Συστήματα καύσης και τροφοδοσίας βιομάζας: Λειτουργία, αυτοματισμοί και ασφάλεια

Συστήματα καύσης και τροφοδοσίας βιομάζας: Λειτουργία, αυτοματισμοί και ασφάλεια

Η λειτουργία ενός βιομηχανικού λέβητα βιομάζας βασίζεται στον συντονισμό της αποθήκευσης καυσίμου, της μηχανικής τροφοδοσίας, της καύσης και του συστήματος ελέγχου. Η αποτελεσματικότητα αυτών των υποσυστημάτων επηρεάζει άμεσα τη θερμική απόδοση, τη σταθερότητα λειτουργίας, τις εκπομπές ρύπων και την ασφάλεια της εγκατάστασης.

Σε αντίθεση με τα υγρά ή αέρια καύσιμα, η στερεή βιομάζα παρουσιάζει σημαντικές διαφοροποιήσεις ως προς την υγρασία, τη χύδην πυκνότητα, το μέγεθος των σωματιδίων και την περιεκτικότητα σε τέφρα. Για τον λόγο αυτό, ο εξοπλισμός τροφοδοσίας και καύσης πρέπει να επιλέγεται με βάση τα πραγματικά χαρακτηριστικά του καυσίμου.

1. Αποθήκευση και διαχείριση καυσίμου

Η αποθήκευση πραγματοποιείται συνήθως σε σιλό, αποθήκες ή ειδικά διαμορφωμένες δεξαμενές στερεού καυσίμου.

Τα pellet μπορούν να τροφοδοτούνται μέσω κοχλιομεταφορέων ή πνευματικών συστημάτων, ενώ τα ξυλοτεμαχίδια απαιτούν συχνά πιο σύνθετους μηχανισμούς εξαγωγής, όπως κινητά δάπεδα και υδραυλικούς ωθητήρες.

Η επιλογή εξαρτάται από την κοκκομετρία, την υγρασία, τη ροϊμότητα και την απαιτούμενη παροχή καυσίμου.

Ιδιαίτερη προσοχή απαιτείται στην προστασία από υγρασία, στη συσσώρευση σκόνης και στην αποφυγή γεφυρώσεων του υλικού.

Οι κλειστοί χώροι αποθήκευσης pellet μπορεί να παρουσιάζουν επικίνδυνες συγκεντρώσεις μονοξειδίου του άνθρακα ή μειωμένη συγκέντρωση οξυγόνου. Η είσοδος επιτρέπεται μόνο σύμφωνα με τις προβλεπόμενες διαδικασίες ασφαλείας.

2. Κοχλιομεταφορείς και συστήματα τροφοδοσίας

Οι κοχλιομεταφορείς αποτελούν διαδεδομένη λύση για τη μεταφορά στερεών βιοκαυσίμων.

Ένας περιστρεφόμενος κοχλίας μεταφέρει το καύσιμο μέσα σε μεταλλικό περίβλημα προς τον καυστήρα ή τον θάλαμο καύσης.

Η μεταφορική ικανότητα εξαρτάται από τη διάμετρο και το βήμα του κοχλία, τις στροφές λειτουργίας, την κλίση, τον βαθμό πλήρωσης και τις ιδιότητες του καυσίμου.

Συχνά προβλήματα περιλαμβάνουν:

• Εμπλοκή από μεγάλα τεμάχια ή ξένα σώματα.

• Δημιουργία γεφυρώσεων στο σιλό.

• Φθορά ελίκων και εδράνων.

• Υπερφόρτωση κινητήρα.

• Ανομοιόμορφη παροχή καυσίμου.

Η χρήση μετατροπέων συχνότητας μπορεί να επιτρέψει τη ρύθμιση της παροχής, όταν αυτό προβλέπεται από τη σχεδίαση.

3. Προστασία από επιστροφή φλόγας

Η επιστροφή φλόγας ή η διάδοση θερμότητας προς τον μηχανισμό τροφοδοσίας αποτελεί κρίσιμο κίνδυνο.

Ανάλογα με τη σχεδίαση και την εκτίμηση κινδύνου, χρησιμοποιούνται συστήματα μηχανικής απομόνωσης, περιστροφικές βαλβίδες, ενδιάμεσοι θάλαμοι διαχωρισμού, αισθητήρες θερμοκρασίας και κατάλληλες διατάξεις πυροπροστασίας.

Σε ορισμένες εγκαταστάσεις προβλέπεται αυτόματη κατάσβεση στο σύστημα τροφοδοσίας.

Οι προστασίες πρέπει να επιλέγονται και να ελέγχονται σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή και τις απαιτήσεις ασφαλείας της εγκατάστασης.

Η απλή διακοπή του κοχλία δεν αποτελεί από μόνη της επαρκές μέτρο προστασίας.

4. Θάλαμος καύσης και εσχάρες

Στον θάλαμο καύσης πραγματοποιούνται διαδοχικά η ξήρανση, η αποπτητικοποίηση, η καύση των πτητικών αερίων και η οξείδωση του στερεού ανθρακούχου υπολείμματος.

Οι σταθερές εσχάρες χρησιμοποιούνται σε συγκεκριμένους τύπους λεβήτων, ενώ οι κινούμενες εσχάρες διευκολύνουν τη μεταφορά του καυσίμου, την ολοκλήρωση της καύσης και την απομάκρυνση τέφρας.

