Bioplynove_stanice - EcoTechnika

Využitie poľnohospodárskej biomasy na výrobu tepla

Spaľovaním biomasy rastlinného pôvodu (fytomasy) nenarastajú emisie oxidu uhličitého, nakoľko rovnaké množstvo oxidu uvoľneného spaľovaním sa spotrebováva z atmosféry pri fotosyntetických procesoch tvorby rastlinnej biomasy. Z hľadiska tvorby skleníkových plynov sa preto biomasa označuje ako neutrálny zdroj.

 

 

Ekologický prínos obmedzenia narastania skleníkového efektu pri nahradzovaní fosílnych palív fytopalivami, možno považovať za najdôležitejší. Nahradzovanie fosílnych palív odstraňuje ešte ďalšie negatívne javy: spaľovacími procesmi sa aj pri stále účinnejšom odsírovaní, dostáva ročne do ovzdušia v Slovenskej republike 400 tisíc ton oxidu siričitého, ktorý spôsobuje škodu na porastoch, vyvoláva acidifikáciu pôdy a poškodzuje kovové konštrukcie a stavby. Vedľajšie produkty z rastlinnej poľnohospodárskej výroby sú veľmi významným zdrojom energie, ktorý je možno využívať nielen v rezorte poľnohospodárstva ale ej v komunálnej sfére i priemysle. Do skupiny vedľajších produktov patrí hlavne slama rôzneho druhu. Slama je dnes intenzívne využívané vo viacerých krajinách vrátane rozvojových. Niekoľko stoviek zariadení na vykurovanie obcí, sídlisk alebo poľnohospodárskych podnikov sa nachádza aj vo Veľkej Británii, Dánsku, Rakúsku, Nemecku a iných krajinách EÚ. Budovanie kotolní na slamu vo vyspelých krajinách bolo podporované z dôvodov ochrany životného prostredia a aj preto, že je to ekonomicky veľmi zaujímavé a takéto riešenie bioenergetiky poskytuje dodatočný zdroj príjmov pre poľnohospodárov a v neposlednom rade prispieva na zvyšovanie energetickej nezávislosti štátu od dovozu energetických nosičov (zemný plyn, ropa, uhlie, jadrové palivo) zo zahraničia. Na Slovensku sa ročne vyprodukuje okolo 7 mil. ton slamy rôzneho druhu. Jej energetické využívanie zatiaľ nie je však na požadovanej úrovni.
V roku 2009 sa v SR vyprodukovalo 2,8 mil. ton slamy z hustosiatych obilnín, 1,4 mil. ton slamy kukuričnej a 1,5 mil. ton slamy repkovej a 1,4 mil. ton slamy z ostatných plodín (slnečnica, sója a pod.). Spolu sa vyprodukovalo 7,1 mil. ton slamy. Z tohto množstva sa v živočíšnej výrobe na podstielanie a kŕmenie použilo 853 400 ton obilnej slamy. Časť slamy obilnín, prakticky celá produkcia slamy kukuričnej, slnečnicovej a repkovej sa pri zbere podrvilMWmMMa a následne zapracovala do pôdy. Na energetické účely by bolo možné využiť 1 073 697 ton obilnej slamy (čo je zostatok celkovej produkcie po odpočítaní slamy pre živočíšnu výrobu a slamy podrvenej pri zbere), čo predstavuje 38 % celkovej produkcie obilnej slamy. Pre energetické využívanie je možné uvažovať aj s inými druhmi slamy ako je slama repková, kukuričná, slnečnicová a iné. Celkovo možno teoreticky počítať s množstvom slamy energeticky využiteľným na úrovni okolo 4 mil. ton. Táto hodnota korešponduje s údajmi VÚRV v Piešťanoch, ktorý uvádza, že na energetické využitie je možno počítať s 20 - 30 % z celkovej produkcie slamy (Ing. Jamriška, Naše pole, č.10/99). V Dánsku, kde sa ročne energeticky využíva okolo1,2 mil. ton slamy, udávajú až 50 % produkcie slamy na energetické využitie.
Pre energetické účely je možné teoreticky využiť aj drevnú hmotu vyprodukovanú v poľnohospodárstve. Je to hlavne drevný odpad zo sadov, vinohradov a z náletu drevín na trvalých trávnych porastoch. Ročne sa v slovenskom poľnohospodárstve vyprodukuje tohto drevného odpadu v objeme okolo 690 000 ton.
Fytomasa (hlavne slama obilnín a repky) sa v zahraničí využíva pri vykurovaní objektov, od jednotlivých domov, výrobných hál až po sídliská a celé obce. Ďalším spôsobom využitia slamy je ekonomicky výhodný ohrev vzduchu v sušiarenstve. A nakoniec slama môže slúžiť aj pri výrobe elektriny. Vo všetkých spomínaných spôsoboch energetického využitia slamy spaľovaním sa môžu využívať nasledovné technológie:
· spaľovanie drvenej slamy,
· spaľovanie celých balíkov slamy,
Pri všetkých technológiách je potrebné venovať pozornosť slame ako palivu. Slama musí byť suchá a jej maximálny obsah vlhkosti by nemal prekročiť 12 %. Z toho dôvodu musí byť slama vhodne uskladnená buď v halovom sklade, pod prístreškom alebo prikrytá nepremokavou fóliou pri voľnom stohovaní. So zvyšovaním obsahu vlhkosti v slame klesá jej výhrevnosť.

