Instalatii pentru valorificarea deseurilor lemnoase: centrala pe lemne sau cazan cu gazeificare pe lemn sau brichete?

Instalatii pentru valorificarea deseurilor lemnoase cu forme geometrice precise

In functie de directia de miscare a arderii si a flacarii putem avea urmatoarele tipuri de instalatii: cu flacara ascendenta, cu flacara descendenta si cu flacara orizontala, asa cum se observa in figura 3.13.

Fig 3.13. Directii ale flacarii intr-o instalatie de ardere: a - cu flacara verticala ascedenta; b-cu flacara verticala descedenta; c - cu flacara orizontala.

1. Instalatii de combustie a biomasei lemnoase

In figura 3.14 se prezinta principalele parti componente ale instalatiei de ardere cu flacara orizontala. Principalele parti componente pentru o asemenea instalatie de ardere sunt urmaatoarele, depinzand in mica masura de directia flacarii in interiorul camerei de ardere:

camera de ardere;

alimentatorul de combustibil;

alimentarea cu aer primar si secundar;

boilerul de apa sau abur;

cosul de evacuare gaze;

cenusarul

Fig. 3.14. Instalatia de ardere a biomasei lemnoase cu flacara orizontala:1-arzatorul si sita; 2-dispozitiv de alimentare cu biomasa; 3-admisie aer primar; 4-admisie aer secundar; 5-cenusar; 6-boiler sau schimbator de caldura; 7-cosul de gaze.

Sistemul de extractie a biomasei preia materialul lemnos din mediul de lucru al fabricilor, respectiv de la masinile de prelucrarea lemnului, fiind apoi depozitate in silozuri speciale. Aerul care se foloseste la ardere este trecut mai intai printr-un sistem de filtre care retin microparticolele din acesta. Un numar mare de mecanisme de alimentare sunt folosite pentru a transporta biomasa din silozuri in camera de combustie. Cele mai bune mecanisme de transport sunt dependende de marimea particulelor lemnoase, folosindu-se in general transportoarele cu mmelc elicoidal. Marea majoritate a sistemelor de combustie a biomasei lemnoase sunt folosite pentru incalzirea spatiilor de locuit. Mecanismele de functionare sunt determinate de natura combustibilului lemnos, dar si de marimea instalatiei de combustie. Combustia are loc de obicei in pat fluidizat, respectiv combustibilul este ars intr-un amestec sub forma de suspensie jumatate gaz si jumatate material solid, in care aerul de combustie patrunde pe la partea inferioara. Sistemele mici (uzual sub 0 MW) pot pur si simplu sufla aer cald in imediata vecinatate.

Fig. 3.15. Principalele parti componente ale unei instalatii de combustie a biomasei lemnoase: 1-camion de transport; 2-siloz pentru biomasa; 3-alimentator; 4-camera de ardere; 5-container de cenusa; 6-ventilator; 7-cos de gaze.

Fig 3.16. Schita combustiei biomasei lemnoase: 1-transportor cu melc elicoidal; 2-sita deplasabila; 3-conducata de dirijare a flacarii; 4-boiler sau schimbator de caldura; 5-conducta; 6-separator de praf si gaze; 7-ventilator; 8-cos de gaze; 9- injectie de aer secundar; 10-dozator de combustibil; 11-injectie de aer primar; 12-cenusar.

Instalatiile de combustie a biomasei lemnoase trebuie sa tina seama ca prin ardere, lemnul se transforma prin descompunere intr-un procent de 75 % in gaz, respectiv pentru a arde lemnul este similar cu a arde acest gaz. Din acest punct de vedere, toate instalatiile pentru arderea biomasei lemnoase trebuie sa posede un arzator mare, pentru a permite arderea intregii cantitati de gaz formate. De asemenea, datorita compozitiei sale cu continut mare de oxigen, arderea biomasei lemnoase nu necesita o cantitate mare de oxigen din exterior.

Pentru o buna si completa ardere, instalatiile pentru combustia biomasei lemnoase trebuie sa posede doua admisii de oxigen, una primara care sa faca posibila gazeificarea lemnului si o alta secundara care sa permita combustia gazelor formate. De aceea si pozitia acestor doua surse de aer in zona camerei de combustie va fi diferita pe inaltimea acesteia. Din acest punct de vedere se poate spune ca arderea biomasei lemnoase are loc in doi timpi.

