Разработване и внедряване на технология "пура" за изгаряне на брикети от слама

От гледна точка на устойчивото енергийно развитие в Сърбия, както и в целия свят, съществува необходимост от използване на алтернативни източници на енергия. Наличните запаси от изкопаеми горива, особено с високо качество, са ограничени в Сърбия, което е стимул за развитието на алтернативната енергия. Използването на възобновяеми енергийни източници става все по-популярно, главно поради нарастващите цени на изкопаемите горива и глобалните усилия за намаляване на емисиите на CO2.

Биомасата е един от ключовите източници на възобновяема енергия. Поради тази причина разработването на евтини котли, използващи селскостопански отпадъци като гориво, може да се счита за ефективен начин за създаване на достъпни източници на топлинна енергия. Поради очевидните проблеми със съхранението и транспортирането на отпадъци от култури, такива устройства могат да се използват преди всичко в села, малки градове, разположени в близост до големи ферми, и в топлинната икономика на селскостопански предприятия за отопление на оранжерии.

В процеса на производство на различни растителни култури остава голямо количество отпадъци. По правило брикетите от слама са страничен продукт от отглеждането на много зърнени и бобови култури. На практика има три основни типа брикети: правоъгълна форма 0.4x0.5x0.8 m, цилиндрична форма 01.80x1.2 m или голяма правоъгълна форма 0.8-1.2x0.7x1.5-2.5 м. Приготвянето на брикети за изгаряне в котелно помещение практически не изисква големи инвестиции, тъй като почти всяко голямо селскостопанско предприятие разполага с балопреси за образуване на брикети.

Бяха положени усилия в Лабораторията по топлотехника и енергетика към Института Винча в Белград запроучване на технологията за изгаряне на селскостопански отпадъци, в резултат на което е разработен и пуснат в експлоатация водогреен котел с мощност 75 kW върху малки брикети от соева слама. Освен отпадъците от производството на соя могат да се използват и отпадъци от други култури – царевица, рапица или пшеница. Размерът на брикетите е 0,4x0,5x0,8 м. Първоначално този котел се смяташе за източник на топлинна енергия за отопление на помещенията на малки селскостопански предприятия, но може да се използва като основа за по-големи промишлени съоръжения.

Понастоящем обещаваща технология за изгаряне на брикети от слама е технологията „пура“, която е използвана и в експерименталния котел. На фиг. 1 е показана схема на този котел.

Брикетите от слама се подават през входния канал 3. Непрекъснатото подаване на брикети към горивната камера 7 се осигурява от бутално устройство 2 (фиг. 2). Стените на котела 4 са изработени от шамот с допълнителна топлоизолация 5. Въздухът се подава през два канала: основен - 8 и допълнителен - 9. Въздухът, подаван през канал 12, се нагрява в междустенното пространство 13. Зад топлообменника 15 има циклонен сепаратор 29. С помощта на тръби 23 и 24 пепелта се отстранява от бункери 20, 21 и 22.

По време на работа бяха направени промени в първоначалния дизайн - въздухът започна да се подава през канал 26. Чрез промяна на позицията на края на канал 26 стана възможно да се регулира горивният процес и изходната мощност на котела по друг начин, в допълнение към промяната на скоростта на подаване на брикети в пещта.

За поддържане на постоянен режим на работа на котелната централа е използван резервоар за съхранение с капацитет 5 m 3, който е показан на диаграмата (фиг. 4.) Има четири кръга на циркулация на охлаждащата течност: а) гореща водаот котела влиза директно в сградата; б) гореща вода от котела влиза само в резервоара за съхранение; в) топла вода се подава от котела едновременно към сградата и акумулатора; г) топла вода от акумулатора се подава към сградата.

През пролетта и есента, когато нуждата от топлинна енергия падна, мощността на котела намаля до 20-40% от номиналната и съответно ефективността на цялата система намаля.

Като продължение на по-нататъшни изследвания беше разработена горелка за пури за водогреен котел с мощност 1 MW (фиг. 5). Тази пещ е предназначена за изгаряне на цилиндрични брикети с диаметър 1,2-1,5 m.

В хода на експериментални изследвания беше установено, че при неправилно разпределение на подаването на въздух към котела концентрацията на CO в отработените газове надвишава всички допустими стойности, като същевременно достига 6000 ppm. В хода на работата беше идентифициран коефициентът на подаване, необходим за минималните стойности на емисиите на CO (фиг. 6) - 82% въздух за първично захранване, 12% за вторично и 6% за третично.

Резултатът от проучванията, проведени на гореописаните блокове, беше разработването и внедряването на котел с подобна конструкция с мощност 1,5 MW. Котел за брикети от соева слама беше успешно използван за отопление на зеленчукова оранжерия от 1 хектар в Белград. Трябва да се отбележи, че технологията за изгаряне на брикети "пура" е мащабируема и 1,5 MW топлинна мощност не е ограничението.

Основната разлика между котелната централа и описаната експериментална инсталация е наличието на упорен кръст 1 (фиг. 7), с помощта на който брикетът се позиционира вътре в пещта, както и пепелта се отделя от брикета. Въздухът m2 се подава през кухината на кръста. Неизгорелите остатъци от гориво, отстранени от напречния елемент 1, изгарят в кипящ слойслой пепел 2.

