Biomassza tüzeléstechnikai alkalmazásának lehetõségei

Thomas Newcomen baptista lelkészbõl lett feltaláló, aki ugyan a történelemkönyvek címlapján nem szerepel, azonban „hõgépével” hozzájárult az ipari forradalom intenzív fejlõdéséhez. Az általa kifejlesztett szénfûtésû gõz szivattyúval az intenzív szénbányászat oly méreteket öltött, hogy az 1712-es hárommillió tonnás szén kitermelés 1750-ig a duplájára, míg az évszázad végére több mint háromszorosára emelkedett a szigetországban, ezzel elsõként vált Anglia a modern energiagazdaság példájává. „Ha szén van, minden van” – vallották a XVIII. század derekán, s a korábbi, elsõsorban tûzifa alapú energiatermelés a háttérbe szorult. Ezt a párhuzamot éljük napjainkban is, csupán fordított sorrendben, hiszen a fosszilis energiakészletek prognosztizálása intenzív csökkenést jósol, s az energiaszektor a környezetbarát, versenyképes és fenntartható energiaforrásokat és azok alkalmazási lehetõségeit kutatja.

A mindennapi komfortunk alapja a hõ- és a villamos energia. Mindkét energiaforrás termelését, elõállítását, – leszámítva az atomenergiát – tüzeléstechnikai megoldásokkal tudjuk megvalósítani. A tüzeléstechnika napjaink egyik kiemelt tématerületévé vált, köszönhetõen a földgázárak folyamatos drágulásának, valamint megújuló energiaforrások – ezen belül a biomassza – korszerû, nagy hatásfokú alkalmazásának.

A biomassza tüzeléstechnikájának elemzésekor, illetve bemutatásakor számos csoportosítási lehetõség van. Lehet a tüzeléstechnikai módok –, a teljesítményszintek, vagy akár a tüzelõanyag alapján. Jelen cikkünk célja a hazai biomassza tüzelõanyagokra alapozott tüzeléstechnikai megoldások bemutatása, így a csoportosítást elsõsorban a tüzelõanyagok alapján végezzük el.

A tüzifa. a biomassza tüzelõanyagok legelterjedtebb és õsi idõk óta alkalmazott formája, amely különleges bemutatást nem igényel. Megjelenését tekintve kereskedelmi forgalomban rönk, kugli és hasított formában lehet megtalálni. Elsõsorban a hagyományos vegyestüzelésû háztartási kazánokba, valamint kandallókba alkalmazzák.

A faapríték. Aprítási folyamat eredményeként keletkezõ, szabálytalan geometriájú szecska, melyet méreteloszlása alapján különböztetünk meg, amely szerint lehet: 

- Finom (0–10 mm) 

- Normál (10–50 mm) 

- Durva (25–100 mm) 

- Osztályozatlan (0–150 mm) faapríték.

A faapríték elsõsorban erdészeti kitermelésbõl származó melléktermékként (ágak, gallyak), vagy a kitermelt tûzifa célú rönkbõl, aprítással készített fõtermékként jelennek meg a piacon, melyet jelenleg elsõsorban a hazai erõmûvek vásárolnak és használnak fel nagy mennyiségben. A faapríték másik, egyes kutatások szerint fenntartható forrása és lehetõsége a fás szárú energetikai ültetvényekrõl betakarított apríték, amely meghatározott vágásfordulókban, ütemezett termelési rendszerben, fõtermékként állhat rendelkezésre.

A faapríték egy laza szerkezetû halmaz, melynek nedvességtartalma széles tartományban változhat, így szállítása és tárolása mindenképpen átgondolt, egyes esetekben speciális technológiát, technológiai rendszert igényel.

A pellet. egy hengeres préselvény, amely szemben a faaprítékkal, kis geometriai méretének és nagy energiasûrûségének köszönhetõen jól tárolható és szállítható, tüzeléstechnikai szempontból adagolása pedig jól automatizálható. Méreteit tekintve átmérõje lehet 6-8-10-12 mm, hossza pedig 10–25 mm között. A tüzipelletet, mint biotüzelõanyagot számos nemzetközi szabvány szigorú követelmény rendszerrel szabályozza, beleértve a fizikai, energetikai, minõségi jellemzõket is, így egy standardizált, alacsony nedvességtartalmú (10%), folyamatos minõséget biztosító tüzelõanyagról beszélhetünk.

