Дървесна биомаса

ВЕИ енергетикaТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 6, 2011

Източници, обработка, съхранение и оползотворяване

Биомасата е сред биогоривата с най-висок потенциал и възможности за използване при производството на топлинна и електрическа енергия от гледна точка на икономическата и енергийна ефективност. Този факт има немалко значение на фона на огромните енергийни нужди и необходимостта от използването на екологосъобразни решения.

Голяма част от твърдата биомаса се получава от дървесни отпадъци, включващи части от стволове на дървета, малки трупи, трици, талаш, кори от дървета и други. Част от дървесните отпадъци могат да се използват без допълнителна технологична обработка, други е необходимо да бъдат подложени на допълнителна обработка като натрошаване например, след което могат да бъдат използвани за директно изгаряне или производство на брикети. Използването им има редица предимства като ниско съдържание на пепел в отпадъците, отсъствието на сяра в тях, при изгарянето им получените димни газове са с ниска корозионна агресивност, намаляване на емисиите на въглероден двуокис и други.

Възможности за оползотворяване

Дървесната биомаса обикновено се използва като суровина в процеси като изгаряне, пиролиза или газификация. Изгарянето, от своя страна, може да бъде директно, изгаряне в кипящ/циркулиращ слой, газификация или изгаряне на прахообразно гориво. Най-често използвано в практиката е директното изгаряне в котли и пещи. Обикновено за водогрейни котли и пещи с малки мощности, изгарянето протича в горивни камери с хоризонтални, конусни, наклонени или подвижни решетки. При автоматизиран процес на изгаряне на раздробени дървесни отпадъци се използват и тръбни горелки с шнеково подаване. При изгарянето в кипящ/циркулиращ се постига почти 100% изгаряне на горивото, поради което този процес се характеризира и с по-висока ефективност. В сравнение с директното изгаряне, в този случай се наблюдава по-ниска емисия на отпадни продукти от горенето. При използване на този метод раздробената дървесина гори в “кипящ” слой, създаден чрез продухване на въздух или газ през слой от инертен материал, например пясък. Процесът на горене протича стабилно и с висока ефективност, тъй като количеството инертен материал е значително повече от подаваното количество гориво.

Газификацията е двуетапен процес. В първият етап горивото се подава с шнеков транспортьор до наклонена решетка в първична камера (предкамера), където се нагрява до температура, подходяща за протичане на процеса газификация. Прегрятата и смесена с вторичен въздух дървесна газ изгаря във вторичната камера практически без остатък. Продуктите на горене се използват в котел или пещ за получаване на гореща вода, пара или въздух.

За изгарянето на прахообразно гориво, получено от определен производствен процес или в резултат на раздробяване на дървесните отпадъци до прах, обикновено се използват специални горелки, предназначени за изгаряне на дървесен прах. Този процес е сравнително скъп, поради което е сравнително рядко използван.

Пиролизата е процес, при който биомасата се излага на висока температура - обикновено до 300-500 оС, в отсъствието на кислород, което води до разлагането й. Крайният продукт е смес от твърди (въглен), течни (оксидирани масла) и газови (метан, въглероден монооксид и въглероден диоксид) съставки.

Газификацията е процес на високотемпературно превръщане на дървесината при нормално или повишено налягане в газ, наричан дървесен или генераторен газ, а така също и в неголямо количество пепел, в специални реактори (газогенератори) с ограничен достъп на въздух или кислород.

