07 Zoranovic .pdf - Poljoprivredna tehnika

Savremena poljoprivredna tehnika 

Cont. Agr. Engng. Vol. 36, No. 1, 53-67, January 2010 

Biblid: 0350-2953 (2010)36, 1: 53-67 

UDK: 662.762.2:697.941 

Pregledni rad 

Review paper 

ENERGETSKI I EKOLOŠKI EFEKTI SISTEMA ZA PREČIŠĆAVANJE 

VAZDUHA U PROCESU SAGOREVANJA BIOMASENIH GORIVA 

ENERGY AND ECOLOGICAL EFFECTS OF SYSTEMS FOR AIR CLEANING IN 

THE PROCESS OF BIOMASS FUELS COMBUSTION 

Miodrag Zoranović, Anđelko Bajkin, Vlado Potkonjak 1 

1 

Poljoprivredni fakultet, Novi Sad, Trg Dositeja Obradovića 8. 

E-mail: zormi@polj.uns..ac.rs 

SAŽETAK 

U radu su opisani mehanizmi izdvajanja čestica ciklonskim, tekstilnim, električnim i 

vlažnim filterima, kao i taložnici kondenzata dimnih gasova. Posebno je razmatran uticaj 

veličine čestice i njenih karakteristika na efikasnost izdvajanja u različitim tipovima 

separatora. Prikazani su rezultati izdvajanja čestica pri sagorevanju biomasenih goriva: 

drveta (uglavnom anorganske čestice) sa niskim i visokim sadržajem vode, slame 

(uglavnom soli kao KCl) i otpadak drveta (Cl i teški metali). Rad daje naglasak na nove 

materijale za apsorpciju toksičnih komponenti iz emisija dimnih gasova uređaja za 

sagorevanje biomasenih goriva. 

Ključne reči: gorivo, biomasa, pelete, emisija, dimni gas, prečišćavanje, vazduh 

1. UVOD 

Povećan efekat globalnog zagrevanja ukazuje na potrebu parcijalne zamene fosilnih sa 

biomasenim gorivima. Kao dorađena forma sirove, po toplotnoj moći prihvatljive biomase, 

drvene pelete su relativno nova, tendencijski popularna vrsta obnovljivog toplotnog resursa. 

U zemljama Evropske unije najviše se koriste u oblasti stambenog zagrevanja. Kao 

ekonomski opravdana alternativa, nalazi primenu na industrijskom polju u obliku baznog 

toplotnog i kogeneratorskog resursa. 

Usled povećanja instalacije peletnih uređaja za sagorevanje važno je proučiti emisije 

poznatih i potencijalno mogućih kontaminenata u okruženje. Ekološki i zdravstveni aspekti 

moraju da se uporede sa produktima dimnih gasova prethodno korišćenih goriva. Pri tome 

je važno proučiti, ne samo ukupne emisije čestica, nego i hemijski sastav dimnih gasova. 

Od posebnog interesa jeste analiza emisije organskih jedinjenja, s izraženo varirajućim 

trendom prema vrsti i fazama sagorevanja u adekvatnom uređaju. 

Obrada biomasenih goriva pruža mnoge prednosti, npr. relativno niski troškovi, nizak 

sadržaj vlage, laka manipulacija, visok nivo kontrole procesa sagorevanja, transport itd. 

Drvene pelete uveliko se razlikuju od ogrevnog drveta. Razlog za to uglavnom jeste njihova 

homogenost i nizak sadržaj vlage, kao rezultat sušenja sa presovanjem strugotine i 

usitnjenih parčadi drveta. Visok sadržaj vlage neobrađene biomase povećava troškove 

transporta i opasnosti moguće mikrobiološke degradacije tokom skladištenja i manipulacije. 

U drugu ruku, odstupanje u sadržaju vlage izaziva neujednačeno sagorevanje sa povećanim 

53

Zoranović M, i dr. (2010). Energetski i ekološki efekti sistema za prečišćavanje vazduha u 

procesu sagorevanja biomasenih goriva. Savremena poljoprivredna tehnika 36(1): 53-67. 

emisijama kontaminenata u okruženje i snižavanje efikasnosti sagorevanja (Lehtikangas, 

2000). Drvene pelete su obnovljiv energetski resurs s odsustvom bilo kojeg neto doprinosa 

efektu staklene bašte. Zamena sagorevanja fosilnih sa alternativom biogoriva, značajan je 

način obaranja emisije CO 2 (Bohlin and Wisniewski, 1998). Jedan način za podsticanje ove 

promene jeste kroz zakonsku regulativu CO 2 takse. Na primer, drvene pelete su jeftinije od 

dizel-goriva i električne energije u Švedskoj, sa mnogo stabilnijim kretanjem cene 

(Carlson, 2002). Međutim, teško je porediti ekološki uticaj zamene električne energije sa 

peletnim sistemom, jer to zavisi od načina produkcije očuvanog dela supstituiranog 

energetskog resursa. Bazne mane u poređenju sa dizel-gorivom su: potreba za većim 

skladišnim prostorima, redovna kontrola i odstranjivanje pepela. 

Sirovi materijal za pelete mora biti korektno skladišten, radi izbegavanja razvoja plesni i 

anaerobne dekompozicije propraćene emisijom metana. Prvi korak u produkciji peleta jeste 

sušenje drvene strugotine sa 50-55% na 8-12% vlage, i često visokim energetskim 

zahtevom, emisijama toksina, npr. tarpena i drugih ugljovodonika (Rupar and Sanati, 

2003). Upotreba vezivnog sredstva nije neophodna, ali utiče na formiranje stabilnije 

teksture peleta u poređenju sa vezivanjem prirodno drvenim ligninom. Vezivno sredstvo 

može biti wafolin S ili krompirov skrob-štirak. Wafolin S sadrži ugljene hidrate i kalcijumlignosulfate, 

koji izazivaju nepoželjni porast koncentracije SO 2 tokom sagorevanja. Štirak 

je bolja alternativa, jer ne sadrži sumpor i lakši je za manipulaciju. 

