Wstępne badania nad optymalizacją procesu spalania paliw pochodzenia biomasowego w kotłach o małej mocy

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.

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.