PROBLEMY INŻYNIERII ROLNICZEJ PIR 2013 (X XII): z. 4 (82) PROBLEMS OF AGRICULTURAL ENGINEERING s. 107 118 Wersja pdf: www.itep.edu.pl/wydawnictwo ISSN 1231-0093 Wpłynęło 17.07.2013 r. Zrecenzowano 04.09.2013 r. Zaakceptowano 17.10.2013 r. A koncepcja B zestawienie danych C analizy statystyczne D interpretacja wyników E przygotowanie maszynopisu F przegląd literatury Energetyczne wykorzystanie biomasy z produkcji rolniczej w procesie współspalania Monika ZAJEMSKA ACDE, Dorota MUSIAŁ BDEF Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej Streszczenie W pracy zaproponowano wykorzystanie biomasy z produkcji rolniczej siana, słomy, łupin słonecznika i orzecha włoskiego oraz całych ziaren słonecznika, dyni i kukurydzy w procesie współspalania z gazem ziemnym. Eksperyment laboratoryjny przeprowadzono w cylindrycznej komorze grzewczej o średnicy wewnętrznej 0,34 m i sumarycznej długości 3,12 m. Zastosowana w badaniach technologia spalania, zwana reburningiem, pozwala nie tylko zagospodarować ww. biomasę w celach energetycznych, ale również, ze względu na specyfikę tej metody, przynosi korzyści ekologiczne, prowadzi ona bowiem do znacznego zmniejszenia stężenia tlenków azotu w spalinach, co w świetle obowiązujących norm środowiskowych jest działaniem jak najbardziej pożądanym. Metoda reburningu może być stosowana w wielu urządzeniach energetycznych, zarówno w energetyce zawodowej, jak i przemysłowej. Jako paliwa reburningowe używane są głównie paliwa konwencjonalne, jednak istnieje wiele przesłanek, aby zastosować również biomasę, o czym świadczą przedstawione w niniejszej pracy wyniki badań. Słowa kluczowe: biomasa, spalanie, reburning, tlenki azotu, emisja zanieczyszczeń Wstęp Jedną z wielu zalet przemawiających za energetycznym wykorzystaniem biomasy jest ograniczenie emisji gazów cieplarnianych, tj. dwutlenku węgla i toksycznych składników spalin dwutlenku siarki, tlenku azotu i tlenku węgla. Często przyjmuje się, że w ogólnym bilansie emisja dwutlenku węgla wynosi zero. Wynika to z faktu, że w procesie wzrostu biomasy roślina pochłania tyle samo CO 2, co zostaje wyemitowane podczas jej spalania. Biorąc jednak pod uwagę energię konieczną do transportu i jej przygotowania (rozdrabnianie), szacuje się, że ilość gazów cieplar- Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach, 2013
Monika Zajemska, Dorota Musiał nianych powstających w procesie spalania biomasy jest zdecydowanie mniejsza, niż podczas spalania węgla. Ze względu na zróżnicowany skład biomasy, odbiegający od składu paliw konwencjonalnych, i dużą zawartość części lotnych, jej spalanie wymaga doboru odpowiedniej technologii [JENKINS i in. 1998; ROSZKOWSKI 2012; WILLIAMS i in. 2012]. Najefektywniejszym ekonomicznie rozwiązaniem, m.in. ze względu na oszczędność środków finansowych, wydatkowanych na zakup nowej jednostki grzewczej, jest współspalanie biomasy w istniejących już kotłach energetycznych. Szczególną formą współspalania biomasy jest jej stopniowe wprowadzanie do komory grzewczej w tzw. procesie reburningu [BALLESTER 2008; CARLIN 2009; HAN i in. 2010; SAIDUR i in. 2011; SU i in. 2010; 2013; WANG i in. 2011]. Na