Za potrebe domaćinstva pelete su izložene sagorevanju u posebnim komorama, pećima i 

bojlerima. Stari tip bojlera za ogrevno drvo ili naftu može lako da se doradi u svrhu 

sagorevanja peleta, instalacijom adekvatne komore ili novog pelet bojlera. Peć za pelete 

pogodna je kao dodatni toplotni izvor, npr. za električno zagrevanje stanbenog prostora, 

okružno zagrevanje ili primenu toplotne pumpe. 

Od posebnog interesa jeste izdvajanje čestica iz kontaminentima zasićenih dimnih gasova 

u procesu sagorevanja biomasenog goriva. Značajan broj proizvođača uređaja za 

sagorevanje biomasenog goriva karakterišu tipične mane za niske kapacitete: neregularno 

snabdevanje gorivom, česte i jake fluktuacije uslova sagorevanja, relativno visoki specifični 

troškovi ulaganja i operativnosti. Dakle, efikasno odstranjivanje zagađivača kompleksan je 

zadatak. Naime, nevezano za problem sadržaja neodvojivih vrsta zagađivača, širok spektar 

uređaja postavlja pitanje uspešnosti prečišćavanja dimnih gasova sa funkcionalne i 

ekonomske tačke gledišta. 

S obzirom na specifičnosti ekonomskog stanja u Srbiji, sa bitnim uticajem na razvoj 

pravca primene peletnog goriva od čistog drveta i evidentnu mogućnost produkcije 

energetskih useva, naročito za opseg srednjih potrošača, od značaja je primena postojećih i 

razvoj novih rešenja za kontrolu emisije dimnih gasova. Pored efekta prečišćavanja, ovi 

uređaji treba da pruže i mogućnost rekuperacije i regeneracije toplotne energije. Cilj rada 

jeste ukazivanje na postojeće i uređaje u razvoju za pomenute namene. 

2. MATERIJAL I METOD 

Iako je peletirano gorivo ekološki naklonjeno zagrevanju stambenog prostora, sa 

evidentno niskom emisijom dimnih gasova u okruženje, od velike važnosti je uvid u 

prisustvo hemijskih kontaminenata, njihovih relativnih količina, kao i dostizanje granica 

54



razumevanja o načinima njihovog minimiziranja. To je posebno važno za emisije organskih 

komponenti, po zdravlje i ekologiju hazardnog karaktera. 

Postoje brojne tehnologije dostupne za odstranjivanje ili dezintegraciju organskih 

jedinjenja u izduvnim gasovima uređaja za sagorevanje svih vrsta goriva. Od primenjenih 

principa za izdvajanje kontaminenata i čestica prašine na suvo ili vlažno ističu se: inercija, 

disperzija, osmoza, centrifugalna sila, apsorpcija, desorpcija, itd. Do sada nije konstruisan 

niti jedan uređaj s integracijom navedenih fenomena u jednom sklopu. Obično su to 

multifunkcionalni uređaji sa specifičnostima prema kapacitetnoj skali i vrsti kontrolisanog 

tehnološkog procesa. 

Metodom sagledavanja potencijala postojećih uređaja za prečišćavanje vazduha na 

globalnom nivou i rezultata sopstvenih istraživanja sa formiranim prototip rešenjima, u 

radu se definišu polja njihove primene sa pravcima poboljšanja. 

3. REZULTATI I DISKUSIJA 

3.1. Ekološki aspekti sagorevanja peleta 

Emisije dimnih gasova u procesu sagorevanja drvenih peleta za stambeni prostor, 

generalno su niske. Stoga su pelete ekološki dobro prilagodljive pri zameni dizel-goriva i 

ogrevnog drveta. Bez obzira na to što su male, doze emisija treba meriti, analizirati, a kada 

je to moguće umanjiti. Tokom privremene smetnje i restartovanja procesa sagorevanja, 

emisije su veće sa promenjenim hemijskim sastavom. Uslovi sagorevanja uveliko utiču 

na sastav dima, a razvijeni brendovi peleta realizovali su sličan porast njegovih emisija. 

Gorenje pri nepotpunom laboratorijskom sagorevanju peleta, emitovalo je značajnu 

količinu 2-methooxyphenol antioksidanata, a tinjajuće sagorevanje kancerogeni benzol i 

policiklični aromatik hidrokarbonata u niskim koncentracijama (Olsson et al, 2003). 

Naredna laboratorijska istraživanja obavljena su na isparljivim ugljovodonicima, 

emitovanim iz različitih faza sagorevanja peleta mekog drveta (Olsson et al, 2003). Rano i 

postgorenje, bili su veoma delotvorne faze sa niskim emisijama. Emisije pri finalnom 

usijanju bile su čak i niže. Tinjajuće gorenje emitovalo je najveće količine isparljivih 

ugljovodonika. 

Emisije dimnih gasova proučavane su kod komora za sagorevanje i pećima u stambenom 

prostoru. Probe dima bile su sakupljane na izlazu iz dimnjaka tokom normalnog režima 

energetske transformacije. Sagorevanja peleta mekog drveta u pećima dala su povećanje 

emisija 2-methoxiphenol atioksidanasa, zajedno s aromatskim ugljovodonicima (Olsson et 

al, 2003). Sagorevanje drvenih peleta u uređajima za sagorevanje stambenog prostora bilo 

je komplikovanije kod peletnih peći, a zabeležene emisije benzena i drugih aromatskih 

ugljovodonika male. Rezultati naglašavaju važnost merenja, ne samo totalne količine 

emitovanog organskog ugljenika, nego i specifičnih organskih jedinjenja emitovanih u 

vreme faznog sagorevanja. 