Prin arderea corecta a biomasei lemnoase se poate imbunatati eficienta si reduce poluarea aerului. Posesorii de sisteme de incalzire prin combustia biomasei lemnoase trebuie sa invete sa foloseasca corect, sa puna in practica acestea, pentru ca numai in acest fel, ei vor obtine urmatoarele avantaje:

se reduce cantitatea de biomasa necesara a se arde;

se reduce poluarea interioara si exterioara de la fumul de lemn;

se reduce frecventa curatirii cosului de fum;

creste confortul si placerea de a folosi biomasa lemnoasa la incalzirea locuintelor.

La arderea biomasei lemnoase se trece prin trei faze, anume fierberea apei, emisia de fum si gaze si carbonizarea. Evaporarea apei reprezinta prima faza a combustiei. Cam jumatate din masa bustenilor proaspat taiati este apa. Dupa o corecta uscare pentru combustie, continutul de umiditate se reduce la 20 %. Pe masura ce lemnul se incalzeste, apa din el va fierbe si se va evapora, consumand o parte din energia termica a combustiei figure 3.17 a si b)Cu cat va fi lemnul mai umed cu atat va fi mai mare cantitatea de energie folosita pentru vaporizarea apei.

Fig.3.17: Instalatii pentru arderea biomasei lemnoase: 1 – gura de alimentare; 2 - camera de alimentare; 3 – camera de compresie; 4 – clapeta de aer; 5 – vatra; 6 – camera de ardere; 7 – camera de gazificare; 8 – serpentine; 9 – camera de recirculatie; 10 – ventilator; 11 – cos din caramida; 12 – preincalzitor

Iata de ce biomasa lemnoasa umeda este greu de ars, pe cand lemnul uscat se aprinde usor si arde tot asa de usor. A doua faza a combustiei este emisia de fum. Pe masura ce lemnul isi ridica temperatura si depaseste punctul de fierbere a apei, el incepe sa fumege. Fumul este rezultatul vizibil al descompunerii lemnului brut pe masura ce se evapora intr-un nor de gaze combustibile si gudroane. Daca temperatura este suficient de inalta si exista suficient oxigen, fumul va arde. Cand se intampla acest lucru, se produce o flacara stralucitoare care este caracteristica combustiei lemnului ca in figura figura 3.18 si figura 3.19.

Daca fumul nu arde in arzator, el se va evacua prin teava de cos sau prin cosul de fum. Aici acesta fie se va condensa formand depozite de creozot, sau se va evacua ca aer poluant.

Carbunele este un bun combustibil care arde usor. Oricum, prin arderea carbunelului de lemn adesea se produce monoxid de carbon, un serios poluant al aerului interior.

In practica cele trei faze ale combustiei biomasei lemnoase apar in acelasi timp. Gazele din lemn pot arde si marginele pieselor lemnoase stralucesc in rosu precum carbunii rosii, in timp ce apa din miezul pieselor lemnoase inca se evapora.

Fig.3.18. Centrala termica pe lemne: 1 – panou de comanda; 2 – serpentina pentru apa menajera;

3 – clapeta; 5 – canal pentru aer; 6 – usita pentru tiraj; 7 -  camera de compresie; 8 – locul unde se formeaza carbunele; 9 –gratar;10 – canal secundar pentru aer; 11 – usa de tiraj secundara; 12 – camera de ardere; 13 – fundul centralei din fonta cenusie; 14 – caecasa; 15 – izolatie; 16 – cos; 17 – beton refractsr; 18 – camera de recirculatie; 19 – serpentine; 20 – carcasa; 21 – zona de gazificare; 22- caramida refractara; 23 – camera de ardere; 24 – fund cu apa

Fig. 3.19.  centrala pe lemne

Provocarea in arderea efectiva a lemnului este sa evaporam apa din lemn foarte repede, in timp ce suntem siguri ca toate gazele ard cu flacara stralucitoare inainte de a parasi camera de combustie. Cu ajutorul sistemelor avansate de combustie, doua zone de flacara sunt adesea vizibile, respectiv flacara primara care se ridica din lemn si a doua flacara transparenta care se roteste deasupra lemnului. Odata ce focul a fost stabilit si s-a reglat controlul aerului, se poate vedea flacara primara coborand si devenind mai mica. Pentru a obtine o ardere curata si eficienta trebuie sa fim siguri ca exista intodeauna o flacara secundara. O bine venita trasatura a acestor sisteme noi avansate de combustie este ca cu cat combustia este mai curata, cu atat mai interesanta este flacara obtinuta.