szczególną uwagę zasługują technologie współspalania biomasy z konwencjonalnymi paliwami, między innymi ze względu na stale zaostrzające się normy dotyczące emisji gazów odlotowych. Przedstawioną w pracy formą współspalania biomasy jest proces zwany reburningiem, m.in. ze względu na fakt, że metoda ta stwarza możliwość redukcji zanieczyszczeń, a szczególnie tlenków azotu, co podyktowane jest specyfiką tego procesu. Energetyczne wykorzystanie biomasy rolniczej Potencjał biomasy pochodzącej z rolnictwa stanowi znaczny udział w całkowitej ilości biomasy możliwej do pozyskania. Szacuje się, że roczna produkcja słomy zbożowej w Polsce wynosi ok. 25 26 mln t, co stanowi ok. 10% obecnego rocznego wydobycia węgla kamiennego. Z 1 ha użytków rolnych rocznie można uzyskać ok. 4,5 t słomy i 4,0 12,0 t siana, co stanowi równowartość ok. 2,2 t węgla kamiennego. Ostatnio zainteresowanie biomasą rolniczą znacznie zwiększyło się, w wyniku wejścia w życie rozporządzenia Ministra Gospodarki z 14 sierpnia 2008 r., dotyczącego ograniczenia wykorzystania biomasy leśnej w procesach spalania. Podstawowym produktem ubocznym produkcji rolnej jest słoma oraz siano. Źródła literaturowe wymieniają również różnego rodzaju rośliny uprawne: słonecznik, kukurydza, owies i inne. Obecnie najczęściej na cele energetyczne wykorzystuje się słomę, co podyktowane jest znacznymi jej nadwyżkami w produkcji rolniczej. Niestety, w niektórych gospodarstwach rolnych niezagospodarowaną biomasę wypala się lub pozostawia na polach i łąkach. Jedną z przyczyn takiego stanu rzeczy jest mała gęstość objętościowa siana i słomy, wymuszająca konieczność posiadania znacznej przestrzeni magazynowej do ich składowania. Na cele energetyczne, oprócz nadwyżek słomy, można przeznaczyć również nadwyżki traw z trwałych użytków zielonych oraz rośliny energetyczne z upraw celowych. Biomasa, w zależności od właściwości fizykochemicznych i cieplnych, a szczególnie od wartości opałowej (tab. 1), może znaleźć zastosowanie w ciepłownictwie, elektroenergetyce, a nawet w transporcie. Biomasa stała może bowiem stanowić materiał wyjściowy do produkcji biopaliw stałych, ciekłych i gazowych, z zastosowaniem różnych procesów, takich jak zgazowanie czy fermentacja. Przetworzona biomasa (np. w procesie peletyzacji) cechuje się nie tylko mniejszą gęstością usypową, ale również lepszymi właściwościami energe- 108 ITP w Falentach; PIR 2013 (X XII): z. 4 (82)
Energetyczne wykorzystanie biomasy z produkcji rolniczej w procesie współspalania Tabela 1. Średnie składy elementarne oraz wartości opałowe biomasy Table 1. Average elemental compositions and calorific values of biomass Rodzaj biomasy Type of biomass Pszenna Wheat Jęczmienna Barley Kukurydziana Corn Zboże Cereal Rzepak Colza Słonecznik Sunflower Orzech ziemny Peanut Orzech laskowy Hazelnut Orzech włoski Walnut Słonecznik Sunflower Topola Poplar Wierzba Willow Buk Beech Trawa Grass Siano Hay Udział składnika Proportion of component C H O N S Cl Słoma Straw Zawartość popiołu Ash content Części lotne Volatiles Wartość opałowa Calorific value [MJ kg 1 ] 43,8 5,65 38,8 0,6 0,04 0,85 6,4 76,1 17,2 43,95 6,05 44,6 0,6 