Системы отопления на биомассе

Системы отопления на биомассе опираются на различные методы получения тепла из биомассы: непосредственное сжигание, превращение в газ, когенерация, анаэробное и аэробное перегнивание.

Применение биомассы в системах отопления достаточно выгодно, т.к. оно использует сельскохозяйственные, лесные, городские и производственные остатки и мусор для выработки электроэнергии с весьма малым воздействием на окружающую среду. Такое малое воздействие объясняется тем, что углерод из биомассы участвует в естественном углеродном цикле, в том время как углерод из ископаемых видов топлива при сжигании добавляется в атмосферу. С исторической точки зрения, до начала использования ископаемых топлив в промышленных масштабах, биомасса в форме древесины, как первый освоенный возобновляемый источник энергии, давала бóльшую часть тепла.

Типы систем отопления на биомассе

Полностью автоматизированные – работают именно так, как указано в названии. Измельченные древесные отходы привозятся грузовиками и высыпаются в специальный бак. Система конвейеров с определенной скоростью доставляет древесину от бака к отопительному котлу. Данная скорость регулируется с помощью компьютерного управления и лазера, который определяет степень загруженности котла биотопливом. Система автоматически ускоряется или замедляется, контролируя таким образом давление и температуру в котле. Полностью автоматизированные системы очень просты в обращении, т.к. требуют лишь оператора компьютерного управления.

Полуавтоматизированные системы очень похожи на полностью автоматизированные, однако они требуют больше рабочей силы для поддержки процесса. Такие системы используют более мелкие баки и более простые конвейеры, требующие определенный персонал для их обслуживания. Причина перехода к полуавтоматизированным системам в том, что максимальная мощность нагрева (для которой и существуют полностью автоматизированные системы) нужна лишь в немногие дни года. Поэтому по мере надобности люди могут вручную контролировать производительность системы (а в некоторых случаях и вообще остановить весь процесс).

Системы, основанные на сжигании брикетов. Брикеты – специальная уплотненная форма древесины (хотя они могут изготовляться и из других различных материалов: рисовой шелухи, жмыха, скорлупы арахиса и т.д.), позволяющая добиваться максимальной эффективности при их сжигании. Брикеты складируются в хранилищах, подобных силосным башням, из которых они доставляются к котлу. Такие системы эффективны в местах, где пространство для хранения топлива весьма ограничено. Стоить отметить, что изготовление брикетов увеличивает их стоимость, поэтому производить их следует вблизи от места сжигания, чтобы уменьшить расходы на транспортировку.

Когенерационные системы – весьма эффективные системы, в которых отходы используются для производства энергии, а тепло, как побочный продукт, применяется в отоплении. Такие системы очень дорогие, т.к. они работают в режиме высокой интенсивности, что требует высококвалифицированный персонал. А оплата труда такого персонала, как известно, не дешева. Еще одна отрицательная сторона: если в определенный сезон года выработанное системой тепло становится ненужным, то необходимо задействовать систему охлаждения, что также требует дополнительных средств. Однако такие системы будут оптимальными в организациях, где для поддержки технологического процесса постоянно требуется и электроэнергия, и тепло.

Такие системы отопления на биомассе способны обогреть не только детские игровые домики, но и большие жилые или производственные помещения и здания.

Биомасса как основное топливо для отопительных котлов

все о биотопливе и твердотопливных котлах

• все категории
• Общая информация 242
• Брикеты из торфа 8
• Брикеты топливные 61
• Древесный уголь 36
• Дрова 34
• Пеллеты древесные 91
• Пеллеты из лузги 16
• Пеллеты из соломы 21
• Пеллеты из торфа 13
• Щепа, стружка, отходы 44
• Дымоходы 45
• Енергетические комплексы 10
• Камины, печи для дома 208
• Комплектующие 17
• Пиролизные котлы (печи) 25
• Твердотопливные котлы 111
• Отопление, энергосбережение 125
• Проекты и услуги 4
• Сбор и утилизация отходов 20

Для большинства жителей нашей страны применение возобновляемых (альтернативных) источников энергии связано с достаточно дорогостоящим оборудованием. Однако мало кто знает, что в наше время существуют относительно дешевые источники тепла, применяющие вполне доступную энергию биомассы. Наиболее популярной разновидностью топлива для котлов в современном хозяйстве считается древесина.

