A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24. 1 Miskolci Egyetem Műszaki Anyagtudományi Kar Energia- és Minőségügyi.

Az előadások a következő témára: "A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24. 1 Miskolci Egyetem Műszaki Anyagtudományi Kar Energia- és Minőségügyi."— Előadás másolata:

1 A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24. 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

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. 2

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

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. 4

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. 5

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

7 Fenyőfa minták összetétele Minta jele Összetétel, % (m/m) NedvességIllóFix karbonHamu Nedv-56,4658,7334,280,53 Nedv-1011,0358,5228,002,45 Nedv-1514,8356,4126,192,57 Nedv-3029,4747,6620,612,26 Nedv-4548,8131,6016,612,98 Nedv-5052,9929,2115,941,86 Nedv-6059,8627,0411,221,88 A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24. 7

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

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

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

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

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

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

14 Hamu vizsgálatok  Vizsgálatok:  Kémiai és szerkezeti összetétel meghatározása  kémiai összetétel scanning elektronmikroszkópos- 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. 14

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

16 Biomassza hamuk kémiai összetétele, % (m/m) HamuCONaMgAlSiPSClKCa Fenyő9,4239,640,74,835,59,551,410,980,053,2820,28 Fenyő-szp13,4633,480,463,381,087,201,197,690,1220,919,55 Energiafű12,6122,356,401,60-22,9--15,4615,533,16 Maghéj8,4129,870,693,970,000,292,881,961,5444,096,30 Keverék14,6132,681,141,932,7818,97-4,042,032,569,86 A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24. 16

17 Hamuk diffraktogramja A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24. 17 barnaszén fenyő energiafű Diffrakciós szög, 2q Beütésszám SiO 2 KCl CaCO 3 Ca 2 SiO 3 Cl 2 Fe 2 O 3 SiO 2 Ca 2 Cl 2 SiO 4 Fe 2 O 3 SiO 2 KCl

18 A hamuk kristályos fázisai A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24. 18 számaképletemegnevezésemennyisége m/m % Energiafű hamu 411476KClszilvit36,7 100220SiCl 4 sziliciumklorid3,6 170763CaCO 3 kalciumkarbonát6,3 391425SiO 2 krisztoballit40,9 330303Ca 2 SiO 4 kalciumszilikát4,1 Fenyőfa hamu 411743CaCO 3 kalcit43,4 260324CaSikalciumszilicid9,3 421455Ca 2 SiO 3 Cl 2 Ca-szilikát-klorid24,7 391073Mn 1.0 Al 1.1 S 1.89 Mn-Al-szulfid3,0 231302P2O5P2O5 foszforpentoxid2,7 420379Na 2.38 Al 2 Si 57.2 O 118.59 Na-Al-szilikát6,8 450123K 2 Al 2 Si 3 O 10 (KCl)K-Al-klorid-szilikát10,1 Barnaszén hamu 240072Fe 2 O 3 hematit25,4 461045SiO 2 kvarc50,8 030418Ca-Mg Al-Si-OCa-Al-Mg-szilikát1,7 100123AlPO 4 berlinit16,7 240032Ca 2 Cl 2 SiO 4 Ca-klorid-szilikát5,4

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

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

21 Hamuk lágyulási hőmérsékletei MintaT kezd [°C]T 5 [°C]T 20 [°C]∆T k-20 [°C] Fenyő11821229125068 Energiafű580640845265 Maghéj532636762230 Keverék10451114>1180>135 Barnaszén140015251605205 A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24. 21

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

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. 23

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 ahol: V 0, FC 0 – a fenyőfa W = 0 % m/m állapotára vonatkozó illó és fix-C tartalma. A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24. 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 (T vol =200-400 °C) oxidálódik. Különösen érzékelhető ez a fix-C esetében (T fix-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. 25

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 (T kezd ) tartozó hőmérsékletek:  fenyőfaT kezd = 1182 °C  energiafű-barnaszén 20-80 % hőarányT kezd = 1045 °C  energiafűT kezd = 580 °C  napraforgó maghéjT kezd = 532 °C A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24. 26

27 Eredmények, következetések V.  Lágyulási hőmérsékletek  A biomasszák és a keverék tüzelőanyagok hamujának lágyulási hőmérséklete 200-800 °C-kal kisebb, mint a barnaszeneké (T kezd,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 tapadványok miatt A megújuló energiatermelés nyersanyagforrásai és használatuk - Miskolc, 2010. 02. 24. 27

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