Calculul si proiectarea unei instalatii pentru arderea brichetelor - puterea calorica

Puterea calorica a biomasei lemnoase

Rezultatul final al arderii biomasei lemnoase se exprima prin puterea calorica, notiune prin care se intelege cantitatea de caldura obtinuta la arderea unitatii de masa. Pentru materiale combustibile cu continut mare de apa si hidrogen, asa cum este biomasa lemnoasa, se pot distinge doua tipuri de puteri calorice, respectiv puterea calorica superioara si puterea calorica inferioara. Puterea calorifica superioara se determina cu bomba calorimetrica, unde vaporii de apa formati prin arderea hidrogenului (inclusiv hidrogenul format prin descompunerea apei) se condenseaza in recipientul bombei, eliberand circa 600 kcal pentru fiecare kilogram de vapori de apa condensati (asa numita caldura de condensare). Practic puterea calorica superioara nu se poate utiliza in mod practic, pentru ca vaporii de apa se evacueaza in afara prin cos, si numai puterea calorica inferioara ramane cea mai importanta. Spre exemplu, puterea calorica inferioara pentru cateva materiale combustibile este: hidrogen 33 900 kcal/m³, gaz metan 13 280 kcal/m³; acetilena 12 030 kcal/ m³ si lemn uscat 4 800 kcal/kg.

Puterea calorica a lemnului se poate determina prin mai multe metode, cum ar fi: pe baza puterii calorice a principalelor elemente chimice, in functie de continutul de umiditate, pe baza relatiei lui Nadejin etc. Pe baza puterii calorice a fiecarui element chimic din lemn, relatia propusa de Mendeleev este:

unde: C, H, O sunt procentele din masa totala, in kg;

U - continutul de umiditate, in kg/kg.

Valorile obtinute cu relatia 4.52 nu sunt foarte precise, ci difera cu 10-15 % de la un calorimetru la altul, pentru ca descompunerea in elemente chimice a lemnului necesita o anumita cantitate de caldura.Cu relatia lui Nadejin, puterea calorica este:

(4.53)

unde: U este continutul de umiditate, exprimat in unitati zecimale.

Puterea calorica a lemnului se poate determina, in functie de continutul de umiditate, cu relatia urmatoare:

Din figura 4.6 se poate observa ca puterea calorica a lemnului descreste cu cresterea continutului de umiditate, cum este prezentat si in figura 4.5.

Fig. 4.6. Influenta continutului de umiditate asupra puterii calorice a lemnului

Puterea calorica si continutul de umiditate au o dependenta liniara. Pentru combustibilul umed, o parte din energia combustibilului este folosita sa mareasca temperatura si o alta parte este consumata in timpul vaporizarii apei. Energia folosita pentru vaporizarea apei se deduce din valoarea puterii calorice brute, pentru a se afla valoarea caldurii efective sau mici (puterea calorica neta), respectiv cantitatea de energie care se poate utiliza de fapt. Metodele folosite pentru determinarea valorii puterii calorice poate diferi intre Australia si Europa. Spre exemplu, standardul Australian AS 2418 -1995 (carbuni si gatit – Glosar de termeni) se refera la puterea calorica bruta (adesea cea mai inalta valoare a incalzirii), care exclude consideratia despre energia folosita in vaporizarea apei (calura latenta de vaporizare). In Scandinavia este mai comuna folosirea valoarii puterii calorifice nete a combustibilului umed. Aceasta cantitate se refera la valoarea mai mica a incalzirii. Puterea calorica bruta se determina, pe baza standardului australian mai sus amintit, cu ajutorul urmatoarei relatii:

unde: H_u este puterea calorica a lemnului umed;

H₀ – puterea calorica a lemnului uscat;

U – umiditatea lemnului, in %.

Dupa metodele Scandinave, puterea calorifica a aschiilor lemnoase este:

unde: 2,442 este caldura latenta de vaporizare.

Formula generala Scandinava poate fi simplificata pentru tipuri particulare de combustibil. Pentru aschii de pin obtinute din padure (unde puterea calorica a lemnului uscat este Q₀=19,2 GJ/t) formula ar putea fi simplificata la urmatoarea:

(4.57)

Pentru resturi ale arborelui de pluta (unde puterea calorica este Q₀=20 GJ/t) formula se simplifica la :

(4.58)

Fig.4.7. Dependenta dintre temperatura gazului, umiditatea lemnului si raportul de eficienta energetica

Influenta continutului de umiditate al combustibilului lemnos asupra puterii calorice este aratat in figura 4.8.

Fig.4.8 : Relatia de dependenta dintre continutul de umiditate si puterea calorica a acestuia

Tabel 4.3.

Compozitia chimica si puterea calorifica a materiei prime

Material	Compozitia chimica a lemnului, %					Puterea calorica, kJ/kg
	H2O	C	H	Cenusa Lucrare: Invertor comandat pentru reglarea vitezei unui motor asincron trifazat cu rotorul in scurt circuit Document online: Efectele campului electric asupra organismului - actioneaza asupra celulelor si organelor si organismului	Volatile
Aschii de lemn
Lemn rasinoase
Lemn foioase
Rasina

Puterea calorica a lemnului de rasinoase este de 1200 . 3600 kcal/m³ iar a speciilor de foioase este 1100-3300 kcal/m³, acest lucru datorita continutului de rasina, substanta cu un continut ridicat de hidrocarburi.

Factorii de influenta a puterii calorice a biomasei lemnoase sunt umiditatea, conditiile de crestere, de depozitare si transport precum si varsta. Un continut mare de umiditate va micsora puterea calorica a biomasei; spre exemplu daca continutul de umiditate este 50 % puterea calorica a lemnului va scade cu mai mult de 50 % fata de cea a lemnului absolut uscat.

Fig 4.8. Puterea calorica a materiei prime

De asemenea, daca copacii vor avea conditii de crestere favorabile si vor avea un continut ridicat de lignina si puterea calorica va creste corespunzator. Daca bustenii se transporta prin plutire pe cursuri de apa, aceast lucru va conduce la scaderea puterii calorice datorita spalarii unor substante care favorizau arderea precum rasini, ceruri, grasimi si alte substante volatile inflamabile. Rumegusul simplu are o putere calorica scazuta. Prin brichetare si amestec cu resturi de lignina de la fabricile de celuloza si hartie, puterea calorica va creste foarte mult. In acelasi timp, folosirea brichetelor va fi mai usor de transportat si de alimentare a arzatoarelor.

2. Calculul puterii termice a centralei

Pentru determinarea puterii centralei trebuie determinat in primul rand volumul de aer al pensiunii. Pensiunea este format din 6 camere, o bucatarie, o sala de mese, 2 bai, 2 holuri, fiecare camera avand inaltimea de 2,3m

(4.59)

(4.60)

(4.61)

(4.62)

(4.63)

(4.64)

(4.65)

(4.66)

unde – necesarul de putere pentru incalzirea 1m³ aer; =50 k cal

1 kW = 859,37 k cal → P = 24,58 kW

Se adopta centrala termica cu P = 25,6 kW = 22000 kcal

unde:  P_t– puterea totala a centralei

G – masa de brichete

H_i – puterea termica a unei brichete; H_i = 5100 kcal/Kg

– randamentul

O bricheta are greutatea de aproximativ 0,8 Kg → 5,67/ 0,8 = 7,08 bucati/h

Se adopta 7 bucati brichete/h

Tabel 4.4

Caracteristicile constructive functionale ale centralei care se proiecteaza