Foarte important, mai ales pentru gospodariile individuale, este pornirea unui foc. Este nevoie de o serie de ingrediente sa realizam si sa mentinem un foc de calitate, anume:

corecta proiectare si instalare a instalatiei de combustie a biomasei lemnoase, in special spatial;

folosirea ziarelor pentru o aprindere usoara (nu se folosesc hartii colorate sau hartie acoperita sau lucioasa);

folosirea lemnului uscat, despicat fin intr-o diversitate de dimensiuni;

Se folosesc patru sau cinci foi de ziar mototolite, care se pun in camera de ardere. Se pot folosi mai multe foi de ziare daca arzatorul este mai mare iar lemnul de foc nu este despicat marunt. In continuare se deschide admisia de aer  complet, la maxim. Se aprind ziarele langa intrarea aerului in camera de combustie. Cand un foc se aprinde corect, ne putem astepta la o aprindere rapida si fara mult fum. Nu este bine sa se foloseasca lichide inflamabile pentru aprindere. Primul pas in constructia unui foc este sa se gaseasca locul unde patrunde aerul in instalatie, pentru a avea o cantitate mare de aer la aprindere si pentru a se putea regla debitul de aer dupa aceea. In general sunt suficiente 10-15 bucati de lemn pentru aprinderea focului. Este bine sa se foloseasca lemn moale si usor (de rasinoase, de obicei), pentru o aprindere usoara.

Stocarea combustibilului lemnos

Lucrare: Invertor comandat pentru reglarea vitezei unui motor asincron trifazat cu rotorul in scurt circuit Document online: Efectele campului electric asupra organismului - actioneaza asupra celulelor si organelor si organismului

Aceasta statie de primire include trei blocuri de primire. Combustibilul este descarcat prin intermediul unor transportatoare de extractie cu lant din fiecare bloc si in acest fel este posibil sa se faca diferite tipuri de amestecuri. Combustibilul este uscat la fabrica in silozul de combustibil tot asa cum se poate si intr-un container de uscare. Energia pentru uscarea combustibilului este produsa prin recuperarea caldurii de condensare din boiler. Aceasta energie de uscare este creata in stratul superior al schimbatorului de caldura. Aerul cald este suflat prin podeaua statiei de primire a combustibilului. Exista posibilitatea sa se foloseasca de asemenea un uscator tip container, in care procesul de uscare are loc direct pe un transportor cu fund dublu.

Cand un container cu material umed soseste in uzina, zona de introducere a aerului cald este conectata la container si uscarea a inceput (figura 3.20). Aditional, exista posibilitatea folosirii energiei solare sa usuce materialul lemnos. Acoperisurile fabricii si ale statiei de receptie si primire a combustibilului sunt proiectate sa foloseasca colectorii solari. Caldura din panourile solare are posibilitatea sa conduca circulatia apei calde prin tevile caloriferului.

Cand are loc arderea combustibilor de lemn in boilere mici, o problema este umiditatea si variatia acesteia. Uzinele pentru producerea apei calde prevazute cu uscator sunt mai folositoare pentru ca au create posibilitatea de extindere exploatarii referitor la mediu.

Fig. 3.20. Alimentarea cu combustibil lemnos a sistemelor de combustie a biomasei

Nu in ultimul rand, metoda uscarii biomasei inainte de combustie aduce o serie de avantaje pentru utilizatorii finali si pentru uzina de productie. Combinandu-se uscatorul cu o uzina de abur se obtine un sistem complex, pentru ca prin aditionarea unui uscator, este necesar in plus un minim de alte echipamente.

3. Cazan cu gazeificare pe lemn sau brichete

Cazanul ATTACK este modern, prin tenologia incorporata obtine maximum de randament din lemnele arse si totodata, prin arderea ecologica protejeaza mediul inconjurator. Lemnul este un combustibil indragit, pentru ca emana o caldura placuta si creste aproape de noi.

