Slovacia este săracă în surse de energie primară, deci este dependentă de importurile acestora. În prezent, este în intervalul de aproape 89% și constă în principal din importuri din Rusia. În domeniul surselor regenerabile de energie, biomasa are cea mai mare perspectivă. Slovacia are aproape 40% din suprafața împădurită, utilizarea mai intensivă a biomasei ar trebui, prin urmare, să contribuie la reducerea dependenței de importuri și la creșterea ponderii resurselor regenerabile. Acest lucru ar satisface nevoile de căldură și energie pentru sistemele de termoficare - în special pentru surse mai mari de căldură, cum ar fi centrale termice, centrale termice sau. camere de cazane de district.

reînnoirea

Valoarea energetică și potențialul biomasei
Datorită diferitelor forme de biomasă, energia conținută în ele este, de asemenea, diferită. Conținutul de energie al plantelor uscate cu un conținut de umiditate cuprins între 15 și 20% este de aproximativ 14 MJ/kg. Biomasa uscată poate fi comparată cu cărbunele brun și negru din punct de vedere al conținutului de energie. În momentul recoltării, totuși, biomasa conține o cantitate semnificativă de apă, care variază de ex. pentru paie de la 8 la 20% și pentru lemn de la 30 la 60%. Conținutul de apă din cărbune este de la 2 la 12%, astfel încât energia biomasei în momentul recoltării este mai mică decât în ​​cărbune. Cu toate acestea, biomasa este un combustibil mai ecologic în comparație cu cărbunele. Are un conținut mai scăzut de sulf și cenușă după ardere, care nu conține metale toxice sau contaminanți. Conținutul energetic al combustibililor individuali este dat în tabelul 1.

Biomasa reprezintă cea mai mare pondere (până la 32%) din potențialul total tehnic utilizabil (TVP) al surselor regenerabile de energie. În condițiile Slovaciei, este cu adevărat posibil să se utilizeze biomasa forestieră în scopuri energetice, inclusiv arboretele energetice, biomasa agricolă, deșeurile din industria prelucrării lemnului și a alimentelor și biomasa reziduală din sfera industrială și municipală. TVP specificat pentru biomasă constă din:

  • deșeuri din industria prelucrării lemnului mai mult de 37%,
  • biomasa forestieră cu energie este de aproape 37%,
  • biomasă agricolă 19,5%.

Potențialul utilizabil din punct de vedere tehnic al biomasei a fost derivat din valoarea energetică a cantității anuale utilizabile de tipuri individuale de biomasă, care este de 38.872 TJ/an (10.798 GWh/an). Reprezintă producția reală de energie din utilizarea acestei cantități sub formă de căldură și electricitate cu o eficiență de conversie corespunzătoare metodelor moderne avansate de producere a energiei, atât termice, cât și electrice.

Tab. 1: Conținutul energetic al unor combustibili

Proiectarea unei surse de căldură cu cazane pentru biomasă lemnoasă
Utilizarea biomasei în sursele de căldură existente - camere de încălzire sau. de încălzire, este de dorit, dar nu este posibil să se elimine problema solicitării fizice a pregătirii și manipulării combustibilului și nici să se prevină incinerarea individuală iresponsabilă a deșeurilor menajere, adesea periculoase pentru mediu.
Pentru utilizarea surselor de energie netradiționale și regenerabile, sistemele mari de alimentare cu căldură centralizată (SCZT), resp. resursele lor. În prezent, biomasa reprezintă 6% din cererea totală de energie primară în DH. Este în interesul general al publicului să dubleze această cotă.

Principalele tipuri de surse de energie non-tradiționale și regenerabile utilizate sunt:

  • arderea biomasei industriale, în special a deșeurilor lemnoase din instalațiile de producție,
  • incinerarea deșeurilor municipale în orașele mari sau în apropierea aglomerărilor mari,
  • utilizarea căldurii reziduale din procesele tehnologice.

În viitor, pe lângă dezvoltarea în continuare a utilizării tipurilor de surse de energie netradiționale menționate deja, o utilizare sporită a:

  • biomasă naturală, în principal copaci forestieri și produse agricole,
  • deșeuri industriale sigure, de ex. din industria alimentară.

Toate tipurile de surse de energie non-tradiționale și regenerabile pot fi împărțite într-un grup de stocabile pe termen lung și un grup de non-stocabile pe termen lung. Biomasa, care poate fi pre-furnizată pentru iarnă (la punctul de ardere sau la locul apariției), este una dintre cele stocabile pe termen lung. Din punctul de vedere al optimizării capacităților de stocare și transport, sursele care utilizează biomasă nu tind să fie dimensionate pentru ieșirile totale de vârf ale SCZT, ci mai degrabă pentru ieșirile parțiale, în timp ce se utilizează un cazan de top separat pentru un alt tip de combustibil pentru a asigura vârfurile de consum, care servește ca sursă de rezervă pentru restul anului.

