Effect of biomass characteristics and combustion process on flue gaseous composition and ash related properties

Abstract

The growing problem of environmental protection and a decline in reserves of fossil fuels has led to increasing interest in the use of renewable energy in recent decades. Climate change, caused by anthropogenic factors in recent years are also a major driving force in the development of technologies for the utilization of renewable energy sources. Biomass today represents the largest single renewable energy source, with about 10% of total primary energy production in the world. Recent analyzes show that the production of primary energy from biomass from the current 50 EJ increase to 160 EJ by 2050, of which 100 EJ in the power generation sector. Gases and solid products occurring as biomass combustion process, which could be to a greater or lesser extent, may have different side effects. The reduction of harmful products of combustion can be achieved by preventing their formation (primary measures) or their removal from flue gas (secondary measures). Overall, the primary measure is a modification of the combustion process and fuel, while the application of secondary measures foreseen after the combustion process. Accordingly, so far a lot of effort was made to identify opportunities and reduction of harmful products. The subject and the scientific contribution of the doctoral dissertation is an investigation of possible processes to reduce harmful combustion products using the primary methods during combustion of biomass, and experimentally examine the possibilities and the degree of reduction of certain harmful products of combustion of selected types of biomass (wood, demolition wood and coffee waste and selected mixtures of these) using selected primary measures. As research within this doctoral dissertation included a very detailed analysis of the products of combustion of biomass, this thesis made a significant contribution to the research of the air staged combustion and modifications of fuel composition on the composition of the gaseous products of biomass combustion and ash characteristics. In order to define the optimum combustion conditions, in terms of emissions of nitrogen oxides, in demolition wood experiments, it was determined that the optimum excess air ratio (λ) in air staging experiments, is in the range from 0.8 to 0.95 of primary air, and 1.6-1.9 for overall λ, which is in good agreement with the available literature data. Itwas also confirmed that the aforementioned λ value is adequate in terms of CO emissions, as well as air staging leads to higher emissions of CO, comparing to processes without the air staging...

Растући проблем заштите животне средине и константно смањење резерви фосилних горива довео је до све већег интереса за коришћењем обновљивих извора енергије у претходним деценијама. Климатске промене, изазване антропогеним факторима, последњих година такође представљају велику покретачку снагу развоја технологија за искоришћење обновљивих извора енергије. Биомаса данас представља највећи појединачни обновљиви извор енергије, са око 10% од укупне примарне производње енергије у Свету. Последње анализе показују да ће производња примарне енергије из биомасе са садашњих 50 ЕЈ порасти на 160 ЕЈ до 2050. године, од којих 100 ЕЈ у термоенергетском сектору. Приликом сагоревања биомасе настају гасови и чврсти продукти, који у већој или мањој мери, могу имати различита нежељена дејства. Редукција штетних продуката сагоревања може се остварити кроз спречавање њиховог настајања (примарне мере) или њиховог уклањања из димног гаса (секундарне мере). Генерално, примарне мере представљају модификацију процеса сагоревања и горива, док је примена секундарних мера предвиђена након самог процеса сагоревања. У складу са тиме, до сада је пуно напора уложено на идентификацију и могућности редукције појединих штетних продуката. Предмет и научни допринос докторске дисертације представља истраживање могућих процеса смањења штетних продуката сагоревања применом примарних метода при сагоревању биомасе, односно екпериментално испитивање могућности и степена смањења одређених штетних продуката сагоревања одабраних врста биомасе (сировог не третираног дрвета, отпадног дрвета и отпадне биомасе из процеса производње кафе, као и њихових мешавина) применом изабраних примарних мера. Како су истраживања у оквиру израде докторске дисертације обухватила веома детаљне анализе продуката сагоревања биомасе, овим радом остварио се допринос проучавању утицаја вишестепеног довођења ваздуха за сагоревање и модификације састава горива на састав гасовитих продуката сагоревања биомасе и карактеристике пепела. У циљу дефинисања оптималних услова сагоревања, са аспекта емисије азотних оксида, у експериментима у којима је као гориво коришћено отпадно дрво, одређено је да се оптимални коефицијент вишка ваздуха (λ) при двостепеном довођењу ваздуха, креће у опсегу 0,8-0,95 за примарни ваздух, односно 1,6-1,9 када је у питању укупна вредност λ, што се добро слаже са доступним литературним подацима. Такође је потврђено да је поменута вредност λ адекватна и са аспекта емисија CO, као и да довођење вишестепеног ваздуха за сагоревање генерално доводи до виших емисија CO, у односу на процесе без вишестепеног довођења ваздуха...