logo VÚTPHP
Centrum výskumu rastlinnej výroby Piešťany - Výskumný ústav trávnych porastov a horského poľnohospodárstva
Mládežnícka 36
974 21 Banská Bystrica
e-mail: obrcianova@vutphp.sk
 
 


Alternatívne využitie fytomasy
Vykurovanie slamou v PD Lieskovec

Zabezpečenie energetických zdrojov sa stáva globálnym, celosvetovým problémom. Preto sa veľká pozornosť venuje novým zdrojom energie so súčasným hľadaním možností znižovania jej spotreby vo výrobnej, ale aj v nevýrobnej spotrebe.

Biologicky obnoviteľné zdroje energie, ktoré sa tvoria rastom a vytváraním biomasy tvoria najvýznamnejší a regionálne prístupný prírodný zdroj. Z odvetvia rastlinnej výroby možno na energetické účely využiť tradičné poľnohospodárske plodiny ako sú pšenica, kukurica, repka olejná, netradičné poľnohospodárske plodiny rýchlorastúce dreviny a odpadovú biomasu z rastlinnej výroby. Veľmi výhodnou biomasou energetického zdroja z produkcie rastlinnej výroby je slama z obilnín a olejnín, ktorá zostáva ako vedľajší produkt pri cielene pestovanom hlavnom produkte na zrno, či semeno.

Príspevok prezentuje praktickú aplikáciu farmárskeho vykurovacieho zariadenia na princípe spaľovania slamnatej biomasy na PD Lieskovec v okrese Zvolen spolu s užívateľskými skúsenosťami.

Zber doprava a skladovanie slamy pre energetické využitie

Z hľadiska použitia slamy na energetické využitie spaľovaním budú zberacie lisy prevládajúcimi mechanizačnými prostriedkami. Tomu sa bude prispôsobovať doprava, skladovanie, ale tiež spracovanie a dávkovanie do kotlov. Technické zlepšenie vysokotlakých lisov na veľké balíky, najmä používanie funkčného rezacieho zariadenia podstatne zlepšuje proces ďalšieho spracovania pre priame spaľovanie. Vyššia hmotnosť balíkov z predrezanej slamy zlepšuje parametre v doprave i v skladovaní a dosahuje zlisovateľnosť 180-200 kg.m-3.

Z možných spôsobov nakládky, dopravy a uskladnenia balíkov sú reálne nasledujúce:

  • Nakládka traktorovým alebo samochodným nakladačom s odvozom súpravou kolesového traktora s prívesom.
  • Značným prínosom je možnosť uskladnenia balíkov slamy pod strechou alebo ich alikvotnou náhradou. Sklady veľkých balíkov pri teplárňach majú kapacitu na prevádzku energetického zariadení na 7 - 14 dní.
  • Na zásobovanie kotla je postačujúci čelný nakladač, alebo vysokozdvižný vozík.

Stručná charakteristika ohrievača vzduchu na PD Lieskovec

Ohrievače vzduchu sú určené predovšetkým pre podnikateľov v poľnohospodárskej prvovýrobe hlavne preto, že využívajú lisovanú slamu ako palivo. V ohrievačoch vzduchu typu NPA je použitý protiprúdový systém spaľovania biomasy. Usmerňovaný prívod vzduchu do spaľovacej komory umožňuje získať lepšie parametre spaľovacieho procesu. Ohrievač je zhotovený v systéme dolného spaľovania. Jeho hlavnú časť tvorí spaľovacia komora s kolektorom nadúvania spaľovaného vzduchu. Nad spaľovacou komorou je výmenník tepla zostavený z vodorovných konvekčných kanálov prietoku spalín a vratných komôr, z ktorých zadná časť je spojená so sopúchom. Dvere spaľovacej komory a zároveň obslužné dvere ohrievača sú počas prevádzky tesne uzamknuté. Ich otváranie nastáva jedine v čase odstraňovania popola, čistenia spaľovacej komory a navážania novej dávky paliva.

Obr.1: Zostava ohrievača NPA-200

Tabuľka 1: Základné technické parametre ohrievača

Výrobca
"Graso" - Zenon Sobiecki
Typ zariadenia
NPA-200
Menovitý výkon
200 kW
Teplota vo vratnej komore výmenníka
Max 500 °C
Teplota spalín v sopúchu
Max 250 °C
Teplota ohriateho vzduchu
Max 100 °C
Druh paliva
Slama z obilia a repky
Objem spaľovacej komory
1 balík 1200x1200 mm
Orientačná hmotnosť 1 navážky
210 kg
Výhrevnosť paliva
15,25-16 MJ/kg
Vlhkosť paliva
Max 12%
Požadovaný komínový ťah
90-110 Pa
Rozmery (bez ventilátorov) lxbxh
2180x1700x3100 mm
Hmotnosť (bez ventilátorov)
9000 kg
Ventilátor ohrievaného vzduchu
FK 31,5/5,5 kW
Ventilátor spaľovaného vzduchu
FK 25/2,2 kW
Ventilátor od ťahu spalín
FK 20/0,55 kW

Plášť ohrievača je konštruovaný v tvare kvádra so zodpovedajúco vytvarovaných plechov a profilov pospájaných zváraním. Spaľovacia komora v tvare valca je obložená keramickou výmurovkou.

