, manipularea i stocarea lemnului
Aceste Procese sunt funcie de felulul lemnului:- lemne de foc;- reziduuri forestiere;- reziduuri urbane
-
RECOLTAREA Recoltarea total - cu utilaje de mare
capacitate i specializate Recoltarea selectiv cu dispozitive de
capacitate redus
-
Trunk length measuringroller
Automatic saw
Cran frame - connection to the basic vehicle
Kipp-Punkt
Trunk rollers holding and moving
4 pair of movable branchstripers
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
3
4
5
55
6
5
7
Stable branch cutter
Dispozitiv special de tiere montat pe braul unei graifer
-
Vedere de ansamblu a trctorului cu dispozitiv graifer si tietor
-
hydraulic cylinder
swing lift
split cross
hydraulic cylinder
wedge spliter
footing plate
two hands operating levers
tractor hitchpoint
spiral cone
security frame
Horizontal wedge spliter with logs swinger
Spiral cone log spliter
Vertical wedge spliter
Dispozitiv pentru crpat lemne
Despictor cu con spiralat
Despictor cu pan vertical
Despictor cu pan orizontal i alimentare cu transportor
Cadru protecie
Mec. Suspend. tractor
Con spiralatCilindru hidraulic
Cilindru hidraulicPan n cruce
alimentator
Cadru de manevrare Pan despicare
Platou aezare bustean
-
Fig. 11 Typical storage of short logsMetod clasic de stocare a bucilor scurte de lemn
-
Procesarea lemnului Pregtirea pentru lemne de foc
tehnologia clasic de ardere/combustie Transformarea n aschii-
mrunirea/tocarea Transformarea n rumegu Transformarea n brichete i pelete
-
Transformarea n achii/mrunirea biomasei lemnoase
Mrunirea biomasei lemnoase uureaz transportul, manipularea, stocarea i alimentarea sistemelor de combustie
Se pot toca toate categoriile de biomas lemnoas respectiv, reziduurile forestiere (grengi, buci de lemne refuz etc.) i trunchiuri de copaci
-
Transformarea reziduurilor forestiere n achii/toctur, direct n pdure
crown standing tree branch
branch stack
f
o
r
e
s
t
r
o
a
d
Coroan copac Trunchi de copac crengi
Grmad de crengi
Alee de trafic
Drum forest.
-
Main autopropulsat pentru adunat i tocat reziduurile
-
Fluxul realizrii achiilor/tocrii din lemn intreg
operation period wood stand stocks road forest toad solid road yard costumer
thining/ felling
grouping or stocking
alternative chopping grinding (fresh)
intermediate storage
chopping grinding (summer dry)
ventilated storage
selling
wet chips
fresh chips
summer dry chips
stacks
own use
u
n
t
i
l
u
s
e
a
s
a
f
u
e
l
l
a
t
e
s
u
m
m
e
r
u
n
t
i
l
l
a
t
e
s
u
m
m
e
r
(w = 25 - 40 %)
(w = 45 - 55 %)
(w = 45 - 55 %)
operaia
tiere
Aranjarea-stocarea
Mcinare,
Mrunire
Stocare intermed.
