Combustibili vegetali pentru producerea de energie termica in mediul rural

Incet, incet, combustibilii traditionali folositi pana nu de mult in mediul rural (lemne, coceni, paie, rumegus etc.), vor putea fi inlocuiti cu alte surse de producere a energiei termice. Specialistii au pus la punct tehnologiile capabile sa rezolve mai eficient decat pana acum obtinerea energiei termice folosind materii prime chiar din sectorul rural, unele dintre acestea ignorate si de cele mai multe ori risipite.

O asemenea resursa o reprezinta uleiul vegetal care este folosit in sistemele de incalzire, la producerea energiei in cogenerare si in transporturi, cazuri in care inlocuieste combustibilii conventionali.

Directiva Europeana 2003/30/C.E. a enumerat printre sursele de energie regenerabila si biocarburantii (bietanolul, biodieselul, biogazul, biometanolul, biodimetil eter, bio-ETBE (etil-tertio-butil-eter), bio-MTB (metil-tertio-butil), EMUV (ester-metilic-ulei vegetal) biocarburati sintetici, biohidrogenul si uleiul vegetal pur. Uleiul vegetal pur este cel mai ieftin dintre toti biocarburantii enumerati.     

Uleiul vegetal pur este definit ca fiind uleiul produs din seminte oleaginoase, in sistem descentra­lizat, prin presare si extractie sau in sistem centralizat prin procedee comparabile. Uleiul biocombustibil economico-ecologic, recomandat pentru producerea de energie este crud sau rafinat, dar nemodificat chimic, compatibil cu tipul de instalatie, unde urmeaza a fi folosit si corespunzator cerintelor nivelului de emisie admis in mediul inconjurator.

Pentru tara noastra principala sursa de ulei vegetal o reprezinta plantele oleaginoase producatoare de seminte si anume floarea soarelui, rapita, soia si germenii de porumb (deseuri oleaginoase).

In ultimii ani in Romania supra­fetele cultivate cu plante oleaginoase s-au redus. Astfel, la floarea soarelui de la 1.500.000 la 900.000 hectare, la soia de la 100.000 la 70.000 hectare si au crescut la rapita de la 50.000 la 350.000 hectare. In functie de cali­tatea solului productia a variat intre 2,5 si 3,5 t/ha.

In comparatie cu combustibilii lichizi traditionali, uleiul vegetal este caracterizat printr-o usoara crestere a viscozitatii si a punctului de aprindere, un continut de sulf mai scazut si o putere calorifica comparabila.

Aceste proprietati tipice au impus cercetari complexe, cu scopul de a se obtine performante economico-ecologice la viitoarele tehnologii de ardere a uleiului vegetal, cu modificari minime la instalatiile existente. Cercetarile au avut in vedere testarea arderii uleiurilor vegetale crude produse in tara noastra, intr-un  cazan pilot cu putere termica mica (55 kWt) si intr-un cazan de putere termica medie (2 MWt).

Rezultatele testarii arderii uleiului vegetal in instalatia cu cazan de 55 kwt

Pe cazanul pilot cu putere termica mica s-a montat un arzator de constructie monobloc, conceput pentru arderea combustibilului lichid usor, cu preincalzire si pulverizare mecanica la 12-16 bar.

Pentru tipul de pulverizator ales nu este recomandata reducerea tem­peraturii de preincalzire a uleiului sub 50 0C. Pentru alte tipuri de pulverizare temperatura de preincalzire poate sa fie redusa pana la 30-35 0C.

Experimentarile efectuate cu ulei de floarea soarelui si ulei de soia au evidentiat o buna aprindere si desfasurare a procesului de ardere. Pentru sarcina termica de 55 kW a fost necesar un debit de ulei de cca. 7,5 kg. Injectorul a fost echipat cu o duza cu diametrul de 1,5 mm. Excesul de aer in flacara a fost de 1,1-1,2, in limitele existente la arderea combustibililor lichizi usori.

Temperatura flacarii a fost de 1950 0C – 2000 0C. Flacara a avut o lungime de 350 mm si un diametru de 180 mm.

Cazanul nu a fost dotat cu un preincalzitor de aer, ceea ce a facut sa se obtina o temperatura ridicata a gazelor de ardere la cos (300 0C), un randament al cazanului de 70% si un consum specific de ulei vegetal mai mare.