Obr.2: Pohľad do útrob spaľovacej komory

Systém automatického riadenia ohrievača je umiestnený v ovládacej skrinke na bočnej stene ohrievača. Schéma elektrických rozvodov systému riadenia ako aj spôsob pripojenia automatiky k jednotlivým elektrickým zariadeniam znázorňuje schéma, ktorá sa nachádza aj vo vnútri skrinky.

Obr.3: Ovládací systém termoregulácie

Horné revízne dvierka sú určené na občasné odstraňovanie nečistôt z vratnej komory a konvekčných kanálov - plameníc.

Teplo vzniknuté pri spaľovaní paliva prechádza do vzduchu obmývajúceho spaľovaciu komoru a konvekčný výmenník tepla. Vzduch je tlačený pod vonkajší plášť ohrievača pomocou nadýmacieho ventilátora, ktorý je umiestnený pri bočnej stene zariadenia a je ovládaný riadiacou automatikou. Táto automatika na základe skutočnej teploty ohriateho vzduchu ako aj na základe veľkosti teploty nastavenej obsluhou, vysiela do ventilátora zodpovedajúce riadiace signály. Riadenie ventilátora je cez menič frekvencie tak, aby boli trvale dosiahnuté žiadané parametre. Bezpečnú prácu ohrievača a jeho životnosť zaručuje stála kontrola teploty spalín s jej horným ohraničením. Po prekročení maximálnej teploty spalín sa vypína prívodný ventilátor spaľovaného vzduchu. Okrem toho riadiaca automatika kontroluje prevádzku nadúvacieho ventilátora ohrievaného vzduchu a v prípade jeho poruchy preruší prívod vzduchu do spaľovacej komory. Pred rozohriatím treba preveriť technický stav ohrievača a pripojených ventilátorov. Po otvorení zavážacích dverí, do spaľovacej komory očistenej od popola, umiestniť balík lisovanej slamy (alebo altematívneho paliva). Balík sa musí dotýkať zadnej steny spaľovacej komory. Vlhkosť slamy nesmie prekračovať 12%. V hornej časti spaľovacej komory je potrebné ponechať voľný priestor, nutný pre správny priebeh spaľovacieho procesu. Po tesnom uzavretí zavážacích dverí, cez otvor popolníka, zapáliť balík v jeho hornej časti. Treba chvíľu počkať, kým komín začne ťahať a spôsobí roznietenie ohňa. Potom zavrieť tesne dvierka popolníka a pomocou hlavného spínača uviesť do chodu riadiaci systém, nachádzajúci sa v zadnej bočnej časti ohrievača NPA-200. Následne začnú pracovať ventilátory prívodu vzduchu do ohrievača. Na regulátoroch teploty sa nastavia žiadané hodnoty teploty nadúvaného vzduchu. Počas celého procesu je regulovaná teplota ohrievaného vzduchu riadením výkonu ventilátora dodávajúceho vzduch na spaľovanie. Riadenie sa deje frekvenčným meničom. Okrem toho, vzhľadom na bezpečnosť, životnosť a výkonnosť ohrievača, sa kontroluje teplota spalín pri výstupe zo sopúcha, teplota vo vratnej komore, ako i teplota ohriateho vzduchu. Dosahované hodnoty sú viditeľné na displeji. V prípade prekročenia hraničných teplôt nastane prerušenie práce ventilátora dodávajúceho vzduch na spaľovanie a tiež zasvieti príslušná výstražná kontrolka. Pre správnu činnosť ohrievača NPA-200 je potrebné zabezpečiť nepretržité napájanie elektrického systému, napr. inštaláciou havarijného napájania.

Obr.4: Zoskupenie ventilátorov Viaczložkový komín

Proces spaľovania slamy v ohrievači je závislý od druhu používaného paliva, jeho fyzických vlastností, ale tiež aj od správneho navážania. Výrobca zvolil jednoduché usporiadanie automatiky, ktorá zabezpečuje a riadi ohrievač, ale aj tak sa môže v praxi ukázať potreba, aby užívateľ urobil korekciu nastavených vstupných údajov pre riadenie procesu spaľovania biomasy. Bude to závisieť predovšetkým od vlhkosti používanej slamy.

