Словаччина бідна на первинні джерела енергії, тому вона залежить від їх імпорту. В даний час він становить майже 89% і складається в основному з імпорту з Росії. У галузі відновлюваних джерел енергії біомаса має найбільшу перспективу. Словаччина має майже 40% лісових площ, тому більш інтенсивне використання біомаси повинно сприяти зменшенню залежності від імпорту та збільшенню частки відновлюваних ресурсів. Це могло б задовольнити потреби в теплі та енергії для систем централізованого опалення - особливо для більших джерел тепла, таких як опалювальні установки, опалювальні установки або. районні котельні.

застосування

Енергетична цінність та потенціал біомаси
Завдяки різним формам біомаси енергія, що міститься в них, також відрізняється. Енергетичний вміст сухих рослин із вмістом вологи від 15 до 20% становить близько 14 МДж/кг. За вмістом енергії суху біомасу можна порівняти з бурим та чорним вугіллям. Однак під час збору врожаю біомаса містить значну кількість води, яка, наприклад, для соломи від 8 до 20% і для деревини від 30 до 60%. Вміст води у вугіллі знаходиться на рівні від 2 до 12%, тому енергія біомаси на момент збору врожаю нижча, ніж у вугіллі. Однак біомаса є більш екологічним паливом порівняно з вугіллям. Він має менший вміст сірки та золи після згоряння, яка не містить токсичних металів та забруднень. Енергетичний вміст окремих видів палива наведено в таблиці 1.

На біомасу припадає найбільша частка (до 32%) загального технічно корисного потенціалу (TVP) відновлюваних джерел енергії. В умовах Словаччини дійсно можливо використовувати лісову біомасу для енергетичних цілей, включаючи енергетичні насадження, сільськогосподарську біомасу, відходи деревообробної та харчової промисловості та відходи біомаси з промислової та комунальної сфери. Зазначена TVP біомаси складається з:

  • відходи деревообробної промисловості більше 37%,
  • лісова біомаса з енергією становить майже 37%,
  • сільськогосподарська біомаса 19,5%.

Технічно корисний потенціал біомаси був отриманий з енергетичної цінності річної корисної кількості окремих видів біомаси, яка становить 38872 ТДж/рік (10798 ГВт-год/рік). Він представляє реальну енергію, отриману від використання цієї кількості у вигляді тепла та електроенергії, з ефективністю перетворення, що відповідає сучасним передовим методам виробництва енергії, як теплової, так і електричної.

Вкладка. 1: Вміст енергії в деяких видах палива

Проектування джерела тепла з котлами на деревній біомасі
Використання біомаси в існуючих джерелах тепла - котельнях, або. бажано, але не можна усунути проблему фізично вимогливої ​​підготовки та поводження з паливом, а також запобігти індивідуальному безвідповідальному спалюванню побутових відходів, часто небезпечних для навколишнього середовища.
Для використання нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії великі системи централізованого теплопостачання (SCZT), відповідно. своїх ресурсів. В даний час на біомасу припадає 6% загальної потреби в первинних джерелах енергії в ЦТ. Загальний інтерес громадськості подвоїти цю частку.

Основними видами використовуваних нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії є:

  • спалювання промислової біомаси, особливо відходів деревини з виробничих підприємств,
  • спалення побутових відходів у великих містах або поблизу великих агломерацій,
  • використання відпрацьованого тепла від технологічних процесів.

Надалі, на додаток до подальшого розвитку використання вже згаданих видів нетрадиційних джерел енергії, посилено використання:

  • природна біомаса, переважно лісові дерева та сільськогосподарська продукція,
  • безпечні промислові відходи, напр. з харчової промисловості.

Усі типи нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії можна розділити на групу довгостроково зберігаються та групу довгострокових, що не зберігаються. Біомаса, яка може бути попередньо поставлена ​​на зиму (в місці спалення або в місці залягання), належить, зокрема, до тривалого зберігання. З точки зору оптимізації потужностей зберігання та транспортування, джерела, що використовують біомасу, як правило, не розраховуються на загальну пікову потужність SCZT, а на часткову потужність, тоді як для забезпечення піків споживання використовується окремий верхній котел для іншого типу палива, який служить резервним джерелом для решти року.

