TÜV NORD Czech, s.r.o., Laboratoře a zkušebny představení

Transkript

1 Metody zkoušení fyzikálně-chemických vlastností tuhých biopaliv Technologické trendy při vytápění pevnými palivy 2011, , Horní Bečva TÜV NORD Czech s.r.o., Laboratoře a zkušebny Olomoucká 7/9, BRNO RNDr. Alice Kotlánová kotlanova@tuev-nord.cz,

2 TÜV NORD Czech, s.r.o., Laboratoře a zkušebny představení Zkušební laboratoř č akreditovaná ČIA (dle ČSN EN ISO/IEC 17025:2005). Komplexní nabídka služeb: Mechanické zkoušky (kovové materiály, nekovové materiály, např. plasty, textilní pásy) Metalografické zkoušky kovů (např. posuzování vlivu provozu kotle na chladicí hady, výroba nových kotlů apod.) i makroskopické zkoušky svarů plastů Chemické zkoušky (stanovení chemického složení jakéhokoliv materiálu, včetně nánosů) Zkoušky paliv, maziv a energetických vod (tuhých a kapalných paliv, tuhých biopaliv a alternativních paliv, olejů, popelovin, hořlavých odpadů, energetických a povrchových vod, vodní páry) Chemický režim kotle (napájecí a kotelní voda, sytá a přehřátá pára, kondenzát, oběhová voda, demivoda) Chemické rozbory nánosů v trubkách (např. v přehříváku), při chemickém čištění kotle lze stanovit množství nánosů Centrum technické normalizace zajišťuje připomínkování a přejímání evropských norem z oblasti tuhých biopaliv a udržitelnosti biomasy Výsledky zkoušek paliv a biopaliv lze využít jako podklady pro vystavení Certifikátu (Akreditovaný Certifikační orgán č. 3170) nebo Osvědčení o kvalitě výrobku.

3 Zkoušení tuhých biopaliv Komplexní zkoušení vlastností tuhých biopaliv Pokrývá požadavky na fyzikálně chemické parametry tuhých biopaliv např. specifikačních norem řady EN část 1 až 6 Další zkoušky požadované k upřesnění charakteristik tuhých biopaliv (např. prchavá hořlavina apod.) Provádění zkoušek podle evropských norem nebo evropských technických specifikací, transformace na EN normy Postupné nahrazování norem DIN a ÖNORM evropskými normami

4 Nové normy pro zkoušení tuhých biopaliv 2010: ČSN EN Stanovení prchavé hořlaviny ČSN EN Stanovení sypné hmotnosti ČSN EN Stanovení mechanické odolnosti Část 1: Pelety ČSN EN Stanovení obsahu popela ČSN EN Stanovení spalného tepla a výhřevnosti ČSN EN , 2, 3 Stanovení vody 2011 ČSN EN Stanovení mechanické odolnosti Část 2: Brikety ČSN EN Stanovení rozdělení podle velikosti částic -Část 1: Metoda třídění oscilačním sítem s otvory o velikosti 1 mm a většími ČSN EN Stanovení rozdělení podle velikosti částic -Část 2: Metoda třídění vibračním sítem s otvory o velikosti 3,15 mm a menšími

5 Nové normy pro zkoušení tuhých biopaliv (připravuje se) 2011 ČSN EN Terminologie, definice a popis ČSN EN Prokazování kvality paliva, Část 1: Všeobecně ČSN EN Stanovení celkového uhlíku, vodíku a dusíku - Instrumentální metody ČSN EN Stanovení obsahu chloridů, sodíku a draslíku rozpustných ve vodě ČSN EN Stanovení celkové síry a celkového chloru ČSN EN Analytické výpočty pro různé stavy biopaliv EN Stanovení obsahu hlavních prvků EN Stanovení obsahu stopových prvků Dále: ČSN EN :2010 Specifikace a třídy paliv Část 1: Všeobecně Dalšíčásti ČSN EN až 6 (listopad 2011)

