Determination of Quality Characteristics and Compliance with Standards of Wood Pellet Samples Produced in Turkey

Year 2022, Volume: 18 Issue: 1, 25 - 40, 25.04.2022

Türkan Aktaş

Abstract

In this research, the quality properties of wood pellets produced and sold as fuel in our country were determined and the compliance of solid biofuels with different standards (DIN51731, DIN Plus, ÖNORM 7135, ISO 17225-2) related to fuel properties investigated. In addition, flue gas analyzes were carried out for these samples. The emission results obtained were compared with the emission limits determined by the European Union regulations of 2015/1185 and 2015/1189, TS EN 303-5 standard, regulations on "Control of Industrial Air Pollution" (SKHKKY) and “Regulation on Control of Air Pollution Resulting from Heating" (IKHKKY)”. For this purpose, samples were collected from 10 different companies that manufacture and sell wood pellets from 5 different cities in Turkey, and the length (mm), diameter (mm), density (kg/m3), mechanical strength (%) , moisture content (%), ash content (%), calorific value (MJ/kg) and flue gas emission values were determined. According to the measurement results, It was determined that the length value is between 15.69-30.82 mm, the diameter value is between 6.06-10.39 mm, the density value is between 0.51-1.15 kg/m3, the mechanical strength value is 95.11-99.22%, moisture contents between 4.32-5.72%, ash contents between 1.03-2.03%, and heating values between 18.08-18.49 MJ/kg. Among the flue gas emission values, the O2 content was measured between 12.7%-71.7%, the amount of CO was measured between 1443-2127 ppm, and the amount of NOx was measured between 83.7-213 ppm. In terms of the limit values for the quality characteristics specified in the ISO 17225-2 standard, which is also valid in our country, 100% of the samples are suitable in terms of length, moisture content and heating value; In terms of diameter and bulk density, 80% of the samples were determined to comply with the standards.On the other hand, when the ash content results were examined, it was determined that the samples were not suitable for ENplusA1 class, 40% of the samples were in ENplusA2 class and 80% were in ENplusB class, 20% of the samples were non-standard. The CO emission values in the flue gas samples resulting from the burning of the pellet samples exceeded the emission limit value determined in the EU regulations, so it was determined that the pellet samples examined within the scope of this study were not suitable for any heating system specified in the EU Ecodesign-directive. Likewise, when the emission limits determined in IKHKKY and SKHKKY are examined, it has been determined that the pellet samples are not suitable in terms of CO emission in the combustion systems specified in these regulations. According to the CO emission values specified in the TS EN 303-5 standard, all the pellet samples we examined can only be used in all heating systems up to "Class 3" up to 50 kW thermal power, 80% of the pellets can be used in systems with 50kW-150 kW thermal power but it has been determined that none of them is suitable for systems with higher thermal power.

Keywords

Wood pellet, Flue gas, Pellet quality standards, Biomass

Türkiye’de İmal Edilen Odun Pelet Örneklerinin Kalite Özelliklerinin ve Standartlara Uygunluğunun Belirlenmesi

