Szalma, mint energiahordozó
2009/7-8. lapszám | VGF&HKL online | 9815 |
Figylem! Ez a cikk 17 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A Magyar Értelmező Szótár szerint a szalma a „kicsépelt gabona szára”. A gabonát az emberiség bizonyára évezredek óta termesztette azért, hogy a kicsépelt szemeket, megőrölje és a lisztjét kenyér, tészta stb. készítésére – étkezési célra – felhasználja. A kicsépelt gabona szárát – a szalmát – sokfajta célra használták fel, az állatok almozására, háztetők lefedésére, takarmánnyal történő összekeverésére, szalmazsák kitömítésére. A paraszti gazdaságokban a felesleget tüzelési célra használták fel. Ez a tendencia napjainkban is fennáll, még ha differenciáltan is.
Az aratást követően a földekről elszállított különböző szalmaféleség jelentős része energetikai célra felhasználható, ezáltal a fosszilis energiahordozókat lehet helyettesíteni., így csökken az üvegházhatású gázok kibocsátása. A energiahordozók – földgáz, tüzelőolaj – árának dinamikus növekedése ismét előtérbe helyezte a szalma tüzelési célú felhasználást.
A szakirodalom utal arra, hogy a tarlón hagyott és ez által a csapadék, eső által áztatott, kimosott szalma kevesebb klórt és káliumot tartalmaz, ezt a szalmát „szürke” szalmának nevezik. Ez azt jelenti, hogy ennek a fajtának az eltüzelése során csökken a tüzelőberendezésben a korrózió. Az esőtől megvédett szalmát a színe után „sárga” szalmának nevezik, ennek a klorid tartalma 0,75%, míg a szürke szalmának csak 0,2%. A kimosás hatással lesz a hamulágyulási hőmérsékletére is. A sárga szalma 800-1000 °C értékével szemben a szürke szalma hamulágyulási hőmérséklete 950–1100 °C körül alakul, ezzel a szalma már „bekerült” a faapríték 1000–1400 °C tartományába.
A szalmát, mint tüzelőanyagot bálaformákban – kör, hasáb –, valamint brikett és pellet formában használják fel. A legfontosabb érvként szólt és szól a szalma mellett, hogy a tüzelőanyagként CO2 semlegesnek tekinthető, ezért nem járul hozzá a földünket körülvevő légkör széndioxidtartalmának a növeléséhez. A szalmabrikett és a pellet előállítását, feldolgozási eljárásait és a fűtőberendezéseinek az összehasonlítását az tartalmaz részleteiben
A feldolgozott szalma – brikett, pellet – tüzelési célú felhasználásának előnyei:
- megújuló biomasszából készül, mely évente mindig újra termelődik
- hazai energiahordozó, csökkenti az import részarányát
- a vidéken keletkező szalmát, helyben lehet feldolgozni és felhasználni, ezért a szállítási költség is csökken
- növeli a munkaerő foglalkoztatást
- fűtőértéke kedvező
- környezetbarát tüzelőanyag, mert az elégetése során keletkező CO2 „semleges” gáznak tekinthető, mert visszakerül a növénytermesztés körfolyamatába
- a hamuja a talajba visszakeverhető
- a melegvizes pelletkazánok komfort fokozata eléri a gázkazánokét
Szalma eltüzelése
A szalma fő alkotó elemei mellett még számos alkotót tartalmaz, melyet a ad részletes felvilágosítást A szalma eltüzeléséhez oxigén – levegő – szükséges, melyet a sztöchimetrikus összefüggések alapján elméleti levegőmennyiségnek nevezünk. Az elméleti levegőmennyiségnél – minden halmazállapotú tüzelőanyagnál – többet kell hozzájuttatnunk az elégetésre kerülő anyaghoz, hogy az égés tökéletesen lejátszódjon. A légfeleslegtényező - – az a szám , mely megmutatja, hogy hányszor több levegőt kell a tüzelőanyaghoz juttatnunk, hogy az égés tökéletesen lejátszódjon.
A szalma elégésének folyamata a következő fázisokra bontható:
- első fázis: a szabad víztartalom elpárolgása
- második fázis: elgázosítás, melynek során a szalmából a hőmérséklet függvényében éghető gázok – hidrogén, szénmonoxid, metán stb. – keletkeznek
- harmadik fázis: a gázok égése,
- tökéletes égés esetén az éghető anyagok teljesen elégnek és a szalma éghető komponenseiből széndioxid, vízgőz, kéndioxid stb. keletkezik és hő szabadul fel
- tökéletlen égés esetén a tökéletes égés során keletkező égéstermékek mellett szénmonoxid, korom, kátrány, metán és hidrogén keletkezik
- negyedik fázis: a kigázosodott, megmaradt szén elégése, melynek során szintén hő szabadul fel és salak, hamu, mint szilárd maradék marad vissza. Ha az égés tökéletlen, akkor a hamuban éghető – szalma – is visszamarad.
