Vliv spalovacích podmínek na přenos anorganické složky tuhých biopaliv do produktů spalování - Lachman, Jakub (Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, 2024)
Navzdory mnohým výhodám tuhých biopaliv je jejich spalování spojeno s vysokými emisemi prachových částic. Velká část z nich přitom pochází přímo z anorganických látek v biopalivech obsažených. Hlavní náplní dizertační práce je studium vlivu složení paliva a provozních podmínek spalovacího zařízení na přenos anorganických látek do produktů spalování, tedy popela a spalin. Pro experimentální část práce bylo zvoleno celkem 15 tuhých biopaliv, která byla pomocí laboratorních rozborů rozčleněna do charakteristických skupin. Experimentální měření bylo provedeno na automatickém kotli s tepelným výkonem 25 kW. Pro studium vlivu provozních podmínek a konstrukčních prvků kotle na emise prachových částic byl výběr paliv zúžen na 5. Nejdůležitějšími sledovanými parametry byly hmotnostní koncentrace prachu ve spalinách a prvkové složení popela a prachových částic. Na základě těchto vstupů byly stanoveny emisní faktory a poměrné uvolnění majoritních a stopových prvků. Dále byla sledována velikostní distribuce částic pomocí kaskádového impaktoru. Výsledky měření jasně ukazují, že velikostní distribuce je dána pouze složením paliva. Provozní podmínky na ni mají zanedbatelný vliv. S rostoucím obsahem K, Cl, S a Na v palivu roste i aerodynamický průměr částic. Většina emitovaného prachu ale nepřesahuje velikost 1 µm. Oproti tomu emisní faktory a poměrné uvolnění anorganických látek do jisté míry volbou hořáku a jeho provozními podmínkami ovlivnit lze. Všechny měřené výstupy jsou v rámci závěrečné diskuze dále zobecněny regresní analýzou a dalšími statistickými metodami. Dizertační práce je tak tvořena obsáhlým souborem laboratorních měření provedených jednotnou metodikou a zobecněnými charakteristikami sledovaných vlivů na přenos anorganické složky tuhých biopaliv.

Despite its many benefits, solid biofuel thermal utilization is plagued by high dust emissions, many of which originate from the inorganic matter present in biomass. The focus of this doctoral thesis is thus to evaluate the effect of fuel composition and operating conditions on the partitioning of inorganic matter into the direct products of combustion, i.e. ash and flue gas. A total of fifteen biofuels has been selected for the experimental part of the work. The fuels have been thoroughly analyzed and assigned to their respective groups based on ash composition. The experimental work has been carried out in an automatic pellet boiler with a thermal output of 25 kW. To further evaluate the effect of operating conditions on inorganic matter release, the fuel selection had to be narrowed down to 5. The key attributes that have been measured were the total mass concentration of dust particles, their elemental composition, and the elemental composition of the respective ash samples. These results then served as the basis for emission factor and relative release determination. Cascade impactor was deployed to establish particulate matter size distribution. The results show that the particle size distribution is a direct result of inorganic matter content and composition. Higher K, Cl, S and Na content leads to formation of larger particles, however, most of them are still within the submicron threshold in terms of their equivalent aerodynamic diameter. Operating conditions have negligible impact on the size distribution of emitted particles. On the other hand, the high emission factors and relative release of inorganic matter can be significantly mitigated through optimal burner operating conditions. Lastly, the results have been statistically analyzed through correlation and regression tests. The doctoral thesis thus contains a sizeable collection of data obtained through rigorous and unified methodology, as well as more broadly applicable findings.
The Effect of Combustion Conditions on Inorganic Matter Partitioning into Combustion Products
Keywords: tuhá biopaliva; emisní faktor; prachové částice; popelovina; velikostní distribuce; solid biofuels; emission factor; particulate matter; inorganic matter; size distribution