0,1 0,58 4,5 79,8 17,5 42,5 5,27 38,2 0,9 0,07 0,32 9,8 74,5 16,3 Ziarno Grain 44,9 6,25 43,45 1,55 0,1 0,14 2,3 80,8 17 60,5 7,2 23,7 3,9 0,1 4,6 85,2 26,5 50,5 5,9 34,9 1,3 0,1 0,4 Łupiny Shells 47,26 6,1 38,7 1,37 0,05 4,14 73,7 18,9 50,8 5,6 41,1 1 0 0,2 1,40 60,3 53,6 6,6 35,5 1,5 0,1 0,2 2,80 59,3 47,4 5,8 41,3 1,4 0,06 0,1 4,00 76,2 Drewno Wood 48,7 6,2 40,9 1,0 0,02 0,01 1,81 84,4 17,0 45,9 6,0 43,1 0,57 0,06 0,01 1,77 81,6 18,4 48,7 6,2 43,2 0,2 0,02 0,007 0,50 83,2 18,4 Inne Other 46,5 5,8 37,2 0,95 0,14 0,79 8,91 76,1 16,5 45,3 6,0 40,4 1,2 0,14 0,53 6,40 74,8 17,2 Źródło: opracowanie własne na podstawie: GŁODEK [2010], HAN i in. [2010], JENKINS i in. [1998], SAIDUR i in. [2011]. Source: own elaboration based on GŁODEK [2010], HAN et al. [2010], JENKINS et al. [1998], SAIDUR et al. [2011]. tycznymi, a szczególnie większą wartością opałową. W samym procesie suszenia można prawie 3-krotnie zwiększyć wartość energetyczną biomasy, o czym świadczą dane przedstawione na rysunku 1 [GŁODEK 2010; MROZIŃSKI 2013]. Wykorzystanie w celach energetycznych przetworzonej biomasy roślinnej w postaci brykietów czy peletów istotnie wpływa również na obniżenie kosztów transportu oraz daje możliwość pełnej automatyzacji procesu spalania. ITP w Falentach; PIR 2013 (X XII): z. 4 (82) 109
Wartość energetyczna Energy value [kwh kg 1 ] Monika Zajemska, Dorota Musiał Słoma żytnia Rye straw Słoma jęczmienna Barley straw Wilgotność Humidity Źródło: opracowanie własne na podstawie: GŁODEK [2010] i MROZIŃSKI [2013]. Source: own elaboration based on GŁODEK [2010] and MROZIŃSKI [2013]. Rys. 1. Zależność wartości energetycznej słomy od zawartości wilgoci Fig. 1. The moisture content of straw as a function of energy value Najbardziej rozpowszechnioną formą energetycznego wykorzystania biomasy rolniczej jest jej bezpośrednie spalanie lub współspalanie w przeznaczonych do tego celu urządzeniach grzewczych (rys. 2). Na rynku dostępne są różnego rodzaju kotły na biomasę, dostosowane do rodzaju paliwa, a co za tym idzie takich jego właściwości, jak wartość opałowa czy wilgotność. Najlepsze efekty energetyczne przynosi, jak już wcześniej wspomniano, sucha biomasa w postaci peletów czy brykietów, ale ze względów ekonomicznych spala się również biomasę w formie nieprzetworzonej, np. słomę, pestki dyni, ziarno słonecznika oraz ziarna innych roślin uprawnych. W zależności od ilości wytwarzanej w gospodarstwie rolnym biomasy może ona znaleźć zastosowanie do ogrzewania lub produkcji ciepłej wody użytkowej bądź może stanowić paliwo dla elektrowni opalanych biomasą. Szczególną formą spalania biomasy jest jej współspalanie z konwencjonalnymi paliwami, np. z węglem kamiennym, czy gazem ziemnym w procesie zwanym reburnigiem (rys. 3). Za stosowaniem tej metody przemawia fakt, że, ze względu na swoje właściwości, nie każda biomasa nadaje się do energetycznego wykorzystania. Mała wartość opałowa biomasy, a co za tym idzie większe jej zapotrzebowanie, skłania do wyboru takich rozwiązań, jak wspomniane wcześniej współspalanie. Dodatkowym aspektem zaproponowanej w niniejszej pracy formy współspalania jest efekt ekologiczny. Stopniowanie paliwa, tzw. reburning, prowadzi bowiem do znacznej redukcji stężenia tlenków azotu. 110 ITP w Falentach; PIR 2013 (X XII): z. 4 (82)
