Aanmelden / registeren

Verbranden

Uit WikiMobi

Ga naar: navigatie, zoeken

Verbranden is het proces waarbij een energiebron (bijvoorbeeld kolen, biomassa of afval) wordt omgezet in warmte bijvoorbeeld in de vorm van stoom. De stoom kan middels een stoomturbine omgezet worden in elektriciteit. Ook kan er bij verbranding direct warmte geleverd worden. De warmte kan gebruikt worden om bijvoorbeeld een stads- of wijkverwarmingsysteem van warmte te voorzien.

In een stoomlocomotief worden kolen, stookolie of hout verbrand in de vuurhaard. Met deze warmte wordt water verdampt tot stoom, en de stoom zorgt ervoor dat de zuigers in beweging komen. De beweging van de zuigers wordt omgezet in een ronddraaiende beweging van de wielen van de locomotief.


Inhoud

Definitie

Verbranding is een chemische reactie tussen een brandstof en een oxidator (meestal zuurstofgas) waarbij warmte en licht ontstaat.

Historie

Verbranden als mogelijkheid van warmte- en lichtproductie bestaat als sinds de prehistorie. Tot op de dag van vandaag wordt deze vorm van energieproductie toegepast. Sinds de industriële revolutie wordt de grootschalige toepassing van (fossiele) brandstoffen voor energieopwekking toegepast. In die periode waren kolen de meest toegepaste brandstof.

Technologie

De chemische oxidatie bij de verbranding van de aanwezige koolstofverbindingen wordt gerealiseerd door bij hoge temperatuur een (klein) overschot aan zuurstof in de vorm van verbrandingslucht toe te voeren. De verbranding vindt plaats bij temperaturen tussen 800 en 1000 °C. Door in een ketel warmte te onttrekken aan de rookgassen kan stoom geproduceerd worden.

We onderscheiden op deze pagina het verbranden van kolen, biomassa en afval.

Verbranden kolen: Veruit de meest gebruikelijke manier van kolenverwerking op dit moment is verbranding in de vorm van poederkool. De kolen worden hierbij dermate fijn gemalen dat ze als poeder in een brander verwerkt kunnen worden. De poederkool wordt met de verbrandingslucht via de brander in de ketel van de centrale gebracht. De hiervoor toegepaste branders worden suspensiebranders genoemd. De as van de verbranding wordt uit de rookgassen gefilterd (vlieg-as), of op de bodem van de ketel opgevangen (bodem-as)

Verbranden biomassa:
Er zijn twee routes om biomassa te verbranden:

  • Alleen biomassa: installaties die alleen biomassa als brandstof gebruiken en daaruit warmte en/of elektriciteit produceren
  • Bijstook biomassa: installaties die naast biomassa ook fossiele brandstof, zoals kolen, verwerken. In dit geval wordt van bij-of meestook van de biomassa gesproken. Bij deze toepassing wordt gebruik gemaakt van de mogelijkheden die kolencentrales op dit vlak bieden

Bij het eerste type installaties wordt het ontwerp volledig afgestemd op het verwerken van biomassa.

Bij het tweede type wordt de infrastructuur van de kolencentrale met betrekking tot de brander, de ketel, de rookgasreiniging en de elektriciteitsopwekking ook voor de biomassa aangewend. In het geval van meestook, wordt de biomassa zodanig voorbewerkt dat deze met de kolen in dezelfde ketel kan worden verbrand.

Afvalverbranding: Brandbaar afval wordt, wanneer het niet kan worden gescheiden of hergebruikt, verbrand. Vaak is zo´n afvalverbrandingsinstallatie ook een energiecentrale. De installatie maakt over het algemeen gebruik van roosterovens. Door rookgasreiniging, met behulp van filters, blijft de uitstoot van schadelijke stoffen minimaal. Van belang is dat afval zich bij verbranding gelijk gedraagt. Bij schommelingen in afvalsamenstelling kunnen pieken en dalen ontstaan in de stoomopwekking. De turbine en generator werken dan niet optimaal, waardoor de energieopwekking minder efficiënt is. Bron: Twence

Varianten met voor en nadelen

Verbrandingsinstallaties voor biomassa Voor verbrandingsinstallaties die gericht zijn op het verwerken van (houtachtige ) biomassa worden verschillende verbrandingstechnieken toegepast. De meest toegepaste vormen zijn:

  • Verbranding op een (bewegend) rooster
  • Verbranding in een wervelbed

Roosterverbranding: Deze techniek is oorspronkelijk ontwikkeld voor het verwerken van kolen. Bij deze techniek wordt de brandstof op een al of niet bewegend rooster gebracht. Vaak staat dit rooster onder een kleine helling waardoor het materiaal gaandeweg de verbranding naar beneden schuift. Aan het eind van het rooster heeft de verbranding volledig plaatsgevonden en resteert slechts de af te voeren as. De verbrandingslucht wordt deels via het rooster toegevoerd (primaire verbrandingslucht) en deels in de vuurhaard boven het rooster (secundaire en teriaire lucht. In onderstaande figuur is de opbouw van een dergelijk installatie weergegeven.

