Сламата като биогориво

ВЕИ енергетикaТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 3, 2011

Възможности за производство на топлинна енергия

Сламата, принципно, се приема за биогориво, предоставящо сравнително голям потенциал за производство на топлина. Суровина се явяват както култивирани растения, така и свободно растяща неизползвана за други цели растителност. Счита се, че изгарянето на слама може да се окаже рационално решение при производството на топлинна енергия както за индивидуални потребители, така и в по-големи централи. Обикновено, посочваните предимства на сламата като гориво са: широкото й разпространение и лесната достъпност в селскостопанските райони; неутралността по отношение на отделяните въглеродни окиси, поради което тя се счита за екологично чист източник на енергия; фактът, че тя се явява сравнително евтино гориво в сравнение с традиционните горива, тъй като в повечето случаи се получава като страничен продукт от производството на зърно.

Технологии за термо-химична обработка

Основни технологии за термохимична обработка на биомасата като цяло се явяват директното изгаряне, което е и най-често прилаганата технология, газификацията и пиролизата. Използването на сламата като суровина за директно изгаряне се явява сравнително сложно както на етапа на нейното събиране, транспортиране и съхранение, така и на последващия етап на директно изгаряне. Трудностите са свързани предимно с нееднородната структура на сламата, относително високата влажност, ниския енергиен потенциал, ниската температура на топене на пепелта и повишеното съдържание на хлор. Ниската температура на топене на пепелта от сламата може да доведе до образуването на шлака по нискотемпературните повърхности на котела. От своя страна, повишеното съдържание на хлор, особено характерно за сламата получена от овес, ечемик и рапица, може да доведе до корозия в елементите на котела.

Отделяните летливи вещества при изгарянето на сламата са около 70%, което налага специални изисквания към разпределението и смесването на въздуха, постъпващ в зоната на горене, а така също към конструкцията на горивната камера. Допустимият диапазон, в който може да варира влажността на сламата, е около 10 - 25%, като обикновено за оптимална се счита влажността от порядъка на 15%. По отношение на максимално допустимата влажност, то за различните инсталации тя може да бъде различна. Друг важен показател за качествата на сламата се явява степента на изсъхване, който показва колко дълго сламата е стояла на полето след събиране на реколтата и какво е било количеството на валежите в този период. Колкото по-голяма е степента на изсъхване, толкова по-ниска е концентрацията на алкални метали и съединения на хлора. По този начин се намалява опасността от корозия на повърхностните елементи на оборудването и образуването на шлака. Върху качествата на сламата като гориво влияние оказва и начинът й на транспортиране и съхранение

Сред най-разпространените методи за обработка на сламата е пресоването й под формата на бали, след което тя се транспортира до местата за съхранение. Ако тази слама ще се използва като гориво, специалистите препоръчват тя да се съхранява на сухи, покрити места или в закрити помещения. При съхраняването й под навеси, е необходимо те да имат голяма козирка, която да осигурява добра защита от дъжд. При избора на място за съхранение на сламата е добре да се има предвид, че съхраняването й на открито създава реална опасност от повишаване на нейната влажност над допустимата. Необходимо е също така мястото, където се съхранява сламата, да осигурява лесен и свободен достъп до балите.

Производство на топлинна и електроенергия

Използваната технология за получаване на енергия от сламата е предимно чрез нейното директно изгаряне в котли, отоплителни централи или централи за производство на топло- и електроенергия. Използваните котли за единични отоплителни инсталации обикновено са с мощност до 1 МW, а коефициентът им на полезно действие може да достигне до над 70%. Обикновено се подразделят в две основни групи - котли с периодично действие и котли с автоматично зареждане. Тези с периодично действие обикновено представляват пламъчнотръбен котел с голяма горивна камера и водна риза около нея. В зависимост от мощността, горивната камера на котела може да е приспособена за изгаряне на бали с различен размер и брой.

Подаването на въздух в зоната на горене може да се регулира с вентилатор спрямо сигнал от термостат, поставен в пламъчната тръба или в системата за контрол на съдържанието на кислород в димните газове. За подобряване на условията за протичане на горивния процес, подаваното количество въздух, необходим за горенето, може да се променя в зависимост от степента на изгаряне на сламата. Също така, чрез постепенна промяна на зоните на подаване на въздух, може да се постигне равномерно горене на сламата.

По отношение на ефективността на котлите, по данни на производители, котлите с периодично действие постигат КПД около 75%. Съдържанието на въглеродни окиси в отделяните продукти от горенето е по-малко от 0,5%. Обикновено, за да се осигури по-качествено изгаряне на сламата и стабилна скорост на горене при максимално натоварване на котела, котлите с периодично действие се оборудват с акумулиращи резервоари за вода. Обемът им обикновено е около 60-80 л за един килограм слама, подаван към горивната камера. В повечето случаи, акумулаторът представлява отделен резервоар, разположен над котела.