Energetyczne wykorzystanie biomasy z produkcji rolniczej w procesie współspalania Gaz palny Combustible gas Węgiel + biomasa Coal + biomass Biomasa Biomass Węgiel Coal Źródło: opracowanie własne na podstawie: MROZIŃSKI [2013]. Source: own elaboration based on MROZIŃSKI [2013]. Rys. 2. Schemat współspalania biomasy Fig. 2. Diagram of biomass co-firing process Gazy odlotowe (dopuszczalna emisja NO x i CO 2) Waste gases (allowable emissions of NO x and CO 2) Powietrze dopalające Post-combustion air Paliwo reburningowe (gaz, węgiel, biomasa) 10 20% całkowitej ilości ciepła Reburning fuel (gas, coal or biomass) 10 20% of the total amount of heat Dopalenie CO do CO 2 Afterburning of CO to CO 2 Niska emisja NO x (redukcja 60 90%) Low NO x emissions (reduction of 60 90%) Wysoka emisja NO x High NO x emissions Paliwo pierwotne (węgiel) Primary fuel (coal) Źródło: opracowanie własne na podstawie: CARLIN i in. [2009]. Source: own elaboration based on CARLIN et al. [2009]. Rys. 3. Schemat procesu reburningu Fig. 3. Diagram of reburning process Istota procesu reburningu sprowadza się do rozdziału paliwa na dwie części. W początkowym etapie następuje spalanie głównej części paliwa (paliwo konwencjonalne), która stanowi ok. 80% całkowitej energii chemicznej wprowadzanej do komory spalania. Nadmiar powietrza w tzw. strefie głównej wynosi λ p = 1,05 1,2. Ilość powstających w tej strefie tlenków azotu zależy od zawartości azotu w paliwie oraz od warunków spalania. W drugim etapie, w tzw. strefie reburningu, doprowadza się paliwo redukcyjne (np. biomasę), które stanowi najczęściej do 20% całkowitej energii chemicznej paliwa. Nadmiar powietrza w tej strefie wynosi λ r = 0,7 0,9. W strefie reburningu, dzięki obecności rodników CH i, powstałych z rozkładu paliwa redukcyjnego, zachodzi przemiana tlenków azotu w azot cząsteczkowy N 2. ITP w Falentach; PIR 2013 (X XII): z. 4 (82) 111
Monika Zajemska, Dorota Musiał W ostatniej strefie spalania doprowadza się dodatkowe powietrze dopalające, w celu dopalenia nieutlenionych palnych składników, głównie tlenku węgla [SZECÓWKA, POSKART 2003]. Skuteczność metody reburningu, w zależności od rodzaju zastosowanego paliwa reburningowego, może stanowić nawet 60%. Zakres i metody badań Celem przedstawionych w niniejszej pracy badań było przybliżenie możliwości energetycznego wykorzystania biomasy z produkcji rolniczej w procesie współspalania z gazem ziemnym. Analizie poddano siedem rodzajów biomasy pochodzącej z produkcji rolniczej, a mianowicie: słomę, siano, łupiny słonecznika i orzecha włoskiego oraz ziarno słonecznika, pestki dyni w łupinach i ziarno kukurydzy. Zakres badań obejmował: przygotowanie próbek, wyznaczenie własności cieplno-fizycznych (tab. 2), eksperyment na gorąco w komorze grzewczej: ustalenie parametrów przepływowych, pomiar stężenia NO x w spalinach wylotowych, pomiar temperatury spalin. Przed rozpoczęciem badań zasadniczych wysuszono i rozdrobniono biomasę w laboratoryjnym młynku nożowym firmy Testchem, wyposażonym