Dwarsdoorsnede roosterverbrandingsinstallatie.jpg

Voordelen van een roosteroven zijn:

  • Robuust en uitontwikkeld concept voor verwerking van houtachtige materialen, maar ook andere typen reststoffen zoals huisvuil
  • Groot bereik aan brandstofeigenschappen met betrekking tot energie-inhoud, vochtgehalte, (variatie in) deeltjesgrootte, asgehalte

Nadelen van een roosteroven zijn:

  • Complex mechanisch systeem, veel bewegende delen
  • Veelal op maat ontworpen door beperkt aantal leveranciers, daardoor relatief kostbaar en niet op kleine schaal toepasbaar

Voor kleinschalige toepassingen, waarbij vooral warmtelevering aan de orde is, wordt ook gebruik gemaakt van roostersystemen. Deze installaties worden in hun geheel in de werkplaats van de producent samengebouwd en als complete eenheid op de plaats van bestemming afgeleverd. De verdere plaatsing en bedrijfsvoering vertoont grote overeenkomsten met die van een aardgasgestookte CV-ketel. Een voorbeeld van een dergelijke ketel is hieronder afgebeeld.

Kleinschalige biomassa verbrandingsinstallatie.jpg

Wervelbedverbranding: Naast verbranding op een rooster is het mogelijk biomassa te verbranden in een zogenaamd wervelbed. De biomassa wordt hierbij in een bed van (heet) zand gebracht, dat door de toevoer van lucht aan de onderzijde in zwevende toestand wordt gehouden. Het zandbed gedraagt zich daarbij als een kokende vloeistof, waar de luchtbellen doorheen borrelen. Dit brengt een intensieve vorm van menging met zich mee, waardoor een goed contact tussen brandstof en verbrandingslucht ontstaat. Na verbranding worden de asdeeltjes met de rookgassen uit het bed geblazen. De wijze van benutting van de warmte uit de rookgassen is vergelijkbaar met die van een roosteroven.

Voordelen van een wervelbedoven zijn:

  • Relatief eenvoudige mechanische constructie in vergelijking met een rooster
  • Intensieve menging van de biomassa met als gevolg een volledige verbranding, hierdoor zijn lagere temperaturen mogelijk en treedt er minder vorming van NOx op
  • Mogelijkheid om materialen aan het bed toe te voegen om emissies te beperken

Nadelen zijn:

  • De deeltjesgrootte van de brandstof moet binnen een vrij nauwe bandbreedte liggen
  • Door samenklontering van as met bedmateriaal kan slakvorming optreden dat leidt tot verslechtering van de prestaties

Rendementen, theorie en praktijk

Kolen: Voor een kolencentrale geldt dat het thermische rendement tegen de 90% zal bedragen. Het elektriciteitsrendement van de huidige kolencentrales in Nederland bedraagt 38 – 40%. Bron: ECN Voor nieuwe centrales lijkt een elektrisch rendement van 46% haalbaar (zonder CO2-afvang). Bron: TU Delft

Voor zowel roosterverbranding als wervelbedverbranding geldt dat de omzettingsrendementen naar bruikbare warmte tussen de 85 en 90% bedragen. Bij verbranding van materiaal met een hoog vochtgehalte kan het rendement verhoogd worden door een rookgascondensor toe te passen. Voorwaarde hierbij is dat er een bestemming is voor de warmte uit de condensor die op een vrij laag temperatuurniveau vrijkomt (45 – 60 °C).

Biomassa: Bij de opwekking van elektriciteit zijn vooral de stoomcondities en de schaalgrootte van belang. Door aanwezigheid van corrosieve componenten in de biomassa zoals chloor en kalium, zijn er beperkingen aan de maximaal toepasbare stoomtemperaturen. Deze worden bij biomassa om deze reden vaak niet hoger dan 450 – 500 °C gekozen.

Voor kleinschalige installaties met een elektrisch vermogen van 0,5 – 2 MW bevinden de rendementen voor elektriciteitsopwekking zich in de range van 15 – 20%. Bij grotere installaties tot 30 MW vermogen kan het rendement oplopen tot rond 30%.

