Grzegorz Zając, Joanna Szyszlak-Bargłowicz, Tomasz Słowik
University Life Sciences of Lublin, Poland
corresponding author’s e-mail:
Abstract
The assessment of environmental benefits resulting from biomass burning is a complex issue. The most reliable is when there is the possibility of empirical emission assessment using various fuels in energy installations. If no specific emission data is available, it should be estimated using appropriate indicators.
There is still considerable uncertainty in the assessment of the impact of pollutant emissions accompanying the combustion of biomass on air quality on a local scale. This is caused not only by the lack of data on the amount of biomass burned but also by the lack of emission factors that would characterize real combustion. In this context, it is extremely important to expand knowledge about environmental aspects resulting from the use of energy biomass.
The aim of the work was to compare and assess emission factors of toxic exhaust components obtained on the basis of direct measurements and indicators estimated using the index method, calculated on the basis of appropriate fixed-point indicators available in the literature. The work uses a commercially available automatic pellet boiler with a capacity of 10 kW. Combustion tests were carried out for five different materials, including wood pellets, energy plant pellets and agricultural waste. The emission factors were determined for CO, NOx and SO2 with reference to the unit of mass of fuel and calorific value of fuel.
The CO, NOX, SO2 emission indices determined using the index method were burdened with a large error. In the case of CO and NOx emission indicators, this resulted from the course of the combustion process, which for the biofuels tested did not always run equally smoothly and without problems, which affected the obtained boiler power. During the conducted combustion tests, when the boiler reached its rated power and maximum load, the CO emission indices determined using the index method were much higher than those determined empirically. On the other hand, the NOX emission factors determined using the index method were lower than those determined empirically. It follows that setting emission indicators using biomass fuels may be subject to a very large error and not to inform about the actual emissions from low-capacity boilers installed in individual households.
Because the combustion process is very sensitive to the conditions in which it occurs, and their slight change may cause major changes in emission factors, it can not be considered that the emission factors obtained in the conducted research can be an undisputable source of information about emissions from this type of installations. Further emission tests are required, taking into account different types of equipment, a wide range of their models and technologies as well as various biomass fuels. The results of this research will allow the development of more accurate drift rates for biomass fuels and for more precise estimation of emission factors.
Keywords
pellets, biomass combustion, small scale boilers, emission factor
Porównanie i ocena wskaźników emisji toksycznych składników spalin podczas spalania paliw biomasowych
Streszczenie
Ocena korzyści środowiskowych, wynikających ze spalania biomasy, jest zagadnieniem złożonym. Najbardziej wiarygodna jest wówczas, gdy istnieje możliwość empirycznej oceny emisji z wykorzystaniem różnych paliw w instalacjach energetycznych. Jeżeli brak jest konkretnych danych o emisji, należy ją oszacować, wykorzystując odpowiednie wskaźniki.
Wciąż istnieje znaczna niepewność oceny wpływu emisji zanieczyszczeń towarzyszących spalaniu biomasy na jakość powietrza w skali lokalnej. Spowodowane jest to nie tylko brakiem danych dotyczących ilości spalanej biomasy ale również brakiem współczynników emisji, które charakteryzowałyby spalanie rzeczywiste. W tym kontekście niezwykle istotne jest poszerzanie wiedzy dotyczącej aspektów środowiskowych wynikających z wykorzystania energetycznego biomasy.
Celem pracy było porównanie i ocena wskaźników emisji toksycznych składników spalin, uzyskanych na podstawie pomiarów bezpośrednich oraz wskaźników oszacowanych za pomocą metody wskaźnikowej, obliczonych na podstawie odpowiednich, dostępnych w literaturze wskaźników unosu. W pracy wykorzystano dostępny komercyjnie, automatyczny kocioł na pelety o mocy 10 kW. Testy spalania przeprowadzono dla pięciu różnych materiałów, w tym peletów drzewnych, peletu z roślin energetycznych i odpadów rolniczych. Wskaźniki emisji wyznaczono dla CO, NOx i SO2 w odniesieniu do jednostki masy paliwa i wartości opałowej paliwa.
Wskaźniki emisji CO, NOx, SO2 wyznaczone metodą wskaźnikową były obciążone dużym błędem. W przypadku wskaźników emisji CO i NOx wynikało to z przebiegu procesu spalania, który dla badanych biopaliw nie zawsze przebiegał jednakowo sprawnie i bezproblemowo, co wpływało na uzyskiwaną moc kotła. Podczas prowadzonych testów spalania, kiedy kocioł osiągał moc znamionową i maksymalne obciążenie, wskaźniki emisji CO wyznaczone metodą wskaźnikową były o wiele wyższe od wyznaczonych empirycznie. Natomiast wskaźniki emisji NOX wyznaczone metodą wskaźnikową były niższe niż wyznaczone empirycznie. Wynika stąd, że wyznaczanie wskaźników emisji metodą wskaźnikową dla paliw biomasowych może być obarczone bardzo dużym błędem i nie informować o rzeczywistej emisji z kotłów małej mocy zainstalowanych w indywidualnych gospodarstwach domowych.
Ponieważ proces spalania jest bardzo wrażliwy na warunki w jakich zachodzi, a niewielka ich zmiana może spowodować duże zmiany wskaźników emisji, nie można uznać, że wskaźniki emisji uzyskane w przeprowadzonych badaniach mogą stanowić bezdyskusyjne źródło informacji o emisjach z instalacji tego typu. Niezbędne są dalsze badania emisji z uwzględnieniem różnych typów urządzeń, szerokiej gamy ich modeli i technologii oraz różnych paliw biomasowych. Wyniki tych badań pozwolą na opracowanie dokładniejszych wskaźników unosu dla paliw biomasowych oraz na precyzyjniejsze szacowanie wskaźników emisji.
Słowa kluczowe
pelety, spalanie biomasy, kotły małej mocy, wskaźniki emisji
Full text / Pełny tekst
PDF (English)