Ekološki i ekotoksični aspekti neizmerno su važni pri komentaru potencijalne uloge 

peleta u održivom sistemu biomasenih goriva. Naime, drvene pelete treba rezervisati za 

zagrevanje stambenog prostora, dok više kontaminirane biomasene ostatke treba sagoreti u 

visokokapacitenim uređajima, uz obavezno prečišćavanje dimnih gasova (Olsson, 2002). 

55



Da bi se na korektan način diskutovalo o peletama s ekološkog i aspekta načina zaštite 

životne sredine, treba ih uporediti s alternativama biomasenih goriva, npr. ostaci seče drveta 

i biomasenih otpadaka. 

3.2. Ostaci seče drveta 

Ostaci seče drveta uključuju grančice i lišće, kao biogorivo iz šume. Ovo inicira 

povećanje ekoloških problema u šumi, a može da vodi ka uvećanim emisijama u vreme 

kasnijeg sagorevanja biomase. Mineralni nutrienti stvaraju problem tokom sagorevanja 

biomasenih goriva, utičući na porast emisija azotnih oksida i količine pepela. Usitnjeni 

ostaci seče drveta mogu uspešno da se peletiraju, a pogodniji su za veća postrojenja sa 

prečišćavanjem izduvnih gasova. Mogući ekološki poremećaji mogu značajno biti 

redukovani povratkom pepela u šumski ekosistem. Pepeo ne sme biti kontaminiran, a mora 

da se vrati na podesan način. Raspodela sporo rastapajućeg stabilnog pepela može da 

kompenzuje odstranjivanje šumskih goriva bez nepoželjnih ekoloških efekata (Lundborg, 

1998). Recirkulacija pepela nije ekonomski i funkcionalno opravdana kod upotrebe manjih 

uređaja za sagorevanje. 

3.3. Biomaseni otpaci 

Otpadak sastavljen od drveta, papira i druge biomase, potencijalno je korisno biogorivo. 

Čak ako je materijal recikliran nekoliko puta, na kraju on završava u formi korisnog 

ostatka. Ako se povećava nekontrolisano spaljivanje biomasenog otpada, potencijal 

korišćenog šumskog biogoriva može biti smanjen sa signifikantnim uticajem na ekosistem 

šume. Biomaseni otpad je kompleksno gorivo s opasnim hemijskim aditivima (Launhardt 

et al, 1998). Stoga, on mora biti tretiran u visokokapacitetnim postrojenjima sa 

kontrolisanim sagorevanjem i unapređenim procesom prečišćavanja vazduha. 

3.4. Budući sirovi materijali za pelete 

Porastajući zahtev za drvenim peletama, paralelno za stambeni prostor i visokoskalnu 

upotrebu, može da vodi ka budućoj oskudici strugotine i usitnjenih parčića drveća. Ako 

cena i zahtev kontinualno rastu, drugi izvori biomasenog otpada mogu biti uzeti u obzir za 

pelete. Primeri ovakve budućnosti sirovih materijala su: usitnjavanje drvenih ostataka, 

energetski usevi, farmski ostaci i organska frakcija kućnog otpada. Na primer, obavljena su 

obimna proučavanja nad peletama produkovanim iz kore drveta, sečom ostataka drveta, 

kanarinske trske, lignita, pšenične slame, sena, palminog vlakna i ljuske palminog oraha 

(Husain et al, 2002). Ova nova goriva moraju biti temeljno proučena pre izlaska na 

stambeno tržište. Dakle, nisu važne samo njihove tehničke karakteristike sagorevanja, npr. 

viši sadržaj pepela, veća tendencija ka sinterovanju i niži energetski sadržaj, nego i stepen 

kontaminacije njihovim strukturnim zagađivačima i mineralnim nutrientima. U protivnom, 

ovo će podstaći povećanje nekontrolisanih emisija u okruženje s opasnošću po zdravlje, a 

time i lošu reputaciju peleta. Prema tome, od ogromne važnosti je proučavanje emisija 

organskih jedinjenja iz novih peletnih goriva pre njihove zvanične upotrebe. 

56



3.5. Izdvajanje čestica dimnih gasova 

Čestice nošene s izduvnim gasom mogu biti izdvajane inercijalnim separatorima-obično 

cikloni, elektrostatičkim taložnicima, filterima i vlažnim prečišćačima. Hemijski sastav 

čestica u dimnom gasu varira sa njihovom veličinom. Sadržaj teških metala u letećem 

pepelu značajno je važniji od njihovog sadržaja u pepelu ispod rešetke. Poređenje 

netretiranog letećeg pepela pri sagorevanju slame sa njegovim ciklonskim tretmanom, 

ukazuje na to da je sadržaj kadmijuma veći za 3-4 puta. Isto važi i za olovo (Obernberger 

et al, 1997). Sličan rezultat iznet je od Valmary et al. (1998), koji su istraživali leteći pepeo 

formiran u komori za sagorevanje sa fluidiziranom posteljom od vrbe. 

Poseban problem nastaje pri sagorevanju slame, koji je okarakterisan relativno visokim 

sadržajem K, Cl i S. Naime, u peći su formirane isparljive soli - K 2 SO 4 (kalijum sulfat) i 

KCl (kalijum-hlorid), koje se kondenzuju tokom hlađenja dimnog gasa (Christensen et al, 

1998). To vodi ka submikronskim česticama prečnika 200-400 nm, kao preduslovu 

korozivnosti u peći i otežanim procesom njihovog izdvajanja. Problem finih čestica soli 

dobro je poznat proizvođačima opreme za njihovu separaciju tokom poslednje dve decenije. 

Primeri su: KCl-čestice u fabrikama za sinterovanje, (NH 4 ) 2 SO 4 (amonijum-sulfat), NH 4 Cl 

(amonijum-hlorid)-čestice stvorene pri čišćenju gasova uglja u termoelektranama 

(delimična desumporizacija). 

