FÁS- ÉS LÁGYSZÁRÚ BIOMASSZÁK TÜZELHETŐSÉGI FELTÉTELEINEK VIZSGÁLATA

1. Miskolci Egyetem Műszaki Anyagtudományi Kar Energia- és Minőségügyi Intézet Tüzeléstani és Hőenergia Tanszék Dr. Szemmelveiszné Dr. Hodvogner Katalin, egyetemi docens Dr. Palotás Árpád Bence, intézetigazgató, egyetemi docens FÁS- ÉS LÁGYSZÁRÚ BIOMASSZÁK TÜZELHETŐSÉGI FELTÉTELEINEK VIZSGÁLATA A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

2. A biomasszában rejlő lehetőségek • A biomassza, mint energiaforrás • a szárazföldön és vízben található élő és nemrég elhalt szervezetek • biotechnológiai iparágak termékei, hulladékai, melléktermékei. • A termelési-felhasználási láncban elfoglalt helye alapján • elsődleges: mező és erdőgazdasági hulladékok, melléktermékek; • másodlagos: állattenyésztés melléktermékei, hulladékai; • harmadlagos: a biológiai anyagokat felhasználó iparágak hulladékai • A biomassza, mint tüzelőanyag • előkészítés nélkül: fűrészpor, maghéj • gyengén előkészített: apríték • előkészítés után: pellet, brikett A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

3. Sokféleség, tárolás, salakosodás A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

4. Kutatási területek I. • Tüzeléstechnikai jellemzők meghatározása • Nedvességtartalom • Hamutartalom • Illótartalom • Elemi összetétel (C, H, N, S) • Égéshő, fűtőérték • Nedvességtartalom szerepének vizsgálata • A nedvességtartalom hatása a biomasszák száradási, illó-eltávozási és oxidációs folyamataira • Módszer: termonalitikai (derivatográfos) vizsgálatok A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

5. Kutatási területek II. • Vegyes-tüzelés problematikája • Milyen hatása van a szénhez kevert biomasszának a tüzeléstechnikai jellemzőkre, és hőtani folyamatokra? • Módszer: a keverék tüzeléstechnikai jellemzőinek meghatározása • Szilárd égéstermékek okozta gondok • Milyen kapcsolat van a tűzterek salakosodását és a hőcserélő felületek korrózióját okozó hamu összetevők, és a hamu lágyulási jellemzői között? • Módszer: a hamu elemi és ásványi összetételének és szintereződési tulajdonságainak meghatározása. A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

6. A nedvességtartalom hatása A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

7. Fenyőfa minták összetétele A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

8. Légszáraz és élőnedves fenyőfa apríték összetétele A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

9. Illó-, és fix-karbon tartalom a nedvesség tartalom függvényében A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

10. A vegyes tüzelés vizsgálata ENERGIAFŰ BARNASZÉN KEVERÉK A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

11. Tüzelőanyagok összetétele A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

12. Exoterm folyamatok véghőmérséklete A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

13. Salakosodási és korróziós problémák Az égetőkamra boltozata Az adagoló nyílás és levegő fúvókák A salak deformálta boltozat Olvadékkal eltömött levegő fúvóka A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

14. Hamu vizsgálatok • Vizsgálatok: • Kémiai és szerkezeti összetétel meghatározása • kémiai összetétel scanningelektronmikroszkópos-mikroszondás vizsgálata • szerkezeti összetétel röntgen diffrakciós vizsgálata • Szintereződési, lágyulási jellemzők vizsgálata • Bunte-Baum - féle lágyulás vizsgálat • Hevítő mikroszkóp alkalmazása • Vizsgált biomasszák: • Fenyőfa, energiafű, maghéj, keverék A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

15. Kémiai összetétel vizsgálat A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

16. Biomassza hamuk kémiai összetétele, % (m/m) A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

17. Hamuk diffraktogramja Fe2O3 Fe2O3 Beütésszám Ca2Cl2SiO4 SiO2 barnaszén SiO2 Ca2SiO3Cl2 CaCO3 KCl fenyő SiO2 KCl KCl energiafű Diffrakciós szög, 2q A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

