Badanie emisji wybranych zanieczyszczeń gazowych podczas spalania peletów z agro biomasy w kotle małej mocy

Szyszlak-Bargłowicz, J.; Zając, G.; Słowik, T.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Badanie emisji wybranych zanieczyszczeń gazowych podczas spalania peletów z agro biomasy w kotle małej mocy

Autorzy

Szyszlak-Bargłowicz J. , Zając G. , Słowik T.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Research on Emissions from Combustion of Pellets in Agro Biomass Low Power Boiler

Języki publikacji

Abstrakty

Dynamiczny rozwój rynku biomasy powoduje, że jej tradycyjne źródła nie dają możliwości pokrycia zapotrzebowania na nią. Alternatywą może być biomasa pozyskiwana z innych źródeł w tym biomasa typu agro, która mogłyby zastąpić pelety drzewne stosowane w indywidualnym ogrzewnictwie. Przed jej szerszym wprowadzeniem do użytkowania należy wziąć pod uwagę, że efektywność techniczna i eksploatacyjna generowania ciepła w źródłach małej mocy uzależniona jest zarówno od paliwa jak i od urządzenia grzewczego. Charakterystyka techniczna urządzenia grzewczego determinuje dobór paliwa, z kolei jakość paliwa wpływa na organizację procesu spalania. Rozważając spalanie w nich peletów z innych rodzajów biomasy, należy prowadzić proces w sposób kontrolowany, tak aby nie destabilizować procesu spalania a tym samym zwiększać strat i emisji. Celem przeprowadzonych badań było wykazanie i przeanalizowanie efektów ekologicznych i problemów eksploatacyjnych wynikających ze stosowania peletów z biomasy typu agro w kotle małej mocy przystosowanym do spalania peletów drzewnych. Określono emisję CO, NO, SO₂, podczas spalania w kotle automatycznym, o mocy 10 kW peletów: drzewnych, ze ślazowca pensylwańskiego, miskanta olbrzymiego, słomy rzepakowej i z łusek słonecznika. Instalacja zastosowana w badaniach była typową instalacją wykorzystywaną do ogrzewania domów jednorodzinnych przeznaczoną do spalania peletów drzewnych. Najniższe stężenie CO i SO₂ stwierdzono podczas testu spalania petów drzewnych. Wynosiło ono, po przeliczeniu na 10% zaw. O₂ w spalinach, odpowiednio: CO 70,16 mg∙m^-3; SO₂ 0,0655 mg∙m^-3. Najwyższe stężenie CO stwierdzono podczas testu spalania peletów z łusek słonecznika: 470,21 mg∙m^-3 (10% zaw. O₂), a najwyższe stężenie SO₂ odnotowano podczas testu spalania peletów ze słomy rzepakowej 0,1384 mg∙m^-3 (10% zaw. O2). Otrzymane wyniki badań emisji SO₂ korespondują z badaniami zwartości siarki w spalanych paletach. Najwyższe stężenie NO (10% zaw. O₂) stwierdzono podczas spalania peletów drzewnych 271,73 mg∙m^-3 i peletów ze ślazowca pensylwańskiego 248,31 mg∙m^-3, nieco niższa podczas spalania słomy rzepakowej 136,76 mg∙m^-3 a najniższe podczas spalania peletów z miskanta olbrzymiego i łusek słonecznika 75,79 mg∙m^-3 i 58,62 mg∙m^-3. Największe problemy z ustabilizowaniem pracy kotła wystąpił podczas spalania peletów z łusek słonecznika, co przełożyło się na najwyższą emisję tlenku węgla w spalinach, wynikającą z niezupełnego spalania paliwa.

The dynamic development of the biomass market makes its traditional sources are not capable of covering demand for it. Alternatively, biomass can be obtained from other sources including biomass agro type that could replace wood pellets used in individual heating systems. Before to its introduction to the wider use should be taken into account that the effectiveness of technical and operational generating heat sources of low power depends on both the fuel and the heating device. Technical characteristics of the heating equipment determines the choice of fuel, in turn, affects the quality of fuel organization of the combustion process. Considering the combustion of these pellets in other types of biomass, the process should be carried out in a controlled manner so as not to destabilize the combustion process and thereby increase the losses and emissions. The aim of the study was to demonstrate and analyze the effects of environmental and operational problems arising from the use of pellets from biomass in agro-type boiler low power adapted to burn wood pellets. Specified emission of CO, NO, SO₂, during combustion in the boiler automatic 10 kW pellets: wood, from Virginia mallow, giant miscanthus, rape straw and sunflower husk. The installation used in the study was a typical installation, used for heating houses designed to burn wood pellets. The lowest concentration of CO and SO₂ were found during the combustion test wood pets. It was, after conversion to 10% excl. O₂ in the exhaust gasses, respectively, CO 70.16 mg∙m^-3; SO₂ 0.0655 mg∙m^-3. The highest concentration of CO were found during the combustion test pellets from sunflower husk: 470.21 mg∙^-3 (10% excl. O₂), and the highest concentration of SO₂ was recorded during the combustion test pellets from rape straw 0.1384 mg∙^-3 (10% excl. O₂). The results obtained SO₂ emissions correspond to the sulfur concentration in burned pallets. The highest concentration of NO (10% excl. O₂) found during the combustion test wood pellets 271.73 mg∙m^-3 and pellets from Virginia mallow 248.31 mg∙m^-3, slightly lower than the combustion of rape straw 136.76 mg∙m^-3 and the lowest during the combustion of pellets from giant miscanthus and sunflower husk 75.79 mg∙m^-3 and 58.62 mg∙^-3. The biggest problems with the stabilization of the boiler occurred while burning pellets from sunflower husk, which resulted in the highest emissions of carbon monoxide in the exhaust gasses resulting from incomplete combustion of fuel.

Słowa kluczowe

pelety spalanie biomasy kotły biomasowe

pellets biomass combustion biomass boilers

Wydawca

Politechnika Koszalińska

Czasopismo

Rocznik Ochrona Środowiska

Rocznik

2017

Tom

Tom 19

Strony

715--730

Opis fizyczny

Bibliogr. 38 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Szyszlak-Bargłowicz J.

Uniwersytet Przyrodniczy, Lublin

autor

Zając G.

Uniwersytet Przyrodniczy, Lublin

autor

Słowik T.

Uniwersytet Przyrodniczy, Lublin

Bibliografia

1. Carvalho, L., Wopienka, E., Pointner, C., Lundgren, J., Verma, V. K., Haslinger, W., & Schmidl, C. (2013). Performance of a pellet boiler fired with agricultural fuels. Applied Energy, 104, 286-296.
2. Castellano, J. M., Gómez, M., Fernández, M., Esteban, L. S., & Carrasco, J. E. (2015). Study on the effects of raw materials composition and palletization conditions on the quality and properties of pellets obtained from different woody and non woody biomasses. Fuel, 139, 629-636.
3. Czop, M., & Kajda-Szcześniak, M. (2013). Environmental impact of straw based fuel combustion. Archives of Environmental Protection, 39(4), 71-80.
4. Dias, J., Costa, M., & Azevedo, J. L. T. (2004). Test of a small domestic boiler using different pellets. Biomass and Bioenergy, 27(6), 531-539.
5. Frączek, J., Mudryk, K., & Wróbel, M. (2011). Rożnik przerośnięty Silphium perfoliatum L. - źródło biomasy do produkcji biopaliw stałych. Inżynieria Rolnicza, 15(6), 21-27.
6. García-Maraver, A., Popov, V., & Zamorano, M. (2011). A review of European standards for pellet quality. Renewable Energy, 36(12), 3537-3540.
7. González, J. F., González-Garcı́a, C. M., Ramiro, A., González, J., Sabio, E., Gañán, J., & Rodrı́guez, M. A. (2004). Combustion optimisation of biomass residue pellets for domestic heating with a mural boiler. Biomass and Bioenergy, 27(2), 145-154.
8. Gula, A., & Goryl, W. (2014). Toward a More Environmentally Friendly Use of Biomass for Energy Purposes in Poland. Polish Journal of Environmental Studies, 23(4), 1377-1380.
9. Hardy, T., Musialik-Piotrowska, A., Ciołek, J., Mościcki, K., & Kordylewski, W. (2012). Negative effects of biomass combustion and co-combustion in boilers. Environment Protection Engineering, 38(1), 25-33.
10. Juszczak, M. (2014). Concentrations of carbon monoxide and nitrogen oxides from a 15 kW heating boiler supplied periodically with a mixture of sunflower husk and wood pellets. Environment Protection Engineering, 40(2), 65-74.
11. Kjällstrand, J., & Olsson, M. (2004). Chimney emissions from small-scale burning of pellets and fuelwood—examples referring to different combustion appliances. Biomass and Bioenergy, 27(6), 557-561.
12. Konieczyński, J., Komosiński, B., Cieślik, E., Konieczny T., Mathews, B., Rachwał, T., Rzońca, G. (2017). Research into properties of dust from domestic central heating boiler fi red with coal and solid biofuels. Archives of Environmental Protection, 43(2), 20-27.
13. Kordylewski, W., & Mościcki, K. (2010). Charakterystyka procesu spalania granulatów biomasowych w palenisku retortowym. Archiwum Spalania,
14. Krzyżaniak, M., Stolarski, M. J., Niksa, D., Tworkowski, J., & Szczukowski, S. (2016). Effect of storage methods on willow chips quality. Biomass andBioenergy, 92, 61-69.
15. Lajili, M., Jeguirim, M., Kraiem, N., & Limousy, L. (2015). Performance of a household boiler fed with agropellets blended from olive mill solid waste and pine sawdust. Fuel, 153, 431-436.
16. Liu, H., Chaney, J., Li, J., & Sun, C. (2013). Control of NOx emissions of a domestic/ small-scale biomass pellet boiler by air staging. Fuel, 103, 792-798.
17. Mediavilla, I., Fernández, M., & Esteban, L. (2009). Optimization of pelletisation and combustion in a boiler of 17.5 kW th for vine shoots and industrial cork residue. Fuel Processing Technology, 90(4), 621-628.
18. Mirowski, T. (2016). Wykorzystanie biomasy na cele grzewcze a ograniczenie emisji zanieczyszczeń powietrza z sektora komunalno-bytowego. Rocznik Ochrona Środowiska, 18, 466-477.
19. Musialik-Piotrowska, A., & Ciołek, J. (2012). Porównanie emisji lotnych związków organicznych podczas spalania drewna. W. Ochrona powietrza atmosferycznego : wybrane zagadnienia. red. A. Musialik-Piotrowska , J. D. Rutkowski. 215-221. Wrocław.
20. Musialik-Piotrowska, A., Kordylewski, W., Ciołek, J., & Mościcki, K. (2010). Characteristics of air pollutants emitted from biomass combustion in small retort boiler. Environment Protection Engineering, 36(2), 123-131.
21. Niedziółka, I., Szpryngiel, M., Kachel-Jakubowska, M., Kraszkiewicz, A., Zawiślak, K., Sobczak, P., & Nadulski, R. (2015). Assessment of the energetic and mechanical properties of pellets produced from agricultural biomass. Renewable Energy, 76, 312-317.
22. Nilsson, D., Bernesson, S., & Hansson, P.-A. (2011). Pellet production from agricultural raw materials – A systems study. Biomass and Bioenergy, 35(1), 679-689.
23. Obidziński, S. (2014). Pelletization of biomass waste with potato pulp content. International Agrophysics, 28(1), 85-91.
24. Olsson, M., & Kjällstrand, J. (2004). Emissions from burning of softwood pellets. Biomass and Bioenergy, 27(6), 607-611.
25. Ozgen, S., Caserini, S., Galante, S., Giugliano, M., Angelino, E., Marongiu, A., & Morreale, C. (2014). Emission factors from small scale appliances burning wood and pellets. Atmospheric Environment, 94, 144-153.
26. Pająk, L., & Tomaszewska, B. (2016). Porównanie efektów energetycznych, ekonomicznych i ekologicznych wykorzystania pompy ciepła typu woda/ woda i solanka/woda do ogrzewania domu jednorodzinnego. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 47, 152-157.
27. Qiu, G. (2013). Testing of flue gas emissions of a biomass pellet boiler and abatement of particle emissions. Renewable Energy, 50, 94-102.
28. Rajczyk, R., Bień, J., Palka, H., Pogodziński, A., & Smorąg, H. (2014). Co-Combustion of Municipal Sewage Sludge and Hard Coal on Fluidized Bed Boiler WF-6. Archives of Environmental Protection, 40(3), 101-113.
29. Roy, M. M., Dutta, A., & Corscadden, K. (2013). An experimental study of combustion and emissions of biomass pellets in a prototype pellet furnace. Applied Energy, 108, 298-307.
30. Rybak, W. (2006). Spalanie i współspalanie biopaliw stałych. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej.
31. Szkarowski, A., & Janta-Lipinska, S. (2013). Examination of Boiler Operation Energy-ecological Indicators During Fuel Burning with Controlled Residual Chemical Underburn. Rocznik Ochrona Srodowiska, 15, 981-995.
32. Szlachta, J., & Jakubowska, J. (2013). Analiza procesu peletowania słomy zbożowej oraz zasadności dodawania otrąb zbożowych na przykładzie wybranego zakładu produkcyjnego. Inżynieria Rolnicza,4(147), 365-374.
33. Szmigielski, M., Zarajczyk, J., Kowalczyk-Juśko, A., Kowalczuk, J., Rydzak, L., Ślaska-Grzywna, B., Krzysiak, Z., Cycan, D., Szczepanik, M. (2014). Jakość brykietów z biomasy jako surowca do termochemicznego przetwarzania i produkcji gazu syntezowego. Przemysł Chemiczny,93(11), 1986-1990.
34. Ściążko, M., Zieliński, H., & Chmielniak, T. (2003). Termochemiczne przetwórstwo węgla i biomasy. Zabrze: IChPW.
35. Verma, V., Bram, S., & De Ruyck, J. (2009). Small scale biomass heating systems: standards, quality labelling and market driving factors-an EU outlook. Biomass and bioenergy, 33(10), 1393-1402.
36. Wielgosiński, G., & Łechtańska, P. (2010). Emisja zanieczyszczeń z procesu spalania biomasy. W: A. Musialik-Piotrowska, JD Rutkowski [red.]: Współczesne osiągnięcia w ochronie powietrza atmosferycznego. PZITS Oddział Dolnośląski, Wrocław, 391-400.
37. Zajac, G., Szyszlak-Barglowicz, J., Slowik, T., Wasilewski, J., & Kuranc, A. (2017). Emission characteristics of biomass combustion in a domestic heating boiler fed with wood and Virginia Mallow pellets. Fresenius EnvironmentalBulletin, 26(7), 4663-4670.
38. Zajemska, M., Musiał, D., Radomiak, H., Poskart, A., Wyleciał, T., & Urbaniak,D. (2014). Formation of Pollutants in the Process of Co-Combustion of Different Biomass Grades. Polish Journal of Environmental Studies, 23(4), 1445-1448.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-0141ed67-c5fd-4fee-9d78-33ed38a59194