Методи спалювання біомаси
За способом спалювання біомаси виділяємо:

  • горіння на решітці (шаром),
  • згоряння порошку (у польоті),
  • циклонне згоряння,
  • згоряння в киплячому шарі (у розпушувальному шарі).

Горіння на мангалі
Горіння решітки призначене для спалювання подрібненого палива з вологістю 60% і більше. Паливо лежить на сітці шаром. Товщина шару палива залежить від теплової потужності пристрою згоряння та від повітропроникності цього шару повітрям згоряння. Через високий вміст води у паливі для досягнення вищої ефективності згоряння потрібна значна довжина решітки. Цей стан забезпечується попереднім висушуванням палива за межами пристрою згоряння - напр. в шахті над бункером для палива або продуванням гарячого повітря.

Найвідоміші типи колосникових систем:

  • похила решітка,
  • каскадна решітка,
  • фіксована решітка,
  • ступінчаста решітка,
  • колосникова решітка з розкладним кріпленням.

Горіння відбувається у шарі палива на решітці та над шаром палива. Чим вище вміст летких горючих речовин у паливі, тим більше згорання над шаром палива. Паливо потрапляє на верхню частину колосникової решітки, де воно висушується і з нього вивільняється поверхня і гігроскопічна вода. Решітка складається з окремих решіток, і їх розмір залежить від функції решітки та розміру зерен палива. Повітря для горіння протікає через щілини між колосниковою решіткою та паливом на колосниковій решітці, яке подається під колосникову решітку та забезпечує згоряння з оптимальним надлишком повітря. Відносна швидкість руху повітря в порівнянні з паливом повинна бути такою, щоб паливо не виходило в димохід. Леткі компоненти, що містяться в паливі, відокремлюються і поступово спалюються. У той же час решітка забезпечує збір та видалення твердих залишків після спалення палива з вогнища. Це дозволяє регулювати вихід камери згоряння, а отже, і всього пристрою.

Потужність установок спалювання решіток може досягати теплової потужності 100 МВт, але зазвичай вони використовуються в діапазоні від 0,1 до 50 МВт. Характеризується розподілом горіння на кілька стадій з метою досягнення найбільш досконалого згоряння палива. Повітря подається у два-три ступені.
В першу чергу повітря подається через решітку, щоб вона не перегрівалася і забезпечувала горіння на решітці. Подача вторинного повітря служить для підтримки згоряння летких речовин над решіткою. Регулюючи подачу повітря в окремі форсунки, можна досягти зони згоряння з мінімальним надлишком повітря.

Горіння в киплячому шарі
Частинки палива спонукаються потоком повітря і димових газів, що стікають вгору. Закручування кількості палива характеризується високим тепло- і масообміном. Температура в камері згоряння з псевдозрідженим шаром піску або інших негорючих матеріалів становить від 700 до 950 ° C. Рідкі системи продувають повітря на високих швидкостях, що призводить до кращого горіння та швидшого теплообміну в шарі, а отже, і регульованого горіння. Вони дають змогу спалювати біомасу більш змінної якості, ніж інші системи.

Система складається з камери згоряння з піщаним шаром, яка працює як теплоносій, попередньо нагрівається і освітлюється повітрям, що продувається через перфороване дно. Піщаний шар підтримується на оптимальній температурі (від 700 до 950 ° C) за допомогою теплообмінників, вбудованих у киплячий шар. Біомаса у вигляді дрібних частинок безперервно впорскується в піщаний шар, де відбувається горіння. Димові гази очищаються від золи і скидаються в димохід.

Переваги рідинних систем такі:

  • завдяки інтенсивному перемішуванню та високим температурам горіння відбувається швидко, що дозволяє отримати більш компактну конструкцію всього пристрою,
  • здатні спалювати відносно вологий матеріал,
  • вони можуть спалювати паливо відносно нерівномірного складу та форм, а також суміш деревини та інших матеріалів.