Cazanele ecologice ATTACK DP, figura 3.21 sunt destinate pentru incalzirea locuintelor, caselor si a obiectivelor industriale. Cazanele sunt construite pentru arderea lemnelor. Se poate folosi orice fel de lemn uscat, spre exemplu bucati mari de lemne, brichete de lungimea recomandata de tipul cazanului.

Fig. 3.21 Cazanul ATTACK DP

Corpul cazanului 12. Termostatul regulator ventilator

Panoul de comanda 13. Intrerupator

Usa de umplere 14. Termometru

Usa cenusar 15. Regulator de putere

Ventilator de tiraj 16. Circuit pentru protectia la supraincalzire

Horn 17. Capac pentru curatire

Placa de samota - diuza                    18. Plecare - tur

Placa de samota - cenusar               19. Retur

Termostatul cazanului                       20. Clapeta de regularizare

Reset 21. Tija pentru clapeta de tiraj

Termostatul de ardere 22. Regulator electronic

Elementul de baza a cazanului ATTACK DP este corpul cazanului racit cu apa. Corpul cazanului este din tabla de otel de 6 mm. Camera de combustibil este accesibila prin deschiderea usitei de umplere, fapt ce usureaza curatarea lui.

Gazeificarea lemnelor cu consecinta arderii gazului din lemne in camera de ardere asigura arderea optima a tuturor componentelor de ardere. Procesul de ardere este dirijat prin ventilatorul de tiraj. Corpul cazanului este izolat cu vata minerala iar designul cazanului este completat prin acoperirea cazanului cu vopsea pulverizata.

Cazanul este construit pentru arderea lemnelor pe principiul arderii gazeificate si folosirea ventilatorului de tiraj, care elimina reziduuri gazoase din cazan.

Cazanul este prevazut cu doua camere despartite printr-o diuza. Corpul cazanului este format din camera de umplere prevazuta cu placi de samota, in partea de jos si de-a lungul orificiului pentru eliminarea gazelor reziduale. Sub aceasta camera se afla cenusarul cu samota pentru arderea completa a combustibilului. In partea din spate a corpului cazanului se afla canalul vertical de ardere prevazut in partea superioara cu clapeta de aprindere. Tot aici se afla si racordul la horn.

In partea din fata sus se afla usa de umplere si jos usa de la cenusa. In partea de sus se afla tija pentru clapeta de aprindere. Corpul cazanului este izolat termic din exterior cu vata minerala pusa sub carcasa exterioara a cazanului. In partea de sus a cazanului se afla panoul electromecanic de comanda pentru regularizare.

In partea din spate a cazanului se afla canalul pentru aerul primar si cel secundar, precum si clapeta de regularizare unde acesta este preincalzit la temperatura mare.

Combustibilul recomandat sunt lemnele uscate taiate la dimensiuni potrivite, crapate sau rotunde cu umiditate de 12-20% si puterea calorica de 15-17 Mj/Kg. Se pot folosi si deseuri mari sau brichete de rumegus. Cazanul ATTACK DP este prevazut cu o camera de umplere voluminoasa si astfel se elimina operatia dificila de fasonare a lemnelor in bucati mici. Eficienta cazanului depinde de nivelul de umiditate a lemnelor. Randamentul cazanului depinde de gradul de umiditate care poate avea valoarea maxima de 20%.

Prin ardere intelegem oxidarea puternica a materiei, prin care se elibereaza caldura.

Actiunea cazanului pirolitic se poate imparti in trei procese: preincalzirea si uscarea materialului lemnos in camera de umplere, eliberarea gazelor cu aburi a componentelor gazoase si arderea componentei solide principale (carbune de lemn) asa cum se vede in figura 3.22.

Fig. 3.22. Procesul de ardere al lemnului in centrala

Fiecare din aceste faze necesita alte conditii, dar singura posibilitate de regularizare la instalatiile clasice este inchiderea aerului primar. Acest fapt are consecinta ca unul din procesele de mai sus are aer suficient si celalalt proces nu, la unul din procese temperatura este suficienta, iar la celalalt proces nu este suficienta. Consecinta arderii incomplete este ca multe componente energetice sunt eliminate prin horn fara a produce caldura sau mai rau reactioneaza impreuna cu alti factori de ardere, la producerea gudroanelor.

