Αποτελέσματα μετρήσεων σε βιοκαύσιμα και λέβητες Παρουσίαση στα πλαίσια της ιηµερίδας «Παραγωγή, Επεξεργασία και Εφοδιασµός Βιοµάζας»

Transcript

1 Αποτελέσματα μετρήσεων σε βιοκαύσιμα και λέβητες Παρουσίαση στα πλαίσια της ιηµερίδας «Παραγωγή, Επεξεργασία και Εφοδιασµός Βιοµάζας» Πέµπτη & Παρασκευή 11-12/04/2013 Κέντρο Ταξινόµησης Βάµβακος Θεσσαλίας, 3 ο χλµ. Καρδίτσας Μητρόπολης, Καρδίτσα Δρ. Ε. Κακαράς, Δρ. Σ. Καρέλλας,Δρ. Π.Βουρλιώτης - ΕΜΠ -ΕΑΛ Π. Πάλλης, Μηχ. Μηχ. Ε.Μ.Π., M.Sc.(plpallis@central.ntua.gr) Δρ. Π. Γραμμέλης, Ε. Καραμπίνης -/ΙΔΕΠ Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Ηρώων Πολυτεχνείου 9, 15780, Ζωγράφου URL: ΕΜΠ Εθνικό Κέντρο Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης Ινστιτούτο Χημικών Διεργασιών και Ενεργειακών Πόρων 4 ο χλμ Πτολεμαΐδας Μποδοσάκειου Νοσοκομείου 15780, Πτολεμαΐδα URL:

2 Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων ΕΜΠ

3 Ινστιτούτο Χημικών Διεργασιών και Ενεργειακών Πόρων Πτολεµαΐδα Θεσσαλονίκη Αθήνα ΕΜΠ

4 Περιεχόµενο παρουσίασης Ενεργειακή και περιβαλλοντική σύγκριση συστηµάτων θέρµανσης Τυπικός λέβητας βιοµάζας µε κοχλία τροφοδοσίας. 4 ποικιλίες Ελαιοπυρηνόξηλου (2 Ελληνικής, 1 Κυπριακής & 1 Ισπανικής προέλευσης). Πελλέτες αγριαγκινάρας. Τσόφλια αµυγδάλου. Κουκούτσια ροδάκινου. Πελλέτες ξύλου (τέφρα 1,8% κ.β.). Πλήρως αυτοµατοποιηµένος σύγχρονος λέβητας πελλέτας ξύλου µε δυνατότητα µεταβαλλόµενου φορτίου και σύστηµα αυτοκαθαρισµού. Πελλέτες ξύλου (τέφρα 0,3% κ.β.). Πελλέτες ξύλου (τέφρα 1,1% κ.β.). Συµπεράσµατα ΕΜΠ

5 Πελλέτες ξύλου Πελλέτες αγριαγκινάρας Ελαιοπυρηνόξυλο Βοιωτίας Ελαιοπυρηνόξυλο Ισπανίας Τσόφλια αµυγδάλων Κουκούτσια Ροδάκινων

