Arzator pentru arderea in suspensie a rumegusului

Nevoia de confort termic, pe baza unor resurse ieftine si la indemana multora dintre locuitorii zonelor rurale si nu numai, ramane pe mai departe, un deziderat facil de realizat, potrivit rezultatelor cercetarilor efectuate de specialistii in acest domeniu. Este si cazul reusitelor unui colectiv al Universitatii Politehnica din Bucuresti care a pus la punct un arzator pentru arderea in suspensie a rumegusului, cu o putere termica de 600 kW, care poate valorifica resursele regenerabile din mediul rural pentru obtinerea energiei electrice si termice.

Posibilitati de utilizare

La arderea biomasei solide (sub forma de rumegus) apar greutati legate de raportul dintre densitate si de­bitul masic necesar producerii unei anumite puteri termice. Ca urmare, la arderea in strat, admisia aerului prezinta dificultati pentru o corecta distributie spre intreaga cantitate de biomasa aflata in focar. De regula, la arderea in strat, chiar cu utilizarea brichetata a rumegusului nu se poate depasi o putere termica unitara de 1 MW. Se are in vedere incal­zirea constructiilor cu volum ridicat, in special pentru ferme agricole sau sere.

O umiditate mai mare de 20% ingreuneaza aprinderea si inhiba si procesul de ardere. Exista o legatura directa intre umiditate si anduranta instalatiilor energetice, reprezentata prin murdarirea excesiva a focarului si a partii convective a acestuia.

Solutiile de rezolvare a acestor aspecte dificile ale valorificarii energetice a biomasei, reprezentate prin peletizarea biomasei uscate in curent de aer cald, pana la o valoare a umiditatii de 6-8%, au costuri ridicate si nu pot fi aplicate la puteri termice ridicate.

Pentru puteri termice mai mari de 500 kW arderea in suspensie a rumegusului reprezinta solutia cea mai adecvata.

Daca in domeniul valorificarii energetice prin densificare a biomasei lemnoase exista realizari, pentru arderea in suspensie a rumegusului, care presupune antrenarea particulelor de rumegus la limita de curgere a curentului de aer (similar arderii pulverizate a carbunilor) cu ajutorul arzatoarelor turbionare, aces­tea sunt inca in faza incipienta.

Romania are un mare potential de biomasa (circa 14,5 milioane tone ce pot fi valorificate energetic), dar are doar realizari partiale, in special in domeniul tehnologiei de ardere cu gratare fixe si mobile.

Prezentul articol tine seama si de influenta noului vector ecologic de combustibil, cu ardere in plutire in aer, asupra calitatii cenusii rezultate prin ardere. Noul vector ecologic de combustibil cuprinde binomul: aer de antrenare – biomasa solida, sub forma de particule.

Cresterea vitezei de ardere permite reducerea unor compusi poluanti. Daca in cenusa se semnaleaza K₂O si CaO, cenusa de biomasa poate fi considerata un ingrasamant agricol si nu un deseu ce trebuie depozitat.

Obiectivul testarilor este realiza­rea unei arderi totale si ecologice. Arderea biomasei solide, indiferent de tehnologiile dezvoltate pana in prezent, prezinta dezavantajul unei emisii mari de monoxid de carbon. Prin antrenarea totala a biomasei solide de catre aerul de ardere intr-un focar de inaltime adecvata se es­timeaza o reducere masiva a emisiei de monoxid de carbon.

Cresterea vitezei de ardere redu­ce si efectele de murdarire a schimbatoarelor de caldura finale ale instalatiilor energetice, contribuind la cresterea andu­rantei pentru astfel de instalatii.

Din punct de vedere social, reali­zarile vin in sprijinul comunitatilor din mediul rural, care, pe baza unor resurse regenerabile locale, pot sa produca energie electrica si termica, cu un randament competitiv, similar celui din piata de energie.