In cazan se poate mentine foc continuu noaptea fara aprinderea zilnica, dar numai iarna. In acest caz arderea se mentine mai bine de 12 ore.

Regularizarea eficientei se realizeaza prin clapeta din spatele cazanului prevazuta cu regulator de putere. Acest automat dupa temperatura apei la iesire (80-90°C) deschide sau inchide clapeta (figura 3.23). Fixarea regulatorului este foarte importanta pentru ca pe langa functionarea corespunzatoare a cazanului asigura cazanul sa nu se supraincalzeasca.

Este vorba de regulatorul de aer cu lant pentru regularizarea surselor de caldura pe combustibil solid, cum este cazanul ATTACK DP. Constructia metalica prevazuta cu piulita compozita, asigura rezistenta la temperaturi ridicate si degradarea mecanica. Elementul termostatic produs de catre un producator mondial, asigura o prelungita corectitudine si durabilitate a regulatorului. Regulatorul are parghia standard de 120x145 mm, indoitura de 120°, intervalul regulator30-90° si tensiunea maxima a lantului de 0,8kg asa ca in figura 3.24.

     

Fig. 3.23 Clapeta pentru regularizarea Fig. 3.24. Regulator cu lant

eficentei

In anumite conditii (temperatura, aeraj), se produce descompunerea lemnului in componente gazoase, apoase si solide. Componenta gazoasa in cazul de fata este gazul de lemn, cea solida este carbunele de lemn. Gazul de lemn se produce prin incalzirea lemnului cu prezenta minima a oxigenului, in acest caz gazul este produs dar nu este ars.

Puterea calorica a materiei se determina prin componenta chimica si continutul de materie inflamabila. Gazul de lemn contine 20% hidrogen, 20% bioxidul de carbon inflamabil, 0-10% metan si 50-60% azot neinflamabil. Datorita continutului inalt de azot inerent, puterea calorica a gazului de lemn este la nivelul de 3,5-8,9 MJ/m³.

4 Centrale termice

4.1. Centrala termica Binder

Poate fi de mai multe feluri:

Ø RRF - combustie cu alimentare prin melc pentru combustibili saraci in cenusa, figura 3.25a care are pana la max. 35% continut apa, cenusa ≤ 1% granulatie pana la G100

a)                                                      b) c)

d) e)

Fig. 3.25. Centrale Binder

Ø PRF - Combustie de peleti cu alimentare prin melc pentru peleti din lemn, figura b. Peletii sunt impinsi prin melc de jos intr-o retorta fixata. Alimentarea se efectueaza lateral sau frontal.

Ø HSRF – Combustie pe gratar mobil cu alimentare hidraulica. Pentru combustibili cu umiditate si continut de cenusa ridicate, figura c, care au pana la max. 55% continut apa, cenusa > 1%, combustibil sub forma de tocatura mare pana la G150 (bucati desprinse pana la 35 cm lungime). Combustibilul este impins prin cilindru hi­draulic orizontal in focar unde prin miscarea gratarelor va fi distribuit pe intreaga lungime.

Ø USRF - Combustie pe gratar mobil cu alimentare prin melc. Pentru combustibili cu umiditate si continut de cenusa ridicate, figura d, care au pana la max. 55% continut apa, cenusa > 1%, granulatie pana la G100. Combustibilul este impins prin melci mari dimensionati din fata in focar unde prin mis­carea gratarelor va fi distribuit pe intreaga lungime.

Ø PSRF – Combustie pe peleti pe gratar mobil cu alimentare prin melc pentru peleti din lemn, figura e. Peletii sunt impinsi prin melc in focar unde prin miscarea gratarelor vor fi distribuiti pe intreaga lungime. Alimentarea se efectu­eaza lateral sau frontal.