Za veličinu veoma finih čestica inercijalni separatori obično nisu primenjivani zbog 

niskih performansi izdvajanja. Treba primetiti da inercijalni separator-posebno ciklon jeste 

jedna od nekoliko opcija za prečišćavanje vrelih gasova, pogodna za primenu u industriji 

velikih razmera. 

3.6. Inercijalni separator 

Dimni gas usmeren je u spiralni tok sa relativno velikom obodnom i malom radijalnom 

komponentom brzine. Čestice, obuhvaćene protokom, napregnute su u radijalnom pravcu 

dejstvom centrifugalnih sila i silama protoka. Usled zavisnosti veličine sila (centrifugalna 

sila proporcionalana sa x 3 , protočne sile proporcionalne sa x 1 do x 2 , gde je “x”-veličina 

frakcije), krupne frakcije kreću se ka većem radijusu, gde se koncentrišu i sakupljaju, dok 

fine čestice prate protok radijalno ka unutar. Podesna konfiguracija protoka za realizaciju 

ovog principa nudi standardni ciklon, sl. 1. 

57



Dimni gas 

Flue gas 

Čist gas 

Clean gas 

Izlazna cev 

Exit pipe 

Projekcija prosečne 

strujne linije gasa 

Projection of average 

streamline of the gas 

Putanja izdvojenih čestica 

Path of separated particles 

Bunker za prašinu 

Dust hopper 

Sl. 1. Standardni ciklon 

Fig. 1. Standard cyclone 

Višedecenijsko iskustvo pokazalo je da su bazni tipovi, okarakterisani izvesnim 

vrednostima razmere glavnih dimenzija, posebno pogodni za praktične svrhe. U saglasnosti 

sa posebnim zahtevom, npr. da li ciklon treba da bude optimizovan prema efikasnosti 

separacije ili minimalno angažovanoj energiji, ovi odnosi su različiti i variraju u zoni 

umerenih limita. Opterećenje doziranog gasa prašinom veoma utiče na operativnost 

procesa. Ciklonski separator je robustan uređaj, s operativnim režimima pod veoma teškim 

uslovima. Rang realizovanih temperatura ide do 1.300° C. U mnogim slučajevima ciklon se 

ponaša kao efikasan pretprečistač, sa visokom efikasnošću integralnog uređaja. Čestice



3.6.2. Simultano odstranjivanje čestica i gasnih kontaminenata 

Da bi se simultano odstranile čestice i gasovi, Spliessgardt et al, (1998) kombinovali su 

ciklonski separator sa filterskim elementom i katalitički postfaznim sagorevanjem. Fokus 

autora bio je na postrojenjima do 10 MW, a posmatrani gasni zagađivači su hidrokarbonati 

i organska aromatska struktura. U ovom slučaju konvencijalnom ciklonu izlazna cev 

zamenjena je regenerativnim filterskim punjenjem. Dimni gas, prošao kroz dvofazni sistem 

separacije, usmeren je ka prstenastom katalizatorskom postolju. Ovde su hidrokarbonska 

jedinjenja konvertovana. Eksperimenti sprovedeni sa drvenim briketima u maloj peći, 

pokazuju da je koncentracija prašine u prečišćenom gasu, kao zadovoljavajuća, od 2 

mg/Nm 3 dostizna. Katalitička faza konvertuje ugljen-monoksid CO skoro potpuno, a 

redukcija hidrokarbona u iznosu do 85%, izgleda zadovoljavajućom. 

3.6.3. Površinski filteri 

Ovi filteri se koriste za redukciju emisije čestica iz industrijski otpadnih gasova i 

prečišćavanje procesnih gasova. Filterski mediji su fleksibilni ili kruti. U prvom slučaju oni 

su sastavljeni od spojenih vlakana ili membrana s otvorima. U drugom, produkt su 

vlaknastih ili granuliranih keramičkih materijala u formi sveće ili adekvatnih pakovanja, 

respektivno. Radni princip površinskih filtera je sledeći: sa sirovim gasom čestice su 

transportovane ka filterskom elementu. Gas prolazi kroz pore filterskog medija. Čestice su 

izdvojene na površini filterskog medija. “Kolač“ prašine raste, izazivajući porast pada 

pritiska. Ako se dostigne gornji limit za pad pritiska, talog prašine mora biti uklonjen. Ova 

regeneracija obavlja se periodično. Treba naglasiti da je “kolač prašine”, sam po sebi 

efektivan filter medij. Praktično, emisije su najviše odmah po odstranjivanju kolača a 

opadaju sa njegovim porastom. Jedan od najvažnijih parametara je otpor protoku filterskog 

kolača. On zavisi od strukture kolača i adhezionih sila između čestica koje ga čine. 

Površinski filteri smatraju se kao visokoefikasnim separatorima. Postoji nekoliko načina 

za poboljšanje operativnosti površinskih filtera. Cilj je uspešna regeneracija filtera sa 

stabilnom vrednošću zabeleženog pada pritiska u momentu odvajanja kolača. 

3.6.4. Simultano odvajanje čestičnih i gasnih zagađivača 

Filtracija sa kolač površinom nudi mogućnost odstranjivanja gasnih kontaminenata i 

čestičnih materijala. Prema pomenutom, sagorevanje slame okarakterisano je visokim 

sadržajem hlora, kalijuma i sumpora u njoj. U ovom slučaju, dimni gas će sadržati veliku 

količinu KCl i SO 2 respektivno. Dodavanjem adekvatnog čestičnog sorbenta u dimni gas, 

njegovi zagađivači su odstranjivi. Fenomen apsorpcije zauzima presudno mesto u 

parcijalnoj suspenziji gasa, gde su sorbent čestice kolača integrisane. Stabilna filtracija 

može biti ostvarena pri temperaturama ispod 400° C, jer pri višim temperaturama kolač 

postaje lepljiv i ne može biti lako odvojen od filter medija. 

