Initial research on optimizing the biomass fuel combustion process in low-power boilers
 
More details
Hide details
 
Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 2012;15(1):59–75
 
KEYWORDS
ABSTRACT
There exists a significant potential of unused biomass in Poland - consisting mostly of post-harvest straw. According to EU regulations, Poland has to reduce its CO2 emission and increase the share of renewable energy in the energy mix. These obligations can be partly met by a widespread use of biomass in individual and small, local grid heating systems. This can be achieved through the introduction to the market of new, highly efficient biomass boilers, or by upgrading the existing ones to achieve higher combustions standards. This is a very important issue for the environmental policy in Poland. The article presents the results of an initial research on optimising the straw combustion process with respect to its use as fuel in dedicated biomass boilers. Heat effects that occur during combustion were investigated using the thermal analysismethods (DTA, TG). Composition of the emitted gaseous combustion productswas examined. Changes in the phase composition of ashes obtained from burning of biomass fuel were determined with the use of XRD analysis. Observation of the morphological structure of the ashes was conducted with the use of the scanningmicroscopy technique. The influence of inlet air temperature and fuel humidity was assessed. Initial results of the conducted studies show the need for an algorithm controlling the biomass combustion processes for a wide range of biomass fuels. Such an algorithm should be applied in combustion control systems to increase the energy efficiency and environmental performance of biomass heating systems.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Wstępne badania nad optymalizacją procesu spalania paliw pochodzenia biomasowego w kotłach o małej mocy
biomasa, Słoma, kocioł, popiół, skład chemiczny
W Polsce istnieje znaczny, niewykorzystany potencjał energetyczny biomasy. Istotnym jego składnikiem jest słoma. Z kolei Polska jest zobowiązana do redukcji emisji CO2 oraz zwiększenia udziału energii odnawialnej w całkowitej produkcji energii. Z zobowiązań tych można po części wywiązać się przez stosowanie na szerszą skalę biomasy w indywidualnych czy lokalnych systemach ciepłowniczych. Można to osiągnąć przez opracowanie konstrukcji i wprowadzenie na rynek jednostek efektywnie spalających biomasę. Możliwe to jest także przez opracowanie efektywniejszych sposobów spalania dla istniejących i pracujących u użytkowników jednostek. W artykule zostaną przedstawione wyniki wstępnych badań nad optymalizacją procesu spalania słomy pod kątem wykorzystania jej jako paliwa w kotłach energetycznych. Metodami analizy termicznej (DTA,TG) zbadano efekty cieplne zachodzące podczas spalania próbek słomy. W trakcie tych badań dokonano również analizy składu wydzielających się produktów gazowych. Zmiany składu fazowego otrzymanych popiołów ze spalania paliwa biomasowego określono metodą rentgenowskiej analizy dyfrakcyjnej XRD. Obserwacji budowy morfologicznej popiołów dokonano metodą mikroskopii skaningowej. Na podstawie tych badań stwierdzono, że jednym z czynników determinujących zmiany składu fazowego, czy budowy morfologicznej popiołów są warunki spalania (np. temperatura powietrza dostarczanego do spalania) oraz właściwości paliwa (np. wilgotność). Wstępne wyniki przeprowadzonych badań jednoznacznie wskazują na znaczny wpływ wymienionych czynników na przebieg procesu spalania, potwierdzając konieczność opracowania założeń algorytmu sterowania procesem spalania. Algorytm taki zostałby zaimplementowany w sterownikach dla efektywnych energetycznie i ekologicznie kotłów na biomasę.
 
REFERENCES (27)
1.
BASU P., 2010 - Biomass gasification and pyrolysis. Practical Design and Theory. Academic Press Elsevier.
 
2.
CIEŚLAK J., 2011 - MetalERG J.M.J. Cieœlak Sp.J. KOTŁY NA BIOMASĘ; www. metalerg.pl.
 
3.
CIEŚLAK J., GUŁA A., SKRZYPCZAK G., WAJSS P., 2011 - Bio-Eco-Matic Proposal, Kraków, grudzień 2011.
 
4.
FIGÓRSKI A., GUŁA A., WAJSS P., 2011 - Wykorzystanie biomasy - wyniki unijnego projektu 4Biomass. Czysta Energia nr 7/8, str. 7.
 
5.
FILIPOWICZ i in. 2011 - FILIPOWICZ M., DUDEK M., RAŹNIAK A., GREGA W., KREFT W., ROSÓŁ M., 2011 - Monitoring temperatury komory kotła na biomasę oraz instalacji grzewczej. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja t. 42, nr 7-8, s. 310-316.
 
6.
GRADZIUK P., 2006 - Ekonomiczne i ekologiczne aspekty wykorzystania słomy na cele energetyczne w lokalnych systemach grzewczych. Acta Agrophysica nr 8, s. 591-601.
 