4.2. Centralele Tatano

Sunt centrale performante de difeiite capacitati care functioneaza pe combustibil solid atat pe peleti cat si pe brichete prezentete in figura 3.26.

a)                                                                           b)

c) d)

Fig. 3.26. Centrale pe peleti sau brichete de diferite capacitati (Kw): a,c – 53,49; b – 35; d – 25

e) f)

Fig.3.26. Centrale pe peleti de diferite capacitati (Kw) e – 80,23; f – 243,02

4.3. Centrala termimica pe combustibil solid FI – NS

FI- NS sunt cazane cu camera de apa, cu focar tip camera si doua circuite convective de gaze de ardere ( figura 3.27) fiind destinate pentru incalzirea cladirilor si producerea apei calde utilizand in procesul de ardere combustibil solid (lemne, deseuri de lemn, carbune, cocs, brichete rumegus). Ele sunt echipate cu doua schimbatoare de caldura: serpentina pentru producerea apei calde menajere si serpentina de racire - protectie supraincalzire cazan.

a)     b)

Fig. 3.27. Centala FI – NS: a – vederere din fata; b – vedere din spate

Cazanele sunt o constructie sudata din tabla de otel de calitate superioara (pereti cu grosimea de 4 mm) si structura foarte rezistenta din teava de otel in partea superioara a camerei de ardere; mantaua exterioara este din tabla de 0,8 mm si izolata cu vata minerala;

Cazanul se incadreaza in clasa II (medie) pentru eficienta si in clasa III (cea mai buna) pentru emisii poluante. Reglare admisie de aer pentru ardere cu regulator termostatic de tiraj este automata, este dotat cu termometru, manometru, regulator termostatic de tiraj, supapa de siguranta, serpentina de racire, serpentina preparare apa calda menajera, aerisitor, sertar colectare cenusa, garnitura etansare usa din material ceramic nonazbest, sicane de otel, vatrai si perie de sarma putand functiona in sistem gravitational sau cu pompa de circulatie.

Avantaje:

durata lunga de viata, usor de reparat (se poate reconditiona prin sudura spre deosebire de cazanele din fonta care se deterioreaza irecuperabil);

economii mari prin folosirea combustibililor solizi;

autonomie sporita datorita automatizarii;

focar spatios si usa de incarcare mare care permite utilizarea bustenilor de dimensiuni mari;

protectie impotriva supraincalzirii prin serpentina de racire;

datorita pozitiei usii de incarcare aflata mai jos decat partea superioara a focarului, la alimentare nu permite iesirea fumului in incaperea in care se afla cazanul chiar si in cazul cand cosul de fum nu are tiraj suficient;

siguranta in exploatare indiferent de conditii;

in cazul existentei unei surse permanente de apa se poate instala varianta de montaj cu vas de expansiune cu membrana, serpentina de racire, supapa termica si supapa de siguranta;

utilizarea unor echipamente de tip hidrofor conditioneaza montarea obligatorie a unui vas de expansiune deschis si supapa de siguranta;

in cazul unei pene de curent cand se creeaza o diferenta de temperatura mare intre tur si retur, structura si materialul cazanului nu permit fisurarea acestuia, fenomen foarte des intalnit in cazul cazanelor de fonta.

a)                b) c) d) e)

f) g) h) i) j)

k) l) m) n) o)

Fig. 3.28. Elementele componente ale centrlalei FI – NS: a – aerisitor; b – clapeta de reglare a aerului actionata de termostat; c – usa dotata cu maner termoizolant si vizor; d – garnitura etansare usa din material ceramic monoasbest, termorezistent; e – manometru; f – termometru; g – sicane de otel pentru marirea randamentului; h – sertar colectare cenusa;i – racord golire apa; j – supapa de siguranta; k – supapa termica de siguranta; l – termostat cu bimetal; m – vas de expansiune deschis; n – serpentine galvanizate pentru prepararea apei calde menajere si pentru protectie in cazul supraincalzirii cazanului; o – izolatie de vata minerala 

5. Alte tipuri de centrale pe biomasa

Ca biomasa pentru producerea caldurii se mai pot folosi atat baloti din paie ca in figura 3.29 cat si deseuri menajere – figura 3.30.

Fig. 3.29. Centrala care utilizeaza baloturi de paie:1 – transportor cu gheara; 2 – transportor cu banda; 3 – zona de decompactare     4 – zona de depozitare; 5 – gratar vibrator; 6 – aer preincalzit; 7 – camera de ardere; 8 – conducta de abur; 9 – turbina cu aburi; 10 – generator; 11 – condensator; 12 – conducta de recirculare a apei; 13 - zgura 14 – filtru cu saci; 15 – cenusa; 16 – ventilator

Fig 3.30 Centrala termica care produce caldura cu ajutorul deseurilor  menajere