Via bij – en meestook in kolencentrales zijn rendementen haalbaar van 40 – 45%.

Afval: Het redement van afvalverbranding is vrij laag. Het ligt, bij de grotere afvalverbrandingsinstallatie, tussen de 20 en 25 procent. Dit komt met name door het percentage chloor in afval. Door corrosie wat chloor kan veroorzaken aan de stoompijpen, kan geen gebruik gemaakt worden van hoge verbrandingstemperaturen. Door een optimale warmteherwinning en door het opnieuw verhitten van stoom uit de hogedrukcabine, kan het elektrisch rendement van een hoogrendements afvalverbrander 30% bereiken. Avi Amsterdam zet hierbij een wereldrecord voor afvalverbranding. Bron: Energieprojecten

Praktijkstatus

Verbranding wordt al zeer lang op verschillende praktijkschalen toegepast voor energieopwekking.

Grondstoffen en leefomgeving

Emissies

In de aanvoerketen van kolen ontstaan aanzienlijke methaanemissies, met name bij het verpoederen van de kolen voordat ze verbrand worden. Bron: EPA

Bij verbranding ontstaan een aantal schadelijke emissies. De belangrijkste zijn:

  • Stof, vooral in de vorm van vliegas, maar ook deeltjes onverbrand materiaal en aërosolen komen voor
  • Stikstofoxiden (NOx). De stikstof komt zowel uit de brandstof voort als uit de verbrandingslucht
  • Koolmonoxide (CO) en onverbrande koolwaterstoffen kunnen ontstaan als gevolg van ongunstige verbrandingscondities
  • Koolstofdioxide (CO2), ontstaat bij volledige verbranding
  • Aangezien biomassa kleine hoeveelheden zwavel, chloor en zware metalen bevat kunnen deze ook voor een deel in de rookgassen terechtkomen.

Door regeling van het verbrandingsproces en het toepassen van filters kunnen de emissies beperkt worden. CO2 kan worden afgevangen met behulp van CCS-techniek.

Omgevingsbelasting

Als restmateriaal van de verbranding blijft de as over, algemeen slechts enkele procenten van de invoer aan biomassa. Afhankelijk van de aard van de biomassa moet hier een passende bestemming aan worden gegeven. De verbrandingsproducten (met name koolstofproducten) van steenkool worden gebruikt in de wegenbouw. Na verbranding van afval blijven er onbrandbare resten over welke ook gebruikt kunnen worden in de wegenbouw. Ook kunnen er metalen teruggewonnen worden. Dan blijft er 3 tot 5% over, het residu, dit wordt gestort.

Bij verbranding kan geurhinder ondervonden worden. Door het invoeren van rookgasreiniging en het inbouwen van filters in de installaties kan dit worden verminderd.

Toekomst

Verbranding hoort nog lang niet tot het verleden. Er worden nog steeds nieuwe technieken bedacht om zo efficiënt mogelijk biomassa en kolen te kunnen verbranden, zoals bijvoorbeeld de volledig automatische biomassa verbrandingsinstallatie voor onder ander houtsnippers, graan en stro. Bron: JH

Politiek, sociaal en economische factoren

Politieke en sociale factoren

Voor verbranding van biomassa in bio-energiecentrales is subsidie beschikbaar (Stimuleringsregeling Duurzame Energie). Voor bijstook van biomassa in kolencentrales is dat niet het geval.

Bijstook van biomassa staat bloot aan de kritiek dat het de bouw van nieuwe kolencentrales legitimeert, aan de andere kant is het een relatief eenvoudige manier om bestaande centrales te vergroenen.

Harlingen dreigt 238217e.jpg
In Harlingen is er veel kritiek op de bouw van een nieuwe afvalverbrandingsoven. Tegenstanders van de oven menen dat het overbodig is, en vrezen voor gezondheidsrisico´s. Voorstanders zeggen dat de strikte uitstootnormen gehaald zullen worden, en hij zal met meer dan 80% het hoogste energierendement van Nederland halen.