Abstract

Bu araştırmada, ülkemizde yakıt olarak imalatı ve satışı yapılan odun peletlerinin kalite özellikleri belirlenmiş ve katı biyo-yakıtların yakıt özelliklerine yönelik farklı standartlara (DIN51731, DIN Plus, ÖNORM 7135, ISO 17225-2) uygunluğu araştırılmıştır. Ayrıca, bu peletler için baca gazı analizleri de gerçekleştirilmiştir. Elde edilen emisyon sonuçları, Avrupa Birliği 2015/1185 ve 2015/1189 yönetmelikleri, TS EN 303-5 standardı, Sanayi Kaynaklı Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği (SKHKKY)” ve “Isınmadan Kaynaklanan Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği” (IKHKKY) tarafından belirlenen emisyon sınırları ile karşılaştırılmıştır. Bu amaçla, Türkiye’de 5 farklı şehirden odun peleti imalatı ve satışı yapan 10 farklı firmadan örnekler toplanmış ve alınan örneklerin standartlarda limit değerleri belirtilen özelliklerden olan uzunluk, çap, yoğunluk, mekanik dayanıklılık, nem içeriği, kül içeriği, ısıl değer ve baca gazı emisyon değerleri saptanmıştır. Ölçüm sonuçlarına göre, pelet örneklerinde uzunluk değeri 15.69-30.82 mm, çap değeri 6.06-10.39 mm, pelet yoğunluk değeri 944.91-1148.23 kg/m3, yığın yoğunluk değeri 482.8-641.8 kg/m3, mekanik dayanıklılık değeri %95.11-99.22, nem içerikleri %4.32-5.72, kül içerikleri %1.03-2.16, ısıl değerleri 18.08-18.49 MJ/kg arasında saptanmıştır. Baca gazı emisyon değerlerinden O2 içeriği %12.7-71.7, CO miktarı 1443-2127 ppm, NOx miktarı ise 83.7-213.0 ppm arasında ölçülmüştür. Ülkemizde de geçerli olan ISO 17225-2 standardında belirtilen kalite özelliklerine ilişkin sınır değerler açısından da pelet örneklerinde uzunluk, nem içeriği, ısıl değer açısından örneklerin %100’ünün uygun; çap, yığın yoğunluğu açısından da örneklerin %80' inin standartlara uygun olduğu belirlenmiştir. Öte yandan kül içerikleri incelendiğinde, örnekler içinde ENplusA1 sınıfına uygun pelet örneği olmadığı, %40' ının ENplusA2 sınıfına ve %80'inin ise ENplusB sınıfına girdiği, %20'sinin standart dışı olduğu saptanmıştır. Pelet örneklerinin CO emisyon değerleri AB yönetmeliklerinde belirlenen emisyon sınır değerini aşmıştır dolayısıyla AB Ekodesign-direktifinde belirtilen hiçbir ısıtma sisteminde bu çalışma kapsamında incelenen örneklerin uygun olmadığı belirlenmiştir. Aynı şekilde IKHKKY ve SKHKKY’de belirlenen emisyon limitleri incelendiğinde de bu yönetmeliklerde belirtilen yakma sistemlerinde pelet örneklerinin CO emisyonu açısından uygun olmadığı belirlenmiştir. TS EN 303-5 standardında belirtilen CO emisyon değerlerine göre incelediğimiz tüm pelet örneklerinin sadece "Sınıf 3"'e 50 kW ısıl güç değerine kadar tüm ısıtma sistemlerinde kullanılabileceği, peletlerin %80’inin 50kW-150 kW ısıl güce sahip sistemlerde kullanılabileceği fakat daha yüksek ısıl güce sahip sistemler için hiçbirinin kullanımının uygun olmadığı saptanmıştır.