6 Nové normy pro zkoušení tuhých biopaliv (rozpracované) pren Vzorkování - Vzorkování pren Vzorkování - Metody přípravy vzorkovacích plánů a vzorkovacích certifikátů pren Metody přípravy vzorku pren Stanovení teploty tání popela - Část 1: Stanovení charakteristických teplot pren až 6 Prokazování kvality paliva Část: 2 až 6

7 Základní laboratorní postupy pro stanovení fyzikálně chemických vlastností tuhých biopaliv Řídí se požadavky normy ČSN EN :2010 Specifikace a třídy paliv, všeobecná část ČSN EN Dřevní pelety ČSN EN Dřevní brikety ČSN EN Dřevní štěpka ČSN EN Palivové dříví ČSN EN Bylinné pelety Pro maloodběratele Obsahují: Popis biopaliva Suroviny pro výrobu Charakteristické vlastnosti a hodnoty Zkušební metody Označování vlastností

8 Používání zkratek a symbolů Průměr D (diameter) Délka L (lenght) Voda M (moisture) Popel A (ash) Hustota částic DE (particle density) Velikost částic P (particle size) Výhřevnost Q (net calorific value) Mechanická odolnost DU (mechanical durability) Sypná hmotnost BD (bulk density) Množství jemných částic F (amount of fines) Tavitelnost popela DT (deformation temperature) d bezvodý stav daf hořlavina ar původní stav (M ar )

9 Zaznamenání parametrů Např. Specifikace pelet: D0.6, M10, A0.5, DU97.5, F1.0, BD650, Q16.5, S0.02, N0.03, Cl0.02 Průměr D 6 mm ± 1,0 mm Délka L min. 3,15 mm, max. 40 mm Voda M max. 10 % Popel A max. 0,5 % Mechanická odolnost DU min. 97,5 % Jemnéčástice F max. 1 % Sypná hmotnost BD min. 650 kg/m3 Výhřevnost Q min. 16,5 MJ/kg Síra S max. 0,02 % Dusík N max. 0,3 % Chlor Cl max. 0,02 %

10 Odběr vzorků Základem správné analýzy je dobře odebraný vzorek. Odběry provádí školení pracovníci laboratoří nebo výrobce. Normy na odběr vzorků: ČSN P CEN/TS metody vzorkování tuhých biopaliv obecně ČSN P CEN/TS metody vzorkování z nákladních aut definování počtu a umístění vzorkovacích míst, nástroje pro vzorkování, počet dílčích vzorků, protokol o odběru vzorku aj. nově pren Vzorek musí být vždy reprezentativní a během transportu (ani v laboratoři) nesmí docházet ke změně jeho vlastností (např. vysušením) Balení vzorku: - Utěsněná vzduchotěsná nádoba - Uzavřený plastový sáček

11 Příprava vzorků Příprava analytického vzorku ČSN P CEN/TS Redukce vzorku kvartací, vydělení analytického vzorku Příprava vzorku: Mlýn, výběr vhodného typu, podle předpokládaných druhů biomasy (např. střižní mlýn) Síta, příprava vzorku na rozměr 1 mm, příp. menší

12 Příklady přípravy tuhých biopaliv

13 Rozměry pelet a briket pren Stanovení délky a průměru pelet Princip: Podle velikosti se připraví zkušební podíl vzorku (čím větší peleta, tím větší zkušební podíl), g. Délka - všechny pelety se změří a udělá se průměr délky. Průměr náhodně se vybere 25 pelet, změří se průměr a výsledky se zprůměrují. Vyhodnocuje se i množství nadměrných pelet.