6 Πίνακας: Χηµικές αναλύσεις στερεών καυσίµων βιοµάζας. Μέγεθος Ελλάδος «Α» Ελαιοπυρηνόξηλο Ελλάδος «Β» Στοιχειομετρική ανάλυση καυσίμου σε % κ.β. Κύπρου Ισπανίας Είδος βιοκαυσίμου Πελλέτες ξύλου Πελλέτες Αγριαγκινάρας Τσόφλια Αμυγδάλων Κουκούτσια ροδάκινου Άνθρακας C 43,51 43,76 45,98 44,99 48,11 48,58 46,11 39,82 48,24 48,27 Υδρογόνο Η 5,28 5,24 5,49 5,65 6,36 6,35 5,7 5,09 6,04 5,53 Θείο S 0,08 0,09 0,11 0,0 0,01 0,03 0,45 0,24 0,23 0,0 Άζωτο Ν 2,3 1,87 2,44 2,30 0,07 0,19 1,57 1,66 1,52 0,44 Οξυγόνο Ο 30,3 34,39 33,58 32,40 39,21 38,98 37,2 36,50 36,22 38,17 Τέφρα σε %κ.β. 10,38 8,15 5,62 9,05 0,26 1,12 1,78 8,34 1,86 0,09 Υγρασία σε %κ.β. 8,15 6,50 6,77 5,60 6,0 4,75 7,2 8,36 5,90 7,50 Ανωτέρα θερμογόνος ικανότητα σε kcal/kg 4491,0 4360, ,8 4919,6 4417,9 3814,7 4927,2 5818,6 Κατωτέρα θερμογόνος ικανότητα σε kcal/kg 4173,2 4038,1 4186,8 4174,8 4201,7 4327,1 4097,1 3499,1 4575,8 5534,6 Πιστοποιηµένο καύσιµο, κατηγορία ENplus A1 Μη πιστοποιηµένο καύσιµο, κατηγορία ENplus A2 ως προς την τέφρα Μη πιστοποιηµένο καύσιµο, κατηγορία ENplus Β ως προς την τέφρα

7 Όρια εκποµπών που προτείνονται στο Ευρωπαϊκό Πρότυπο ΕΝ 303-5:06/2012. Τροφοδοσία Καύσιμο Ωφέλιμη Ονομαστική θερμική ισχύς kw Όρια εκπομπών σε mg/m 3 a) at 10% O 2 CO OGC Σωματίδια b) Κλάση Κλάση Κλάση Κλάση Κλάση Κλάση Κλάση Κλάση Κλάση Χειροκίνητη Βιογενή Ορυκτά > 50 έως > 150 έως > 50 έως > 150 έως Αυτόματη Βιογενή > 50 έως > 150 έως Ορυκτά > 50 έως > 150 έως a) Αναφορά σε ξηρό καυσαέριο, 0 C, 1013 mbar Σηµείωση: Με κίτρινη πλήρωση δίνονται οι τιµές που πρέπει να ικανοποιούνται στην εξεταζόµενη περίπτωση.

8 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΟΚΙΜΩΝ ΚΑΥΣΗΣ (Αέριες Εκποµπές) Εκποµπές: Μονοξείδιο του άνθρακα CO για τις εξεταζόµενες περιπτώσεις και σύγκριση µε τα προτεινόµενα όρια του Ευρωπαϊκού προτύπου ΕΛΟΤ ΕΝ /2012. Όριο ΕΛΟΤ ΕΝ Κλάση 3 Όριο ΕΛΟΤ ΕΝ Κλάση 4 Όριο ΕΛΟΤ ΕΝ Κλάση 5 Κουκούτσια Ροδάκινου Τσόφλια Αµυγδάλων Πελλέτες Αγριαγκινάρας Πελλέτες Ξύλου (Ash 0,3%) Πελλέτες Ξύλου (Ash 1,1%) Πελλέτες Ξύλου (Ash 1,8%) Ελαιοπυρηνόξυλο Ισπανίας Ελαιοπυρηνόξυλο Κύπρου Ελαιοπυρηνόξυλο Bοιωτίας "Β" Ελαιοπυρηνόξυλο Bοιωτίας "Α" Εκποµπή Μονοξειδίου του Άνθρακα CO ,1 1629,2 1602,1 305,3 1619,4 910,1 8949,7 6429,1 3297, , CO mg/νm3 σε 10% O2 Σηµείωση: Με πορτοκαλί πλήρωση δίνονται οι τιµές των εκποµπών µονοξειδίου του άνθρακα που µετρήθηκαν κατά την αξιολόγηση του πλήρως αυτοµατοποιηµένου λέβητα µε τις δυο ποιότητες πελλέτας ξύλου. Assist. Prof. Sotirios Karellas 8