Tocare uscat, vara
Ventilare,
depozitareVnzare,utilizare
grmad Alee dep. Drum forest. Drum solid Gazon traficabil consum
Achii umede
Achii verzi
Achii uscate vara
Achii uscate
Iarna
Vara trziu
PnLa
Utilizare
stocare
-
Dispozitive de tocare/mrunire Cu cuite montate pe disc Cu cuite montate pe tambur/cilindru Mori cu ciocane Dispozitive cu cuite montate pe elicele
unui melc conic
-
Principiul de tiere i dispozitivul de evacuare a achiilor prevzut cu palete de mrunire suplimentar
outlet tube
recutting ribs
paddlesRear viewCutting principle
mowing direction
knifedisc with knifes
stable feeding roller counter
Principiul de tiere Vedere lateral
Fal de antrenare
Direcia de micare
cuit
Disc cu cuite
Tub de evacuare
Val de alim. fix Contra cuit
palete
Bare de tiere suplim/mrunire
-
Schema disp. de tiat achii tip disc cu cuite radiale
Paleta ventilatorrului
cuit
Bar mrunire
Arborele discului
Trunchi copac
Contra cuit
-
Dou tipuri de sisteme de tocare a reziduurilor de biomas
Toctor tip tambur cu cuiteEvacuare toctur
Moar cu ciocane
Intrare biomas
-
Clasificarea achiilor Achiile se grupeaz dup dimensiuni n
funcie de procesare Exist, n unele ri, standarde pentru
dimensiunile achiilor
-
Clasa Domeniu de mrimeFraciuni admise (%)
Fine Grosiere
Extragrosiere
Foarte Lungi 20* > 200 mm lungime < 0,5 < 1,5 < 1,5Lungi 10 100-200 mm lungime < 3 < 6 < 6Dim. 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 < 8Fine < 3 mm < 10 < 8 < 4
Standard Danez pentru clasificarea mrimii/lungimii tocturii
-
-- -
-
drive
small particles
over size particles
drive chain
sieve plates
Side view
Plan view
Sistem de clasificare achii tip transportor plan
Vedere lateral
Site plane motor
Vedere plan
Particule mici
Particule mari, refuzate
Lan de antrenare
-
Sistem tip cilindru, pentru clasificarea tocturii/achiilor
Material inlet
Hoppers
Rise of
opening diameter
Intrarea material
Buncre colectoare
-
Manipularea i Stocarea achiilor/tocturii
Umiditatea influeneaz foarte mult stocarea (W peste 30%-pericol autoaprindere)
Se recomand a se aduce la uiditatea optim (sub 20%)
Stocarea umed duce la creterea temperaturii, respectiv degradarea achiilor
Costuri ridicate cu manipularea i stocarea Se impune un management adecvat!
-
Stocarea, manipularea i ncrcarea achiilor
-
Corelaia ntre timpul de stocare, umiditatea iniial i temperatur
0 5 10 15 20 25 30Storage time, days
80
60
40
20
0
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
e
,
C
40% 35%30% 25%
Timpul de stocare, n zile
-
Stocarea umed crete temperatura se evapor apa apar bacterii
-
Procesarea lemnului prin presare Pelete i brichete
Sunt utilizate n special pentru uz domestic i centrale de putere mic
Au densitate volumic i energetic ridicate (de 3-4 ori mai mare ca achiile de lemn), dimensiuni reduse,mbuntind transportul, stocarea i combustia
Peletele i brichetele sunt obinute din rumegu sau toctur mrunt de lemn, prin presare cu o presiune foarte mare, cnd lignina se nmoaie i leag materialul mpreun.
Sunt curate, se pot alimenta uor n centrale si chiar automatiza
-
Caracteristicile peletelor Dimensiuni: D= 6-8 mm; L= 10- 20 mm Umiditatea W= 6-10% Coninut de energie 4,7...4,9 MWh/ton Pre: 160-200 Euro/ton
-
Caracteristicile brichetelor din biomas
Dimensiuni: D=50-100mm; L=60-150 sau 60x90x120 mm
Umiditatea: W=8-10% Coninut de energie: 4,6-4,9 MWh/tonPre: 145-180 Euro/ton
-
Procesarea peletelor i brichetelor
Cu prese cu acionare mecanic, cu excentric
Cu prese cu acionare hidraulic
-
Schema brichetrii cu pres mecanic cu piston
Buncr de alim.
Dispozitiv de alimentare
volant
excentric
Canal de presare
zon de rcirebrichete
Canal reglabil
-
Schema unei maini de presat brichete cu alimentare forat
pressureadjustment
forced feeding
pre press auger
Alimentare forat
Melc de alimentare cu presare
Canal de presare/formare
-
Procesarea peletelor Se folosesc de obicei matrie cu guri
multiple, cu dimensiunile orificiilor egale cu ale peletelor (d=6-8 mm), i lungime =10-20mm
Dimensiunile tocturii sun mici, la limita inferioar de standardizare
Se poate aduga un lant pentru fixare (amidon) sau fr
-
Main de peletat cu role de presare i matri orizontal
feedinghousingrotatedpress rollers
pellets
Role de presare
alimentarecarcas
Matri fix plan
pelete
-
Schema unei maini de presat cu dou matrie i canale de presare/formare rectangulare
cutterheating cir-cular flow
hollow roller 1
press wedgepress ligament
press channelpressed material
forms of pressedmaterial
pressed materialhollow roller 2
feeding and prepressing
Cuit de fragmentat
Orificii de rcire
Canale presare 1
Canale presare 2
Material presatForme de material presat
Alimentare i presare
Pan de presare
Material presat
Canal de presare
Pene de presare
-
Construcia sistemelor de alimentare/transportare/manipulare Transportoare melcate cu jgheab
semicilindric Transporoare cu melc i jgheab cilindric Transporoare cu melc i jgheab cilindric
flexibil Transportoare oscilante Transportoare cu lan i palete Transportoare cu band
-
Transportoare melcate cu jgheab semicilindric
Design Feature, application drive
Trough type auger conveyor
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 n form de U, cu capac demontabilPentru alimentare orizontal sau cu pant micSe pot transporta materiale fine si grosiere omogene, fr buci 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 AplicaiiTip jgheab cilindric
Motor electric intrare
ieire
Transportor flexibil
Intrare suprasarcinieire
Posibilitate de curare prin schimbare sens rotaiePentru transport oriontal sau uor n pantSe recomand pentru materiale uscate pelei sau cereale
Pentrutransportul materialelor granulare (pelei sau cereale boabe) uscate
Pentru transport n spaii curbateMelcul este realizat din segmente elicoidale de tabl
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
drive
oscillating arm
Oscillating conveyor
only for horizontal straight transport
possible combination with sieves for separation of fine material
for all bulk materials
Transportoare cu elemene oscilante
Schema constructiv Aplicaii
Pentru transport orizontal i n pant marPentru ncrcarea n silosuriPentru orice categorie de material de volum n vracConsum sczut de energie
Numai pentru transport pe orizontalSe poate combina cu site pentru separarea materialelor finePentru toate materialele de volum n vrac
motorBra oscilant
Jgheabul oscilan
-
Tab. 23 cont.
Design Feature, application
chain
paddle
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 AplicaiiTransportor cu lan
lan
palete
Transportos cu band
ieire
Motor i disp. De intindere
Numai pentru transport orizontalPentru tiferie tipuri de jgheaburiTransport n linie i curbatPentru materiale granulare (pelete, semine )
Pentru transport orizontal i n pant uoar n linie dreapt, cu band profilatPentru orice materal n fracConsum sczut de putere
-
Tab. 23 cont.
Design Feature, application
belt
cup
Cup elevator
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 AplicaiiElevator cu cupe
curea
Evac.aer
Evac.material
ciclon
Intrare co
Dispoz, msurar
Transport numai pe verticalPentru material granular n vracExist i versiune cu lan
Sauelemente de band de cauciuc
Transport orizontal sau verticalTransport i curbalStructur flexibilPentru materiale uscate i fine(pelete, rumegu, achii)Capacitate mare de transport i consum ridicat de energiePraful genereaz riscuri
cupe
Transportor pneumatic
-
Sisteme de descrcare a materialelor din silosuri i buncre
Cu melc rotitor Cu melc i sistem de agitare cu palete elastice
Descrcare de la partea inferioar Descrcare cu melc conic
-
CONVERSIA BIOMASEI SOLIDE IN ENERGIE
.
-
Ce este conversia? Conversia reprezint un proces, sau mai
multe procese, prin care materia prim de natur vegetal sau animal (reziduuri agricole, forestiere, municipale, reziduuri animaliere) este transformat n energie util (mecanic, termic, electric etc.)