Η κατάλληλη τεχνολογία εξαρτάται από την ισχύ της εγκατάστασης και τα χαρακτηριστικά του καυσίμου.

5. Πρωτογενής και δευτερογενής αέρας

Ο πρωτογενής αέρας εισάγεται συνήθως κάτω από την εσχάρα ή μέσα στο στρώμα καυσίμου.

Ο δευτερογενής αέρας εισάγεται σε κατάλληλα σημεία πάνω από το στρώμα, συμβάλλοντας στην ανάμειξη και στην ολοκλήρωση της καύσης των πτητικών αερίων.

Η σωστή κατανομή αέρα συμβάλλει στον περιορισμό του μονοξειδίου του άνθρακα και των άκαυστων υπολειμμάτων.

Η υπερβολική παροχή αέρα, ωστόσο, μπορεί να αυξήσει τις θερμικές απώλειες μέσω των καυσαερίων.

6. Έλεγχος καύσης με αισθητήρα οξυγόνου

Σε σύγχρονες εγκαταστάσεις χρησιμοποιούνται αισθητήρες οξυγόνου στα καυσαέρια.

Ο ελεγκτής μπορεί να προσαρμόζει την παροχή αέρα και την τροφοδοσία καυσίμου με βάση τις μετρήσεις και το απαιτούμενο θερμικό φορτίο.

Δεν υπάρχει μία καθολική τιμή οξυγόνου κατάλληλη για όλους τους λέβητες. Τα όρια ρύθμισης εξαρτώνται από την τεχνολογία, το καύσιμο και τις οδηγίες του κατασκευαστή.

7. Ανεμιστήρες και έλεγχος ελκυσμού

Οι ανεμιστήρες καύσης εξασφαλίζουν την απαιτούμενη παροχή αέρα.

Σε πολλές βιομηχανικές εγκαταστάσεις χρησιμοποιούνται ανεμιστήρες ελκυσμού για τη μεταφορά των καυσαερίων προς τον εξοπλισμό καθαρισμού και την καμινάδα.

Η σταθερότητα της πίεσης στον θάλαμο καύσης αποτελεί σημαντική παράμετρο λειτουργίας.

Η ρύθμιση στροφών μέσω μετατροπέων συχνότητας μπορεί να βελτιώσει τον έλεγχο της διεργασίας και, υπό κατάλληλες συνθήκες, να περιορίσει την ηλεκτρική κατανάλωση.

8. PLC και αυτοματισμοί λειτουργίας

Ο προγραμματιζόμενος λογικός ελεγκτής (PLC) συντονίζει επιμέρους λειτουργίες όπως:

• Τροφοδοσία καυσίμου.

• Έλεγχο ανεμιστήρων.

• Διαδικασία ανάφλεξης.

• Ρύθμιση θερμικής ισχύος.

• Απομάκρυνση τέφρας.

• Παρακολούθηση αισθητήρων.

• Διαχείριση συναγερμών και ακολουθιών διακοπής.

Οι κρίσιμες λειτουργίες προστασίας πρέπει να υλοποιούνται με κατάλληλη αρχιτεκτονική ασφαλείας και την απαιτούμενη ανεξαρτησία από τον συνήθη έλεγχο λειτουργίας.

9. Συνηθισμένα λειτουργικά προβλήματα

Η ασταθής τροφοδοσία μπορεί να προκαλέσει διακυμάνσεις θερμοκρασίας και θερμικής ισχύος.

Η ατελής καύση μπορεί να σχετίζεται με ανεπαρκή ανάμειξη αέρα, ακατάλληλη υγρασία καυσίμου ή προβλήματα στην εσχάρα.

Οι επικαθίσεις τέφρας και η συσσώρευση άκαυστων υπολειμμάτων μπορούν να επηρεάσουν την απόδοση και τη λειτουργία του εξοπλισμού.

Η απώλεια ελκυσμού ή η υπερθέρμανση απαιτούν εφαρμογή των προβλεπόμενων προστατευτικών ακολουθιών.

10. Συντήρηση και ασφάλεια

Η προληπτική συντήρηση περιλαμβάνει έλεγχο κοχλιομεταφορέων, μειωτήρων, κινητήρων, ανεμιστήρων, εσχαρών και αισθητήρων.

Ιδιαίτερη σημασία έχει ο έλεγχος των διατάξεων προστασίας από επιστροφή φλόγας και των μηχανισμών απομάκρυνσης τέφρας.

Πριν από οποιαδήποτε εργασία απαιτούνται κατάλληλη απομόνωση ενέργειας, αξιολόγηση της υπολειπόμενης θερμότητας και τήρηση των διαδικασιών ασφαλούς εργασίας.

Συμπέρασμα

Τα συστήματα τροφοδοσίας και καύσης αποτελούν τον πυρήνα κάθε βιομηχανικής εγκατάστασης βιομάζας.

Η σωστή επιλογή μηχανικού εξοπλισμού, η ακριβής ρύθμιση της καύσης, οι αξιόπιστοι αυτοματισμοί και οι κατάλληλες προστασίες συμβάλλουν στην αποδοτική και ασφαλή παραγωγή θερμότητας.

Η συστηματική συντήρηση και η παρακολούθηση της λειτουργίας είναι απαραίτητες για τη μακροχρόνια αξιοπιστία της εγκατάστασης.