«

»

Aspecte ale utilizarii biomasei la cazanele pentru incalzire

Share

Se spune, pe drept cuvant, ca „nevoia te obliga sa te adaptezi“. In cazul nostru te adaptezi gasind solutii, tehnici si tehnologii pentru a restrange sau inlocui resursele energetice din ce in ce mai secatuite si, deci, mai scumpe.

In toate sectoarele economice se depun, de ani de zile, tot mai multe eforturi pentru a asigura functio­nalitatea si eficienta activitatii unitatilor industriale, comerciale, administrative, culturale etc., atat in mediul urban cat, mai ales, in cel rural unde, prin programe cu sprijin financiar european, se prevad obiective pe termen scurt, mediu si lung de modernizare.

Din acest punct de vedere, asigurarea energiei termice si electrice ocupa un loc fruntas pentru ca de energie este nevoie in orice domeniu de activitate.

Pe aceasta linie au aparut, pe langa combustibilii traditionali (titei, gaze, carbuni), altii cu proprietati aproape similare dar de alte origini. Un exemplu recent il reprezinta folosirea, in acest scop, a biomasei.

Desigur, sunt inca foarte putine centrale termice care folosesc biomasa, dar sunt semnale ca lucrurile s-ar putea extinde.

Acolo unde biomasa a devenit materie prima pentru obtinerea energiei, au aparut si unele probleme la utilajele specifice acestui proces tehnologic. Specialistii din invatamantul universitar de profil sugereaza si modalitatile de inlaturare a acestor defectiuni. Unele dintre ele se refera la cazanele pentru incalzire care folosesc biomasa lemnoasa si agricola.

In cele ce urmeaza prezentam cateva aspecte legate de functionarea cazanelor, probleme care apar la arderea biomasei lemnoase si agricole.

 

Depunerile de reziduuri solide in focar si pe schimbatoarele de caldura blocheaza canalele de gaze de ar­dere, reducand sarcina instalatiei si impunand o curatare periodica.

Fenomenul de zgurificare si tem­pe­­raturile caracteristice ale cenusii trebuie, de asemenea, luate in con­si­derare.

Coroziunea metalului sub influenta HCl, ca si poluarea mediului, repre­zinta o alta problema importanta.

Anduranta sau aspectele legate de scoaterea din functiune,  totala sau partiala, a unui cazan, ca urmare a caracteristicilor defavorabile ale combustibilului, capata o deosebita importanta la utilizarea biomasei.

De multe ori, oprirea, numai si pentru curatare (focar si schimbatoare de caldura convective), creeaza mari probleme detinatorilor de cazane.

Coroziunea, la temperaturi inalte, a suprafetelor de schimb de caldura, datorata componentelor corozive formate in procesul de ardere al biomasei, este un fenomen ce nu poate fi evitat. Cea mai importanta limi­tare a utilizarii biomasei in scopuri energetice o repre­zinta coroziunea supra­fetelor de schimb de caldura, care produce deteriorari grave ale acestora si pierderi ridicate de metal (prin efectul HCl).

Coroziunea la temperaturi inalte a suprafetelor de schimb de caldura devine o prioritate, in conditiile arderii biomasei cu continut ridicat de metale alcaline si clor, deoarece clorurile alcaline formate se depun pe supra­fetele de schimb de caldura pe care le deteri­oreaza. Murdarirea schimba­­­toarelor de caldura convective este in stransa legatura cu continutul de umiditate al biomasei. Uscarea aces­teia, eventual fortata, ca in cazul peletelor, reduce considerabil  acest fenomen.

 

Coroziunea de inalta temperatura Si zgurificarea

Coroziunea indusa de clor, la temperaturi inalte, apare indiferent de tipul de focar si conditiile de ardere, atat in zona focarului (zona de amplasare a vaporizatorului), cat si in zona supraincalzitoarelor convective (la tempe­raturi ale aburului peste 350 0C).

Clorul este pulverizat in biomasa lemnoasa, dar in special in paiele culturilor de grau.

Coroziunea indusa de clor in zona focarului apare atunci cand stratul de oxid de metal are aderenta scazuta si cand exista concentrari de clorura.