9 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΟΚΙΜΩΝ ΚΑΥΣΗΣ (Αέριες Εκποµπές) Εκποµπές: Αιωρούµενων Στερεών Σωµατιδίωνγια τις εξεταζόµενες περιπτώσεις και σύγκριση µε τα προτεινόµενα όρια του Ευρωπαϊκού προτύπου ΕΛΟΤ ΕΝ /2012. Συγκέντρωση Αιωρούµενων Στερεών Σωµατιδίων Όριο ΕΛΟΤ ΕΝ Κλάση 3 Όριο ΕΛΟΤ ΕΝ Κλάση 4 Όριο ΕΛΟΤ ΕΝ Κλάση 5 Κουκούτσια Ροδάκινου Τσόφλια Αµυγδάλων Πελλέτες Αγριαγκινάρας Πελλέτες Ξύλου (Ash 0,3%) Πελλέτες Ξύλου (Ash 1,1%) Πελλέτες Ξύλου (Ash 1,8%) Ελαιοπυρηνόξυλο Ισπανίας Ελαιοπυρηνόξυλο Κύπρου Ελαιοπυρηνόξυλο Bοιωτίας"Β" Ελαιοπυρηνόξυλο Bοιωτίας "Α" ,3 99,1 52,0 205,0 222,4 646,0 770,5 633,0 1568,3 1865, Συγκέντρωση Σωµατιδίων mg/νm3 σε 10% O2 Σηµείωση: Με πορτοκαλί πλήρωση δίνονται οι τιµές των εκποµπών αιωρούµενων στερεών σωµατιδίων που µετρήθηκαν κατά την αξιολόγηση του πλήρως αυτοµατοποιηµένου λέβητα µε τις δυο ποιότητες πελλέτας ξύλου. 9

10 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΟΚΙΜΩΝ ΚΑΥΣΗΣ (Αέριες Εκποµπές) Εκποµπές: Ολικών Πτητικών Υδρογονανθράκων VOC για τις εξεταζόµενες περιπτώσεις και σύγκριση µε τα προτεινόµενα όρια του Ευρωπαϊκού προτύπου ΕΛΟΤ ΕΝ /2012. Εκποµπή ολικού Αέριου Οργανικού Ανθρακα (Organic Gaseous Carbon, OGC) Όριο ΕΛΟΤ ΕΝ Κλάση Όριο ΕΛΟΤ ΕΝ Κλάση 4 30 Όριο ΕΛΟΤ ΕΝ Κλάση 5 20 Κουκούτσια Ροδάκινου 3,6 Τσόφλια Αµυγδάλων 29,5 Πελλέτες Αγριαγκινάρας 15,1 Πελλέτες Ξύλου (Ash 0,3%) 4,4 Πελλέτες Ξύλου (Ash 1,1%) 10,4 Πελλέτες Ξύλου (Ash 1,8%) 22,2 Ελαιοπυρηνόξυλο Ισπανίας 196,4 Ελαιοπυρηνόξυλο Κύπρου 90,2 Ελαιοπυρηνόξυλο Bοιωτίας "Β" 270,9 Ελαιοπυρηνόξυλο Bοιωτίας "Α" 43, OGC mg/νm3 σε 10% O2 Σηµείωση: Με πορτοκαλί πλήρωση δίνονται οι τιµές των εκποµπών ολικών πτητικών υδρογονανθράκων που µετρήθηκαν κατά την αξιολόγηση του πλήρως αυτοµατοποιηµένου λέβητα µε τις δυο ποιότητες πελλέτας ξύλου. 10

