Словакия е бедна на първични енергийни източници, така че зависи от техния внос. В момента тя е в диапазона от почти 89% и се състои главно от внос от Русия. В областта на възобновяемите енергийни източници биомасата има най-голяма перспектива. Словакия разполага с почти 40% от залесените площи, поради което по-интензивното използване на биомаса трябва да допринесе за намаляване на зависимостта от вноса и увеличаване на дела на възобновяемите ресурси. Това би отговорило на потребностите от топлина и енергия за централни отоплителни системи - особено за по-големи източници на топлина, като отоплителни централи, отоплителни централи или. районни котелни помещения.

възможности

Енергийна стойност и потенциал на биомасата
Поради различните форми на биомаса, съдържащата се в тях енергия също е различна. Енергийното съдържание на сухи растения със съдържание на влага от 15 до 20% е около 14 MJ/kg. По отношение на енергийното съдържание сухата биомаса може да се сравни с кафявите и черните въглища. По време на прибиране на реколтата обаче биомасата съдържа значително количество вода, която варира напр. за слама от 8 до 20% и за дърво от 30 до 60%. Съдържанието на вода във въглищата е на ниво от 2 до 12%, така че енергията на биомасата по време на прибиране на реколтата е по-ниска, отколкото във въглищата. Биомасата обаче е по-екологично гориво в сравнение с въглищата. Той има по-ниско съдържание на сяра и пепел след изгаряне, което не съдържа токсични метали или замърсители. Енергийното съдържание на отделните горива е дадено в таблица 1.

Биомасата представлява най-големият дял (до 32%) от общия технически използваем потенциал (TVP) на възобновяемите енергийни източници. В условията на Словакия наистина е възможно горската биомаса да се използва за енергийни цели, включително енергийни щандове, селскостопанска биомаса, отпадъци от дървообработващата и хранителната промишленост и отпадъчна биомаса от промишлената и общинската сфера. Посоченият TVP на биомаса се състои от:

  • отпадъци от дървообработващата промишленост над 37%,
  • горска биомаса с енергия е почти 37%,
  • селскостопанска биомаса 19,5%.

Технически използваемият потенциал на биомасата се извлича от енергийната стойност на годишното използваемо количество от отделни видове биомаса, която е 38 872 TJ/г (10 798 GWh/г). Той представлява реалната продукция на енергия от използването на това количество под формата на топлинна и електрическа енергия с ефективност на преобразуване, съответстваща на съвременните усъвършенствани методи за производство на енергия, както топлинна, така и електрическа.

Раздел. 1: Енергийно съдържание на някои горива

Проектиране на източник на топлина с котли за дървесна биомаса
Използване на биомаса в съществуващи източници на топлина - котелни помещения, или. е желателно, но не е възможно да се премахне проблемът с физически взискателната подготовка и боравене с гориво или да се предотврати индивидуално безотговорно изгаряне на битови отпадъци, често опасни за околната среда.
За използването на нетрадиционни и възобновяеми енергийни източници, големи системи за централизирано топлоснабдяване (SCZT), респ. техните ресурси. Понастоящем биомасата представлява 6% от общата нужда от първични енергийни източници в отоплението. Общият интерес на обществеността е да удвои този дял.

Основните видове използвани нетрадиционни и възобновяеми енергийни източници са:

  • изгаряне на индустриална биомаса, особено отпадъчна дървесина от производствени предприятия,
  • изгаряне на битови отпадъци в големи градове или в близост до големи агломерации,
  • използване на отпадъчна топлина от технологични процеси.

В бъдеще, в допълнение към по-нататъшното развитие на използването на вече споменатите видове нетрадиционни енергийни източници, се увеличава използването на:

  • естествена биомаса, предимно горски дървета и селскостопански продукти,
  • безопасни промишлени отпадъци, напр. от хранителната индустрия.

Всички видове нетрадиционни и възобновяеми енергийни източници могат да бъдат разделени на група за дългосрочно съхранение и група за дългосрочно съхранение. Биомасата, която може да бъде доставена предварително за зимата (в точката на изгаряне или на мястото на възникване), е една от дългосрочно съхраняваните. От гледна точка на оптимизирането на капацитета за съхранение и транспорт, източниците, използващи биомаса, не са склонни да се оразмеряват за общите пикови мощности на SCZT, а по-скоро за частични мощности, докато отделен горен котел за друг вид гориво се използва за осигуряване на пикови разход, който служи като резервен източник през останалата част от годината.

Методи за изгаряне на биомаса
Според метода за изгаряне на биомаса различаваме:

  • изгаряне върху решетката (на слой),
  • изгаряне на прах (в полет),
  • горене на циклон,
  • изгаряне в кипящ слой (в разхлабващия слой).

Изгаряне на скара
Изгарянето на решетката е предназначено за изгаряне на смачкано гориво с влажност 60% или повече. Горивото лежи върху решетката на слой. Дебелината на горивния слой зависи от топлинната мощност на горивното устройство и от въздушната пропускливост на този слой от въздуха за горене. Поради високото съдържание на вода в горивото е необходима значителна дължина на решетката, за да се постигне по-висока ефективност на горенето. Това състояние се осигурява чрез предварително изсушаване на горивото извън горивното устройство - напр. в шахтата над бункера за гориво или чрез издухване на горещ въздух.

Най-известните видове решетъчни системи са:

  • наклонена решетка,
  • каскадна решетка,
  • фиксирана решетка,
  • стъпаловидна решетка,
  • решетка с приставка за разстилане.

Изгарянето се извършва в горивния слой на решетката и над горивния слой. Колкото по-високо е съдържанието на летливи горими вещества в горивото, толкова по-голямо е изгарянето над горивния слой. Горивото попада в горната част на решетката, където се изсушава и от него се отделя повърхностна и хигроскопична вода. Решетката се състои от индивидуални решетки и техният размер зависи от функцията на решетката и размера на зърната на горивото. Въздухът за горене протича през пролуките между решетката и горивото на решетката, което се подава под решетката и гарантира, че горенето става с оптимален излишък на въздух. Относителната скорост на въздуха в сравнение с горивото трябва да бъде такава, че да не излиза гориво в комина. Летливите компоненти, съдържащи се в горивото, се отделят и постепенно изгарят. В същото време решетката осигурява събирането и отстраняването на твърди остатъци след изгарянето на горивото от огнището. Той дава възможност за регулиране на изхода на горивната камера и по този начин на цялото устройство.

Капацитетът на горивните инсталации за решетки може да бъде до топлинна мощност от 100 MW, но те обикновено се използват в диапазона от 0,1 до 50 MW. Характеризира се с разделяне на горенето на няколко етапа, за да се постигне най-съвършеното изгаряне на горивото. Въздухът се подава на два до три етапа.
Предимно въздухът се подава през решетката, така че да не прегрее и да осигури изгаряне на решетката. Вторичният приток на въздух служи за подпомагане изгарянето на летливи вещества над решетката. Чрез регулиране на подаването на въздух в отделните дюзи може да се постигне зоново изгаряне с минимум излишен въздух.

Изгаряне в кипящ слой
Частиците гориво се издигат от поток въздух и димни газове, които текат нагоре. Завихрянето на количествата гориво се характеризира с висок топло- и масообмен. Температурата в горивната камера с кипящ слой от пясък или друг незапалим материал е между 700 и 950 ° C. Течните системи издухват въздуха с високи скорости, което води до по-добро изгаряне и по-бърз топлообмен в леглото и по този начин контролируемо изгаряне. Те правят възможно изгарянето на биомаса с по-променливо качество от другите системи.

Системата се състои от горивна камера с пясъчно легло, която работи като среда за пренос на топлина, предварително се загрява и се избистря чрез издухване на въздух през перфорираното дъно. Пясъчното легло се поддържа на оптимална температура (700 до 950 ° C) посредством обменници, вградени във флуидизирания слой. Биомасата под формата на малки частици непрекъснато се инжектира в пясъчното легло, където се извършва горенето. Димните газове се почистват от пепел и се изхвърлят в комина.

Предимствата на флуидните системи са следните:

  • благодарение на интензивното смесване и високите температури, горенето е бързо, което позволява по-компактен дизайн на цялото устройство,
  • са способни да изгарят относително влажен материал,
  • те могат да изгарят гориво с относително неравен състав и форми, както и смес от дърво и други материали.

Недостатъците на флуидните системи са:

  • по-високи инвестиционни разходи,
  • необходимостта от опитни оператори,
  • консумация на електроенергия за задвижване на вентилаторите,
  • чувствителна регулация.


Фиг. 2: Пропорция на доставката на топлина в диаграмата за потребление на топлина

Заключение
Използването на биомаса осигурява не само енергийно покритие, но и други ползи за околната среда. Сред най-важните са подобряването на качеството на горите, водите или предотвратяването на ерозия на почвата. Недостатъкът на биомасата като гориво е, че всички видове сурова биомаса подлежат на бързо разлагане при нормални условия. Поради тази причина само по-малко от тях са подходящи за дългосрочно съхранение и транспортните разходи се увеличават поради относително ниското си енергийно съдържание.

От гледна точка на намаляването на емисиите на парникови газове и изменението на климата, всички биотехнологии са от особено значение: растения, които абсорбират CO2 от атмосферата по време на растежа си, но също така и използването на биогаз, състоящ се главно от метан (CH4), депа или оборски тор, допринасят значително за намаляване на емисиите. В атмосферата метанът има до 20 пъти по-висок ефект върху това явление от CO2.

От гледна точка на намаляване на емисиите на сяра и ограничаване на киселинното замърсяване, използването на биомаса е от голямо значение, тъй като съдържанието на сяра в нея е значително по-ниско, отколкото във въглищата или петрола. В допълнение, биомасата може да се смесва с въглища, като по този начин допълнително се намаляват емисиите на сяра в конвенционалните отоплителни централи, отоплителни централи или централни котелни помещения.

Котлите с неподвижна решетка или стъпаловидна са подходящи за по-малки сгради като семейни къщи. Като гориво се използват дърва, дървесни стърготини или пелети. Сложността на управлението на горивото е свързана с вида на използваното гориво. Циклоновите пепелни сепаратори не се използват до топлинна мощност от 150 kW.

За сгради с по-голямо потребление на топлина над 150 kW са по-подходящи по-сложни горивни устройства, където са наклонени, каскадни решетки или решетка с приставка за разстилане. Като гориво се използват дървесни стърготини или пелети. Сложността на управлението на горивото е свързана с вида на използваното гориво. Тези горивни инсталации изискват циклон сепаратор на пепел.

В дървообработващите и мебелните заводи горивно оборудване с прах или чрез циклонно изгаряне, където горивото се пулверизира преди изгарянето.

Най-съвършеното използване на енергия от биомаса се постига при големи котли с т.нар изгаряне в кипящ слой, което се осъществява при високи скорости и температури около 950 ° C и с минимални емисии на азот. Изгарянето с кипящ слой се използва в техническата практика за по-големи източници на топлина в отоплителни системи, които доставят топлина на по-големи жилищни и граждански комплекси.

док. Ing. Д-р Ян Такач.

Авторът работи в катедрата за техническо оборудване на сградите на СТУ в Братислава.
Прегледано от: doc. Ing. Д-р Отилия Лулковичова.
Изображения: архив на автора

Този принос е създаден в рамките на решението на проекта VEGA 1/0734/08.

Литература
1. Bédi, E.: Възобновяеми енергийни източници. Фонд за алтернативна енергия, Братислава, SZOPK 2001.
2. Kadrnožka J. - Ochrana, L.: Teplárenství. Академично издателство CERM Бърно, 2001, 177 с.
3. Pastorek, Z. - Kára, J. - Jevič, P.: Биомаса - възобновяем енергиен източник. Прага, FCC PUBLIC стр. r. о., 2004.
4. Lulkovičová, O. et al.: Източници на топлина и битови котелни помещения. JAGA GROUP, Братислава, 2004.
5. Jandačka, J. - Malcho, M.: Биомасата като източник на енергия. Жилина, Vydavateľstvo Juraj Štefun - GEORG, 2007.

Статията е публикувана в списание TZB HAUSTECHNIK 6/2008.