Prestazioni energetiche ed emissioni inquinanti di una caldaia domestica alimentata con pellets di residui agricoli e ripariali Dario Prando, Marco Baratieri Libera Università di Bolzano Sustainable use of biomass in South Tyrol: from production to technology Progetto finanziato dalla Provincia Autonoma di Bolzano Bolzano, 11.11.2014
Sustainable use of biomass in South Tyrol: from production to technology Work packages: i) quantification and characterization of available local agricultural woody biomasses and assessment of the environmental impacts derived from their utilization (Prof. Stefan Zerbe, Martina Boschiero) ii) detailed analysis (quantification, ecological and socio-economical aspects) of the riparian woody biomass available for bioenergy production (Prof. Francesco Comiti, Dr. Daniela Campana) iii) study of the biomass energy conversion technology (Prof. Marco Baratieri, Dario Prando)
Sommario Riepilogo quantificazione biomassa in Alto Adige Setup sperimentale per i test di combustione Risultati A Title efficienza of Part 1 caldaia of the presentation Risultati B Title emissioni of Part 2 inquinanti of the presentation caldaia Conclusioni C Title of Part 3 of the presentation
Biomassa lignocellulosica in Alto Adige QUANTIFICAZIONE Uso corrente (m³/anno) Cippato G30-G50 Potenziale non sfruttato (m³/anno) Biomassa forestale 1,000,000 275,000 Vegetazione ripariale 20,000 27,000 Residui agricoli (melo) n.d. 92,000 Frutteti Foreste Vegetazione ripariale
Setup sperimentale per i test di combustione Parametri monitorati: - Portata biomassa - Portata e temperatura fumi - Portata e temperatura circuito idraulico - CO, Nox, polveri (gas analyzer NGA 2000) Source: Carvalho L, Wopienka E, Pointner C, Lundgren J, Verma VK, Haslinger W, et al. Performance of a pellet boiler fired with agricultural fuels. Appl. Energy. 2013;104:286 296.
Schema caldaia a pellet Range potenza: 4.5 17.4 kw Griglia mobile automatica Trinciato di potature di melo Cippato di abete rosso Source: Carvalho L, Wopienka E, Pointner C, Lundgren J, Verma VK, Haslinger W, et al. Performance of a pellet boiler fired with agricultural fuels. Appl. Energy. 2013;104:286 296.
Calcolo efficienza caldaia η diretto = Q th,utile Q B = Q th,utile PCN m B η indiretto = 1 Q a + Q u + Q s + Q b PCN m B Q th,utile calore utile [J] PCN potere calorifico netto della biomassa [J/kg] m B massa di pellet [kg] Q a perdita per calore sensibile nei fumi [J] Q u perdita per incompleta combustione [J] Q s perdita per scambio termico della caldaia con l ambiente circostante [J] Q b perdita per incombusti nelle ceneri [J]
Concentrazione (%) Potere Calorifico (MJ/kg) Caratterizzazione pellet 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 10 8 Abete rosso Potere Calorifico Inferiore (PCI) Potere Calorifico Netto (PCN) Salici Ceneri Tronco di Potature Umidità melo di melo B: >16 MJ/kg A1, A2, B: < 19 MJ/kg A1: >16.5 MJ/kg Limiti secondo UNI EN 14961-2:2011 Certificazione ENplus A1, A2, B: < 10% (umidità) (PCN) 6 4 2 0 Abete rosso Salici Tronco di melo Potature di melo B: <3% A2: <1.5% A1: <0.7% (ceneri)
Boiler efficiency (%) Risultati: Efficienza 100 80 60 85.90 86.40 85.91 86.50 Classe 3: >74% Classe 5: >88% Classe 4: >82.5% 40 20 0 Abete rosso Salici Tronco di melo Potature di melo Limiti secondo EN 303-5:2012 Classe 3: η>67+6 log(q) Classe 4: η>80+2 log(q) Classe 5: η>87+log(q) Q=Potenza uscita [kw]
Risultati: Emissioni inquinanti Concentrazioni (mg Nm -3 ) al 10 % O 2 600 500 400 300 200 100 0 CO NOx Polveri Abete rosso Salici Tronco di melo Potature di melo Classe 5: <500 Classe 3: <150 Classe 4: <60 Classe 5: <40 Limiti secondo EN 303-5:2012 Caldaie automatiche Q < 50 kw [mg/nm³] @ 10% O 2 Classe 3: CO<3000 ; Polveri<150 Classe 4: CO<1000 ; Polveri<60 Classe 5: CO<500 ; Polveri<40
Conclusioni NO differenze considerevoli PC PCN 16-17 MJ/kg PCI 17-18 MJ/kg Ceneri elevate per potature di melo (4.3%) NO differenze considerevoli η ( 86%) Emissioni CO inferiori ai limiti EN 303-5:2012 Polveri elevate per tronco e potature di melo (> 150 mg/nm³)
Ringraziamenti
Grazie! Thank you! Danke! A B C Title of Part 1 of the presentation Title of Part 2 of the presentation Title of Part 3 of the presentation dario.prando@natec.unibz.it