Отличителна черта на котлите с автоматично зареждане е включеното към котела устройство за дозиране, което непрекъснато подава слама в котела. Предлагат се устройства за зареждане с цели бали слама, както и с натрошена слама. При тези котли не се налага използването на топлоакумулиращ резервоар, но е необходимо да се предвиди временно хранилище за сламата, с което да се осигури непрекъснатото й подаване към котела. Автоматичните котли принципно имат по-висок КПД и по-ниски емисии. Основни предимства на котлите с неавтоматично действие са по-ниските капитални разходи по тяхното внедряване и по-високата надеждност при използването на слама с повишена влажност и замърсявания.

Добре е да се има предвид, че за да бъде една котелна инсталация за изгаряне на слама ефективна, се препоръчва тя да е с мощност от около 1 MW. Не се препоръчва използването на съоръжения с мощност по-малка от 200-300 kW. Използваната суровина обикновено се подразделя на два основни типа. В по-малките съоръжения се изгаря мляна слама, чиято структура наподобява дървесни трески. За котли с по-високи мощности се доставят бали със слама.

Топлогенератори на слама

Сламата може да се използва и за получаване на топлинна енергия под формата на загрят въздух при изгарянето й в топлогенератор. Загретият въздух от топлогенератора се счита за подходящ за различни сушилни инсталации. Топлоносителят се явява въздух, който нагрят до определена температура, се подава в камерата на сушилнята непосредствено от топлогенератора, като по този начин отпада необходимостта от използване на воден, парен или електрически калорифер. Загретият въздух, подаван от топлогенератора, обикновено е изолиран от горивните газове и не съдържа вредни вещества.

Отоплителни станции

В практиката се използват различни варианти на организация на работата на отоплителните станции, изгарящи слама. Използват се котли, предназначени както за изгаряне на бали слама, така и за изгаряне на натрошена слама. Често използвана схема при изгарянето на бали слама е схемата, при която пренасянето на балите до системата за подаване на суровина към котела е посредством кран. Непрекъснатото подаване на бали към котела е посредством хидравлично бутало. Процесът на изгаряне на балите протича от единия им край, докато се придвижват през горивната камера. По този начин фронта на горене остава неподвижен, и чрез него, протича изгарянето на преместващите се бали слама. При нагряването на сламата се отделят летливи вещества, които изгарят благодарение на подаването на вторичен въздух през поредица от дюзи. Неизгорелите частици от сламата и пепелта от фронта на горене падат върху водоохлаждаема решетка, където протича пълното доизгаряне на суровината. Очистването на продуктите от горене обикновено е в ръкавен филтър.

В котлите, предназначени за изгаряне на натрошена слама, горенето протича в няколко зони върху подвижна лята метална решетка. Суровината се подава към решетката посредством пневмотранспорт и шнек. Във всяка зона през решетката се подава първичен въздух. За осигуряване на изгарянето на летливите вещества се подава вторичен въздух, които се осигурява от дюзи, разположени по определен начин на стената на котела. След горивната камера, продуктите на горене попадат в конвективната зона на котела, където през стената отдават основната част от своята топлина на циркулиращата вода. В повечето станции се предвижда економайзер, разположен зад конвективната зона, което води до общо повишаване на ефективността на работа на системата.

В отоплителните станции, оборудвани с котли с периодично действие, балите слама постъпват в предкамера, която работи като газификационна камера. В предкамерата сламата се възпламенява от контакта с все още горящата суровина. Подаването на въздух се коригира в зависимост от степента на отработени газове. В ниската част на предкамерата е разположен конвейер, чрез който балите бавно се придвижват към горивната камера на котела.

Комбинирано производство на топло- и електроенергия

Станциите за комбинирано производство на топло- и електроенергия обикновено са с мощност от 7 до 68 MW. Повечето от тях са оборудвани с котли, работещи под високо налягане, парни турбини, електрогенератори и топлообменници. Подаваната слама обикновено е натрошена и се подава към котела посредством фунии върху система, състояща се от неподвижни водоохлаждаеми и вибрационни решетки, върху които завършва процесът на горене. Шлаката се излива във водоохлаждаем бункер и се отделя. Централите обикновено се оборудват с буферен резервоар за съхранение при ниски потребности от топлина.

Пелети от слама

Сламата може да бъде използвана и за производство на пелети. Добре е да се има предвид, обаче, че при изгарянето на пелети от слама използваното съоръжение трябва да бъде предназначено точно за тези цел. За момента пелетите от слама не са широко разпространени и предлагането им е ограничено. Като суровина сламата съдържа повече прах, но обикновено е с по-ниска влажност в сравнение с дървесните стърготини, на което се дължи и по-малкото количество изразходвана енергия при нейното производство.


Top