14 Stanovení vody ČSN EN až 3 ČSN EN stanovení celkové vody (pro referenční účely) ČSN EN stanovení celkové vody zjednodušenou metodou ČSN EN stanovení vody v analytickém vzorku (vzorek použitý pro analýzu) Základem je dodání vzorku v utěsněných nádobách nebo obalech Podstata metody: Vzorek se rozprostře na tác a celý se suší při teplotě 105 C, dokud nedosáhne konstantní hmotnosti. Z rozdílu hmotnosti se vypočítá obsah vody. Rozdíl mezi částí 1 a 2: - Část 1: korekce na vztlak, používají se 2 plechy pro stanovení, 1. plech na vzorek a 2. plech na korekci, referenční metoda, plechy se váží horké - Část 2: provozní, bez korekce na vztlak Poznámka: Do celkové vody se zahrnuje i voda, která ulpí na obalu. (Obal se suší v sušárně nebo na vzduchu) Doba sušení nesmí přesáhnout 24 h, aby neunikly prchavé složky.

15 Stanovení vody (pokračování) Část 3 - stanovení vody v analytickém vzorku (přímo pelety, brikety) Princip: Analytický vzorek o rozměru částic 1 mm, promíchaný se ve vážence suší při teplotě 105 C a z úbytku hmotnosti vzorku se vypočítá obsah vody. Navažuje se s přesností na 0,01 g. Suší se cca 2 h, zváží se a na cca 0,5 h se dá přesušit a znovu zvážit. Výsledky se používají pro výpočty a stanovení dalších analýz.

16 Spalné teplo a výhřevnost ČSN EN Princip: Stanovení kalorimetricky, princip stejný jako u uhlí, např. isoperibolický kalorimetr Vzorek se za pomocí spalovacích prostředků spálí v kyslíkové atmosféře v kalorimetrické tlakové nádobě, změří se změny teploty způsobené celkovým průběhem reakcí a zplodiny hoření se analyzují. Spálením se získá reakčí energie a energie výparného tepla neboli spalné teplo. Stanoví se oprava na kyselinu dusičnou a sírovou (dusičnany a sírany). Výhřevnost celkově získaná energie na jednotku hmotnosti paliva (výpočtem ze spalného tepla, vodíku a vody)

17 Výhřevnost (pokračování) Provedení: naváží se 0,3 až 0,7 mg paliva, zabalí se do spalovacího váčku nebo se slisuje, příp. připraví kapsle (kapalný vzorek), přidá se přípravek pro spalování (drátek) a voda a vloží se do tlakové nádoby. Nádoba se natlakuje kyslíkem a zapálí. Po proběhnutí zkoušky se stanovuje obsah dusičnanů a síranů jako oprava na obsah kyseliny dusičné a sírové. Měří se spalné teplo v kj/kg.

18 Popel ČSN EN 14775:2010 Princip: Vzorek se spálí na vzduchu v peci s homogenním polem při teplotě 550 C a stanoví se hmotnost popela. Vyhodnocení: Výpočtem z hmotnosti původní navážky a zůstatku vzorku v kelímku (analytický vzorek). Rozdíl teplot oproti uhlí 550 C oproti 815 C (při vyšší teplotě by docházelo k úniku těkavých anorganických složek, dále k další oxidaci anorganických složek na vyšší oxidační stupeň a k rozkladu uhličitanů na oxid uhličitý) Hygroskopičnost popela Současné stanovení obsahu vody

19 Stanovení uhlíku, vodíku a dusíku ČSN EN Instrumentální metody pro analýzu uhlíku, vodíku a dusíku Princip: Vzorek se spálí v kyslíku nebo ve směsi kyslíku s nosným plynem (např. argon) a vznikne popel a plynné produkty hoření (oxidu uhličitého, vodní páry, elementárního dusíku a/nebo oxidů dusíku, oxidů a kyslíkaté kyseliny síry a halogenovodíky) Oxid uhličitý, vodní pára a dusík se kvantitativně stanoví vhodnými postupy instrumentální analýzy plynů Přístrojové vybavení: různé s různými detekčními systémy např. chromatografické, IR

