Małgorzata Dziewanowska 1, Tomasz Dobek 2. ul. Piastów 41, Szczecin 2 Zakład UŜytkowania Maszyn i Urządzeń Rolniczych, Akademia Rolnicza

Transkrypt

1 Acta Agrophysica, 006, 8(1), TLENKI WĘGLA ZE SPALANIA BIOASY W POSTACI LIŚCI RÓśNYCH GATUNKÓW DRZEW ałgorzata Dziewaowska 1, Tomasz Dobek 1 Katedra Techiczego Zabezpieczaia Okrętów, Politechika Szczecińska ul. Piastów 41, Szczeci Zakład UŜytkowaia aszy i Urządzeń Roliczych, Akademia Rolicza ul. PapieŜa Pawła VI/3, Szczeci algorzata.dziewaowska@ps.pl S t r e s z c z e i e. W artykule przedstawioo badaia ilości CO wydzieloego podczas spalaia liści róŝych gatuków drzew za pomocą kalorymetru stoŝkowego metodą wg ISO Z przeprowadzoych badań wyika, Ŝe charakterystyki itesywości wydzielaia ciepła dla liści róŝych gatuków drzew są podobe w przebiegu, a róŝią się amplitudą, atomiast stęŝeie dwutleku węgla dla badaych gatuków liści jest porówywale. Szczytowa wartość pomiaru przypadała a te sam czas, atomiast charakterystyki poziomu dwutleku węgla wydzielaego podczas spalaia liści badaych gatuków drzew mają podobą amplitudę i podoby czas osiągięcia wartości maksymalej. Aalizując atomiast stęŝeie tleku węgla wydzielaego podczas spalaia moŝa stwierdzić, Ŝe jest oo róŝe i zaleŝy od rodzaju liści badaych gatuków drzew. Charakterystyki poziomu tleku węgla wydzielaego podczas spalaia mają róŝą amplitudę i róŝy czas osiągaia wartości maksymalej. S ł o wa k l u c z o we: biomasa, liście drzew, poziom dwutleku węgla, poziom tleku węgla, spalaie liści WSTĘP Eergia zawarta w biomasie jest ajmiej kapitałochłoym źródłem eergii odawialej. Jej produkcja moŝe przebiegać samoistie, p. w puszczach, a stepach i łąkach, a takŝe w oceaach i zbiorikach wody słodkiej []. Biomasa jest wyikiem reakcji fotosytezy, która przebiega pod wpływem promieiowaia słoeczego. W ciągu roku ilość wytworzoej w te sposób biomasy wyosi 0 bilioów to w przeliczeiu a suchą masę. Produktem uboczym przetwarzaia eergii chemiczej zawartej w biomasie a ciepło jest poowe powstawaie dwutleku węgla. Jedak w tym przypadku jest to dwutleek węgla przyjazy dla środowiska, gdyŝ poprzez fotosytezę krąŝy o w przyrodzie, w obiegu zamkię-

2 54. DZIEWANOWSKA, T. DOBEK tym [4-6]. Liście są główym elemetem fotosytetyzującym w rośliie. Dwutleek węgla powstały podczas ich spaleia moŝe być poowie wykorzystay a rozwój rośli, z których pochodzą [7]. Publikacja ma a celu przedstawieie ilości CO i CO wydzieloego podczas spalaia liści róŝych gatuków drzew za pomocą kalorymetru stoŝkowego metodą wg ISO Liście zbierae były a tereach zabudowaych. ETODYKA BADAŃ Do aalizy ilości tleku i dwutleku węgla wydzielaego podczas spalaia biomasy w postaci liści róŝych gatuków drzew wykorzystao metodę kalorymetru stoŝkowego. etoda kalorymetru stoŝkowego (Coe Calorimeter) wg ISO polega a spalaiu próbki materiału poddaego działaiu promieiowaia cieplego od stoŝkowego promieika cieplego i pomiarze zmia stęŝeia tleu w gazach spaliowych. Na podstawie zmia stęŝeia tleu określa się itesywość wydzielaia ciepła (RHR - Rate Heat Relase). Podstawowym rówaiem iezbędym do pomiaru itesywości wydzielaia ciepła a podstawie zuŝycia tleu jest zaleŝość (1) zapropoowaa przez Huggeta i Parkera [1]: gdzie: q szybkość wydzielaia ciepła, (kw), Y = h/r o stała określająca ilość ciepła wyzwalającego się podczas spalaia po zuŝyciu jedostkowej ilości tleu, (kj kg -1 ), m o masowe atęŝeie przepływu tleu w systemie dolotowym, (kg s -1 ), m masowe atęŝeie przepływu tleu w systemie odlotowym, (kg s -1 ). Przy załoŝeiu, Ŝe stęŝeie tleu w powietrzu dopływającym jest rówe atmosferyczemu, jego udział molowy określa zaleŝość () i (3): X hc q & = r o ( m& m& ) = Y ( m& m& ) o oo oo oo = = powietrze on oo oco oh O oo 0,095 (1) () m i i = (3) i W strumieiu gazów opuszczających kalorymetr, oprócz stałych składików powietrza zajdują się zgazyfikowae produkty procesu spalaia. Udział molowy tleu w spaliach określa atomiast wzór (4):