w sito o średnicy 1 mm (fot. 1) oraz wyznaczono parametry pracy komory eksperymentalnej (tab. 3). Wysuszoną i rozdrobnioną biomasę wprowadzono do rozgrzanej komory eksperymentalnej za pomocą podajnika ślimakowego, zapewniającego stały wydatek objętościowy biomasy. Strumień wprowadzanej biomasy oraz udział w całkowitej ilości ciepła wprowadzanego do komory przedstawiono w tabeli 4. Udział w ilości ciepła wyznaczono z zależności (1): Udział w cieple Qw ( biomasa ) V ( biomasa ) (1) Q V Q V w ( biomasa ) ( biomasa ) w ( gaz ziemny ) ( gaz ziemny ) gdzie: Q wartość opałowa biomasy [MJ kg 1 ]; w(biomasa) Q w(gaz ziemny) wartość opałowa gazu ziemnego [MJ m 3 ]; V ( biomasa) strumień biomasy [kg h 1 ]; V ( gaz ziemny ) strumień gazu ziemnego [m 3 h 1 ]. Stosunek nadmiaru powietrza λ w strefie reburningu w zależności od rodzaju zastosowanej biomasy mieścił się w zakresie 0,95 0,78. Początkowe, zmierzone stężenie tlenków azotu na wyjściu z komory, wyniosło 125 ppm. 112 ITP w Falentach; PIR 2013 (X XII): z. 4 (82)
Energetyczne wykorzystanie biomasy z produkcji rolniczej w procesie współspalania Tabela 2. Wybrane własności cieplno-fizyczne analizowanej biomasy z produkcji rolniczej Table 2. Selected thermo-physical properties of analyzed biomass from agricultural production Paliwo Fuel Wartość opałowa Calorific value [MJ kg 1 ] Ciepło spalania Heat of combustion [MJ kg 1 ] Zawartość popiołu Ash content Części lotne Volatiles Zawartość wilgoci Moisture content Słoma Straw 14,66 15,94 3,31 64,97 11,20 Siano Hay 16,39 17,58 4,57 70,85 5,80 Łupiny słonecznika Sunflower shells 17,68 18,94 1,57 66,60 7,90 Łupiny orzecha włoskiego Walnut shells 18,88 20,13 1,12 72,28 6,80 Ziarno słonecznika Sunflower grain 28,07 29,32 3,32 81,69 7,70 Pestki dyni Pumpkin seeds 25,27 26,48 4,29 80,19 5,60 Ziarno kukurydzy Corn grain 14,71 16,05 1,06 73,27 13,20 Źródło: wyniki własne. Source: own study. Źródło: fot. M. Zajemska. Source: photo. M. Zajemska. Fot. 1. Widok laboratoryjnego młynka nożowego z kompletem sit Photo 1. View of a laboratory cutter mill with a sieves set Tabela 3. Wyjściowe warunki przepływowe w komorze eksperymentalnej Table 3. Output flow conditions in the experimental chamber Główna strefa spalania Main combustion zone Strumień powietrza [m 3 h 1 ] Air stream [m 3 h 1 ] 29,0 Strumień gazu [m 3 h 1 ] Gas stream [m 3 h 1 ] 2,835 Stosunek nadmiaru powietrza λ Air excess ratio λ 1,1 Źródło: wyniki własne. Source: own study. ITP w Falentach; PIR 2013 (X XII): z. 4 (82) 113
Monika Zajemska, Dorota Musiał Tabela 4. Zestawienie wybranych parametrów wprowadzanej biomasy Table 4. Set of selected parameters of supplied biomass Paliwo reburningowe Reburning fuel Strumień biomasy Biomass stream [kg h 1 ] Udział w cieple Share in the heat Słoma Straw 0,417 5,879 Siano Hay 0,488 7,556 Łupiny słonecznika Sunflower shells 1,072 16,215 Łupiny orzecha włoskiego Walnut shells 1,014 16,351 Ziarno słonecznika Sunflower grain 0,838 19,365 Pestki dyni Pumpkin seeds 0,574 12,890 Ziarno kukurydzy Corn grain 1,109 14,272 Źródło: wyniki własne. Source: own study. Schemat stanowiska eksperymentalnego Badania eksperymentalne