In procesul de ardere al biomasei, fenomenele de coroziune la temperatura inalta sunt caracterizate ca o „oxidare activa“ in care evaporarea clorurilor metalice si trecerea lor la oxizii de la interfata metal/oxizi sunt responsabile pentru cresterea rapida, dar neprotectoare a stratului de oxid. Astfel, pe supra­fetele metalice se formeaza un oxid gros, poros, cu aderenta scazuta, care determina o pierdere mult mai mare de material metalic decat in cazul unui oxid cu proprietati protectoare (pasive), conform reactiei:

Fe(s) + Cl2(g) = FeCl2(s,g)

Datorita presiunii relativ ridicate a vaporilor de FeCl2 si in functie de temperatura si concentratii, diclorura de fier se va evapora partial si va difuza prin crusta inconjuratoare. La fel, datorita presiunii partiale ridicate a oxigenului, diclorura de fier va reactiona cu oxigenul si oxizii de fier conform reactiilor  de mai jos:

3FeCl2+2O2 = Fe3O4+3Cl2

2FeCl2+1,5O2 = Fe2O3+2Cl2

FeCl2 + O2 + Fe3O4 = 2Fe2O3+Cl2

Clorul degajat poate reactiona, din nou, cu metalul pur. In acest fel, clorul are rol de catalizator, prin transportul fierului de la peretele tevii si prin realizarea unei coroziuni severe.

Se mai observa coroziunea suprafetelor de schimb de caldura, care se dezvolta sub depunerile de cenusa formate pe tevi. Depunerile initiale se formeaza din cauza fortelor termoforetice cauzate de gradientul mare de temperatura intre gazele fierbinti si peretele tevilor de cazan, cu efect dominant asupra particu­lelor foarte mici (sub 1mm), formate prin procesele de nucleatie, condensare, reactii chimice si aglomerare.

In cazul acestor mecanisme, concentratiile cele mai mari de K, Cl, S, vaporizate si ulterior condensate, se regasesc in particulele cele mai mici.

Masuratorile particulelor de cenusa rezultate din combustia biomasei confirma cele de mai sus si releva cresterea concentratiilor particulelor de K, Cl si S avand dimensiuni reduse. Pe de alta parte, elementele persistente, precum siliciu si calciu, domina particulele de dimensiuni mari.

Daca se atinge echilibrul chimic in gazele rezultate, la temperaturi inalte (>900 0C), se poate constata ca, initial, potasiul exista sub forma KCl(g) la arderea paielor si sub forma KOH(g) la arderea lemnului, in timp ce sulful si excesul de clor este prezent sub forma SO2(g) si respectiv HCl(g). La arderea paielor se formeaza HCL si la temperaturi mai scazute ale gazelor de ardere, comparativ cu deseurile lemnoase.

In privinta degajarii metalelor alcaline la arderea biomasei se poate concluziona ca:

• pentru combustibilul lemnos, cu continut relativ scazut de metale alcaline si clor, alcaliile sunt primele care se degaja prin vaporizare sau descompunerea sulfatului alcalin;

• pentru combustibilii cu continut ridicat de metale alcaline si clor, precum paiele de cereale, clorurile de alcalii sunt primele care se degaja;

• pentru combustibilii cu continut inalt de alcalii si continut scazut de clor, alcaliile se degaja sub forma de hidroxid de alcalii.

Depunerile din focarul cazanelor cuprind resturi ale procesului de formare lichida a zgurii (zgurificare), care obtureaza canalele de acces ale aerului si reduc sarcina. Aceste depuneri se acumuleaza si trebuie indepartate. Frecventa cu care se face curatarea depinde de cresterea in timp a depunerilor, care poate fi estimata cunoscand valorile tempe­raturilor caracteristice ale cenusii. Se recomanda utilizarea suflatoa­relor de funingine  pentru instalatiile mari, pentru depunerile friabile sau indepartarea prin curatare manuala a acestora, in perioadele de oprire ale instalatiei, pentru depunerile aderente. Trebuie determinata, deci, viteza de crestere a depune­rilor si timpul de functionare intre doua opriri.