Особености при съхранение

За момента, тенденцията е предимно да се използва директното изгаряне на биомасата за производство на топлинна енергия. Това налага, обаче, организирането на система за нейното съхранение и подготовка, тъй като събирането и използването й обикновено не съвпадат по време. С оглед осигуряването на непрекъснат поток от гориво, биомасата се съхранява,под подходяща форма в близост до мястото на непосредствено използване. При съхранението, обаче, е добре да се вземат предвид няколко фактора - биомасата се характеризира с високи загуби на сухо вещество, отделяне на топлина, което създава реална опасност от самовъзпламеняване, а също така се отделят и високи концентрации от алергенни частици, които могат да създадат опасност за здравето. За избягване на самозапалването и осигуряване на оптимални условия на съхранение от решаващо значение се явява контролирането на влагата. Биомасата обикновено се съхранява в насипна форма и представлява среда, през която влагата може да мигрира, или в която да се абсорбира. Поради това, при съхранението е необходимо да се предприемат мерки за ограничаване на влиянието на околната среда и да се гарантира наличието на ротация на запасите. В практиката се използват различни начини за съхраняване на биомасата, като обикновено системата за съхранение включва освен самите складови помещения и оборудване за нейното транспортиране. Сред използваните системи са силозите с полегат под, системите, познати като подвижен под и саморазтоварващите се бункери. Силозите с полегат под обикновено са с квадратна основа и наклонен под с въртящо се рамо, с помощта на което горивото се подава към шнек, който го отвежда до котела. Тъй като, обикновено, скоростната кутия е под пода, е добре да се осигури достатъчно място за поддръжка. Системите, познати като подвижен под се използват предимно за големи инсталации, тъй като са по-скъпо решение. Като основно тяхно предимство се посочва възможността биомасата да бъде директно разтоварвана върху подвижния под. Саморазтоварващите се бункери се считат за подходящи предимно за дървесни палети и за неподходящи за дървесен чипс, например, тъй като той е много лек и има голям ъгъл на свободно падане. Основен проблем при използването им е запълването им с гориво.

Уплътняване на биомасата

Предварителната обработка, транспортирането и съхранението на твърдата биомаса е нелека задача поради неравномерното съдържание на влага и ниската насипна плътност на тези суровини. Това е причината биомасата да бъде подлагана на уплътняване, с което се цели получаването на еднородни по размери и съдържание на влага частици с висока насипна плътност. Уплътняването се определя като процес на превръщане на суровина с високо съдържание на влага и ниска насипна плътност в такава с ниско съдържание на влага и висока насипна плътност. Процесът на уплътняване обикновено включва три основни операции: сушене, намаляване на размера/раздробяване и гранулиране/пелетизиране.

Оформянето на дървесната биомаса в палети или брикети води до повишаване на плътността, понижаване на влажността и, съответно, значително повишаване на калоричността й. В същото време обемът на дървесните отпадъци намалява значително. В процеса на производство към използваната биомаса не е необходимо допълнително добавяне на химически слепващи вещества. Обикновено пелетите и брикетите се произвеждат със стандартни размери чрез пресоване под налягане на дървесни кори, трици и други дървесни отпадъци. В случаите когато се предвижда те да бъдат използвани за промишлени нужди или да бъдат съхранявани за продължителен период от време, е необходимо да бъдат с повишена здравина и устойчивост на влага. В този случай се препоръчва топлинна обработка на изходната суровина при температура от порядъка на 200-300 оС.

Процесът на производство на пелетите и брикетите обикновено включва три основни етапа, смилане, изсушаване и пресоване.

Качество на биомасата и ефективност на горенето

Факторите, оказващи влияние върху ефективността на процеса на горене са влажността на биомасата, съдържанието на пепел, съответствие на съоръженията за изгаряне на подобен вид биомаса, адаптация на котела към изгарянето на биомаса с високо съдържание на пепел.

Влагата е един от най-важните показатели по отношение на качеството на горивото. Принципно, качеството на биомасата се базира на калоричността, съдържанието на пепел и годността за съхранение, обработка и обслужване. Влиянието на влажността на биомасата върху ефективността на котела е значително. При изгарянето на суха дървесна биомаса с малко съдържание на пепел, ефективността на работа на котела както по производителност, така и по КПД се приближава към ефективността на котлите на течно гориво. Повишаването на влажността на дървесната биомаса неизбежно води до намаляване на ефективността на котела. В случай на използване на биомаса в големи централи, е необходимо тя да съдържа точно определено количество влага, което да не оказва влияние върху нормалното функциониране на котела.

Високото съдържание на пепел в биомасата също затруднява горенето. Наличието на минерални вещества в дървесната биомаса се определя от дърводобива и първичната обработка.

Съща така, фракционният състав на смляната дървесина е необходимо да съответства на изискванията на използваното устройство за изгаряне. Отклонението в размера на частиците от предвидените води до намаляване на ефективността.

За осигуряване на ефективно изгаряне на дървесните отпадъци се препоръчва използването на котел с подходяща конструкция. Добре е да се има предвид, че при котлите за изгаряне на влажна дървесна биомаса е необходимо да се увеличи конвективната нагревна повърхност, както и да се осигури допълнителна нагревна повърхност за намаляване на температурата на изходящите газове.

ЕКСКЛУЗИВНО


Top