Az égés során a hőmérséklet függvényében a szalmában lévő nátrium, kálium és klór reakcióba lépnek, és nátrium- valamint káliumklorid keletkezik, mely rendkívül korróziót okozó vegyületek és megtámadják a kazán hőfelvevő felületeit, csöveit.
A szalma elégetése során keletkező hamu is gondot okoz, ugyanis a lágyulási hőmérséklete – alsó határértéke, amely 800 °C – alacsonynak tekinthető. Egyes kísérletek szerint ez a lágyulási érték már 600 °C–on is előfordult. A lágyulási hőmérséklet tartományok miatt a lerakódások akár a túlhevítőcsöveken is keletkezhetnek. A tüzelőberendezés kéményén keresztül az égéstermék a szabadba távozik A tiszta szalma és/vagy a fahamu önmagában is jó minőségű talajerő visszapótlónak tekintik. Néhány szilárd tüzelőanyag alkotóanyagainak emisszió értékeit a foglalja össze. A táblázatból látható, hogy a gabonaszalma kén emissziója a legkisebb a fás szerkezetű növényeket követően. A klór emisszió értékénél a gabonaszalmát csak a gabonanövény „előzi meg”.
Számos erőművekben alkalmaznak szalma- és szén- vegyes tüzelést, melynek során a keletkező hamut az alkalikus anyagok jelenléte miatt nem lehet építőanyagokhoz felhasználni, így a hamut ellenőrzött lerakodóhelyen deponáltatják. Ismeretes, hogy a tiszta széntüzelés során keletkező salakot az építőipar felhasználja.
Visszatekintés a Jász- Nagykun- Szolnok megyében a biomasszával elvégzett kísérletekre.
A második olajválságra a magyar energetikai gépgyártók, az energiatermelők, a felhasználók és az állam is pozitívan reagált. Számos kutatás fejlesztés indult be a gépgyártók között és a mezőgazdasági termelők szívesen adtak helyet ezen eszközök üzemi körülmények közötti kísérletek lefolytatásának. Több mint két évtizeddel ezelőtt a megye mezőgazdasági üzemeiben több energetikai célú hasznosítási kísérletet végeztek el. Ezek közül néhányat szeretnék kiemelni.
Szalma eltüzelő berendezések
KTB ( körbálatüzelő berendezés ) összekapcsolása SIROKKO 30/3 típusú szemestermény szárítóval.
A bálaégető berendezés kifejlesztésben számos cég – a Mezőgazdasági Gépfejlesztő Intézet, a Budapesti Műszaki Egyetem Kalorikus Gépek Tanszéke, a MÉM Műszaki Intézete, továbbá a szolnoki MEZŐGÉP és a jászkiséri termelőszövetkezet – szakembergárdája vett részt. A feladatuk az volt, hogy a keletkező nagy mennyiségű szalmát a lehető legjobb hatásfokkal égessék el, és hasznosítható hőenergiát termeljenek. A kísérletekre Jászkisér településen került sor.
A KTB a körbálák bontás nélküli tüzelésére alkalmas. Egy bála kb. 40 percig ég, a napi igénye 35 db körbála. Az égetőtérbe sugárirányban jut be a primer és a secunder levegő. Az égetőtérhez kapcsolódik az utóégető kamra, melynek felső részén helyezkedik el a gőzcsöves hőcserélő. A füstgáz hőjét leadva a pernyeleválasztóba jut, majd a kéményen távozik.
- Teljesítménye: 1,2 MW
- Villamosenergia szükséglete: 53,8 kW.
Az agroláng szalmatüzelésű berendezése (Láng Gépgyár archív anyag)
Agroláng 4001 típusú kazán
A Láng Gépgyár 1980 körül a max. 45% nedvességtartalmú mezőgazdasági melléktermékek eltüzelésére alkalmas berendezést fejlesztett ki. A tervezés során abból indultak ki, hogy az elégetésre felhasználandó melléktermék szecskázott, illetve aprított állapotban kerül rá az égető berendezésre.
A rendszer elvi sémáját, működését a gyári képen nézhetjük át (1ábra). A berendezés a főbb szerkezeti egységei a következők:
- tároló
- szállító és adagoló
- égőtér
- kazán, hőcserélő
- pernyeleválasztó ciklon
- elszívó ventilátor
- kémény
- olajégő rendszer, mely az égőtér oldalára került felszerelésre és ez végezte a begyújtást. Amikor a tűz a rostélyon már kialakult, akkor az olajégő leállításra került.
Az égőtérből távozó füstgázok hőtartalmának a hasznosítására két lehetőséget kínáltak:
- az egyik megoldás: a füstgáz egy csöves hőcserélőbe jut és vizet melegít. Ezt a melegvizet egy keringtető szivattyúval lehetett eljuttatni az épület hőleadóiba.
- a másik megoldás: a füstgáz egy füstgáz-levegő hőcserélőn adja le a hőtartalmát, és meleg levegőt termelnek vele, melyet a szárítási technológiában lehet hasznosítani.
