Performance of biomass pellets in domestic combustion systems | Desempenho dos pellets de biomassa em sistemas de combustão doméstica

In recent years the use of biomass pellets as an alternative energy source has experienced steady growth. The most widespread process for thermochemical conversion of biomass is combustion. Standardized commercial pellets and non-commercial non-standardized biomass pellets were used in this work. Eight types of biomass pellets were tested during combustion experiments in a pellet stove with a nominal power of 9.5 kWth, and the operating conditions were characterized. The stove used was a Solzaima model Alpes made in Portugal, a technology used for domestic heating. In order to monitor and acquire the experimental data during the combustion process, an interface software was developed. The work focused on characterizing the operating parameters such as the combustion temperature at five locations distributed along the combustion chamber and the chimney, the biomass fuel consumption, the flow rate of combustion air, the stoichiometric air needs, the excess fuel-air ratio, and the flue gas composition. Carbon balance was evaluated for every biomass pellets tested to determine the carbon conversion efficiency. It was observed that the physical and chemical characteristic of the pellets and the feeding system of the stove which does not provide a true continuous and uniform feeding have a direct influence over the operating parameters and therefore, in the composition of the exhaust gases. In some cases, gaseous pollutant emissions overpassed the limits set by Portuguese regulations. Also, it was observed that the shut-down procedure of the stove created combustion conditions that promote the emission of pollutants related to incomplete combustions such CO, C2H6, and CH4. Characteristics of pellets such as the high ash or moisture content were identified as unfavorable.

Nos últimos anos, o uso dos pellets de biomassa como fonte de energia alternativa apresentou um crescimento constante. O processo mais difundido para a conversão termoquímica de biomassa é a combustão. Pellets certificados e comerciais, e pellets de biomassa não comerciais e não certificados, foram utilizados neste trabalho. Oito tipos diferentes de pellets de biomassa foram testados num fogão a pellets com uma potência nominal de 9,5 kWth, tendo sido caracterizadas as condições de operação do processo de combustão. O fogão utilizado da marca Solzaima modelo Alpes, fabricado em Portugal, é uma tecnologia para aquecimento doméstico. Para monitorizar e realizar a aquisição das variáveis operatórias experimentais durante as experiências de combustão foi desenvolvido um software. O trabalho focalizou-se em caracterizar os parâmetros operatórios do processo de combustão no fogão, tais como a temperatura de combustão em cinco locais distribuídos ao longo da câmara de combustão e da chaminé, o consumo de combustível, o caudal de ar de combustão, as necessidades estequiométricas de ar de combustão, o excesso de ar, e a composição dos gases de combustão. Foi determinado o balanço de carbono para o processo de combustão dos pellets de biomassa testados, com o objetivo de determinar a eficiência de conversão de carbono. Observou-se que as características físico-químicas dos pellets e o sistema de alimentação do fogão que não proporciona uma alimentação verdadeiramente contínua e uniforme, influenciam o desempenho do processo de combustão, nomeadamente em termos de parâmetros de processo e composição dos gases de exaustão. No caso de algumas experiências de combustão de pellets, a emissão de gases poluentes ultrapassa os limites estabelecidos pela legislação portuguesa para instalações de combustão. Além disso, observou-se como o processo de paragem do fogão a pellets criou condições de combustão que promovem a emissão de poluentes relacionados à combustão incompleta, tais como CO, C2H6 e CH4. As características dos pellets de biomassa como o alto teor de cinzas ou de umidade, foram identificadas como desfavoráveis.

Mestrado em Sistemas Energéticos Sustentáveis