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

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


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.


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


Relaiile ntre

umiditile n cele dou

baze sunt: db

dbW1

WW+

=

W1WWdb

=

bu

bu

bu


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



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



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.


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.


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

energia din biomasa

Documents