7.
GRZYBEK A., GRADZIUK P., KOWALCZYK K., 2001 - Słoma-energetyczne paliwo. Warszawa.
 
8.
GUŁA A., MIROWSKI T., WOLSZCZAK J., 2010 - Biomass as a limited resource - Polish perspective. Proc. of 1st Polish-Icelandic Conference on Renewable Energies, Warszawa 21-21.05.2010, str. 113-121.
 
9.
GUŁA A.,MIROWSKI T.,WAJSS P., 2011 - Heat production frombiomass in Poland-Rozvoj výroby energie-tepla na báze biomasy v Pol'sku. Proceedings of 19th Int. Conf VYKUROVANIE, str. 255-263.
 
10.
GUŁA A., MIROWKI T., POLAK A., 2012 - Energetyczne wykorzystanie Biomasy, rozdział w "Zarys i Perspektywy Energetyki Polskiej". Wyd. AGH.
 
11.
GUŁA A., WAJSS P., GORYL W., 2012 - referat na Seminarium Smart Grids, AGH, 2.06.2011 (ukaże się w Przeglądzie Elektrotechnicznym 2012).
 
12.
JESIONEK J., SOLIŃSKI I., 2004 - Biomasa-ekologiczne i odnawialne paliwo XXI wieku. Polityka Energetyczna t. 7, z.1, s. 37-119.
 
13.
JUROSZEK Z., 2011 - Wpływ lokalnych uwarunkowań na koszty jednostkowe pozyskania paliw odnawialnych. Polityka Energetyczna t.14, z.1, s.179-196.
 
14.
KORDYLEWSKIW., 2008 - Spalanie i Paliwa. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej,Wrocław.
 
15.
KRANZL L., …,GUŁA A., FIGÓRSKI A., 2006 - Deriving efficient policy portfolios promoting sustainable energy systems - Case studies applying Invert simulation tool. Renewable Energy 31, 2393-2410.
 
16.
KUMAR i in. 2008 - KUMAR A., WANG L., DZENIS Y., JONES D., HANNA M.A., 2008 - Thermogravimetric characterization of corn stover and pyrolysis feedstock. Biomass and Bionergy vol. 32, p. 460-467.
 
17.
ŁASKAWIEC i in. 2008 - ŁASKAWIEC K., ZAPOTOCZNA-SYTEK G., GÓRSKA B., 2008 - Zastosowanie popiołów lotnych ze współspalania węgla kamiennego i biomasy do wytwarzania betonu komórkowego. Ceramika nr 103, s. 1081-1088.
 
18.
MIROWSKI T., SZURLEJ A., WIELGOSZ G., 2005 - Kierunki energetycznego wykorzystania biomasy w Polsce. Polityka Energetyczna t. 8, z. 2, s. 55-75.
 
19.
MIROWSKI T., SURMA T., 2008 - Paliwa biomasowe w sektorze wytwarzania energii elektrycznej i ciepła w Polsce. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 24, s. 211-221.
 
20.
REINA i in. 1998 - REINA J., VELO E., PUIGJANER L., 1998 - Thermogravimetric study of the pyrolysis of waste wood. Thermochimica Acta vol. 320, p. 161-167.
 
21.
SIWEK T., PANAŚ K., 2011 - Negative impact of co-firing biomass on heating surfaces of steam boilers. Polish Journal of Environmental Studies vol. 20, no. 4A, s. 267-270.
 
22.
SOLIŃSKI B., 2008 - Rynkowe systemy wsparcia odnawialnych Źródeł energii - porównanie systemu taryf gwarantowanych z systemem zielonych certyfikatów. Polityka Energetyczna t.11, z. 2, s. 107-117.
 
23.
STOLAREK P., LEDAKOWICZ S., 2006 - Badanie pirolizy biomasy z wykorzystaniem termograwimetrii i spektrometrii masowej. Przemysł Chemiczny t. 85, nr 8-9, s. 1154-1156.
 
24.
SZLACHTA J., 2005 - Analiza opłacalności ekonomicznej budowy kotłowni opalanych słomą oraz redukcji emisji gazów przy ich u¿ytkowaniu. In¿ynieria Rolnicza 7, s. 331-339.
 
25.
SZMIDT K., 2007 - Possibilities of utilization of straw for energetic purposes in the opinion of farmers from Lublin region. Acta Sci. Pol., Oeconomia t. 6, s. 105-113.
 
26.
SZYSZLAK-BARGŁOWICZ J., PIEKARSKI W., 2009 - Wykorzystanie biomasy jako element bezpieczeństwa energetycznego. Wiadomości Elektrotechniczne t. 3, s. 22-23.
 
27.
ZHAOSHENG i in. 2008 - ZHAOSHENG Y., XIAOQIAN M., AO L., 2008 - Kinetic studies on catalytic combustion of rice and wheat straw under air- and oxygen-enriched atmospheres, by using thermogravimetric analysis. Biomass and Bioenergy vol. 32, p. 1046-1055.
 
ISSN:1429-6675