Meer informatie over: Discussie rondom afvalverbrandingsoven

Meer informatie over: filmpje dat laat zien hoe controversieel het gebruik van kolen is

Economische factoren

De nieuwe Power Plant 3, kolencentrale op de Maasvlakte moet eind 2012 opgeleverd worden en de bouw ervan gaat zo´n 1,2 miljard euro kosten. Hij heeft een netto capaciteit van 1.070 MW en zal voorzien in 7% van het binnenlandse elektriciteitsverbruik. Bron: bureau toezicht bouwwerken

De bouw van een nieuwe verbrandingsoven die jaarlijks zo´n 228.000 ton afval kan verwerken, kost ongeveer 150 miljoen euro. Bron: NRC

Verbrandingsinstallaties voor de verwerking van biomassa die zowel elektriciteit als warmte opwekken vergen een investering van 3500 – 4500 Euro per kW elektrisch vermogen. Als alleen warmte opgewekt wordt dan zijn de investeringen 250 – 500 Euro per kW thermisch vermogen.

Naast de investeringskosten voor de installatie, zijn vooral de brandstofkosten een belangrijke factor. Hierbij kan sprake zijn van hoogwaardige brandstof in de vorm van houtpellets met een prijsniveau van rond 130 euro per ton. Een andere vorm die veel wordt toegepast zijn houtchips. Hierbij gaat het om relatief vers (nat) hout met een lagere energie-inhoud. Afhankelijk van de kwaliteit kan sprake zijn van prijsniveaus van 20 – 40 euro per ton. Verder zijn in Nederland een aantal installaties operationeel die hout afkomstig uit Bouw en sloopafval verwerken, de prijzen hiervoor kunnen variëren van 10 – 50 Euro per ton.

Op basis van deze prijsranges heeft ECN/Kema vastgesteld dat voor installaties met een elektrisch vermogen van < 10 MW een kostprijs voor de elektriciteit geldt van 0,2 Euro per kWh. Voor grotere installaties (10 – 50 MW) neemt dit af tot 0,123 Euro/kWh.

Meer informatie over: Biomassa en Kolen

Kengetallen

Klimaatverandering

In de aanvoerketen van kolen ontstaan aanzienlijke methaanemissies. Bij verbranding ontstaan stof, NOx, CO, CO2 en onverbrande koolwaterstoffen. Bij de verbranding van biomassa ontstaan daarbij ook nog zwavel, chloor en zware metalen.

Leefomgeving

Als restmateriaal van de verbranding blijft de as over. Bij verbranding kan geurhinder ondervonden worden.

Kosten

De bouw van een nieuwe verbrandingsoven die jaarlijks zo´n 228.000 ton afval kan verwerken, kost ongeveer 150 miljoen euro.

Verbrandingsinstallaties voor de verwerking van biomassa die zowel elektriciteit als warmte opwekken kennen investeringen van 3500 – 4500 Euro per kW elektrisch vermogen. Als alleen warmte opgewekt wordt dan zijn de investeringen 250 – 500 Euro per kW thermisch vermogen. De kosten voor een hoogwaardige brandstof in de vorm van houtpellets kosten rond 130 euro per ton. De prijs van houtchips (met een lagere energie-inhoud) ligt tussen de 20 en 40 euro per ton. Verder zijn in Nederland een aantal installaties operationeel die hout afkomstig uit Bouw en sloopafval verwerken, de prijzen hiervoor kunnen variëren van 10 – 50 Euro per ton.

Op basis van deze prijsranges heeft ECN/Kema vastgesteld dat voor installaties met een elektrisch vermogen van < 10 MW een kostprijs voor de elektriciteit geldt van 0,2 Euro per kWh. Voor grotere installaties (10 – 50 MW) neemt dit af tot 0,123 Euro/kWh.

Tijd

Er worden nog steeds nieuwe technieken bedacht om zo efficiënt mogelijk biomassa en kolen te kunnen verbranden.

Hernieuwbaarheid

Afval uit de bouw en sloop sector en biomassa kunnen worden verbrand om er elektriciteit en warmte uit te halen.

Toelichting

Verbranden van kolen en biomassa wordt gedaan om er energie uit te halen. Voor verbranding van biomassa in bio-energiecentrales is subsidie beschikbaar. Bijstook van biomassa staat bloot aan de kritiek dat het de bouw van nieuwe kolencentrales legitimeert, aan de andere kant is het een relatief eenvoudige manier om bestaande centrales te vergroenen.

Extra informatie en interessante ontwikkelen



Links

Rapporten

Organisaties en bedrijven

Overige links



Well to Wheel

De informatie in dit artikel heeft betrekking op de volgende Well to Wheel analyses:

Overgenomen van "http://wikimobi.nl/wiki/index.php?title=Verbranden&oldid=5778"
Powered by MediaWiki
  • Deze pagina is het laatst bewerkt op 7 jan 2011 om 19:13.
  • Deze pagina is 3.838 keer bekeken.
  • Privacybeleid
  • Voorbehoud