11 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΟΚΙΜΩΝ ΚΑΥΣΗΣ (Αέριες Εκποµπές) Εκποµπές: Αζωτοξειδίων ΝΟ x για τις εξεταζόµενες περιπτώσεις και σύγκριση και σύγκριση µε το όριο της Υπ. Απόφαση µε Αρ. Πρωτ. ΟΙΚ.: ΦΕΚ 2654/Β/ Εκποµπή Οξειδίων του Αζώτου NOx Εθνικά Νοµοθετηµένο όριο:φεκ 2654/Β/ Κουκούτσια Ροδάκινου Τσόφλια Αµυγδάλων Πελλέτες Αγριαγκινάρας Πελλέτες Ξύλου (Ash 0,3%) Πελλέτες Ξύλου (Ash 1,1%) Πελλέτες Ξύλου (Ash 1,78%) Ελαιοπυρηνόξυλο Ισπανίας Ελαιοπυρηνόξυλο Κύπρου Ελαιοπυρηνόξυλο Bοιωτίας "Β" Ελαιοπυρηνόξυλο Bοιωτίας "Α" 135,8 191,4 210, ,8 307,5 354,1 367,3 439,5 472,7 550, NOx mg/νm3 σε 10% O2 Σηµείωση: Με πορτοκαλί πλήρωση δίνονται οι τιµές των εκποµπών αζωτοξειδίων που µετρήθηκαν κατά την αξιολόγηση του πλήρως αυτοµατοποιηµένου λέβητα µε τις δυο ποιότητες πελλέτας ξύλου. 11

12 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΟΚΙΜΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗΣ ΑΠΟ ΟΣΗΣ Ενεργειακή επίδοση: Άµεσος βαθµός απόδοσης & απώλειες θερµού καυσαερίου για τις εξεταζόµενες περιπτώσεις. 'Αµεσος βαθµός απόδοσης & Απώλειες θερµών καυσαερίων Κουκούτσια Ροδάκινου 57,3 23,6 Τσόφλια Αµυγδάλων 67,3 10,7 Πελλέτες Αγριαγκ ινάρας 63,5 14,4 Πελλέτες Ξύλου (Ash 0,3%) 88,5 6,6 Πελλέτες Ξύλου (Ash 1,1%) 85,7 6,9 Πελλέτες Ξύλου (Ash 1,78%) 72,7 13,1 Ελαιοπυρηνόξυλο Ισπανίας 67,6 Ελαιοπυρηνόξυλο Κύπρου 64,8 Ελαιοπυρηνόξυλο Bοιωτίας "Β" 58,3 Ελαιοπυρηνόξυλο Bοιωτίας "Α" 66,5 Σηµείωση: Με πορτοκαλί πλήρωση δίνονται οι τιµές των εκποµπών διοξειδίου του θείου που µετρήθηκαν κατά την αξιολόγηση του πλήρως αυτοµατοποιηµένου λέβητα µε τις δυο ποιότητες πελλέτας ξύλου ,3 17,6 17,1 15, σε % Κλάση 3 = 67+6logQ N Κλάση 4 = 80+2logQ N Κλάση 5 = 87+logQ N

13 ΑΠΟΤΥΠΩΜΑ ΕΠΙΚΑΘΗΣΕΩΝ ΣΤΟΝ ΘΑΛΑΜΟ ΚΑΥΣΗΣ ΤΥΠΙΚΟΥ ΛΕΒΗΤΑ ΒΙΟΜΑΖΑΣ. Καύσιµο:τσόφλιααµυγδάλου Καύσιµο: Αγριαγκινάρα

14 ΑΠΟΤΥΠΩΜΑ ΕΠΙΚΑΘΗΣΕΩΝ ΣΤΟΝ ΘΑΛΑΜΟ ΚΑΥΣΗΣ ΣΥΧΡΟΝΟΥ ΛΕΒΗΤΑ ΠΕΛΛΕΤΑΣ ΞΥΛΟΥ. Καύσιµο: Πελλέτα ξύλου (τέφρα <0,3%κ.β.) Καύσιµο: Πελλέτα ξύλου (τέφρα 1,1%κ.β.)