Недоліками рідинних систем є:

  • більші інвестиційні витрати,
  • потреба в досвідчених операторах,
  • споживання електроенергії для приводу вентиляторів,
  • чутливе регулювання.


Фіг. 2: Частка теплопостачання на діаграмі потреби в теплі

Висновок
Використання біомаси забезпечує не тільки енергетичний покрив, але й інші екологічні переваги. Серед найбільш важливих - покращення якості лісів, води або запобігання ерозії ґрунту. Недоліком біомаси як палива є те, що всі типи необробленої біомаси піддаються швидкому розкладанню в нормальних умовах. З цієї причини лише менша кількість з них придатна для тривалого зберігання, а транспортні витрати зростають через відносно низький вміст енергії.

З точки зору зменшення викидів парникових газів та зміни клімату, усі біотехнології мають особливе значення: рослини, які поглинають СО2 з атмосфери під час свого зростання, а також використання біогазу, що складається переважно з метану (CH4), звалищ або гною, внести значний внесок у зменшення викидів. В атмосфері метан має в 20 разів більший вплив на це явище, ніж СО2.

З точки зору зменшення викидів сірки та обмеження забруднення кислотою, використання біомаси має велике значення, оскільки вміст сірки в ній значно нижчий, ніж у вугіллі або нафті. Крім того, біомасу можна змішувати з вугіллям, таким чином ще більше зменшуючи викиди сірки в звичайних теплових установках, теплових централах або центральних котельнях.

Котли з нерухомою решіткою або ступінчасті котли підходять для менших будівель, таких як сімейні будинки. В якості палива використовують деревину, тріску або гранули. Складність управління паливом пов’язана з типом використовуваного палива. Циклонні сепаратори золи не використовуються до теплової потужності 150 кВт.

Для будівель з вищою потребою тепла понад 150 кВт більш придатні більш складні пристрої згоряння, де застосовуються похилі каскадні решітки колосникова решітка з розкладним кріпленням. В якості палива використовують деревну тріску або пелети. Складність управління паливом пов’язана з типом використовуваного палива. Ці спалювальні установки потребують циклонного сепаратора золи.

На деревообробних та меблевих заводах обладнання для згоряння з порошком або шляхом циклонного згоряння, де паливо подрібнюється перед спалюванням.

Найбільш досконале використання енергії біомаси досягається у великих котлах з т.зв. Горіння в псевдозрідженому шарі, яке відбувається при високих швидкостях і температурах близько 950 ° C і з мінімальними викидами азоту. Горіння в киплячому шарі використовується в технічній практиці для більших джерел тепла в системах опалення, які подають тепло в більші житлові та громадські комплекси.

док. Інж. Ян Такач, доктор філософії.

Автор працює на кафедрі технічного оснащення будівель будівельного факультету СТУ в Братиславі.
Переглянуто: doc. Інж. Отілія Лулковічова, к.т.н.
Зображення: архів автора

Цей внесок було створено в рамках рішення проекту VEGA 1/0734/08.

Література
1. Беді, Е.: Відновлювані джерела енергії. Фонд альтернативної енергетики, Братислава, SZOPK 2001.
2. Kadrnožka J. - Ochrana, L.: Teplárenství. Академічне видавництво CERM Брно, 2001, 177 с.
3. Пасторек, З. - Кара, Й. - Євич, П.: Біомаса - відновлюване джерело енергії. Прага, FCC PUBLIC с. р. о., 2004.
4. Лулковічова О. та ін.: Джерела тепла та побутові котельні. JAGA GROUP, Братислава, 2004.
5. Яндачка Дж. - Мальчо М.: Біомаса як джерело енергії. Жиліна, Видавництво Юрай Штефун - ГЕОРГІЯ, 2007.

Стаття опублікована в журналі TZB HAUSTECHNIK 6/2008.