3.7. Elektrostatički taložnici 

Izdvajanje čestica iz tretiranog gasa obavlja se na sledeći način: istosmerno strujno polje 

orijentisano je normalno na pravac protoka gasa sa posebno pripremljenim elektrodama. 

59



Naelektrisane čestice doživljavaju sile električnog polja u pravcu linija polja. Prema tome, 

one migriraju ka elektrodi sa suprotnim naelektrisanjem, gde se odlažu, sl. 2. 

Sakupljajuća elektroda 

Collecting electrode 

Izolacija 

Insulation 

V 

Visokonaponski izvor 

High voltage source 

Čist gas 

Clean gas 

Elektroda pražnjenja 

Discharge electrode 

Sirov gas 

Raw gas 

W 

Teg 

Weight 

Uzemljenje 

Grounding 

- 

60 

Izdvojena prašina 

Dust separated 

Sl. 2. Cevasti elektrostatički taložnik: 

V-brzina gasa; W-brzina migracije 

Fig. 2. Tubular electrostatic precipitator: 

V-gas velocity; W-migration velocity 

U pravcu strujanja gas i čestice poseduju skoro istu brzinu “V”. Brzina preseljenja čestice 

“W”, usmerena ka sakupljačkim elektrodama, određena je međusobnim dejstvom sila 

električnog polja i silama protoka tretiranog vazduha, kao njenog nosioca. Čestice primaju 

naelektrisanje od negativnih jona gasa produkovanih pražnjenjem korone. Zavisno od 

veličine čestice, preovlađuju različiti mehanizmi pražnjenja: za veličinu > 0,2 μm, 

pražnjenje polja dominira. Drugim rečima, kretanje jona ka čestici usled difuzije najviše 

doprinosi punjenju najmanje čestice, dok je struja jona usled električnog polja uglavnom 

odgovorna za punjenje većih čestica. Podesan dizajn vodi ka visokoj efikasnosti izdvajanja 

nad celim opsegom dimenzija čestica. 

Tipične vrednosti brzine preseljenja pokrivaju opseg od nekoliko cm/s do nekoliko dm/s. 

Srednja brzina tretiranog vazduha kreće se između 0,5 i 2,5 m/s. Razmak između elektroda 

pražnjenja i sakupljačkih elektroda iznosi od 100-150 mm za cevne taložnike, tj. 100-250 

mm za tanjiraste. Da bi se ostvarila visoka efikasnost separacije, poželjni su jako električno 

polje sa korespondentno visokim naponom. Gornji limit za napon definisan je voltažom 

munje. Dakle, napon je podešen na nivo baš ispod munja limita. U prečišćavanju 

industrijskog dimnog gasa, elektroda pražnjenja radi kao anoda, što znači negativno korona 

pražnjenje. Dakle, viša voltaža munje poredi se sa realizacijom pozitivnih korona 

pražnjenja, što rezultira većim silama električnog polja. 

U “suvom” elektrostatičkom taložniku, čestice odložene na sakupljačkim elektrodama 

formiraju sloj koji se mora periodično odstranjivati. Ovo se izvodi lakim udarcima.



Operativno ponašanje jako je pod uticajem električne otpornosti sloja čestica. Za uspešnu 

operativnost specifična električna otpornost mora biti između 10 7 i 10 1 Ω. Manje vrednosti 

vode ka odskakanju čestica, a posledično redisperziji u struji gasa, usled promene polariteta 

pri dodiru čestica s elektrodom. Veće vrednosti vode ka povratnoj koroni, usled proboja 

visoke otpornosti prašinastog sloja. Dakle, efikasnost separacije opada. 

Specifična električna otpornost važan je parametar pri dizajnu, često meren pomoću 

specijalnih uređaja. Ovo dozvoljava određivanje vrednosti za uslove što bliže realnim 

uslovima operativnosti (temperatura, vlažnost, sastav gasa - SO 3 , NH 3 !). “Vlažni” 

elektrostatički taložnik okarakterisan je tečnim filmom, koji pokriva sakupljačke elektrode 

(Hasselwander et al, 1998). Prema tome, ovi uređaji su dizajnirani kao vertikalni cevni 

taložnici, sakupljačka elektroda postaje cev cilindričnog poprečnog preseka ili kalup saća sa 

šestougaonim poprečnim presekom sastavnih elemenata. Tečni film prazni korona struju i 

odstranjuje separiranu prašinu. Tečni film može biti generisan kapima nošenim tretiranim 

gasom, sa naizmeničnim raspršivanjem, kondenzacijom ili prelivajućim sistemom. Tečnost 

se sakuplja na dnu za naredni tretman. Funkcionalni princip implicira da je gas zasićen, 

tako da se operativna temperatura značajno ispod 100° C. 

Da bi se poboljšala efikasnost separacije i uspostavili povoljni operativni uslovi, moraju 

da se obave adekvatna merenja. Time, startuje se od visokog nivoa “znati kako”, kojim 

proizvođači elektrostatičkih taložnika raspolažu sa pogledom na oblik elektroda pražnjenja, 

sakupljačkih elektroda, geometriju protoka i posebno kontrolu napona. 