przeprowadzono w komorze grzewczej o przekroju cylindrycznym. Średnica wewnętrzna komory wynosiła 0,34 m, a sumaryczna długość 3,12 m (rys. 4). Odpady z produkcji rolniczej Wastes from agricultural production 5 4 2 1 3 7 TESTO 350 6 8 Gaz ziemny Natural gas Powietrze Air Źródło: opracowanie własne. Source: own elaboration. Rys. 4. Schemat stanowiska eksperymentalnego: 1 wymurówka ogniotrwała, 2 palnik wirowy, 3 otwory pomiarowe, 4 sonda pomiarowa, 5 analizator spalin TE- STO 350, 6 termoelement NiCr-Ni, 7 karta pomiarowa, 8 okno wziernikowe Fig. 4. The scheme of experimental stand: 1 fireproof furnace lining, 2 turbulent burner, 3 measurement holes, 4 probe, 5 flue gas analyzer TESTO 350, 6 PtRh-Pt thermocouple, 7 measuring card, 8 viewing window W początkowym segmencie komory umiejscowiono przemysłowy palnik wirowy o max. mocy 120 kw, w którym spalano gaz ziemny. Na długości komory wykonano otwory pomiarowe, pozwalające na pomiar temperatury oraz składu chemicznego spalin. Odpady produkcji rolniczej wprowadzano do komory w odległości ok. 1/3 114 ITP w Falentach; PIR 2013 (X XII): z. 4 (82)
Energetyczne wykorzystanie biomasy z produkcji rolniczej w procesie współspalania długości komory od palnika głównego (tj. 910 mm), co podyktowane było warunkami spalania. Skład spalin mierzono za pomocą analizatora TESTO 350, połączonego z komputerem, a temperatury za pomocą termoelementu aspiracyjnego NiCr-Ni. Widok ogólny komory grzewczej od strony palnika przedstawiono na zdjęciu 2. Źródło: fot. M. Zajemska. Source: photo. M. Zajemska. Fot. 2. Widok komory grzewczej Photo 2. View of the heating chamber Wyniki badań W ramach badań eksperymentalnych dokonano pomiarów stężenia tlenków azotu na wyjściu z komory podczas współspalania wszystkich analizowanych rodzajów biomasy z gazem ziemnym (rys. 5), a następnie obliczano skuteczność redukcji NO x, według zależności (2): NOx ( bez reburningu ) NOx ( z reburningi em ) Skuteczno ś ć redukcji NOx 100 % (2) NO gdzie: NO x stężenie [ppm]. x ( bez reburningu ) Uzyskane wyniki badań dowiodły, że stężenie NO x zależy od rodzaju paliwa reburningowego. Dla wszystkich współspalanych odpadów produkcji rolniczej otrzymano mniejsze stężenie tlenków azotu niż podczas spalania samego gazu ziemnego. Najmniejszą wartość odnotowano dla całych ziaren słonecznika i wynosiła ona 85 ppm, a tym samym największą skuteczność redukcji tlenków azotu równą 30%. Największe stężenie NO x otrzymano dla ziaren kukurydzy i wyniosło ono 108 ppm, co dało skuteczność redukcji na poziomie 11%. Zadowalające wyniki otrzymano również dla łupin orzecha włoskiego, a mianowicie 87 ppm oraz dla pestek dyni 88 ppm. Zaobserwowane różnice w uzyskanych wartościach stężenia zależą przede wszystkim od właściwości biomasy, a szczególnie od zawartości części lotnych. ITP w Falentach; PIR 2013 (X XII): z. 4 (82) 115