A gyári séma a kétfajta hőtermelési és hasznosítási elvet egyesítve mutatja be. A környezetvédelem biztosítása érdekében az égés során keletkező szilárd pernye leválasztására egy pernyeleválasztó ciklont is beterveztek. A berendezés vezérlését – indítás, biztonsági reteszfeltételek, leállás – központi vezérlőpultról biztosították.
A telep üzemeltetésének felügyeletét 2 főre tervezték.
A berendezést 1,5 MW, valamint 4MW–ra tervezték.
A MW-os egység műszaki paraméterei a következők voltak:
- tüzelőanyag igény:
- 20% nedvességtartalomnál 1600 kg/h
- 45% nedvességtartalomnál 2700 kg/h
- tüzelőolaj szükséglet begyújtáskor: 80 kg/h
- villamos energia igény: 50 kW
1982 augusztusában kezdték
meg azt a beruházást a kunszentmártoni Kőrösmenti Termelőszövetkezetben, melynek keretében az iker B 1-15 típusú szárító hőigényének kielégítésére a Láng Gépgyár által kifejlesztett mezőgazdasági melléktermék – szalma – eltüzelésére alkalmas berendezést szereltek fel. Az energiaracionalizálás során a szemestermény szárítójukat szalmatüzelésű rendszerre állították át. A három Sirokkó típusú szárító helyett egy új került beépítésre, ezáltal egy központi szemestermény szárítótelep került kialakításra. A racionalizálás előtt a szárítók üzemeltetésére közel 540 tonna tüzelőolajat használtak fel. Az üzem mintegy 16 millió forintba került, a források megoszlása a következő volt:
- állami támogatás 3,5 millió Ft
- hitel 12,2 millió Ft
- saját erő 0,3 millió Ft
A munkálatokban a Bábolnai Mezőgazdasági Kombinát, az UNISZÖV, a Prometheus, valamint a szövetkezet szakemberi is részt vállaltak. A kazánban óránként 1.600 kg szalmát tüzeltek el a szükséges leadandó hőteljesítmény érdekében. A szalma begyűjtéséhez és tüzelésre való alkalmassá tételéhez a szövetkezet a megfelelő gépeket (Hesston 5580 hengeres bálázó, BSZ hengeres bálaszállító pótkocsi, NBR nagybála-rakó, BBA bálabontó) beszerezte.
A gazdaság csak a búzaszalma elégetésével számolt, melyből 6000 – 8000 tonna képződött évente. Az állattenyésztés számára tehát ⅔ megmaradt. A szalmatüzelésű szárítótelep a „tűzkeresztségen” az 1983. évi szárítási szezonban esett át. Az üzemszerű vizsgálatokkal sikerült az előzetesen kiszámolt költségmegtakarítást sikerült igazolni. (Folytatjuk)
Táblázatok
1. táblázat: A szalmabrikett és a pellet összehasonlítása
Feldolgozási forma Brikett Pellet Jellemző forma Nagyobb méret Kisebb méret Átmérő [mm] 40-60 6-20 Feldolgozási eljárás Dugattyús prés Új kifejlesztett eljárás pl. görgős elven Tüzelőberendezés teljesítmény [kW] Nagyobb teljesítmény → Kisebb teljesítmény→ 100 -500 15 -50
2. táblázat: A szalma- és a fapellet néhány jellemző adatának összehasonlítása
1. Sűrűség kg/dm³ 1,22 1,0-1,4 2. Víz % 8 12 3. Hamu % 6,8 1,5 4. Nitrogén % 0,89 0,3 5. Clor % 0,02 0,03 6. Kén % 0,2 0,08 7. Kadmium mg/kg <0,50 <0,50 8. Arsén mg/kg <0,80 <0,80 9. Króm mg/kg <5,00 <8,00 10. Fűtőérték MJ/kg 19.400 18.500
3. táblázat: Szalma jellemzői értékei (Dánia) [%]
Szalma Víz Illók Hamu C H N Jellemző 12 78 4-5 46 5,7 0,7 Értékei 8-20 75-81 2-8 45-47 5-6 0,3-1 Szalma O Cl S Na K P Ha Jellemző 41 0,4 0,15 0,1 1 0,1 18,5 Értékei 37-43 0,1-1,1 0,1-1,1 <0,3 0,2-2,5 <0,2 <18-19
4. táblázat: Szilárd-tüzelőanyagok alkotóanyagainak különböző emisszió érté
Tüzelőanyag Fűtőérték [kWh/kg] Lágyulási pont [°C] Hamutart.[%] Nitrogén [%] Klór [mg/kg] Kén [mg/kg] Tűlevelű fa 5,23 1.398 0,79 0,14 87 234 Lombos fa 5,11 1.265 0,55 0,49 163 402 Tájszéna 4,83 1.061 5,71 1,14 3.112 1.581 Gabonaszalma 4,78 960 5,68 0,47 2.503 737 Repceszalma 4,76 1.273 6,2 0,84 4.668 2.703 Gabonanöv. 4,76 886 4,24 1,16 1.807 1.370 Rétiszéna 4,74 918 7,09 1,26 7.588 1.650