In cazul cazanelor pentru deseuri lemnoase este specifica arderea in strat, caz in care aerul trebuie sa invinga rezistenta hidraulica a gratarului si a stratului de combustibil si, printr-o distributie judicioasa, sa ajunga in apropierea fiecarei parti­cule de combustibil. Cu cat dimensiunile lemnului sunt mai mari, cu atat procesul de ardere este mai indelungat. La rumegus praf arderea este rapida. Ca urmare, astazi, pentru instalatiile de puteri medii se recomanda tehnologia arderii in suspensie, similara arderii pulverizate a carbunelui.

Rumegusul aglomerat, sub forma de brichete sau pelete, se utilizeaza cu succes in instalatii special concepute. Aglomerarea sau densificarea conduce la cresterea densitatii si, deci, la realizarea unor incarcari termice ridicate ale volumului focarului si creste­rea puterii instalate.

Pe parcursul iernii anului 2007/ 2008, pentru o centrala de 32 KW care a utilizat lemn, anduranta a fost de 45 de zile, perioada in care s-au format depuneri ade­rente in zona finala a schimbatoarelor de caldura si in zona de racord cu cosul.

O alta centrala de 80 KW supusa testarilor, care a functionat cu rume­gus, a necesitat opriri saptamanale de circa 6 ore pentru racire si cura­tarea mecanica, colectandu-se circa 2,2 Kg – 2,4 Kg depunere si cenusa. Rumegusul utilizat a fost depozitat acoperit, calitatea lui fiind permanent controlata.

O rezolvare propusa astazi pentru evitarea unor asemenea aspecte negative, consta in folosirea unor combus­tibili tratati adecvat.

In cazul utilizarii peletelor, umidita­­tea variaza intre 8% – 12%, iar cantitatea de cenusa rezultata este sub 0,5%. Problemele mentionate se reduc sensibil, atat murdarirea cat si zgurificarea, dar pretul peletelor, de 0,9 Lei/Kg – 1 Leu/kg, conduce la un cost prea ridicat pentru energie, peste cazul utilizarii gazului natural.

Cercetari recente pe un cazan de 70 KW care foloseste brichete de paie de grau, au aratat ca necesara, pentru evitarea zgurificarii, mentine­rea la finele focarului a unei tempe­raturi sub 800 0C (totul trebuie corelat cu reducerea la maximum a emisiei de CO), fie prin utilizarea barelor racite de gratar, fie prin montarea grata­rului in interiorul unei cutii racite cu apa, solutie care apropie constructia de focarele ecranate.

 

CONCLUZII

Cazanele care utilizeaza biomasa sunt tot mai cautate. Cei ce fac investitii in acest domeniu vor trebui sa cunoasca insa si aspectele negative ale utilizarii biomasei. Ca urmare, in lucrare se prezinta anduranta, noti­uni de exploatare si curatare, si chiar necesitatea cazanelor de rezerva.

Alte detalii puteti obtine de la autori.

 

Bibliografie

[1] JENKIS, BM, s.a. – Biomass and Bioenergy, 1996, 10:243-260;

[2] GEORGESCU, M.E., MIHAESCU, L., s.a. – Valorificarea energetica a unor categorii de deseuri in cazane mici, Ed. Perfect, 2008;

[3] PRISECARU, M., MIHAESCU, L., s.a. – Constructia si exploatarea cazanelor de abur si apa fierbinte, Ed. Politehnica Press, 2009.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 67 – februarie 2011, pag. 29

 

Autori:
prof. dr. ing. Lucian MIHAESCU – Universitatea Politehnica Bucuresti
conf. dr. ing. Manuela Elena GEORGESCU – Universitatea Politehnica Bucuresti
conf. dr. ing. Malina PRISECARU – Universitatea Politehnica Bucuresti
s.l. dr. ing. Elena POP – Universitatea Politehnica Bucuresti



Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Share

Permanent link to this article: http://www.revistaconstructiilor.eu/index.php/2011/02/11/aspecte-ale-utilizarii-biomasei-la-cazanele-pentru-incalzire/

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicata.