
A biomassza energetikai felhasználásának legrégebbi módja az eltüzelés. Ennek folyamatát mutatjuk be. A tüzelés szinte egyidős az emberiséggel és a legkorábban felismert és használt megújuló energia hasznosításának módja. A biomassza tüzelés során az égés folyamatát kisérhetjük végig a különböző hőfokokon történő jelenségek megismerésével.
Biomassza tüzelés
A biomasza eltüzelése a legrégebbi energianyerési forma. A szilárd tüzelőanyag éghető és meddő részből áll. Éghető részek a szén /C/, hidrogén /H/ kén /S/ és foszfor /P/, nem éghető rész az oxigén /O/, a nitrogén /N/, a nedvességtartalom /H2O/ és a hamu /ásványi anyagok, karbonátok, szilikátok, foszfátok, szulfátok, oxidok stb./. Égésnek nevezzük azt a vegyi folyamatot, melynek során valamely anyag magas hőmérsékleten hőfejlődés mellett egyesül a levegő oxigénjével.
Az égés feltételei általában:
- Éghető anyag
- Oxigén
- Gyulladási hőmérséklet
- Oxigén és az éghető anyag megfelelő keveredése
Égéshő: az a hőmennyiség, amely egységnyi anyag elégetésekor keletkezik úgy, hogy a kezdeti anyag és a végtermék is 20 oC-os.
A biomassza égéshője meghatározható kaloriméterrel /méréssel/, vagy számítással:
Hf =338C + 1420(H-O/8) + 105S [kJ/kg] szilárd anyagok esetén
Hf=124CO + 1420H + 420CH4 + … [kJ/Nm3] gázok esetében
A biomassza fűtőértéke általában 15 MJ/kg értékkel számolható reálisan, 10% körüli nedvességtartalom esetén.
A tüzelés veszteségei:
- Füstgázzal távozó hőenergia
- A tökéletlen égés miatti veszteség
- A visszamaradt anyagok miatti veszteség
Az eltüzelés során keletkező gáz halmazállapotú égésterméket nevezzük füstgáznak. Beszélünk elméleti és valóságos száraz ill. nedves füstgázmennyiségről, attól függően, hogy a légfelesleg-tényezőt figyelembe vesszük-e: Vfn=Vfon + (m-1) . Vo , ahol Vfn a valóságos, Vfon az elméleti nedves füstgázmennyiség, m a légfelesleg tényező, Vo pedig az elméleti levegőszükséglet.
A biomassza égése során égési szakaszok különíthetők el:
- < 100oC , szárad /nedvességtartalom különválik/
- 100oC< <200oC , molekulák hasadása – gázképződés
- 225oC< , megkezdődik a folyamatos égés
- 260oC< , exoterm /spontán hőtermelő/ folyamat
- 1000oC körül az összes gáz már elég, a visszamaradó karbon égése
A biomassza-alapú tüzelőberendezéseket teljesítménytől függően általában úgy tervezik, hogy az egyes szakaszok veszteségei a lehető legkisebbek legyenek, a lehető legtökéletesebb, legnagyobb hatásfokú legyen az égés. A szakaszos üzemű berendezésekhez képest a folyamatos üzeműekben biztosítani kell, hogy a fenti fázisok kialakulhassanak, és a megfelelő hatásfok és károsanyag-jellemzők elérése érdekében kellő mennyiségű O2 álljon rendelkezésre.
A légfelesleg-tényező alakulása a tüzelés egyes fázisaiban:
- 2,5-7 a begyújtási fázisban
- 1,5-2,5 az égési főfázisban
- 2,5-5 a leégési fázisban
A közvetlen eltüzeléssel keletkező hőenergiának természetesen többfajta hasznosítása lehetséges, a direkt fűtéstől a forróvíz- vagy gőztermelésig, fűtési, melegvízellátási vagy technológiai célra.
A biomassza tüzelés közvetett módjai a gázosítás és a pirolízis. Az elsőre /nem biomasszás!/ példa a városi gáz gyártása, széngáz előállítása száraz levegő befúvásával,
2C + O2 + N2 = 2CO + N2. A pirolízis az oxidáló közegek kizárásával végzett hőbontás, amely nagy karbontartalmú anyagok lebontását és depolimerizációját eredményezi. Fa- és egyéb szilárd hulladékok pirolízise során az egyik termék a fagáz, amit gázmotor hajtására használva ma már kedvező hatásfokkal lehet kapcsolt hő- és villamosenergia termelést folytatni.
09.09.2009