Keywords

Odun Peleti, Baca Gazı, Pelet Kalite Standartları, Biyokütle

References

• Amann, M., Cofala, J., Klimont, Z., Nagl, C., Schieder, W. 2018. Measures to Address Air Pollution From Small Combustıon Sources. Report for Specific Agreement 11 under Framework Contract ENV.C.3/FRA/2013/00131 of DG‐Environment of the European Commission.
• Atchison, J.E., Hettenhaus, J.R. 2004. Innovative methods for corn stover collecting, handling, storing and transporting. Report No: NREL/SR-510-33893.
• Cochran, W.G. 1977. Sampling Techniques. 3rd Edition. John Wiley&Sons, New York.
• Çelik, B. 2011. Pellet Üretim Tesisinin Fizibilitesi: Bartın Örneği. Bartın Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Orman Endüstri Mühendisliği Anabilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi.
• EN14774-2, 2009. Solid biofuels - Determination of moisture content - Oven dry method - Part 2: Total moisture - Simplified method European Committee for Standardization: Management Centre, Avenue Marnix 17, B-1000 Brussels.
• EN14775, 2009. Solid biofuels - Determination of ash European Committee for Standardization: Management Centre, Avenue Marnix 17, B-1000 Brussels
• EN14918, 2009. Solid biofuels - Determination of calorific European Committee for Standardization: Management Centre, Avenue Marnix 17, B-1000 Brussels
• EN15103, 2009. Solid biofuels - Determination of bulk density European Committee for Standardization: Management Centre, Avenue Marnix 17, B-1000 Brussels.
• EN15210-2, 2010. Solid biofuels - Determination of mechanical durability of pellets and briquettes - Part 2: Briquettes European Committee for Standardization: Management Centre, Avenue Marnix 17, B-1000 Brussels.
• EN16127, 2012. Solid biofuels - Determination of length and diameter of pellets European Committee for Standardization: Management Centre, Avenue Marnix 17, B-1000 Brussels.
• Gürdil, G.A.K., Baz Y.Ö., Demirel Ç, Demirel B. 2015. Yakıt peleti ve briketi için güncellenmiş avrupa birliği standartları ve ilgili parametreler. U. Ü. Ziraat Fakültesi Dergisi, 29(2): 147-156.
• Gürel, B. 2020. Türkiye’deki güncel biyokütle potansiyelinin belirlenmesi ve yakılmasıyla enerji üretimi iyi bir alternatif olan biyokütle atıklar için sektörel açıdan ve toplam yanma enerji değerlerinin hesaplanması. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 8(2), 407-416.
• Han, Y, Bakır, G. 2010. Özel besi işletmelerinin barınak yapısı ve etkileyen faktörler. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 41 (1): 45-51.
• IKHKKY, 2009. Isınmadan Kaynaklanan Hava kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği.
• Karaca, N.K. 2021. Current Status and The Future Projectıons of The Turkısh Pellet Fuel Industry: A Survey Study. The Graduate School of Social Sciences of Middle East Technical University, Master Thesis.
• Ray, A., Hoover A. N., Nagle N., Chen X., Gresham, G. 2013. Effect of pelleting on the recalcitrance and bioconversion of dilute-acid pretreated corn stover under low- and high- solids conditions. Biofuels, 4(3), 271-284.
• Sungur, B., Topaloğlu B., Özbey, M. 2018. Pelet yakıtlı yakma sistemlerinin ısıl performans ve emisyon açısından incelenmesi. Mühendis ve Makina, 59(693), 64-84.
• TS EN 303-5, 2021. Kazanlar-Bölüm 5: Katı yakıtlı kazanlar, elle ve otomatik yüklemeli, anma ısı çıktısı 500 kW'a kadar - Terim ve tarifleri, gerekler, deneyler ve işaretleme, Türk Standartları Enstitüsü.
• Tumuluru, J. 2016. Specific energy consumption and quality of wood pellets produced using high-moisture lodgepole pine grind in a flat die pellet mill. Chemical Engineering Research & Design, 110, 82-97.
• Tumuluru, J. S., Sokhansanj, S., Lim, C. J., Bi, T., Lau, A., Melin, S., Sowlati, T., Oveisi, E. 2010. Quality of wood pellets produced in British Columbia for export. Applied Engineering in Agriculture, 26(6): 1013‐1020.
• Yamane, T. 2006. Temel Örnekleme Yöntemleri. Çev. Esin, A., Bakır, M.A., Aydın, C, Güzbüzsel, E. Literatür Yayınları: 53. İstanbul.
• Zengin Y., Efendioğlu Çelik A., Dok M., Çolak S., Kargidan A.İ., Çakır A., Semercioğlu A. 2020. Orman atıklarının pelet olarak değerlendirilme imkânlarının araştırılması. Ormancılık Araştırma Dergisi, 7:2, 113-119.