В допълнение към подвижния кръст, чието наличие може да се счита за иновация, разглежданата котелна централа използва резервоар за съхранение с обем 100 m 3 (фиг. 8). В слънчеви дни, когато консумацията на топлина намалява, топлинната енергия се съхранява в акумулатора и се връща в мрежата, когато е необходимо - в облачни дни, по време на студове, когато мощността на котела не е достатъчна за отопление на оранжериите. Котелното помещение е напълно автоматизирано и се управлява от SCADA система.

По време на експлоатацията на котелната централа бяха установени някои проблеми. Един от съществените проблеми беше недостатъчното качество на изгаряне на биомасата. Причината е нестабилното качество на брикетите. По този начин беше необходимо да се проучи подробно влиянието на качеството и съдържанието на влага в брикетите, които бяха в котелното помещение за съхранение върху горивния процес.

Предполага се, че качеството на брикетите варира по две причини - поради влиянието на дъжда по време на прибиране на реколтата и образуването на брикети и поради промени във влажността на брикетите по време на съхранение. По-голямата част от горивото, предназначено за изгаряне в котелната централа, беше разположено под навес. Въпреки това, за непрекъсната работа на котела през сезона, наличното количество от 12001500 бр. Следователно малка част от брикетите бяха на открито, покрити с найлоново фолио (фиг. 9).

Разработен е математически модел, който описва изгарянето на соеви брикети с различно съдържание на влага (резултатите за съдържание на влага в брикетите от 15 и 68% са представени в таблицата). Изчисленията показват, че при съдържание на влага в брикета 68% максималната температура на димните газове, която може да бъде постигната при реален излишък на въздух, е недостатъчна за задоволителна работа на котела. ТрябваТрябва да се отбележи, че резултатите, представени в таблицата, са теоретични по природа, действителните температури ще бъдат много по-ниски, а минималната температура за процеса на окисляване на CO до CO2 е 680 ° C.

Таблица. Теоретична температура на горене на соева слама, О С.

Коефициент на излишен въздух, α	Съдържание на влага в горивото Wt=15%	Съдържание на влага в горивото Wt=68%
1.60	1379	801
1,90	1217	728
2.20	1089	667
2.50	987	616
2.80	903	572
2,95	866	552
3.10	833	534

Друга отличителна черта на използвания метод за изгаряне на брикети от слама е, че неизгорелите частици, които се отделят от брикетите чрез напречния елемент, попадат в пепелта, където изгарят в кипящ слой, което определено повишава ефективността на котела.

За по-задълбочено изследване на метода на пура за изгаряне на брикети от слама бяха проведени експериментални изследвания на гореописания котел за определяне на параметрите на горене. Резултатите от определянето на масовия дебит (kg / s) на горивото в кипящ слой са както следва: C3H8 - 0.0166, CO2 - 0.0185, H2O - 0.0323, Cfix - 0.0188.

Експериментите са проведени при температура в пещта от 850-900 ° C - оптималната температура за изгаряне на соеви брикети. Тази температура е достатъчна за пълното изгаряне на брикета и в същото време не е достатъчно висока, за да разтопи пепелта. Температурата на въздуха и горивото се измерва с помощта на термодвойки, чиито показания оставатнепроменени по време на измерванията. Температурата на газовете на изхода на пещта е 889 °C.

Извършени са измервания на съдържанието на компоненти в димните газове на изхода от пещта. Концентрациите на CO2, O2, CO и NO са показани на фиг. 10 и 11.

Отчитанията са снети в номинален режим на работа за един час. На пръв поглед концентрацията на CO е много висока, но трябва да се има предвид, че измерванията са направени непосредствено след пещта. Това означава, че концентрацията на CO на изхода на комина ще бъде значително по-ниска.

Като по-нататъшно развитие в областта на изгарянето на брикети от селскостопански отпадъци в момента се разглежда проект за изграждане на мини-ТЕЦ. Предвижда се да се използва доказана технология, базирана на органичния цикъл на Ранкин (ORC) за генериране на електроенергия. Проектът включва изграждането на котел за брикети от слама с мощност 3-4 MW за отопление на две оранжерии, училище и болница. Планираната електрическа мощност на турбината е 400-600 kW. За да се изгладят пиковете в консумацията на топлина, се планира да се използва резервоар за съхранение. Предвижда се изграждане на резервен котел на мазут.

Заключение

Енергийният потенциал на биомасата в Сърбия се оценява на 3,85 милиона tce, 60% от които могат да бъдат покрити чрез изгаряне на растителни отпадъци. Останалите 40% са заети от горски ресурси. Използването на метода на пурата за изгаряне на брикети от слама се счита за обещаваща технология, използвана в топлоснабдяването, която има редица неоспорими предимства.

Резултатите, получени при тестовете на котли с различна мощност, показват, че използването на метода "пура" за изгаряне на биомаса позволява изгаряне на брикети от слама в режим, отговарящ на изискванията за емисии на CO и NOx.

Внимателен контрол върхусъдържанието на влага в брикетите ще помогне да се избегнат много проблеми при работата на котелното помещение. В тази връзка трябва да се обърне повишено внимание на съхранението и транспортирането на брикети.

---