Spaľovanie drvenej slamy
Technologická linka na spaľovanie drvenej slamy pozostáva s dopravníkového pásu na ktorý sú ukladané balíky slamy ktoré postupujú automaticky do drviča slamy - rozdružovača. Rozdružená slama postupuje dopravnými cestami, hlavne pneumatickými do drviča alebo šrotovníka, kde je spracovaná na požadované dĺžkové frakcie. Podrvená slama postupuje do cyklóna, kde sú oddelené nežiaduce častice. Ďalšie dopravné cesty slamy sú mechanické, hlavne závitovkové dopravníky, ktoré umožňujú dopravu slamy cez dávkovač, podávač a protipožiarne zariadenie až do kotla. Spaľovanie slamy v kotly je riadené počítačom pri regulovanej dodávke paliva ako aj regulovanej dodávke vzduchu do spaľovacieho priestoru.

 

 

Kotol ohrieva vodu, ktorá slúži ako tepelné médium pri vykurovaní objektov alebo po zaradení výmenníka tepla do linky môže ohrievať vzduch pre sušenie poľnohospodárskych produktov. Technológia spaľovania drvenej slamy umožňuje nepretržitú dodávku tepla s možnosťou jemnej regulácie. Využíva sa v sušiarenstve, pri vykurovaní objektov a výrobe teplej úžitkovej a technologickej vody. Kotle na spaľovanie drvenej slamy sú vyrábané vo výkonových triedach od 150 kW až po 1,5 MW. Už aj na Slovensku je v prevádzke niekoľko tepelných zariadenie na spaľovanie drvenej slamy:
· v obci Turňa nad Bodvou, kde je inštalovaný kotol o výkone 600 kW, ktorý vykuruje tri budovy školy a 28 bytových jednotiek
· v Trenčíne kde je vykurovaných na sídlisku Juh 3 500 bytov dvoma kotlami s výkonom po 4 MW,
· vykurovanie školy v obci Hrušov pri Veľkom Krtíši s kotlom o výkone 350 kW,
· PD Jaslovské Bohunice vykuruje administratívnu budovu a dielne kotlom od fi. Agroslužba Nitra s inštalovaným výkonom 200 kW.
· mesto Želiezovce vykuruje 600 bytov a centrum voľného času kotlom s výkonom 2 MW.

 

Spaľovanie celých balíkov slamy - cigárový kotol


 

Pri využívaní spaľovania celých balíkov slamy v tzv. cigárovom kotly je technológia prípravy slamy jednoduchá a spočíva len v naložení balíka na dopravník, poprípade do zásobníka samotného zariadenia na spaľovanie. Slama je uskladnená v halovom sklade, ktorý technologicky nadväzuje priamo na kotolňu. Hala býva vybavená mostovým drapákovým žeriavom, ktorý zabezpečuje nakladanie balíkov slamy do podávacieho zariadenia (vodou chladený tunel), ktoré tvorí zásobovaciu skriňu kotla. Zásobovacia skriňa je od priestoru horenia oddelená zvislou a jednou vodorovnou klapkou. Do skrine je možno uložiť 2 až 6 balíkov slamy, ktoré sú posúvané hydraulickým unášačom , rýchlosť ktorého je prispôsobená podľa tepelnej potreby kotla, až ku horáku slamy. Regulácia horenia spočíva v prívode vzduchu na spaľovanie do kotla. Tento prívod je delený na primárny, sekundárny a terciálny. Primárny vzduch dodáva samostatné dúchadlo s riadenými frekvenciami. Množstvo primárneho vzduchu je regulované koncentráciou kyslíka v dymovom plyne. Sekundárny vzduch je privádzaný tryskami k horáku. Terciálny vzduch je privádzaný na rošt. Množstvo vzduchu pre horák a rošt regulujú klapky. Rošt spaľovania slamy je pevne spojený s kotlom a tým nevznikajú netesnosti medzi kotlom a roštom. Rošt je vybavený automatickou škrabkou na odstraňovanie prípadných kameňov a kovových častí. Celá plocha roštu je plynule obtekaná kotlovou vodou, takto vytvorené chladivo zabezpečuje efektívnu tvorbu prípekov a trosky. Po výstupe z kotla sú dymové plyny vedené cez cyklón, ktorý zabezpečuje odlučovanie väčších častí popola a trosky ako aj nezhorených častí, čím je chránený následný tkaninový filter. Takáto technológia spaľovania celých balíkov slamy sa využíva vo veľkých tepelných zariadeniach slúžiacich na vykurovanie celých obcí alebo sídlisk či mestských častí, alebo pri výrobe elektriny. Inštalovaný výkon kotlov je od 3 do 10 MW.