15 Συµπεράσµατα Τυπικός λέβητας βιοµάζας Οι πελλέτες ξύλου και τα τσόφλια αµυγδάλου φαίνεται πως είναι τα καταλληλότερα στερεά βιοκαύσιµα, µε βάση τη θερµική τους απόδοση, τα επίπεδα εκποµπών και την τάση για επικαθίσεις. Οι συγκεντρώσεις Α.Σ.Σ. είναι πολύ υψηλές για τα καύσιµα υψηλής τέφρας και µε µεγάλη περιεκτικότητα σε αλκάλια (π.χ. αγριαγκινάρα, ελαιοπυρηνόξυλο). Υψηλήθερµοκρασίαεξόδουτουκαυσαερίου (από 234 o Cέως 316 o C)µεσυνέπειαοι απώλειες θερµότητας λόγω θερµού καυσαερίου να έχουν υψηλή τιµή (από 10.7% έως 23.6%, µε µέση τιµή περίπου 16%). Το γεγονός αυτό δείχνει ότι δεν εξασφαλίζεται η µέγιστη µετάδοση της θερµότητας από το καυσαέριο στο εργαζόµενο µέσο. Αυτό αποδίδεται στο σχεδιασµό του υφιστάµενου λέβητα που χρησιµοποιήθηκε κατά τη διάρκεια των δοκιµών. Κάθε συνδυασµός βιοκαυσίµου και του τυπικού λέβητα βιοµάζας παρουσιάζει χαµηλή ενεργειακή απόδοση. Ο επανασχεδιασµός του λέβητα θα µπορέσει να αντιµετωπίσει τις αυξηµένες απώλειες καύσης, θερµών καυσαερίων, ακτινοβολίας, κ.α.. Μη συµµόρφωση µε τις συνολικές απαιτήσεις του ΕΛΟΤ ΕΝ κάθε συνδυασµού βιοκαυσίµου και τυπικού λέβητα βιοµάζας.

16 Συµπεράσµατα Σύγχρονος λέβητας βιοµάζας Ο τετραπλασιασµός της περιεκτικότητας σε τέφρα στην πελλέτα ξύλου έχει σαν αποτέλεσµα: τον πενταπλασιασµό των εκποµπών CO τον τετραπλασιασµό των εκποµπών Α.Σ.Σ., τον τριπλασιασµό των εκποµπών VOC αλλά και την µείωση του άµεσου βαθµού απόδοσης κατά 2,7% (απόλυτη τιµή). Η χρήση πελλετών µε αυξηµένα ποσοστά τέφρας οδηγεί στη µη συµµόρφωσητουλέβηταµεταόριατηςκλάσης 3τουΕΛΟΤΕΝ 303-5ως προς τις εκποµπές Α.Σ.Σ.(εκτός προδιαγραφών Υπ. Απόφασης ΦΕΚ 2654/Β/ ) Σηµαντικές επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία, αιθαλοµίχλη, κτλ.

17 Συµπεράσµατα Γενικά Η ενεργειακή απόδοση και η περιβαλλοντική επίδοση ενός λέβητα εξαρτάται από το θερµοτεχνικό σχεδιασµό του και από το είδος του στερεού καυσίµου βιοµάζας που θα χρησιµοποιηθεί. Η επιλογή ενός πιστοποιηµένου και περιβαλλοντικά φιλικού συστήµατος θέρµανσης πρέπει να είναι η πρώτη προτεραιότητα του καταναλωτή. Η καλή λειτουργία και οι χαµηλές εκποµπές ενός συστήµατος καύσης βιοµάζας οικιακής θέρµανσης εξασφαλίζονται µε τη χρήση πιστοποιηµένων καυσίµων, µε ποιοτικά χαρακτηριστικά ανάλογα µε τον τύπο του λέβητα.

18 Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας! Η διεξαγωγή των µετρήσεων στον σύγχρονο λέβητα πελλέτας ξύλου πραγµατοποιήθηκε στο πλαίσιο του Ευρωπαϊκού προγράµµατος του 7 ου Π.Π.: BioMaxEff (Cost efficient biomass boiler systems with maximum annual efficiency and lowest emissions). BioMaxEff Η διεξαγωγή των µετρήσεων στον τυπικό λέβητα βιοµάζας πραγµατοποιήθηκε στο πλαίσιο του Ευρωπαϊκού προγράµµατος του 6 ου Π.Π.: Bionorm II (Pre-normative research on solid biofuels for improved European standards). ΕΜΠ