Obsluha NPA je veľmi jednoduchá. Pomocou vhodného manipulačného prostriedku UNC, traktor s predným závesom, manipulátor a pod., sa vloží do spaľovacej komory balík slamy. Chvíľu sa nechá rozhorieť, potom sa vkladacie dvere uzatvoria a zapne sa menič frekvencie. Ďalšia prevádzka je bez obsluhy. Keď je navezené palivo na cca 75% zhorené, vloží sa do spaľovacej komory ďalšie palivo, balík slamy. Tieto balíky tlačia pred sebou popol a nedohorené zvyšky slamy do zadnej časti spaľovacej komory. Ak je tam vytvorená vrstva popola viac ako 30 cm, tak sa popol vyhrabe cez popolníkové dvierka. Pri správne nastavených spaľovacích pomeroch (rozdelenie prúdu vzduchu) a pri správnej obsluhe sa v komore vôbec nevytvára a nepripeká škvara. Spodná časť výmurovky ostáva úplne čistá, na hornej časti sa vytvorí vrstva 1 až 2 cm. Cyklicky treba čistiť výmenník od popola.

Výmenník tepla typu vzduch - vzduch má dve časti. Prvá, menšia časť je mimoriadne tepelne namáhaná. Jej teplo zmenné plochy počas prevádzky majú pomerne vysokú teplotu, čiastočne korodujú od chlóru, obsiahnutého v spalinách. Konštrukcia tejto časti umožňuje samostatne vymieňať každú rúru a to bez rozpaľovania alebo zvárania. Do druhej, nepomerne väčšej časti výmenníka vstupujú už predchladené spaliny v ktorých chlór už negatívne nepôsobí. Táto časť výmenníka má preto životnosť porovnateľnú so životnosťou celého zariadenia.

Ventilátory vzduchu sú v NPA celkove tri. Prvý tlačí vzduch cez výmenník tepla, kde sa ohreje na požadovanú teplotu. Čistý, ohriaty vzduch je odvádzaný do rozvodu na vykurovanie. Množstvo ohriateho vzduchu je konštantné. Druhý ventilátor dodáva do spaľovacieho priestoru vzduch na spaľovanie. Obrátky ventilátora (a tým množstvo spaľovaného vzduchu) sa plynule menia pôsobením meniča frekvencie. Čidlo meniča je snímač teploty ohriateho vzduchu. Tretí ventilátor odsáva spaliny do komína.

Postrehy z prvovýroby

Pán Ing. B. Hornák, majiteľ vykurovacieho zariadenia NPA-200 v PD Lieskovec sa rozhodol pre spaľovaciu komoru na jeden balík (120 cm) vzhľadom na to, že komora na 2 balíky bola o 45 % drahšia. Náklady na spaľovňu slamy neboli hradené cez fondy, lebo nespĺňali parametre z PPA. Celkové náklady boli 33 000 € (16 800 € pec, 7 000 € rozvody, 3 000 € komín, 3 000 € ventilátor). Vstupné médium je zvyšná pšeničná slama. Vhodným efektívnym médiom je aj repková slama prirodzene dosušovaná na pokose za priaznivého počasia, desikovanie je síce istejšie, ale sú to náklady naviac. Vykurovanie objektov slamnatou biomasou na PD Lieskovec dali do prevádzky od novembra 2009, takže majú skúsenosti jedného zimného vykurovacieho obdobia. Z prvých skúsenosti bežne vystačil jeden balík na 5 hodín a počas najtuhšej zimy na 3 hodiny. Bežne spotrebovali 2 balíky denne (jeden vložili do spaľovacej komory o 5 hodine ráno, druhý o 12 hodine). Vykurovacie priestory objektov v PD Lieskovec predstavujú 950 m3. Kotol vyrába firma Graso s obchodným zastúpením firmou Comex Martin spolu so servisom. Vzhľadom na to, že spaľovňa predstavuje malý zdroj znečisťovania ovzdušia (príkon do 300 kW), nevznikla ohlasovacia povinnosť na OÚ životného prostredia. Prevádzkovatelia po skúsenostiach z prvej sezóny by boli pôvodne riešili spaľovací kotol na dva balíky, ktorý by bol vhodnejší pre miestne podmienky (najmä v čase najtuhšej zimy). Venovali by väčšiu pozornosť zamedzeniu strát v teplovzdušných rozvodoch, čím by sa zvýšila tepelná účinnosť zariadenia.

Záver

Pôda ako základný výrobný zdroj poľnohospodárstva ponúka možnosti "pestovať energiu" nielen prostredníctvom cielene pestovaných energetických plodín ale aj využitím odpadovej biomasy - slamy.

Využitie ohrievačov vzduchu typu NPA má svoje opodstatnenie v poľnohospodárskej prvovýrobe, poľnohospodárskych prevádzkach, farmách a hospodárskych zariadeniach Ich využitie je hlavne ako zdroj tepla pre vykurovanie a sušenie. Veľkou výhodou týchto zariadení je regionálna surovinová dostupnosť, jednoduchosť obsluhy a ekonomická nenáročnosť prevádzky. Pre poľnohospodárov je to v každom prípade vhodný typ na riešenie nezávislej energetickej bezpečnosti vo vlastných prevádzkach.

Vystavené 2.12.2010

Autori textu: Ing. Daša Obrcianová; doc. Ing. Ľubomír Gonda, CSc.; Ing. Marian Kunský