 

Spaľovanie celých balíkov slamy
Technológia spaľovania celých balíkov slamy je investične menej náročná ako predchádzajúce technológie. Zariadenie sa skladá z kotla do ktorého sa vloží celý balík slamy alebo niekoľko balíkov podľa veľkosti spaľovacej komory, a akumulačnej nádrže s vodou, ktorá slúži ako tepelné médium, hlavne pri vykurovaní objektov.

 

 

Po dohorení balíku slamy v kotly ohriata voda postačuje na dodávku tepla pokiaľ sa do kotla naloží ďalší balík slamy. Výkon týchto zariadení je od 20 kW po 1 MW. Kotle o výkone do 50 kW zabezpečujú vykurovanie rodinných farmárskych domov a menších objektov. Nakladanie malých balíkov slamy je možné aj ručne. Väčšie kotle môžu byť využívané na vykurovanie celých fariem či veľkých objektov alebo sušiarní. Nakladanie balíkov je mechanické napríklad čelným traktorovým nakladačom. Najnovšie konštrukcie kotlov na celé balíky slamy umožňujú ohrev vzduchu bez použitia výmenníka, pretekaním vzduchu cez teleso kotla, a sú určené hlavne pre sušiarne. Proces horenia je ovplyvňovaný reguláciou prívodu vzduchu do spaľovacej komory kotla. Technológia spaľovania celých balíkov slamy je jednoduchá, investične menej náročná a vhodná aj pre podmienky Slovenska. Svedčí o tom aj skutočnosť, že sú na Slovensku v prevádzke už viaceré takéto zariadenia (PD Lesenice, PD Čičarovce, PD Lieskovec, PD Neverice, PD Prašice a pod.). V porovnaní s vyspelými štátmi je to žiaľ zatiaľ veľmi málo.
Na Slovensku je teoreticky možné v súčasnosti na energetické účely využívať ročne až 4 mil. ton slamy z obilnín, kukurice, slnečnice a repky, čo predstavuje z energetického hľadiska celkový energetický ekvivalent 56 PJ. Táto hodnota prevyšuje spotrebu energie celého rezortu poľnohospodárstva Pri stanovení energetického potenciálu slamy sa uvažovalo len s najrozšírenejšími plodinami, ale pri spaľovaní je možno využívať aj slamu z iných plodín ako sú : sója, hrach, tabakové stonky ale aj seno z trvalých trávnych porastov, čo energetický potenciál fytomasy ešte zvyšuje. Z teoretického množstva energie vyrobenej spaľovaním biomasy 56 PJ by bolo možné za priaznivých podporných mechanizmov využiť v rezorte poľnohospodárstva 30 až 50 %. Na trhové účely vo forme paliva (balíkovaná slama, brikety, pelety) alebo energie (teplo, elektrina) by bolo možné využiť 20 až 30 % hlavne predajom paliva, poprípade tepelnej energie pre komunálnu sféru, hlavne obce. Pri výhrevnosti biomasy vhodnej na spaľovanie okolo 14 až 16 MJ.kg-1 je možné teoreticky nahradiť 1m3 zemného plynu 2,5 kg biomasy. Ak by sa na Slovensku využilo na energetické účely 1 mil. ton slamnatej biomasy, dalo by sa ročne nahradiť až 400 mil. m3 dovážaného zemného plynu v odhadovanej cene okolo 4 miliardy Sk. Náklady na výrobu 1 mil. ton slamnatej biomasy predstavujú hodnotu okolo 1 miliardy Sk. Nahradením zemného plynu slamnatou biomasou by SR ušetrilo ročne okolo133 mil € 3 miliárd Sk. Treba ešte zdôrazniť, že finančné prostriedky za biomasu, ako paliva, by zostali na Slovensku, čo by prispelo nielen k zníženiu nezamestnanosti, ale aj k zvýšeniu energetickej nezávislosti Slovenska.


Text: Ing. Štefan Pepich, PhD.

Späť

Témy:

Bioplynové stanice v EcoTechnike