Automatizarea reprezinta o componenta definitorie pentru tehnologia de ardere in suspensie a rumegu­sului, impunand costuri mai mari cu serviciile interne ale instalatiei (pompe, ventilatoare, alimentatoare etc.). Ca urmare, alaturi de randamentul termodinamic, se propune utilizarea si a notiunii de randament economic, definit prin relatia:

in care:

C_et – costul energiei produse;

C_comb – costul cu combustibilul;

C_ce – costul cu energia electrica.

Nu se ia in considerare costul ope­ratorului, deoarece cazanul va fi complet automatizat. O componenta importanta a costului cu combus­tibilul este si cea legata de depozi­tare si de transport. Aceste calcule economice sunt necesare la determinarea costurilor incalzirii spatiilor pe baza de biomasa.

Realizarea arzatorului

Principial, o instalatie de ardere in stare pulverizata a rumegusului cuprinde un buncar de combustibil, pentru o autonomie de 4–6 h, un sistem pneumatic de alimentare cu ru­megus a arzatorului, un ventilator de aer primar, secundar si tertiar si un ventilator de gaze de ardere.

Arzatorul asigura un debit de 0,5 kg/s de rumegus, cu o putere calorifica de calcul de 15.500 kJ/kg.

Pentru debitul de aer primar, fata de cel secundar, se propune un raport de 0,5÷ 0,8. Excesul de aer la nivelul arzatorului se impune in limi­tele l = 1,2÷1,25.

Arzatorul cuprinde si un sistem de palete de turbionare pentru fie­care circuit de aer in parte.

Viteza aerului primar se recomanda in domeniul W₁ = 25-35 m/s, a aerului secundar W₂ = 30-35 m/s, iar a aerului tertiar W₃ = 20-30 m/s.

Pentru o constructie compacta a arzatorului se pro­pune o alternativa a sistemelor de paletare axiale cu radiale. Gradul de turbionare utilizat pe categorii de jeturi a fost de 1,2 pentru aerul secundar si de 5,4 pentru aerul tertiar.

Concluzii in urma testarii pe cazanul pilot de la UPB

Arzatorul realizat, prezentat in figura 1, a fost montat la cazanul pilot de la Universitatea Politehnica din Bucuresti.

Dimensiunile active ale focarului cazanului pilot sunt 1,2 m x 1 m x 5,9 m. Arzatorul este montat in ambrazura cazanului destinata arzatoarelor pentru combustibili solizi pulverizati (fig. 2). In urma testarilor, arzatorul a realizat sarcina termica de proiect de 600 kW.

Valoarea incarcaturii termice a focarului, in cursul experimentarilor, a fost q_n = 105 kW/m3, valoare ce este in limitele de stabilitate pentru un focar ce arde combustibil solid pulverizat (se recomanda incarcari termice peste 80 kW/m3).

Emisia de CO a fost extrem de scazuta, sub 80 ppm (arderea in strat are emisii de CO in limitele 600 – 4.000 ppm).

Puterea termica de 600 kW a arzatorului a fost impusa la marimea redusa a ambrazurii cazanului (f168). Pentru o ambrazura mai mare, puterea termica a arzatorului poate fi crescuta corespunzator.

Se face mentiunea ca un cazan industrial poate avea mai multe arzatoare, de unde rezulta o putere termica crescuta. Se estimeaza realizarea, fara prea mari dificultati, a unor caza­ne cu o putere termica pana la 10 MW.

Pornirea instalatiei s-a facut prin incalzire cu gaz natural, pornirea cu bujie de la rece nefiind recomandata de autori din cauza murdaririi excesive a schimbatoarelor de caldura.

In figura 1 este prezentata o vedere generala a arzatorului de rumegus in care se remarca constructia autoportanta a acestuia. Arzatorul este rezemat, inainte de montaj, de un perete lateral al caza­nului pilot.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 75 – octombrie 2011, pag. 40

Autori:
Lucian Mihaescu,
Manuela Elena Georgescu,
Gheorghe Lazaroiu,
Ionel PaSa – Universitatea Politehnica Bucuresti