-
EFICIEA CONVERSIEI Eficien este criteriul prin care se
evalueaz conversia biomasei n energie Conversia se face cu pierdere de energie,
care au loc n toate fazele proceselor de conversie
Eficiena se determin ca un raport ntre energia util obinut prin conversie supra energie total consumat n procesele de conversie
-
EFICIEA CONVERSIEI Conversia are la baz principiul
conservrii energiei, respectiv prima lege a termodinamicii, conform creia:- cantitatea de energie al unui sistem nchis rmne constant;- Energia nu poate fi creat sau distrus, ea poate numai sa-i schimbe forma;- Fiecare form de energie poate ficonvertit n alt form de energie
-
Forme ale energiei Emergie Mecanic (Em)
Em= m.g.h + mv 2 + p.V
- Energia potentiala: Ep = m.g.h- Energia Cinetica: Ec = mv2- Energia datorita destinderii: Ed = p .V
-
Forme ale energiei Energia Termic (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 Electric - degajata sub forma de caldura E = U. I. t
U- tensiunea curentului; I intensitatea; t timpul considerat / de functionare
-
Forme ale Energiei Energia primara (100%) este energie n forma sa
original (ex. Biomasa solid) nainte de conversie Energia Secundara este energia obinut dup conversie
(ex. cldura,electricitatea). Prin conversie se pierde pna la 22% Energia Finala cantitatea de energie disponibil la
consumator. Pn la consumator se pierde prin sistemul de distribie 10-13%
Energia Utila cantitatea de energie util, rmas dup pierderile la consumator (cldura, energia mecanic,lumiuna). La consumator se poate pierde pn la 34%
-
Eficienta Conversiei Conversia se face cu pierdere de
energie Eficienta este criteriul prin care se
evalueaza conversie energiei
= Energia utila / Energia consumata x 100 [%]
-
Eficienta Conversiei Eficienta inalt inseamn:
- efecte economice pozitive privind utilizarea biomasei;- combustie complet;- 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 importan fundamental asupra conversiei termice
Sistemele tehnice/Echipamente i caracteristicile/parametrii acestora-importan asupra eficienei combustiei i emisiilor
Disponibilul/necesarul de oxigen importan asupra calitii conversiei
-
Cresterea eficientei instalatiilor termice pe baza de combustibil lemnos ca urmare a perferctionrii constructiv-funcionale, in perioada 1980-
2000
1980 1984 1988 1992 1996 2000
Boile
r e
ffici
en
cy, %
Year
5055
60
65
707580859095
100
Anul
%
-
Coeficientul de exces de aer -
mAmin masa minim de aer (Stoichiometric) necesar pentru conversia/combustia termic complet a combustibilului
mAtot masa real de aer utilizat pentru conversia combustibilului
Pentru oxidarea complet - minim = 1In mod obinuit, pentru combustia biomasei solide, este intre 1,5 - 2,5
minA
Atotm
m=
-
EFFICIENA GENERATOARELOR DE CLDUR
Eficiena este influenat de:- coeficientul de exces de aer - Coninutul de umiditate a combustibilului i- Constructia generatoareleor- Pierderi termice i chimice,- Pierderi prin radiatie i convecie.
Prin rcirea gazelor de ardere sub punctul de rou, cu ajutorul unor schimbtoare de cldur suplimentare, se poate recupera energia de condensare
-
Metode de conversie a biomasei n 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 extracia i
esterificarea, pentru obinerea biodieselului.
-
Principalele metode de conversie a biomasei n energie
-
Conversia biomasei prin combustie
Combustia const n arderea direct a biomasei n instalaii speciale destinate acestui scop, pentru a produce cldur
Prin aceast metod se produce peste 90% din energia obinut din biomas n toat lumea
Metoda este rspndit deoarece este bine cunoscut, faciliti bine dezvoltate, care pot fi uor integrate n actualele infrastructuri
Sistemele/echipamentele pentru combustia direct sun diversificate, ncepnd de la sobe simple pn la cazane de mare capacitate, destinate centralelor termo-electrice- cu cogenerare.
Majoritatea instalaiilor mari utilizeaz 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 obinere a unui gaz combustibil,din biomasa solid, prin oxidare parial, cu ajutorul oxigenului, aerului, vaporilor de ap sau amestecuri ale acestora. Este un proces termochimic care are loc la temperaturi ridicate (700-900 grade C).
Dup un tratament adecvat, gazele obinute - numite gaze de generator- pot fi utilizate prin ardere la gtit sau la nclzit, sau la m.a.i i turbine pentru a produce electricitate sau lucru mecanic.
Proprietile fizico-chimice ale gazelor astfel obinute (ex. Putere calorific) depind de natura comustibilului, de agentul de gazeificare i de condiiile de desfurare a procesului.
Gazeificarea cu aer produce un gaz cu putere calorific sczut, bun pentru cazane, motoare i turbine.
Gazificarea cu oxigen produce un gaz cu putere calorific medie ce poate fi introdus in conducte de gaz locale. Costurile de producere sunt mai ridicate i exist i pericole de explozie.
Implementare gazeificrii biomasei este c o problem. Este viabil pentruinstalaii mari de producere a electricitii cu puteri peste 10 MW.
-
Conversia biomasei prin piroliz Piroliza const n descompunerea biomasei la
temperaturi de 350-550 grade C n absena aerului. Produsul final este un amestec de solide (mangal),
(metan, CO, i CO2). Scopul pirolizei este de a produce un combustibil lichid,denumit bio-ulei sau uleil de piroliz, care poate fi folosit pentru nclzire sau producerea de curent electric.
Principalul beneficiu a pirolizei este c lichidul obinut este uor de transportat i deci se recomand s se produc lang sursa de bimas, reducndu-se costurile.
-
Conversia biomasei prin digestie anaerob
Digestia Anaerob const n descompunerea materiei organice, de ctre bacterii, n absena oxigenului, rezultnd gazul metan i ali subprodui.
Biogazul rezultat este compus din 60-65% metan i 30-35% dioxid de carbon, i un amestec de alte gaze (major este N).
Dup un tratament adecvat,biogazul poate fi utilizat direct la gtit sau nclzit sau la M.A.I., sau turbine pentru producere de electricitate sau L.M.
Se recomand ca biomasa s aib un coninut ridicat de umiditate pentru o bun eficien a procesului de descompunere.
Avantajul digestiei anaerobe, n comparaie cu conversia termo-chimc este c rezult un ngrsmnt pe baz de azot i neutralizeaz reziduurile, care altfel ar fi aruncate n mediul nconjurtor.
-
COMBUSTIA BIOMASEI
-
COMBUSTIA BIOMASEI Combustia este cea mai raspndita tehnologie utilizata astazi pentru producerea de
energie sicaldura pornind de la biomasa.
Combustia poate fi aplicata unei biomase cu un continut de maxim 60% apa. Componentele din compozitia biomasei, n afara de C, O si H, sunt nedorite,
deoarece ele sunt legate de poluarea mediului, coroziunea instalatiei, formarea dedepozite 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, n mod obisnuit, cel mai bun bio-combustibil pentru ardere, datorita continutului sau scazut n 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 n aer. Aceste impuritati cresc cantitatea de cenusa, coroziunea si depozitele din cazane. Din aceste motive,
lemnul este adecvat pentru ncalzirea gospodariilor, ct si a instalatiilor mai mari, iar biomasa ierboasaeste utilizata numai n instalatii mai mari.
-
Principii de baz ale combustiei
Oxidarea carbonului i hidrogenului In cazul combustiei complete rezult numai CO2 i H2O Ecuaia combustiei complete este
CHmOp + H2O +O2 +N2 CO2 + (+m/2)H2O + N2
Biomasa umiditate aer
La oxidarea/arderea incomplet rezult produse nedoriteCO i CnHm
-
Principii de baz ale combustieiEtapele combustiei
-
Produsele combustie
Produse ale oxidrii complete a principalilor componeni ai combustibilului Dioxid de Carbon Ap, abur
Produse ale oxidrii incomplete a principalilor componeni ai combustibilului
- Monoxid de carbon Hidrocarburi Oxizi de azot Sulf, clor i potasiu Emisii de Particule i aerosoli Emisii de dioxine i furane (substane cumulative, toxice,
provoac cancer)
-
Impactul combustiei asupra mediului
Generatoarele de ardere a biomasei produc emisii relativ ridicate de NOx si suspensii n 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 nconjurator, este dat de 38,6% NOx, 36,5% suspensii n aer si de numai 2% CO2, restul de 22,9% datorndu-se altor poluanti.
Evaluarea ciclului de viata pentru lemn, petrol si gaz natural arata ca impactul lemnului asupra mediului este mai mare dect al gazului natural, n ceea ce priveste efectul de sera. De aici rezulta ca sunt necesare mbunatatiri la instalatiile de ardere a lemnului.
-
Poluani rezultai la combustie
n 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 n trepte i combustia etajat
Scheme ale combustiei cu admisia aerului n trepte i alimentarea etajat
-
Emisiile de NOx
Combustia cu injectia aerului la doua nivele si combustia cu injectia combustibilul la doua nivele permit o reducere a NOx pna la 50% pentru lemnul cu continut scazut de azot si pna la 80% pentrucombustibilii cu o concentratie ridicata de azot.
n afara masurilor primare, exista o serie de masuri secundare pentru reducerea NOx. n acest sens, cele mai relevante tehnici sunt reducerea necatalitica selectiva si reducerea catalitica selectiva careare 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
ntr-un domeniu ngust de temperatura (ntre 820 grade C si 940 grade C), duce la o reducere de pna la 90% a NOx.
Reducerea catalitica selectiva este utilizata n gazul de ardere intr-un domeniu de temperatura cuprins ntre 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, n conditii nefavorabile.
-
NOx reduse ,datorit existenei sursei secundare de aer i a camerei reductoare orizontal
Camer reductoare
Aer secundar
Aer primar
-
Emisii de particule
Combustia biomasei duce la emisii relativ ridicate de particule n aer a cror dimensiuni sunt, n general, mai mici de 10 microni, cea mai mare parte fiind sub 1 micron.
n combustia n strat fluidizat se formeaza particule fine submicronice compuse, n 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.
n combustia n strat fix, cresterea concentratiei masei emisiilor de particule este, n 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 i potasiu
Coninut nesemnificativ n combustibili lemnoi, dar ridicat n reziduuri agricole
Sulf cantitate neglijabil a fazei solide n cenue, K2SO4, mai ales n in gaze SO2/SO4; datorit coninutului sczut de sulf, nu apar probleme legate de limitele SO2 de emisii
Clor sruri n cenue, NaCl and KCl; coninut sczut de HCl in gazele de evacuare; valori tipice de 20 - 120 mg/m3
Potasiu saruri KCl i K2SO4; -poate fi utilizat ca i fertilizant; -cauzeaz modificarea caracteristicilor de nmuiere a cenuei,
zgurei; -reduce punctul de topire a cenuei de la 1070C la 760C; -
temperatura sczut de 600 - 700C este datorit presiunii ridicate a vaporilor;
-potasiul se depune pe suprafaa schimbtorului de cldur
-
K, Cl, S
KCl fest
K SO2 4 festKCl
*
*
*
*
*SO2 *
*
*
*
*
* deposit , condensation, crystallization
solid
solid
Traseul ingredienilor potasiului (K), clorului (Cl) i sulfului (S) in combustibil, pe durata combustiei n generator (localizare in cenua grtarului i cenua din ciclon, n funcie de temperatur i parametrii combustiei; in ciclon are loc o separare uoar, majoritatea materialului este depopzitat fie n testura filtrului sau reinut n gazele de evacuare
Depunere, condensare, cristalizare
-
Aerosoli in cazul combustiei complete
Particlue grele, CaO, Al2O3, ClO2 Compu care -i schimb faza n 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 - cu alimentare automata/ continua toate fazele arderii sunt continue, reglare usoara a parametrilor
-
Tehnologii de arderen strat fix, cu focare pe grtar
- Cu ardere directa- Cu ardere inversa- Cu ardere mixta
-
Schemele de principiu ale focarelor de ardere n strat fix pe gratar orizontal: cu ardere direct; ardere superioar; ardere invers(cu
accesul descendent i ascendent al aerului)
arararaArdere n toat masa
Ardere direct
Ardere superioar la supraf
Intrare aer primarDirecie gaze calde
Ardere inferioar Ardere inferioar lateral
Ardere invers
-
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 aplic la cenrale de 5-30 kW Destinate, n principal pentru lemne buci Arderea simultan a ntregului combustibil Nu are buncr/depozit de lemne Nu se poate administra aer suplimentar n zonele de piroliz i ardere Controlul conbustiei este o problem
-
focar cu gratar orizontal fix cu ardere superioar
Folosite la CT sub 50 kW Arderea se produce de sus n jos Stocarea lemnului se poate face n focar Se poate administra aer separat: - aer primar n zona pirolizei
- aer secundar n zona de ardere Se poate face un control automat parial al combustiei
-
focar cu gratar orizontal fix cu ardere inversa
Se utilizeaz la centrale pn la 200 kW Flacra se propag de sus n jos Zona de piroliz i combustie sun separate local Aerul se administreaz n dou zone (aer primar i aer secundar) Este facilitat controlul combustiei i a performanelor termice, la
valori reduse ale emisiilor Stocarea lemnului n focar Arderea dureaz o perioad lung fr rencrcare
-
Focar cu gratar tronconic fix sau rotativ
Se utilizeaz la centrale termice pn la 10 MW Centralele snt destinate pentru producerea de cldur i
electricitaste (CT i CET) Se realizeaz un bun control al procesului de ardere
-
Instalatie de ardere cu gratar tronconic rotativ cu alimentare inferioar
-
Focare cu grtare n pant fixe,i grtare mobile n pant sau orizontale
Se utilizeaz la centrale cu putere pn la 10 MW
Centralele pot fi de tipul CT sau CET,respectiv CT/CET
Se asigur 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 cenu
Schimbtor cldur
Camer de ardere
-
Grtar tip farfurie Volumul grtarului este redus Se utilizeaz la centrale pe rumegu, achii de lemn,
biomas mrunit din culturi energetice, pelete Se utilizeaz la centrale cu puteri cuprinse intre 20 kW i
5000 kW Alimentarea se face de jos n sus Centralele sunt automatizate Se asigura un control al performanelor termice i a
calitii combustiei
-
Schema instalatiei de ardere a biomasei cu focar fix cu alimentare prin impingere inferioara
.
ash dischargesecondary air intake
heat exchanger
primary air intake
secondary com-bustion chamber
fuel feedingcombustionretort
cyclone
-
Focare tip ciclon combustibil sub form de praf sau rumegu
Se folosesc la centrale cu puteri ntre 100 kW i 20 MW Aerul i conbustibilul sunt amestecate mpreun la
intrarea n antecamer Combustia are loc n timpul zborului particulelor Se impune pstrarea constant a caracteristicilor
combustibilului Controlul combustiei este posiil Funcioneaz automat
-
Schema instalaiei de ardere a biomasei sub form de praf sau rumegu, cu focar tip ciclon
-
Focare cu ardere n strat fluidizat staionar
Puterea centralelor ntre 10 i 200 MW Procesul este complex i necesit echipamente
costisitoare Particulele trebuie s fie n stare inert-de plutire Necesit un sistem de curire a gazelor eficient Un bun control al combustiei Se poate folosi combustibil cu diferite umiditi Se pot folosi amestecuri de combustibili
-
Schema unui cazan cu focar de ardere biomasa, in strat fluidizat circulantfluidisedbedr
secondary air
air
recurrent cyclone
heat exchanger heat exchanger
gross ach air
fluidised bedcooler