3.8. Vlažni prečistači 

Vlažni prečistači uobičajeno su upotrebljavani za filtraciju otpadnog gasa. Oni se radije 

koriste ako, pored čvrstih, treba odstraniti i gasne kontaminente. Štaviše, oni su posebno 

pogodni ako je sirov gas vlažno zasićen ili sadrži eksplozivnu gasnu mešavinu. Među 

prednostima vlažnih prečistača mogu da se naimenuju: niski troškovi ulaganja, umeren 

zahtev za prostor, jednostavna operativnost. Često, razni tipovi vlažnih prečistača istaknuti 

su (raspršivački tornjevi, ejektorski prečistači, samoindukcioni raspršivački tipovi 

prešistača, prečistači sa rotacionim diskovima, i venturi prečistači). Bazni separacioni 

proces odvija se po uopštenoj proceduri: čestice prašine dodiruju površinski kapi usled 

inercijalnih efekata. Razlike se pojavljuju u realizaciji individualnih koraka: 

• disperzija prečišćavajuće tečnosti u gasnu struju koja se tretira, 

• dovođenje u kontakt-interakcija obe disperzne faze (čestice prašine i radni medij 

uglavnom u formi kapljica), 

• zadržavanje čestica prašine kapima i 

• odstranjivanje kapi iz gasne struje. 

Vlažni prečistači zahtevaju tretman sa tečnim radnim medijem (kao i za vlažni 

elektrostatički taložnik!). Ovo izaziva dodatno ulaganje i operativne troškove. Naravno, 

tretman vodom je regulisan ekološkim propisima. Specifični troškovi prečišćavanja gasa 

kod komora za sagorevanje (instalacija sistema za tretman vodom), rastu s opadanjem 

veličine komore. Prema tome, spremnost/voljnost izbora vlažnog prečistača izgleda veoma 

ograničena. Visoka efikasnost prečišćavanja, u pogledu na submikronske čestice, povezana 

je sa visokom potrošnjom specifične energije. To se posebno odnosi na venturi prečistače. 

61



Inače, vlažni prečistač je posebno zadovoljavajući za gas visoke relativne vlažnosti. To se 

može desiti npr. u slučaju sagorevanja drvenih parčića, sa visokim sadržajem vlage, ~ 30%. 

Drugi argument favorizacije vlažnih prečistača je njegova moć uspešnog odstranjivanja 

komponenti kiselih gasova (SO 2 , HCl). 

Kod istraženih rasprskivačkih prečistača dimni gas prolazi kroz kanal sa podešenim 

pneumatskim rasprskivačima (Ebert and Buttner, 1996). Oni obezbeđuju mlaz sitnih 

kapljica prečnika ~30 μm, koje unapređuje efekat prilično visokog turbulentnog nivoa. U 

dodatku oubičajenoj inertnoj separaciji, turbulencija indukuje ekstremno poboljšanje 

efikasnosti separacije, za više od 90% čestica veličine 400 nm. Specifična potrošnja vode je 

do 0,2 kg/kg gasa. To je značajno manje u odnosu na konvencionalan venturi prečistač 

korespondentne efikasnosti separacije. Troškovi specifične energije takođe dokazuju 

njihovu pogodnost, a mogu biti sniženi unapred ako se rasprskivači sa vazdušnom 

podrškom zamene maglenim rasprskivačima. 

3.9. “Adiox” apsorpciono-desorpcioni materijal 

Postoje brojne dostupne tehnologije za odstranjivanje ili uništavanje dioxin toksigena iz 

struje tretiranih gasova, npr. vrećasti filteri i katalizatori. Ulaganje i tekući troškovi ovih 

tehnologija često su veoma visoki. „Adiox“ je inovativna tehnologija za odstranjivanje 

toksičnih dioxina iz tretirane gasne struje, (Andersson et al, 2009). Toranjska pakovanja, 

odvajači kapljica i punjene fiksne postelje ovih materijala, mogu biti formirane za tretiranje 

gasne struje pod vlažnim i suvim uslovima. 

62 

a) b) 

Sl. 3. Šema procesa apsorpcije i adsorpcije u plastici: 

a)-u plastici; b)- u „Adioxu“ (plastika sa sadržajem čestica ugljenika), Andersson et al. 

(2009) 

Fig. 3. Schematic view of absorption/desorption process: 

a)-in plastic; b)-in Adiox(plastic containing carbon particles), Andersson et al. (2009) 

Razlog za pronalaženje Adiox materijala rezultat je zapažanja da plastika može da 

apsorbuje veliku količinu dioxina, nakon izvesnog vremena sa mogućnošću desorbovanja. 

Ovo apsorpciono/desorpciono uravnoteženje poznato je pod nazivom memorijski efekat 

„Memory Effect“, sl. 3,a. Memorijski efekat ima važnu ulogu tokom startovanja peći za 

spaljivanje otpadaka, gde su formirane velike količine dioxina usled nepotpunog 

sagorevanja dimnog gasa. Dioxini su grupa istrajnih i ekstremno toksično hlorisanih



organskih jedinjenja. Glavni emisioni izvori su spaljivanje otpada, metalnih proizvoda, biogoriva 

i nekontrolisano sagorevanje biogoriva. Pod stacionarnim uslovima sagorevanja, 

dioxini su skoro potpuno razoreni za vreme spaljivanja, ali su sintezno obnovljivi tokom 

hlađenja dimnog gasa i separacije prašine, pri temperaturama iznad 200° C. Uopšteno, 

dioxin koncentracije se izražavaju kao toksični ekvivalent TEQ, koji je suma koncentracija 

komponenti, pomnožena njihovim specifičnim TEQ-faktorima. 

„Adiox“ je razvijen radi izbegavanja desorpcije dioxina na već pomenut način. „Adiox“ 

materijal sadrži polimer, kao što je polipropilen, a sadrži čestice ugljenika. Dioxini su prvo 

apsorbovani u polimeru. Potom se oni šire ka površini čestica ugljenika, gde su 

ireverzibilno adsorbovani, sl. 3,b. Polimer se ponaša kao selektivna bariera, štiteći ugljenik 

od adsorpcije sa drugim kontaminentima, npr. živa. 