20 Stanovení síry a chloru -Pro tuhá biopaliva se provádí podle ČSN EN Princip: Rozklad biopaliva a převedení kyselých plynných složek do roztoku, stanovení síry a chóru (iontovou chromatografií nebo ICP) Vyluhování tuhého biopaliva: -spálením v kyslíkové bombě a absorpcí plynných složek v absorpčním roztoku -rozkladem tuhého biopaliva v uzavřené nádobě (autokláv) -Použití analyzátorů s různou detekcí (plynová chromatografie, ECD)

21 Stanovení síry a chloru (pokračování) Metody stanovení : - iontová chromatografie - indukčně vázaná plazma - elementární analyzátory - AOX analyzátory - fotometrické metody, turbidimetrie (S), - fotometrická, coulometrická a potenciometrická titrace (Cl 2 ).

22 Sypná hmotnost ČSN EN 15103:2010 Princip: Vzorek se nasype do normalizované nádoby (5 l nebo 50 l) (např. štěpka, pelety) a pak se zváží. Vyhodnocení: Výpočet z čisté hmotnosti na normalizovaný objem Pozor na klenbování (štěpka, vlhké biopalivo), přidávat biopalivo postupně, zajistit a zkontrolovat, že je celý objem zaplněn Nádoby nesmí být jakkoli deformované

23 Mechanická odolnost pelet (briket) ČSN EN :2010 pelety ČSN EN :2011 brikety Princip: Pelety (brikety) se nasypou do zkušebního bubnu, ve kterém je připevněna přepážka, a při otáčení narážejí na sebe i na stěny. Váží se zbylé celéčástice a stanovuje se jemný otěr (podíl jemných částic). Vyhodnocení: Výsledek se uvádí v % částic, které zůstaly nerozdrcené. Vypočítá se množství jemných částic po přesátí přes síto 3,15 mm. Prozatím se používá pouze pro pelety. (Normy na brikety nevyžadují tuto zkoušku).

24 Tavitelnost popela pren Stanovení teploty tání popela - Část 1: Stanovení charakteristických teplot V současné době se dělá podle normy na uhlí Některá biopaliva mají teplotu deformace popela velmi nízkou až kolem 700 C Příprava popela na tavitelnost popela, dělá se při 550 C a v dostatečném množství

25 Stanovení hlavních a stopových prvků ČSN EN 15290, ČSN EN Podstata stanovení: vyžíhání vzorku při 550 C nebo vyloužení vzorku (směsí HNO 3, H 2 O 2 a HF) v uzavřené nádobě a detekování prvků Detekce: -optickou emisní spektrometrií s indukčně vázanou plazmou (ICP/OES) -hmotovou spektrometrií s indukčně vázanou plazmou (ICP/MS) -plamenovou atomovou absorpční spektrometrií. Naše laboratoř používá metodu vyžíhání vzorku při 550 C a stanovení jednotlivých prvků v popelu metodou ICP/OES.

26 Prchavá hořlavina ČSN EN 15148:2010 (nepatří ke zkouškám požadovaným ČSN EN až 6) Princip: Spalování 7 min bez přístupu vzduchu při teplotě 900 C ± 10 C. Nutno použít kelímek s víčkem. Vyhodnocení: Úbytek hmotnosti vzorku po odečtení obsahu vody. Součet prchavé hořlaviny a neprchavé hořlaviny je roven hořlavině vzorku v daném stavu (100 pouze ve stavu daf). Rozdíl oproti uhlí rozdíl teplot: uhlí při 850 C, biomasa při 900 C

27 Prchavá hořlavina (pokračování)

28 Děkuji za pozornost RNDr. Alice Kotlánová Vedoucí Laboratoří a zkušeben TÜV NORD Czech, s.r.o. Laboratoře a zkušebny Brno Olomoucká 7/ Brno tel.: , mobil: fax.: kotlanova@tuev-nord.cz