Stężenie NOx NOx concentration [ppm] Skuteczność redukcji NOx Reduction effectiveness of NOx Monika Zajemska, Dorota Musiał Stężenie NOx NOx concentration Skuteczność redukcji NOx Reduction effectiveness of NOx Źródło: wyniki własne. Source: own study. Rys. 5. Zmiany stężenia oraz skuteczność redukcji NO x w spalinach wylotowych podczas współspalania odpadów z produkcji rolniczej z gazem ziemnym: 1 gaz ziemny, 2 słoma, 3 siano, 4 łupina słonecznika, 5 łupina orzecha, 6 ziarno słonecznika, 7 pestki dyni, 8 ziarno kukurydzy Fig. 5. Concentration changes and effectiveness of NO x reduction in the outlet exhaust gases during the co-combustion of wastes from agricultural production with natural gas: 1 natural gas, 2 straw, 3 hay, 4 sunflower shell, 5 nutshell, 6 sunflower seeds, 7 pumpkin seeds, 8 grain corn Innym istotnym parametrem, mającym wpływ na skuteczność redukcji NO x, jest udział biomasy w całkowitej ilości ciepła wprowadzanego do procesu. Największą zawartość części lotnych odnotowano dla całych pestek słonecznika i dyni, natomiast najmniejszą dla słomy. Dla pestek słonecznika największy był również udział w cieple i wynosił ponad 19%. Te dwa czynniki miały decydujący wpływ na dużą skuteczność redukcji NO x, uzyskaną dla pestek słonecznika. Podsumowanie i wnioski Rodzaj paliwa Type of fuel Energetyczne zagospodarowanie biomasy z produkcji rolniczej jest korzystne ze względów ekologicznych. Jednym ze sposobów wykorzystania biomasy rolniczej do celów energetycznych jest jej współspalanie w procesie reburningu z paliwami konwencjonalnymi, np. z gazem ziemnym. Zastosowana w badaniach technologia współspalania biomasy w kotle o mocy 120 kw prowadzi, ze względu na swoją specyfikę, do znacznego zmniejszenia stężenia tlenków azotu w spalinach. Osiągnięty w badaniach stopień redukcji tlenków azotu dla analizowanych gatunków biomasy jest zadowalający i skłania do przeprowadzenia eksperymentów na szerszą skalę. 116 ITP w Falentach; PIR 2013 (X XII): z. 4 (82)
Energetyczne wykorzystanie biomasy z produkcji rolniczej w procesie współspalania Reasumując, można stwierdzić, że: 1. Odpowiednio przygotowana biomasa nabiera dużej wartości jako paliwo. Dobre wysuszenie i obróbka pozwala zagospodarować biomasę gorszej jakości (np. siano z łąk ekstensywnie użytkowanych). 2. Produkcja biomasy rolniczej może przyczyniać się do uzyskania ekologicznej energii, co umożliwia zmniejszenie emisji CO 2 i SO 2. 3. Efektem ekologicznym, wynikającym ze współspalania biomasy rolniczej z gazem ziemnym w procesie reburningu, jest zmniejszenie emisji tlenków azotu. Bibliografia BALLESTER J., ICHASO R., PINA A., GONZA LEZ M.A., JIME NEZ S. 2008. Experimental evaluation and detailed characterisation of biomass reburning. Biomass and Bioenergy. Vol. 32 s. 959 970. CARLIN N. T., ANNAMALAI K., HARMAN W. L., SWEETEN J. M. 2009. The economics of reburning with cattle manure-based biomass in existing coal-fired power plants for NO x and CO 2 emissions control. Biomass and Bioenergy. Vol. 33 s. 1139 1157. GŁODEK E. 2010. Spalanie i współspalanie biomasy. Przewodnik [online]. Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych. [Dostęp 29.10.2013]. Dostępny w Internecie: www.oze.opole.pl/ zalacznik.php id=364 element=470 HAN K., NIU S., LU CH. 2010. Experimental study on biomass advanced reburning for nitrogen oxides reduction. Process Safety and Environmental Protection. Vol. 88 s. 425 430. JENKINS B.M., BAXTER L.L., MILES T.R., MILES T.R. 1998. Combustion properties of biomass. Fuel Processing Technology. Vol. 54 s. 17 46. MROZIŃSKI A. 2013. Biomasa - spalanie biomasy stałej [online]. Wydział Inżynierii Mechanicznej. [Dostęp 29.10.2013]. Dostępny w Internecie: www.amrozinski.utp.edu.pl/materialy/bsw/ 3Biomasa%20-%20spalanie%20biomasy%20stalej.pdf ROSZKOWSKI A. 2012. Biomasa i bioenergia bariery technologiczne i energetyczne. Problemy Inżynierii Rolniczej. Nr 3 s. 79 100. SAIDUR R., ABDELAZIZ E.A., DEMIRBAS A., HOSSAIN M.S., MEKHILEF S. 2011. A review on biomass as a fuel for boilers. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Vol. 15 s. 2262 2289. SU Y., GATHITU B.B., CHEN W. 2010. Efficient and cost effective reburning using common wastes as fuel and additives. Fuel. Vol. 89 s. 2569 2582. SU Y., REN L., DENG W. 2013. Experiment study on NO reduction by reburning of waste tire. Procedia Environmental Sciences. Vol. 18 s. 359 365. SZECÓWKA L., POSKART M. 2003. Wpływ równoczesnego stosowania metod pierwotnych na redukcję stężenia tlenków azotu. Ochrona Powietrza i Problemy Odpadów. Nr 6 s. 173 177. WANG X., TAN H., NIU Y., POURKASHANIAN M., MA L., CHEN E., LIU Y., LIU Z., XU T. 2011. Experimental investigation on biomass co-firing in a 300 MW pulverized coal-fired utility furnace in China. Proceedings of the Combustion Institute. Vol. 33 s. 2725 2733. WILLIAMS A., JONES J.M., MA L., POURKASHANIAN M. 2012. Pollutants from the combustion of solid biomass fuels. Progress in Energy and Combustion Science. Vol. 38 s. 113 137. ITP w Falentach; PIR 2013 (X XII): z. 4 (82) 117
Monika Zajemska, Dorota Musiał Monika Zajemska, Dorota Musiał ENERGY USE OF BIOMASS FROM AGRICULTURAL PRODUCTION IN CO-COMBUSTION PROCESS Summary In this paper the use of biomass from agricultural production, i.e.: hay, straw, husks of sunflower and whole walnuts, as well as seeds of sunflower, pumpkin and corn in cocombustion process with natural gas was proposed. Laboratory experiment was performed in a cylindrical heating chamber with an internal diameter 0.34 m and total length of 3.12 m. The combustion technology applied in research is called reburning. It allows not only for utilization the biomass for energy purposes, but also brings environmental benefits. Due to the specificity of this method, it leads to a significant reduction in the concentration of nitrogen oxides in the flue gas. In the light of current environmental standards it is very desirable action. The reburning method can be used in many energy devices, both in the power industry, as well as industrial energy. As fuel in this process conventional fuels are primarily used. But there are also many reasons for the use of biomass, and as evidenced by the results of research presented in this article. Key words: biomass, combustion, reburning, nitrogen oxides, pollutants emission Adres do korespondencji: dr inż. Monika Zajemska Politechnika Częstochowska Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej 42-200 Częstochowa, ul. Armii Krajowej 19 tel. 34 325-06-31; e-mail: zajemska@wip.pcz.pl 118 ITP w Falentach; PIR 2013 (X XII): z. 4 (82)