Primenom „Adiox“ toranjskog pakovanja u postojećim vlažnim prečistačima, dioxin 

emisije efikasno se redukuju, a memorijski efekat skoro potpuno je izbegnut. Ekstreman 

kapacitet odstranjivanja združenih „Adiox“ toranjskih pakovanja i eliminatora kapi 

ostvaren je velikom 

specifičnom površinom operativnog prostora, selektivnosti za dioxine i visokim 

stepenom apsorpcije. Očekivano vreme upotrebe „Adiox“ materijala je 2-4 godine, zavisno 

od polja primene. Nakon upotrebe, doxini se uništavaju spaljivanjem u zasićenom stanju. 

3.10. Rekuperacija i regeneracija toplote vlažnog prečistača 

Za srednje, a posebno visoke proizvodne jedinice toplotne energije, od posebnog interesa 

je koeficijent iskorišćenja toplotne moći energetskog resursa. 

Od primenjenih tehnologija za povratak izgubljene toplote iz izduvnih gasova 

najzastupljeniji je metod kondenzacije. Međutim, u interakciji raspršene vode sa tretiranom 

toplom strujom dimnog gasa, pored efekta filtracije, voda iz njega oduzima znatan deo 

toplote, sl. 4. 

Turbulentno strujanje tretiranog vazduha u paralelnom procesu filtracije i regeneracije 

toplote može da poveća stepen korisnog dejstva, nezavisno od vrste komore za sagorevanje 

(iznad 0,9), s efektom filtracije mehaničkih primesa do 99%. Nastavkom kretanja, u 

značajnoj meri prečišćen vazduh nailazi na rekuperator toplote, gde je efektom 

kondenzacije moguće podesiti temperaturu izlaznog vazduha. Pravilnom konstrukcijom 

rekuperatora toplote i primenom efekta toplotne pumpe, moguće je povećanje iskorišćenja 

toplotne moći goriva iznad 95%, bez ugrožavanja efekta filtracije. 

Ovako mehanički visoko prečišćen, a po sadržaju toksičnih komponenti delimično, 

osušen vazduh može da se propusti kroz filtracije “adiox” materijala u fiksnim ili 

pokretnim posteljnim pakovanjima. Rezultati ovako poroznog materijala, sa visokim 

stepenom apsorpcije i mogućnošću regeneracije, u fiksnim pakovanjima su veoma dobri, za 

uslove domaćeg tržišta, cenovno neprihvatljivi. Međutim, posebne sintetske forme zeolit 

materijala u operativno pokretnim apsorberima, kako po operativnom, tako i cenovnom 

efektu, za ovu namenu konkurentni su. 

63



5 6 

3 

2 

1 

4 

Sl. 4. Uređaj za prečišćavanje dimnih gasova sa rekuperacijom i regeneracijom toplote: 

1-komora za sagorevanje biomasenih goriva; 2-komora za naknadno sagorevanje i 

razmenu toplote; 3-vlažni prečistač vazduha; 4-separator čvrste i tečne faze; 5- 

kondenzator; 6-rezervoar tople vode ( Zoranović et al, 2006) 

Fig. 4. Device for purification of flue gases with heat recuperation and regeneration: 

1-Chamber for biomass fuels combustion; 2-chamber for postcombustion and heat 

exchange; 3-wet scrubber; 4-separator of solid and liquid phase; 5-condenser; 6-heat 

water tank (Zoranovic et al, 2006) 

4. ZAKLJUČAK 

Drvene pelete su čist i homogen materijal, sa niskim sadržajem mineralnih nutrienata i 

vlage, pa shodno tome pogodno gorivo za sagorevanje u niskokapacitetnim uređajima. 

Različite vrste biomasenih goriva pokazuju očigledne razlike u hemijskom sastavu, 

vlažnosti i sadržaju pepela. Njihovo sagorevanje vezano je za pojam kisele sredine, čime se 

rizik korozivnosti mora uzeti u obzir, pri dizajnu i izradi komore za sagorevanje. U odnosu 

na kontrolu emisije dimnih gasova, kisele gasne komponente imaju važnu ulogu. Separacija 

usitnjenih materijala poseban je problem zbog submikronskih frakcija i njihovog hemijskog 

sastava, tj. soli i teških metala respektivno. Većina ovih problema karakteristika je i drugih 

polja sagorevanja. Razvoj nanotehnologija, posebno u oblasti novih materijala, uz primenu 

principa integralnosti, u bliskoj budućnosti pružiće visok stepen prečišćavanja emisija 

dimnih gasova, kako u industriji, tako i nižim kapacitetima uređaja za sagorevanje. Od 

posebnog interesa jeste usavršavanje tehničkih sistema za prilagođavanje poznatim 

fenomenima izdvajanja željenih komponenti tretirane materije, kao krajnje čistog 

proizvoda. 

64



4. LITERATURA 

[1] Bohlin F, Vinterbaock J, Wisniewski J. (1998). Solid biofuels for carbon dioxide mitigation. 

Biomass and Bioenergy, 15: 277-281. 

[2] Christensen K. A, Stenholm M, Livbjerg H. (1998). The formation of submicron aerosol 

particles, HCl and SO 2 in straw-fired boilers, J. Aerosol Sci. 29, 4: 421-444. 

[3] Carlson A. (2002). Energy system analysis of the inclusion of monetary values of 

environmental damage. Biomas and Bioenergy, 22: 169-177. 

[4] Ebert F, Buttner H. (1996). Recent investigations with nozzle scrubbers, Powder Technology 

86: 31-36. 

[5] Hasselwander K, Skroch R, Mayer-Schwinning G. (1998). Wet ESPs, Status and Latest 

Developments in the Field of Aerosol Collection, PARTEC 98. 4 th European Symp. Separation 

of Particles from Gases, Nirnberg: 326-335. 

[6] Husain Z, Zainac Z, Abdullah Z. (2002). Briquetting of palm fibre and shell from the 

processing of palm nuts to palm oil. Biomass and Bioenergy, 22: 505-509. 

[7] Launhardt T, Strehler A, Thoma H, Vierle O. (1998). PCDD/F- and PAH- emissions from 

house heating systems. Chemosphere, 37: 2013-2020. 