Experimentarile au evidentiat compatibilitatea perfecta a arzatoarelor cu injectie mecanica, proiectate pentru a utiliza combustibili lichizi usori, la utilizarea uleiurilor vegetale.

Rezultatele testarii arderii uleiului vegetal In instalatia cu cazan de 2 MWt

Pe cazanul pilot de putere termica medie s-a experimentat arde­rea uleiurilor vegetale cu doua tipuri de arzatoare (arzatoare cu cupa rotativa si arzatoare cu pulverizare mecanica).

Arzatorul cu cupa rotativa pentru aprinderea combustibilului lichid a fost prevazut cu un mini arzator de gaz natural de aprindere.

Testele de ardere s-au facut cu ulei vegetal preincalzit la 70 0C si ulei rece la 18 0C – 20 0C.

Ambele testari au aratat compatibilitatea aprinderii jetului de particule pulverizate de ulei vegetal de la flacara pilot de combustibil gazos.

Flacara obtinuta a avut o lungime de 1 m – 1,1 m si un diametru de 0,6 m – 0,65 m, pentru debitul maxim de ulei vegetal de 80 kg/h.

Temperatura flacarii a fost de 2000 0C – 2100 0C, iar excesul de aer la nivelul arzatorului a fost de 1,05-1,08.

Pentru toate testele de ardere s-a obtinut functionarea cu emisii de CO si NOx in limitele legislatiei de mediu, fara emisii de funingine.

Experimentarile cu arzatorul, cu cupa rotativa, au evidentiat compatibilitatea perfecta a acestei tehnologii de ardere la utilizarea uleiurilor ve­getale. S-a evidentiat faptul ca se poate arde uleiul rece, de 18 0C – 20 0C.

Probele de ardere a uleiurilor vegetale, cu arzator cu injectie meca­nica la o presiune de pulverizare de 40 bar au evidentiat performante bune ale arderii, cu emisii de CO si NOx in limitele legislatiei de mediu, fara emisie de funingine.

Reluarea testelor de ardere a uleiurilor vegetale cu arzatoare cu pulverizare mecanica au reconfirmat rezultate bune obtinute la cazanul cu putere termica mica.

Experimentarile efectuate asupra arderii uleiurilor vegetale nerafinate au aratat ca ambele tehnologii de ardere, cu pulverizare mecanica si cu cupa rotativa, sunt adecvate pentru producerea de energie termica in mediul rural. In reglajul arzatoarelor nu au aparut modificari fata de utilizarea combustibililor lichizi usori.

Performantele arderii permit integrarea emisiilor poluante in legislatia de mediu. Rezultatele pozitive ale cercetarii deschid perspectiva utilizarii eficiente si ecologice a uleiu­rilor vegetale crude in scopuri energetice, cu emisii de SO₂, CO si NOx, in limite legislatiei in vigoare si cu emisia de CO₂ nula, deoarece uleiurile vegetale sunt combustibili regenerabili.

Spre deosebire de uleiurile vegetale obtinute in fabricile de ulei pe baza de extractie industriala cu solventi, uleiurile vegetale crude obtinute prin presare la rece prezinta numeroase avantaje economice fata de alte tipuri de biocarburanti si mai ales in raport cu sursele conventionale de combus­tibili lichizi usori.

Printre avantajele uleiurilor vegetale nerafinate mentionam:

• pot inlocui in orice proportie si in orice perioada combustibilii lichizi usori folositi pentru lucrarile agricole si pentru producerea de energie termica;

• se produc descentralizat, pe plan local, prin presarea si extractia la rece, cu investitii mici, la capacitati care pot sa varieze de la 5 kg/h la 250 kg/h, fara a fi nevoie de o supraveghere speciala de catre lucratori specializati. La capacitatile mentionate se poate asigura consumul de energie termica pentru 10 pana la 500 de locuinte, cu o suprafata de cca 100 m2 fiecare;

• se obtin cu un consum redus de energie electrica (80 kWh/t seminte), iar din procesul de presare-extractie nu rezulta ape reziduale;

• spre deosebire de costul uleiului rafinat livrat (1,05 – 1,09 Euro/kg) si al combustibililor lichizi usori (1,1 – 1,16 Euro/kg) are cel mai redus cost (0,62-0,74 Euro/kg).

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 44 – decembrie 2008

Autori:
prof. dr. ing. L. MIHAESCU,
prof. dr. ing. I. OPREA,
conf. dr. ing. G. NEGREANU,
ing. R. POPESCU