Metode de ardere a biomasei
Conform metodei de ardere a biomasei, distingem:

  • combustie pe grătar (în strat),
  • arderea pulberii (în zbor),
  • arderea ciclonului,
  • combustie în pat fluidizat (în stratul de slăbire).

Arderea pe grătar
Arderea grătarului este concepută pentru a arde combustibil zdrobit cu o umiditate de 60% sau mai mult. Combustibilul se află pe rețea într-un strat. Grosimea stratului de combustibil depinde de puterea termică a dispozitivului de ardere și de permeabilitatea la aer a acestui strat de către aerul de ardere. Datorită conținutului ridicat de apă al combustibilului, este necesară o lungime considerabilă a grătarului pentru a obține o eficiență mai mare de ardere. Această condiție este asigurată prin pre-uscare a combustibilului în afara dispozitivului de ardere - de ex. în arborele de deasupra buncărului de combustibil sau prin suflarea aerului cald.

Cele mai cunoscute tipuri de sisteme de grătar sunt:

  • grătar înclinat,
  • grătar în cascadă,
  • grătar fix,
  • grătar în trepte,
  • grătar cu atașament de împrăștiere.

Arderea are loc în stratul de combustibil de pe grătar și deasupra stratului de combustibil. Cu cât conținutul de combustibili volatili din combustibil este mai mare, cu atât este mai mare combustia deasupra stratului de combustibil. Combustibilul cade pe partea superioară a grătarului, unde este uscat și de suprafață și apa higroscopică este eliberată din acesta. Grătarul este format din grătar individual și dimensiunea lor depinde de funcția grătarului și de mărimea bobului de combustibil. Aerul de ardere curge prin golurile dintre grătar și combustibilul de pe grătar, care este furnizat sub grătar și asigură că arderea are loc cu un exces optim de aer. Viteza relativă a aerului în comparație cu combustibilul trebuie să fie astfel încât să nu scape combustibil în coș. Componentele volatile conținute în combustibil sunt separate și arse treptat. În același timp, grătarul asigură colectarea și îndepărtarea reziduurilor solide după arderea combustibilului din vatră. Permite reglarea ieșirii camerei de ardere și, astfel, a întregului dispozitiv.

Capacitatea instalațiilor de ardere cu grătar poate fi de până la o putere termică de 100 MW, dar acestea sunt de obicei utilizate în intervalul 0,1 - 50 MW. Se caracterizează prin împărțirea arderii în mai multe etape pentru a obține cea mai perfectă combustie a combustibilului. Aerul este furnizat în două-trei etape.
În principal, aerul este furnizat prin grătar, astfel încât să nu se supraîncălzească și să asigure arderea grătarului. Alimentarea cu aer secundar servește la susținerea arderii substanțelor volatile deasupra grătarului. Prin reglarea alimentării cu aer în duzele individuale, arderea zonei poate fi realizată cu un minim de aer în exces.

Arderea în pat fluidizat
Particulele de combustibil sunt stimulate de un flux de aer și gaze arse care curg în sus. Învolburarea cantităților de combustibil se caracterizează printr-un transfer ridicat de căldură și masă. Temperatura în camera de ardere cu un pat fluidizat de nisip sau alt material necombustibil este cuprinsă între 700 și 950 ° C. Sistemele de fluide suflă aerul la viteze mari, rezultând o combustie mai bună și un transfer mai rapid de căldură în pat și astfel o ardere controlabilă. Acestea fac posibilă arderea biomasei de o calitate mai variabilă decât alte sisteme.

Sistemul constă dintr-o cameră de ardere cu un pat de nisip, care funcționează ca mediu de transfer de căldură, este preîncălzit și este clarificat prin aer suflat prin fundul perforat. Patul de nisip este menținut la temperatura optimă (700 până la 950 ° C) prin intermediul schimbătoarelor încorporate în patul fluidizat. Biomasa sub formă de particule mici este injectată continuu în patul de nisip, unde are loc arderea. Gazele de ardere sunt curățate de cenușă și evacuate în coș.

Avantajele sistemelor de fluid sunt următoarele:

  • datorită amestecării intensive și a temperaturilor ridicate, arderea este rapidă, ceea ce permite un design mai compact al întregului dispozitiv,
  • sunt capabile să ardă material relativ umed,
  • pot arde combustibil cu o compoziție și forme relativ inegale, precum și un amestec de lemn și alte materiale.

Dezavantajele sistemelor de fluid sunt:

  • costuri mai mari de investiții,
  • nevoia de operatori cu experiență,
  • consumul de energie electrică pentru a conduce ventilatoarele,
  • reglementare sensibilă.


FIG. 2: Proporția de alimentare cu căldură în diagrama cererii de căldură

Concluzie
Utilizarea biomasei oferă nu numai acoperirea energetică, ci și alte beneficii pentru mediu. Printre cele mai importante sunt îmbunătățirea calității pădurilor, a apei sau prevenirea eroziunii solului. Dezavantajul biomasei ca combustibil este că toate tipurile de biomasă brută sunt supuse descompunerii rapide în condiții normale. Din acest motiv, doar mai puține dintre ele sunt potrivite pentru depozitarea pe termen lung și costurile de transport cresc datorită conținutului lor relativ scăzut de energie.

Din punct de vedere al reducerii emisiilor de gaze cu efect de seră și a schimbărilor climatice, toate biotehnologiile au o importanță deosebită: plantele care absorb CO2 din atmosferă în timpul creșterii lor, dar și utilizarea biogazului constând în principal din metan (CH4), depozite de deșeuri sau gunoi de grajd, contribuie semnificativ la reducerea emisiilor. În atmosferă, metanul are un efect de până la 20 de ori mai mare asupra acestui fenomen decât CO2.

Din punctul de vedere al reducerii emisiilor de sulf și al limitării poluării acide, utilizarea biomasei are o mare importanță, deoarece conținutul său de sulf este semnificativ mai mic decât în ​​cărbune sau petrol. În plus, biomasa poate fi amestecată în cărbune, reducând astfel și mai mult emisiile de sulf în instalațiile de încălzire convenționale, centralele termice sau camerele centrale de încălzire.

Cazanele cu un grătar fix sau cu trepte sunt potrivite pentru clădiri mai mici, cum ar fi casele familiale. Lemnul, așchii de lemn sau peletele sunt folosite drept combustibil. Complexitatea gestionării combustibilului este legată de tipul de combustibil utilizat. Separatoarele de cenușă ciclon nu sunt utilizate până la o putere termică de 150 kW.

Pentru clădirile cu o cerere de căldură mai mare de peste 150 kW, sunt mai potrivite dispozitivele de ardere mai complexe, unde se aplică grătare înclinate, în cascadă, sau grătar cu atașament de împrăștiere. Așchii de lemn sau peletele sunt folosite drept combustibil. Complexitatea gestionării combustibilului este legată de tipul de combustibil utilizat. Aceste instalații de ardere necesită un separator de cenușă ciclon.

În instalațiile de prelucrare a lemnului și mobilă, echipamente de ardere cu pulbere sau prin arderea ciclonului, unde combustibilul este pulverizat înainte de ardere.

Cea mai perfectă utilizare energetică a biomasei se realizează la cazanele mari cu așa-numitele combustie în pat fluidizat, care are loc la viteze și temperaturi ridicate în jurul valorii de 950 ° C și cu emisii minime de azot. Arderea în pat fluidizat este utilizată în practica tehnică pentru surse mai mari de căldură în sistemele de încălzire, care furnizează căldură complexelor rezidențiale și civice mai mari.

doc. Ing. Dr. Ján Takács.

Autorul lucrează la Departamentul de echipament tehnic al clădirilor Facultății de Construcții Civile UTS din Bratislava.
Revizuit de: doc. Ing. Dr. Otília Lulkovičová.
Imagini: arhiva autorului

Această contribuție a fost creată în cadrul soluției proiectului VEGA 1/0734/08.

Literatură
1. Bédi, E.: Surse de energie regenerabile. Fondul pentru Energie Alternativă, Bratislava, SZOPK 2001.
2. Kadrnožka J. - Ochrana, L.: Teplárenství. Editura academică CERM Brno, 2001, 177 p.
3. Pastorek, Z. - Kára, J. - Jevič, P.: Biomasa - o sursă de energie regenerabilă. Praga, FCC PUBLIC p. r. o., 2004.
4. Lulkovičová, O. și colab.: Surse de căldură și camere de încălzire casnice. JAGA GROUP, Bratislava, 2004.
5. Jandačka, J. - Malcho, M.: Biomasa ca sursă de energie. Žilina, Vydavateľstvo Juraj Štefun - GEORG, 2007.

Articolul a fost publicat în revista TZB HAUSTECHNIK 6/2008.