Всего несколько лет назад, если люди собирались отапливать жилое сооружение при помощи дров, то они приобретали твердотопливный котел – устройство, предназначенное для сжигания в нем угля с целью отопления. Следует отметить, что эти котлы предоставляли возможность сжечь абсолютно все, что только может гореть. На сегодняшний день производители занимаются непрерывным совершенствованием конструкции котлов, благодаря чему эти устройства способны максимально эффективно расходовать энергию каждой разновидности топлива. С этой целью необходимо учитывать его специфику. Именно поэтому сейчас не стоит удивляться тому, что одни котлы предусматривают сгорание угля типа орех, прочие для угольной пыли, дерева, пелетт, соломы и пр.

Определение биомассы — что это такое?

Наиболее современным топливом в наше время считается биомасса. О ней заговорили недавно, даже, несмотря на то, что люди на протяжении столетий согревались, сжигая ветки, дерево или хворост, другими словами, самой настоящей биомассой. Эксплуатация биомассы в качестве топлива считается привлекательным, как с экономической, так и с экологической точки зрения. Биомасса – представляет собой продукт органического фотосинтеза. Ее сгорание не приводит к значительной эмиссии серного газа, а баланс углекислоты находится на нулевой отметке – в процессе сгорания биомассы её выделяется столько, сколько сгоревшие растения применяли раньше во время фотосинтеза. Биомасса, как топливо для отопительных котлов, в первую очередь, представлена деревьями и их отходами, а также пелеттами, соломой и энергетическими растениями, которые выращиваются специально для этих целей.

В домашнем хозяйстве среди представленных разновидностей топлива наиболее популярной является древесина. Сюда можно отнести, как колотые, так и резаные дрова. Помимо того, древесина может пройти дополнительную переработку. В качестве примера можно назвать брикеты, которые производятся за счет прессования размельченного дерева, древесная пыль, получаемая из сырьевого высушенного материала, расколотого на частицы, а также пелетты (небольшие гранулы).

Брикеты и пелетты не приводят к загрязнению окружающей среды и сгорают почти полностью. Стоит учесть, что их пепел можно применять в качестве минерального удобрения. За счет повышенной плотности и низкого содержания воды они характеризуются высокой теплоотдачей (в сравнении с непереработанной древесиной). Чтобы процесс сжигания пеллет проходил максимально эффективно, можно использовать котлы, оборудованные соответствующими горелками.

Биомасса из «энергетических» растений

На сегодняшний день биомасса может быть получена из энергетических растений, который выращиваются специально для этих целей. Они за незначительный промежуток времени отвечают за получение большого прироста в объеме. Продуктивность подобных кустов достаточно внушительная – прирост может достигать до двадцати пяти тонн сухой массы с одного гектара в год. В наше время самыми известными растениями, которые выращиваются в энергетических целях, считаются следующие: подсолнечник клубневой, сида гермафродитная, мискантус гигантский, роза многоцветковая, спартина перистая, мискантус сахароцветковый, а также тополь.

В последнее время наряду с энергетическими растениями в качестве важного источника альтернативной энергии всё чаще используется солома. Во время ее сжигания выделяется такое же число углеродного газа, что и при процессе минерализации. Солома представляет собой непростое для сгорания топливо с точки зрения дозирования воздуха. Это приводит к тому, что его часть не сжигается. При стандартном сжигании коэффициент полезного действия процесса находится в пределах от 40 до 65%. Основным условием полного сгорания соломы считается удержание ее влажности на отметке в 14%.

В качестве топлива для отопительных котлов часто применяются зерна злаков. Наиболее популярной топливной культурой считается овес. Их трех килограмм этого материала можно получить примерно такое же количество тепла, как с одного литра мазута. Чтобы обогреть обыкновенный дом, потребуется примерно семь тонн овса на сезон.

Отопительные устройства для использования биомассы

Твердотопливные котлы наиболее простой конструкции представлены моделями с верхней подачей топлива. Их главный «минус» состоит с почти полном отсутствии хоть какого-либо контроля процесса сгорания. В них сжигается абсолютно вся порция загруженной биомассы. Продукты сгорания отправляются по специальному каналу, находящемуся в верхней части камеры, двигаясь сквозь весь объем использованного топлива. Следует отметить, что мощность такого котла может меняться в соответствии с изменением толщины загруженного топлива. Как показывает практика, подобные устройства не слишком приспособлены для сжигания биомассы, поскольку она сгорает крайне быстро и не слишком эффективно – незначительная часть тепла отдается отопительной системе, оставшаяся часть теряется с дымом. Более современными и выгодными считаются котлы, характеризующиеся нижней подачей топлива. Они пригодны для сгорания дров и угля, а также опилок и различных биоорганических отходов. Представленные модели считаются более дорогими, чем приборы с верхней подачей, однако их коэффициент полезного действия в процессе топки намного больше, а, соответственно, они затрачивают меньше топлива и их приобретение окажется более выгодным с экономической точки зрения. Котлы, характеризующиеся нижней подачей топлива, обладают двух- или трехтяговой системой камер сжигания, за счет чего существует возможность дожигания частичек топлива, мгновенного улетучивающихся в дымоход в котлах с верхней подачей. Их достоинство состоит не просто в более экономном расходовании топлива, но и снижении различных опасных выбросов в окружающую среду.

Системы, отличающиеся нижней подачей топлива, предоставляют возможность руководить процессом сжигания и контролировать производительность устройства за счет дозирования воздуха, который попадает в топку при помощи регулятора тяги, а в дорогостоящих моделях за счет вентилятора с управляющей системой. Естественно, уровень регулирования твердотопливных котлов не такой, как в жидкотопливных или газовых котлах, но итоговый результат представлен в виде снижения затрат на топливо и стабильной температуры.

Система отопления на биомассе — Biomass heating system

Системы отопления на биомассе производят тепло из биомассы .
Системы подпадают под следующие категории:

Содержание

Преимущества отопления на биомассе

Использование биомассы в системах отопления выгодно, поскольку в ней используются сельскохозяйственные, лесные, городские и промышленные отходы и отходы для производства тепла и / или электричества с меньшим воздействием на окружающую среду, чем ископаемое топливо. Этот тип производства энергии имеет ограниченное долгосрочное воздействие на окружающую среду, поскольку углерод в биомассе является частью естественного углеродного цикла ; в то время как углерода в ископаемом топливе нет, и он постоянно добавляет углерод в окружающую среду при сжигании в качестве топлива ( углеродный след ). Исторически сложилось так, что до использования ископаемого топлива в значительных количествах биомасса в виде древесного топлива обеспечивала большую часть обогрева человечества. Потенциальным источником нагрева биомассы, который является предметом исследования, является гидролиз и мономеризация целлюлозы как источник тепла, что приводит к низкому выходу парниковых газов.

Поскольку лесная биомасса обычно производится из древесины, имеющей более низкую коммерческую ценность, лесная биомасса обычно заготавливается как побочный продукт других операций по заготовке древесины. Отопление на биомассе обеспечивает рынки для древесины с более низкой стоимостью, что позволяет вести здоровое и прибыльное лесопользование. В Новой Англии по состоянию на 2017 год одной из самых серьезных угроз здоровью лесов является переход от лесного хозяйства к сельскому хозяйству и развитию. В 2017 году ученые Harvard Forest сообщили, что в результате переустройства ежедневно теряется 65 акров леса. Обеспечивая рынки для низкосортной древесины, ценность лесов повышается, что снижает вероятность перехода на жилищное строительство или сельское хозяйство.

Недостатки отопления на биомассе

В крупном масштабе использование сельскохозяйственной биомассы исключает сельскохозяйственные угодья из сферы производства продуктов питания , снижает способность лесов к связыванию углерода с устойчивым управлением и извлекает питательные вещества из почвы. Сжигание биомассы создает загрязняющие вещества в воздухе и добавляет в атмосферу значительное количество углерода, который не может быть возвращен в почву в течение многих десятилетий. Промежуток времени между сжиганием биомассы и временем, когда углерод вытягивается из атмосферы по мере роста растения или дерева, чтобы заменить его, называется углеродным долгом. Концепция углеродного долга является предметом обсуждения. Фактическое воздействие углерода может зависеть от философии, масштаба урожая, типа земли, типа биомассы (например, трава, кукуруза, новая древесина, древесные отходы, водоросли), типа почвы и других факторов.

Использование биомассы в качестве топлива приводит к загрязнению воздуха в виде оксида углерода , NOx (оксидов азота), ЛОС ( летучих органических соединений ), твердых частиц и других загрязнителей, в некоторых случаях на уровнях, превышающих уровни из традиционных источников топлива, таких как уголь или природный газ. . Черный углерод — загрязнитель, образующийся в результате неполного сгорания ископаемого топлива, биотоплива и биомассы — возможно, является вторым по величине фактором глобального потепления. В 2009 году шведское исследование гигантской коричневой дымки, которая периодически покрывает большие площади в Южной Азии, показало, что она в основном образовалась в результате сжигания биомассы и, в меньшей степени, сжигания ископаемого топлива. Исследователи измерили значительную концентрацию 14 C , которая связана с недавней растительностью, а не с ископаемым топливом. Современные устройства для сжигания биомассы значительно сокращают вредные выбросы с помощью передовых технологий, таких как системы кислородной компенсации.

При сгорании углерод из биомассы выбрасывается в атмосферу в виде диоксида углерода (CO ₂ ) . Количество углерода, хранящегося в сухой древесине, составляет примерно 50% по весу. Из сельскохозяйственных источников растительный материал, используемый в качестве топлива, может быть заменен посадкой для нового роста. Когда биомасса поступает из лесов, время для повторного улавливания накопленного углерода обычно больше, и способность леса хранить углерод в целом может быть уменьшена, если используются деструктивные методы ведения лесного хозяйства.

Предложение по сохранению углеродной биомассы лесов, выдвинутое в начале 1990-х годов, было заменено более современной наукой, которая признает, что спелые, нетронутые леса поглощают углерод более эффективно, чем вырубки. Когда углерод дерева выбрасывается в атмосферу за один импульс, он вносит гораздо больший вклад в изменение климата, чем лесная древесина, медленно гниющая на протяжении десятилетий. Некоторые исследования показывают, что «даже через 50 лет лес не восстановился до своего первоначального запаса углерода» и «оптимальной стратегией, вероятно, будет защита древостоя». Другие исследования показывают, что хранение углерода зависит от леса и использования собранной биомассы. В лесах часто используются деревья с разным возрастом, а зрелые деревья собираются чаще и меньше. Эти леса взаимодействуют с углеродом иначе, чем сплошные сплошные леса. Кроме того, чем эффективнее преобразование древесины в энергию, тем меньше древесины используется и короче углеродный цикл.

Отопление биомассой в нашем мире

Рост цен на нефть с 2003 года и последующий рост цен на природный газ и уголь увеличили ценность биомассы для производства тепла. Обработка лесов, сельскохозяйственных отходов и культур, выращиваемых специально для производства энергии, становится конкурентоспособной по мере роста цен на энергоемкие ископаемые виды топлива. Усилия по развитию этого потенциала могут привести к восстановлению неправильно управляемых пахотных земель и стать винтиком в колесе децентрализованной многомерной отрасли возобновляемых источников энергии . Усилия по продвижению и продвижению этих методов стали обычным явлением во всем Европейском Союзе в 2000-е годы. В других регионах мира неэффективные и загрязняющие окружающую среду способы производства тепла из биомассы в сочетании с нерациональными методами ведения лесного хозяйства значительно усугубили деградацию окружающей среды .

Буферные баки

В буферных резервуарах накапливается горячая вода, которую генерирует биомасса, и циркулирующая по системе отопления. Иногда их называют «тепловыми накопителями», они имеют решающее значение для эффективной работы всех котлов, работающих на биомассе, где нагрузка системы быстро колеблется или объем воды в гидравлической системе в целом относительно невелик. Использование буферной емкости подходящего размера предотвращает быстрое переключение котла, когда нагрузка ниже минимальной мощности котла. Быстрое переключение котла приводит к значительному увеличению вредных выбросов, таких как оксид углерода , пыль и NOx , значительно снижает эффективность котла и увеличивает потребление электроэнергии агрегатом. Кроме того, требования к сервисному и техническому обслуживанию будут увеличиваться, поскольку детали подвергаются нагрузке из-за быстрых циклов нагрева и охлаждения. Хотя большинство котлов заявляют, что могут снизить до 30% номинальной мощности, в реальном мире это часто недостижимо из-за отличий топлива от «идеального» или тестового топлива. Следовательно, следует рассмотреть вопрос о буферном резервуаре подходящего размера, если нагрузка котла падает ниже 50% от номинальной мощности — другими словами, если компонент биомассы не является чисто базовой нагрузкой, система должна включать буферный резервуар. В любом случае, когда вторичная система не содержит достаточного количества воды для безопасного отвода остаточного тепла от котла, работающего на биомассе, независимо от условий нагрузки, система должна включать буферный резервуар подходящего размера. Остаточное тепло из блока биомассы в значительной степени зависит от конструкции котла и тепловой массы камеры сгорания. Легким и быстродействующим котлам требуется всего 10 л / кВт, в то время как промышленные агрегаты из влажной древесины с очень высокой тепловой массой требуют 40 л / кВт.

Типы систем отопления на биомассе

Использование биомассы в системах отопления находит применение во многих типах зданий, и все они используются по-разному. Существует четыре основных типа систем отопления, использующих биомассу для нагрева котла. Это полностью автоматизированные, полуавтоматические, гранулированные и комбинированные теплоэнергетические установки.

Полностью автоматизированный

В полностью автоматизированных системах измельченные или измельченные древесные отходы доставляются на площадку грузовиками и сбрасываются в сборный резервуар. Затем система конвейеров транспортирует древесину из сборного бака в котел с определенной регулируемой скоростью. Этой скоростью управляет компьютер и лазер, который измеряет количество топлива, которое подает конвейер. Система автоматически включается и выключается, чтобы поддерживать давление и температуру внутри котла. Полностью автоматизированные системы очень просты в эксплуатации, поскольку они требуют, чтобы оператор системы управлял компьютером, а не транспортировкой древесины, предлагая комплексные и экономически эффективные решения сложных промышленных задач.

Полуавтоматический или «перегрузочный бункер»

Полуавтоматические системы или системы «Surge Bin» очень похожи на полностью автоматизированные системы, за исключением того, что они требуют большего количества рабочей силы для поддержания работы. У них есть накопительные резервуары меньшего размера и гораздо более простые конвейерные системы, для поддержания работы которых потребуется персонал. Причиной изменений от полностью автоматизированной системы является эффективность системы. Тепло, создаваемое камерой сгорания, можно использовать для прямого нагрева воздуха или для нагрева воды в котельной системе, которая действует как среда, с помощью которой доставляется тепло. Котлы, работающие на дровяном топливе, наиболее эффективны, когда они работают на максимальной мощности, и количество тепла, необходимое для большинства дней в году, не будет пиковым потреблением тепла в году. Учитывая, что системе нужно будет работать с высокой производительностью только несколько дней в году, она предназначена для удовлетворения требований в течение большей части года для поддержания ее высокой эффективности.

На пеллетах

Третий основной тип биомассы отопительных систем являются гранулированные -fired системы. Пеллеты — это обработанная форма древесины, которая делает их более дорогими. Хотя они более дорогие, они гораздо более плотные и однородные, а значит, более эффективные. Кроме того, относительно легко автоматически подавать пеллеты в котлы. В этих системах пеллеты хранятся в силосе для хранения зерна, и для их перемещения в котел используется сила тяжести. Для систем, работающих на гранулах, требования к хранению намного меньше из-за их конденсированной природы, что также помогает сократить расходы. эти системы используются для самых разных предприятий, но они наиболее эффективны и экономичны для мест, где пространство для хранения и конвейерных систем ограничено, и где гранулы производятся достаточно близко к объекту.

Системы пеллет для сельского хозяйства

Одной из подкатегорий пеллетных систем являются котлы или горелки, способные сжигать пеллеты с более высокой зольностью (бумажные пеллеты, сенные пеллеты, пеллеты из соломы ). Одна из таких — пеллетная горелка PETROJET с вращающейся цилиндрической камерой сгорания. С точки зрения эффективности усовершенствованные котлы на пеллетах могут превзойти другие виды биомассы из-за более стабильных характеристик топлива. Усовершенствованные котлы на пеллетах могут работать даже в конденсационном режиме и охлаждать дымовые газы до 30-40 ° C вместо 120 ° C перед отправкой в ​​дымоход.

Комбинированное тепло и электроэнергия

Комбинированные теплоэнергетические системы являются очень полезными системами, в которых древесные отходы, такие как древесная щепа , используются для выработки электроэнергии, а тепло создается как побочный продукт системы производства электроэнергии. Они имеют очень высокую стоимость из-за работы под высоким давлением. Из-за этой операции под высоким давлением необходимость в высококвалифицированном операторе является обязательной, что увеличивает стоимость эксплуатации. Другой недостаток заключается в том, что, производя электричество, они будут производить тепло, а если производство тепла нежелательно в определенные периоды года, необходимо добавить градирню, что также приведет к увеличению стоимости.

Есть определенные ситуации, когда ТЭЦ — хороший вариант. Производители изделий из дерева будут использовать комбинированную систему производства тепла и электроэнергии, поскольку у них есть большие запасы древесных отходов и потребность как в тепле, так и в электроэнергии. Другие места, где эти системы были бы оптимальными, — это больницы и тюрьмы, которым необходима энергия и тепло для горячей воды. Эти системы имеют такие размеры, что они производят достаточно тепла, чтобы соответствовать средней тепловой нагрузке, так что не требуется дополнительное тепло и не требуется градирня.