The influence of combustion conditions on flue gas particle composition in a modified pellets   stove

Abstract

I två översiktsartiklar har ledande europeiska och amerikanska forskare slagit fast att partiklar i emissioner från vedeldning och utsläpp vid småskalig biobränsleeldning generellt sett måste anses som skadligt för hälsan vid exponering, även i de låga halter som normalt förekommer i utomhusluften. Vad som dock saknas är kunskap kring hur denna "farlighet" förändras, och kan påverkas, då modern teknik används samt hur olika biobränslen förhåller sig i detta sammanhang. Med avseende på detta så genomfördes detta examensarbete i syfte att fastställa hur olika förbränningsförhållanden i en modifierad pelletskamin inverkar på rökgaspartiklarnas sammansättning m a p organiskt och elementärt kol. Vidare undersöktes om det är möjligt att stabilt generera en "sotande" förbränning under längre perioder för framtida toxikologiska studier av rökgaser från biomassa. Resultaten visar på att det är möjligt att med hjälp av de parametrar som funnits att variera, stabilt kunna generera olika sorters förbränningstyper i den nu använda och modifierade pelletskaminen där såväl totalhalten partiklar som fördelningen av organiskt och elementärt kol i partiklarna varierade. Detta är lovande och visar på att det på ett kontrollerat vis går att skapa emissioner under ofullständiga förbränningsförhållanden där partiklarna har olika karakteristik. För att genomföra mer ingående studier rekommenderas dock att vissa förbättringar och utveckling av tekniken genomförs, för ökad kontroll och flexibilitet. Detta kan antingen ske med en ombyggd (enligt de förslag som ges i felkällor) pelletskamin (t ex Pitekaminen), alternativt en helt ny egendesignad reaktor/kamin. Detta för att kunna verifiera de resultat som fåtts innan någon omfattande studie kring partikelegenskaper grundas på de resultat som nåtts i detta arbete. En aspekt är att det i befintliga system (kaminer m m) är svårt att elda pellets "kallt", och generera pyrolysprodukter, eftersom pellet är ett torrt bränsle och det matas in på en het/glödande bränslebädd. För att komma runt detta, men fortfarande nyttja fördelarna med kontinuerligt matad pellets, behövs troligen en helt annan design av förbränningsutrymmet där en "primär-zon" pyrolyserar bränslet innan koksförbränningen sker vid högre temperatur.In two review articles leading European and American researchers have stated that particles in emissions from residential wood combustion and emissions from small-scale biomass burning in general must be regarded as harmful to health during exposure, even in the low concentrations normally found in outdoor air. However, what is missing is knowledge about how this toxicity changes and may be affected when modern combustion technology is used and how different biomass fuels relate in this context. Because of this, the objective with this work was to determine the influence of combustion conditions in a modified pellet stove on the composition of particulate matter in the emissions with respect to the distribution of organic and elemental carbon. A further purpose was to investigate whether it is possible to generate a stable "sooty" burning state for longer periods of time to be used in future toxicological studies of biomass emission particles. The results showed that it is possible, by adjusting the parameters that was available, to generate stable conditions of different types of combustion in the currently used and modified pellet stove. Both the total mass concentration of particles and the distribution of organic and elemental carbon in the particulate matter varied. This is promising and shows that it is possible to create, in a controlled manner, incomplete combustion conditions where the particles have different characteristics and properties. In order to conduct more detailed studies, however, it is recommended that certain improvements and development of technology is implemented, to enable better control and flexibility. This can be done either with a rebuilt pellet stove or a completely new self-designed reactor. This should be applied to verify the results obtained before any comprehensive study on particle properties based on the results achieved in this work is performed