Fyzikální principy
Fyzikální principy
Spalování biomasy je fyzikálně chemický děj mezi palivem a okysličovadlem, kdy dochází k oxidaci paliva s uvolňování tepla. Palivo se současně rozkládá až na konečné produkty spalování.
Hmotové složení tuhých paliv zahrnuje hořlavé složky, nespalitelné látky – popeloviny a vodu. Hořlavina se aktivně podílí na hoření a je nositelem uvolňované chemicky vázané energie v palivu. Nejvýznamnější prvky hořlaviny, u kterých se hořením uvolňuje energie, jsou uhlík a vodík. Kyslík a dusík sice taky patří do kategorie hořlaviny, ale na hoření se podílejí jen pasivně bez energetického zisku.
Kromě hořlaviny obsahují paliva i nehořlavé složky různých chemicky vázaných látek, obecně nazývaných popeloviny. Působením tepla, vzniklého hořením hořlaviny, dochází v popelovinách k chemickým proměnám, přičemž vznikají látky nové, tvořící výsledný popel. Rostoucí podíl popelovin v palivu snižuje jeho výhřevnost (množství tepla, které se uvolní úplným spálením 1 kg paliva).
Taktéž větší obsah vody v biomase má negativní vliv na proces spalování. Po odpaření zvětšuje objem spalin a tím množství odvedeného tepla komínem, působí jako inhibitor hoření a snižuje teplotu spalování. Výhřevnost dřevní biomasy značně kolísá v závislosti od její vlhkosti. Suchá má výhřevnost přibližně 18 MJ.kg-1, při vlhkosti 50 % se její výhřevnost snižuje asi na polovinu.
Proces spalování uhlíku jako nejvýznamnějšího prvky hořlaviny lze chemicky i hmotnostně vyjádřit pomocí rovnice oxidace:
C + O2 = CO2
1 kmol (C) + 1 kmol (O2) = 1 kmol (CO2)
12,01 kg (C) + 32 kg (O2) = 44,01 kg (CO2)
Z uvedených rovnic vyplývá, že pro spálení 1 kg uhlíku je třeba dodat asi 2,67 kg kyslíku a vznikne 3,67 kg oxidu uhličitého. Přitom se uvolní přibližně 400 MJ/kmol energie ve formě tepla.