[8] Lehtikangas P. (2000). Storage effects on pelletised saw dust, logging residues and bark. 

Biomass and Bioenergy, 19: 287-293. 

[9] Lundborg A. (1998). A sustainable forest fuel system in Sweden. Biomass and Bioenergy, 15: 

399-406. 

[10] Obernberger I. (1997). Thermiche Biomassenutzung-Technik und Realisierung, VDI Berichte 

13:19 47. 

[11] Olsson M. (2002). Wood pellets as low-emitting residential biofuel. Thesis for the degree of 

licentiate of engineering. Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden. 

[12] Olsson M, Kjaolstrand J, Petersson G. (2003). Oxidative pyrolysis of integral softwood pellets, 

Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 67, p. 135-141. 

[13] Olsson M, Kjaolstrand J, Petersson G. (2003). Specific chimney emissions and biofuel 

characteristics of softwood pellets for residential heating in Sweden, Biomass and Bioenergy, 

24: 51-57. 

[14] Olsson M, Ramnaos O, Petersson G. (2003). Specific volatile hydrocarbons in smoke from 

oxidative pyrolysis of softwood pellets, Submitted to Journal of Analytical and Applied 

Pyrolysis. 

[15] Rupar K. Sanati M. (2003). The release of organic compounds during biomass drying depends 

upon the feedstock and/or altering drying heating medium. Biomass and Bioenergy, 25: 615- 

622. 

[16] Spliessgardt R, Schulz H, Cramer K. (1998) Untersuchungen zur konbinierten Staub und 

Schadgasabscheindung bei der energetischen Nutzung von Biomasse, Gefahrstoffe - 

Reinhaltung der Luft 58: 297-302. 

[17] Valmary T, Kauppinen E, Kurkela I. J, Sfiris J. K, Reviker G. H. (1998). Fly ash formation and 

deposition during fluidized bed combustion of wilow; J. Aerosol Sci. 29, 4: 445-459. 

[18] Zoranović M, Karadžić B, Potkonjak V, Bajkin A. (2009). Means for reduction of air pollution 

in livestock facilities. In: Zbornik radova međunarodne konferencije “Agrotech Nitra 99”, 

Nitra: 160-168. 

[19] Andersson et al. (2009). www.gmab.se 

65



ENERGY AND ECOLOGICAL EFFECTS OF SYSTEMS FOR AIR CLEANING IN 

THE PROCESS OF BIOMASS FUELS COMBUSTION 

Miodrag Zoranović, Anđelko Bajkin, Vlado Potkonjak 

SUMMARY 

Wood pellets are a relatively new and increasingly popular biomass fuel. In that form, 

they can be used in residences as well as an inexpensive and convenient alternative to fossil 

fuel in large-scale heat- and power plants. Wood pellets are made of compressed sawdust 

and shavings, that are by-products from sawmills and joinery mills. Softwood pellets can be 

burnt in residences, in burners, boilers or stoves with low emissions. As the demand for 

pellets increases, biomass wastes other than wood chips and shavings will be considered as 

raw materials. Examples of these may be biofuels as logging residues, energy crops, 

agricultural waste, and the organic fraction of household waste. However, these new fuels 

might be chemically complex, with pollutants and higher amounts of mineral nutrients. An 

incomplete combustion of these pellets could lead to uncontrolled emissions of 

environmentally and health hazardous compounds. Therefore, the emissions and burning 

features of pellets made of new raw materials must be studied before they are possibly 

introduced on the residential market. Pellets with high air emissions will have to be burnt in 

large-scale combustion plants with advanced flue-gas purification. The increased use is 

supported by environmental and ecotoxicological arguments in favour of reserving pellets 

of pure trunk wood for residential use. Pellets of other biomass and waste should be burnt 

in large-scale combustion plants with flue-gas purification 

The efficiency of a particle separator is measured by quantities characterizing the 

fineness of particles removed, e.g. the fractional separation efficiency, which denotes the 

ratio of the amount of separated particles in a narrow size fraction to the corresponding 

amount in the feed stream. This function is, on principle, independent of the feed materials 

size distribution - in other words, it’s a characteristic of the separator. In practice, the 

particle size, for which the grade efficiency amounts to 50% is often used to inform about 

the separator's capability to cope with a given dust. This parameter is called „cut size“. The 

total separation efficiency gives the part of feed dust that is removed by the device. It is a 

parameter of limited value because it depends not only on the separators capability but also 

on the size distribution of the feed dust. Further, a separator must be assessed by its specific 

energy consumption, i.e. by the amount of energy needed to clean a certain volume of raw 

gas. Besides that, investment and operational costs, criteria for availability, reliability in 

operation and maintenance have to be accounted for. 

Mechanisms of particle separation by cyclone, fabric, electrical and wet scrubber filters, 

as wall as flue gas condensation precipitators are explained. In particular, discussed is the 

influence of particle size and its characteristics on separation efficiency in different 

separator types. Presented are the results of particles separation during biomass fuels 

combustion with respect to: wood (mainly anorganic particles) with high and low water 

content, straw (mainly salts like KCl), and wood waste (Cl and heavy metals). The paper 

66



focuses on production of new materials for toxic components absorption from flue gases 

during biomass fuels combustion. 

Key words: fuel, biomass, pellets, emission, flue gas, purification, air 

Napomena: Rad je sastavni deo projekta istraživanja u oblasti tehnološkog razvoja za 

period 2008-2010 „Unapređenje i očuvanje poljoprivrednih resursa u funkciji racionalnog 

korišćenja energije i kvaliteta poljoprivredne proizvodnje“ Evidencioni broj: 20076. 

Primljeno: 06.01. 2010. Prihvaćeno: 12. 01. 2010. 

67

07 Zoranovic .pdf - Poljoprivredna tehnika

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?