A brikett is egy tömörítvény, amely geometriai méreteiben és kialakításában tér el a pellettõl. A présgép mûködési elvének függvényében a termék lehet hengeres, vagy hasáb formájú.

A bála. Elsõsorban mezõgazdasági eredetû lágyszárú növények összepréselésével elõállított tömörítvény, préselvény, amely nagy geometriai méretekkel rendelkezik. Gépi anyagmozgatása megfelelõ, jól tárolható. Megjelenési formája szerint csoportosítjuk: 

- Körbála 

- Szögletesbála

          • Kisbála

          • Nagybála

A felhasznált szilárd biomassza tüzelõanyag megjelenési formája szerinti alkalmazás alapján az alábbi mûszaki megoldások ismertek:

A hasábfa-tüzelõk nagy tûzterû, hosszú égést lehetõvé tevõ megoldások. A kialakítástól függõen többnyire bálatüzelésre is alkalmasak.

A darabosfa-tüzelõk fõleg hagyományos egyaknás vagy kétaknás kályhák, vegyestüzelésû kazánok. Léteznek már automatizált, a fagázosítás elvén mûködõ berendezések, amelyek jó hatásfokkal (≥90%) magas komfort fokozat biztosításával mûködnek.

A brikett-tüzelõk elsõsorban a kandallók, másodsorban a kályhák és kiskazánok sorolhatók ebbe a kategóriába.

A pellettüzelõk automatizált, magas komfort fokozatot biztosító berendezések, hiszen az alkalmazott tüzelõanyag nagy energiasûrûsége, homogén méret eloszlása miatt nagy pontossággal adagolható. A tüzelõberendezés hatásfoka szintén magas, és a vezérlésnek köszönhetõen a kibocsátott füstgáz komponensek alacsonyak, így környezetbarát technológia.

Az aprítéktüzelõk tûzterét legtöbbször samottal bélelik a jó hatásfok és az alacsony füstgáz kibocsátás érdekében. A kevésbé homogén tüzelõanyagot kis mennyiségben, de gyakran kell a tûztérbe juttatni, ezért adagolóra vagy anyagmozgató rendszerekre van szükség. Az aprítéktüzelõ kazánok kialakítás szerint lehetnek: direkttüzeléses és elõtét-tüzeléses kazánok.

A direkttüzelõk jellemzõje az, hogy a faapríték tökéletlen égése, azaz az illóanyag tartalom kigázosodása közvetlenül a tûztérben zajlik, jelentõsen függve a tûztér pillanatnyi hõmérsékletétõl. Ennek eredményeképpen nem, vagy csak nehezen szabályozható. Az apríték tûztérbe vezetésének különbözõ módjai lehetségesek: 

- befúvásos, 

- alátolós, 

- rátolós rendszerû.

Az elõtét-tüzeléses tüzelõberendezés kialakítás lényege az, hogy a tûzteret megelõzõen egy úgynevezett elõtét égetõkamra van, melyben a tüzelõanyag kigázosodása megtörténik, majd a kigázosodott éghetõ gázt a kazánban, megfelelõ tûztérhõmérséklet esetén égetjük el nagy hatásfokkal.

Családi ház fûtése fapellettel

Családi ház fûtésére használatos tüzelõberendezések 10-50 kW névleges teljesítmény kategóriában szóródnak alapterület és alkalmazástól függõen. A kisebb teljesítményûek a helység fûtõ berendezések, mint például a pellet kandallók, amely automatizált, ám szakaszos üzemû berendezések. A kategória felsõ tartományába tartozó központi tüzelõberendezések folyamatos üzemûek, zárt rendszerben hõcserélõ közeggel mûködtetett, szabályozott és automatizált rendszerek. Míg az elõbbinek saját, de kis kapacitású tüzelõanyag tartálya van, addig az utóbbi megoldásoknak elsõsorban külsõ, külön helyigényû, de nagy kapacitású tároló rendszerük van, amely biztosítja az autonóm üzemvitelt.