3 TLENKI WĘGLA ZE SPALANIA BIOASY 55 O X O = = (4) spali N Ostateczie zaleŝość Huggeta i Parkera przyjmuje astępującą postać (5) i (6): = Y m& c pow C CO H x x q& (5) X O = c obj spali o [ 1+ ( b 1) xoo ] b x ρ ρ o ospali gdzie: Y stała określająca ilość ciepła wyzwalającego się podczas reakcji masowej jedostkowej ilości tleu, (kj kg -1 ), ), masa molowa tleu, (g), pow masa molowa powietrza, (g), spali masa molowa spali, (g), m& c masowe atęŝeie przepływających gazów przez kalorymetr, (kg s -1 ), x o udział molowy tleu w powietrzu wpływającym do kalorymetru, x udział molowy tleu w opuszczających kalorymetr, b stała wyzaczoa doświadczalie, liczba moli tleu w spaliach, spali suma liczby moli poszczególych składików spali, c -obj stęŝeie objętościowe tleu w spaliach. Schemat staowiska do badań itesywości wydzielaia ciepła oraz aalizy zawartości CO i CO za pomocą kalorymetru stoŝkowego metodą wg ISO [3] przedstawioo a rysuku 1. spali He (6) Rys. 1. Schemat staowiska do badań itesywości wydzielaia ciepła za pomocą kalorymetru stoŝkowego metodą wg ISO [3]. 1 wetylator, pierścień do poboru gazów, 3 okap, 4 kryza, 5 termopara, 6 próbka, 7 waga, 8 promieik, 9 do pomiaru ciśieia, 10 do aalizy Fig. 1. Schematic of test statio for measurig the rate of heat release usig coe calorimeter method accordig to ISO [3]. 1 fa, gas samplig sectio, 3 hood, 4 diaphragm, 5 thermo-couple, 6 sample, 7 scales, 8 radiator, 9 measuremet of pressure, 10 aalysis

4 56. DZIEWANOWSKA, T. DOBEK WYNIKI BADAŃ Z przeprowadzoych badań wyika, Ŝe charakterystyki itesywości wydzielaia ciepła dla liści róŝych gatuków drzew są podobe w przebiegu ale róŝią się amplitudą, atomiast stęŝeie dwutleku węgla dla badaych gatuków liści jest porówywale. Szczytowa wartość pomiaru przypadała a te sam czas i wyosiła około 60 s pomiaru. Natomiast charakterystyki zawartości dwutleku węgla wydzielaego podczas spalaia liści badaych gatuków drzew, zbieraych a tereach zabudowaych, mają podobą amplitudę (ok. 0,8%) i podoby czas osiągięcia wartości maksymalej, który wyosi około 40 s. Uzyskae wyiki pomiarów przedstawioo a rysuku. Aalizując atomiast stęŝeie tleku węgla wydzielaego podczas spalaia moŝa stwierdzić, Ŝe jest oo róŝe i zaleŝy od rodzaju liści badaych gatuków drzew. Charakterystyki ilości tleku węgla wydzielaego podczas spalaia mają róŝą amplitudę i róŝy czas osiągaia wartości maksymalej (15-5 s). Uzyskae wyiki pomiarów przedstawioo a rysuku 3. 0,9 StęŜeie CO pomiar z palikiem, atęŝeie strumieia cieplego 50 kw m Itesity of C0 measuremet with the burer with 50 kw m itesity of heat stream 0,8 0,7 0,6 0,5 C(%) 0,4 0,3 0, 0,1 0, t (s) Dąb bezszypułkowy ( Quercus petraea ( attuschka ) Liebl.) Dąb czerwoy ( Quercus rubra L.) Grab pospolity (Carpius betulus L.) Kasztaowiec biały ( Aesculus hippocastaum L.) Kasztaowiec biały ( Aesculus hippocastaum L.) Klo srebrzysty (Acer saccharium L.) Klo pospolity (Acer plataoides L.) Lipa krymska (Tilia euchlora C.Koch) Plata kloolisty (Plataus acerifolia (Aito)Willd.) Topola biała ( Populus alba L.) Topola czara (Populus igra L.) Wierzba płacząca ( Salix sepulcralis Simk.) Rys.. Wyiki badań stęŝeia CO przy pomiarze z palikiem i atęŝeiu strumieia cieplego wyoszącym 50 kw m - Fig.. Results of CO cocetratio tests with burer measuremets at heat flux itesity of 50 kw m -

5 TLENKI WĘGLA ZE SPALANIA BIOASY 57 StęŜeie CO pomiar z palikiem, atęŝeie strumieia cieplego 50 kw m Itesity of CO measuremet with the burer with 50 kw m itesity of heat stream 180,00 160,00 140,00 CO (mg dm -3 ) 10,00 100,00 80,00 60,00 40,00 0,00 0, t (s) Dąb bezszypułkowy (Quercus petraea (attuschka)liebl.) Grab pospolity (Carpius betulus L.) Kasztaowiec biały (Aesculus hippocastaum L.) Klo pospolity (Acer plataoides L.) Plata kloolisty (Plataus acerifolia (Aito)Willd.) Topola czara (Populus igra L.) Dąb czerwoy (Quercus rubra L.) Kasztaowiec biały (Aesculus hippocastaum L.) Klo srebrzysty (Acer saccharium L.) Lipa krymska (Tilia euchlora C.Koch) Topola biała (Populus alba L.) Wierzba płacząca (Salix sepulcralis Simk.) Rys. 3. Wyiki badań stęŝeia CO przy pomiarze z palikiem i atęŝeiu strumieia cieplego wyoszącym 50 kw m - Fig. 3. Results of CO cocetratio tests with burer measuremets at heat flux itesity of 50 kwm - Tleek węgla w ajwiększej ilości wydzielał się podczas spalaia liści kasztaowca białego z tereu ul. Wojska Polskiego i wyiósł 160 mg dm -3, a ajmiejsze ilości podczas spalaia liści klou srebrzystego z tereu ulicy Arkońskiej i wyiósł około 55 mg dm -3 dla atęŝeia przepływu strumieia cieplego wyoszącego 50 kw m -. WNIOSKI 1. StęŜeie tleku węgla wydzieloego podczas spalaia jest róŝe i zaleŝy od rodzaju liści. Charakterystyki zawartości tleku węgla wydzielaego podczas spalaia liści róŝych gatuków drzew mają róŝą amplitudę i róŝy czas osiągięcia wartości maksymalej (15-5 s).. Tleek węgla w ajwiększej ilości wydziela się podczas spalaia liści kasztaowca białego (ok. 160 mg dm -3 ), a w ajmiejszej podczas spalaia liści klou srebrzystego (ok. 55 mg dm -3 ) dla atęŝeia strumieia cieplego 50 kw m -.

6 58. DZIEWANOWSKA, T. DOBEK 3. Charakterystyki ilości dwutleku węgla wydzielaego podczas spalaia liści badaych gatuków drzew mają podobą amplitudę (ok. 0,8%) i podoby czas osiągięcia wartości maksymalej (ok. 40 s). PIŚIENNICTWO 1. Blume D., Getka R.: Rate of heat release test calibratio, sesivity ad time costas of ISO RHR apparatus. NORDTEST PROJECT , PART 1. Natioal Istitute for Testig aterials, Statsproveastalte, Dubas J.: Uprawa wierzby a cele eergetyki cieplej. Czysta Eergia, 1, 1-13, Hagel R., Zakrzewski J.: ierictwo dyamicze. WNT Warszawa, Lewadowski W.: Proekologicze źródła eergii odawialej. WNT Warszawa, okrzycki E., irowski T.: Podstawy gospodarki surowcami eergetyczymi. Wyd. AGH Kraków, Soliński I.: Biomasa eergia odawiala. Wyd. IGSiE, Kraków Villee C.A.: Biologia. PWR i L. Wydaie IX Warszawa, ANALYSIS OF THE LEVEL OF CO AND CO EISSION DURING THE PROCESS OF COBUSTION OF BIOASS CONTAINING LEAVES OF VARIOUS TREES SPECIES ałgorzata Dziewaowska 1, Tomasz Dobek 1 Chair of Techical Security Ships, Techical Uiversity of Szczeci ul. Piastów 41, Szczeci Departmet of Agricultural achiery Operatio, Agricultural Uiversity ul. PapieŜa Pawła VI/3, Szczeci algorzata.dziewaowska@ps.pl Ab s t r a c t. The article describes the results of tests of the level of CO ad CO emissio durig combustio of leaves of may tree species usig the coe calorimeter method accordig to ISO The tests proved that the rates of heat release for leaves of various trees species profiles are similar i the process but differ i amplitude. Cocetratio of CO for tested leaves species is comparable. The top value of measuremet occurred at the same time but the CO level profiles emitted durig burig of leaves of tested trees species have similar amplitude ad similar time of achievig maximum value. It was observed that cocetratio of carbo mooxide emitted durig combustio is differet ad depeds o the kid of leaves of tested trees. The profiles of the level of carbo mooxide emitted durig the combustio have differet amplitude ad differet time of achievig the maximum value. K e y wo r d s : biomass, leaves of trees, CO emissio level, CO emissio level, combustio of tree leaves