18. A hamuk kristályos fázisai A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

19. Lágyulási jellemzők vizsgálata A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

20. Fenyőhamu lágyulási diagramja A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

21. Hamuk lágyulási hőmérsékletei A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

22. Lágyulási hőmérséklet - alkáli tartalom A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

23. Eredmények, következtetések • Illótartalom meghatározás • A szilárd tüzelőanyagok illótartalmának mérésére vonatkozó szabványos eljárásokat felülvizsgálva megállapítottuk, hogy azok nem minden esetben alkalmasak a biomasszák tulajdonságainak meghatározására. • Komplex vizsgálati módszert dolgoztunk ki, amely alkalmas a széles intervallumban változó tulajdonságú biomasszák értékelésére. Az eljárással meghatároztuk fás és lágyszárú biomasszák illótartalmának mérésére alkalmas hőmérsékletet. A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

24. Eredmények, következtetések II. • Termogravimetria • Derivatográfos mérési sorozattal vizsgáljuk, hogy a nedves-ségtartalom hogyan befolyásolja a biomasszák a száradási, illó-eltávozási, begyulladási és oxidációs folyamatait. • A mérések alapján megalkotott egyenletekkel számítható a nedvességtartalom függvényében a fenyőfában lévő illóknak (V) és fix-karbonnak (FC) a részaránya: • % m/m • % m/m ahol: V0 , FC0 – a fenyőfa W = 0 % m/m állapotára vonatkozó illó és fix-C tartalma. A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

25. Eredmények, következtetések III. • Hőmérséklet tartomány • A félnedves-élőnedves (W ≥ 45 % m/m) fenyőfának a légszárazhoz (W ≤ 15 % m/m) képest kisebb illó és fix-C tartalma szűk hőmérséklet tartományban (Tvol=200-400 °C) oxidálódik. Különösen érzékelhető ez a fix-C esetében (Tfix-C=400-620 °C), amelynek égése 620°C-on befejeződik. • Az illók égési sebessége nagyobb, mint a később, nagyobb hőmérsékleten begyulladó fix-karboné. • Az energiafű-szén 20-80 %-os hőarányú tüzelőanyag keverék derivatográfos vizsgálatának eredményei alapján, hogy a keverék égési folyamatai – a tisztán széntüzeléshez képest – mintegy 400 °C-kal kisebb hőmérsékleten (~1000 °C) fejeződnek be. A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

26. Eredmények, következtetések IV. • Szilárd égési maradék • A fenyőfa égési maradékának a szállóporba kerülő részében a kálium több mint hatszorosára, a klór pedig több mint kétszeresére feldúsul a tűztérben maradó hamuhoz képest. • Az energiafű hamujában a kálium KCl alakjában van jelen. • Lágyulási hőmérsékletek • A vizsgált tüzelőanyagok hamuja lágyulásának kezdetéhez (Tkezd) tartozó hőmérsékletek: • fenyőfa Tkezd = 1182 °C • energiafű-barnaszén 20-80 % hőarányTkezd = 1045 °C • energiafű Tkezd = 580 °C • napraforgó maghéj Tkezd= 532 °C A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

27. Eredmények, következetések V. • Lágyulási hőmérsékletek • A biomasszák és a keverék tüzelőanyagok hamujának lágyulási hőmérséklete 200-800 °C-kalkisebb, mint a barnaszeneké (Tkezd,szén= 1200-1400 °C). • A 20 % m/m-nál nagyobb kálium tartalmú hamuk 600 °C-nál kisebb hőmérsékleten kezdenek lágyul-ni. A napraforgó maghéj (K = 44,09 % m/m) erőműi eltüzelése még vegyes tüzelésben sem javasolható, a hőcserélő felületekre rakódó tapadványokmiatt A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.

28. Köszönöm figyelmüket! A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24.