A családi házak fapellettel történõ fûtésének elsõ kritériuma a rendszer tervezése, megfelelõ tüzelõanyag tároló vagy tartály kiválasztása, méretezése. Ezen technológiák kiemelt jellemzõje a magas komfort fokozat, amelyet korszerû automatizálással és a hosszú, beavatkozás nélküli üzemidõvel lehet biztosítani. A pelletfûtés, legyen az helység, vagy központi fûtés rendszer a gázfûtésnél megszokott komfort fokozatot nyújtja. A legkorszerûbb vezérlési megoldásokkal szerelt berendezések mobiltelefonnal irányíthatóak, állapotuk ellenõrizhetõ.

Ezen rendszerek intenzív elterjedésének jelenlegi elsõdleges gátja a magas beruházási ár, azonban jól átgondolt ösztönzõ támogatásokkal ez legyõzhetõ volna, míg másodlagos tényezõként a tüzelõanyag ellátási és logisztikai rendszerének kialakítása indokolt.

Fûtés faaprítékkal

A faapríték egy versenyképes tüzelõanyag, tekintettel arra, hogy a termesztést és betakarítást követõen nem esik át további átalakításon, kezelésen. Ugyanakkor felhasználásánál figyelembe kell venni, hogy a nedvességtartalma magasabb, mint a pelleté, egyes esetekben 30-40% is lehet, melyet a tüzelõberendezésnek kezelnie kell.

A jó minõségû, száraz faapríték is magas hatásfokkal tüzelhetõ el automatizált tüzelõberendezésben, azonban ezen tüzelõanyagnál elõfordulhat külsõ szennyezõdésbõl (homok, sár, apró frakciójú kéreg) eredõ minõségromlás, amely a tüzelõberendezés üzemeltetését nehezíti. Köszönhetõen a tüzelõanyag jellegének és költségeinek alkalmazása lehetséges a kis-, közepes- és nagy teljesítményû fûtési rendszerekben egyaránt.

Alkalmazása esetén számolni kell a tüzelõanyag logisztikai feladataival, ezért hazánkban a lakosság körében még nem tudott nagy mértékben elterjedni ez a tüzeléstechnikai mód. A laza halmaz szerkezetû tüzelõanyag nagy helyigénye miatt a tárolása tér- és beruházás igényes.

Mezõgazdasági melléktermékek energetikai alkalmazása

A hazai alapanyagforrásokat figyelembe véve a mezõgazdasági eredetû melléktermékek között elsõsorban a gabona szalma, ezen belül is bálázott formában hasznosítható energetikai célra. A szalma bála, mint tüzelõanyag mezõgazdasági termelõknél önköltségi áron megtermelhetõ, így saját hasznosítása gazdaságos lehet. A bálatüzelés hazánkban sokszor vitatott technológia, tekintettel a szigorú környezetvédelmi elõírásoknak, melyek a füstgáz kibocsátási értékeket alacsonyan szabják meg. A bálatüzelésnek kidolgozott technológiai megoldásai léteznek, s számos európai országban található mûködõ példa, azonban az említett hazai elõírások miatt ezek sok esetben nem adaptálhatóak. Ilyen beruházások elõkészítésénél mindenképpen ki kell kérni a technológia szállító és/vagy gyártó írásos állásfoglalását, hogy a hazai környezetvédelmi határértékeket a berendezést kitudja elégíteni, ellenkezõ esetben a környezetvédelmi engedélyek hiányában az üzemeltetés nem lehetséges.

Összefoglalásként elmondható, hogy a hazai alapanyagforrás rendelkezésre áll, legyen az erdészeti, vagy mezõgazdasági eredetû melléktermék, vagy energetikai célú fõtermék. Ezen anyagok tüzeléstechnikai alkalmazásának automatizált és korszerû eszközei vannak, melyek nagy hatások mellett, magas komfort fokozatot biztosítanak, környezetbarát és nem utolsó sorban gazdaságos módon. A biomassza tüzelés a jövõbeli beruházások kiemelt célterülete, mind a lakossági, mind pediglen a közepes és nagy teljesítményû fûtõmûvi beruházások esetében.

További kérdések esetén keressék akkreditált energetikai vizsgálólaboratóriumunkat, illetve elérhetõségeinket a www.fvmmi.hu honlapunkon.

Tóvári Péter • Körmendi Péter

FVM MGI