Zamów w naszym sklepie
  • 12-636-18-51
  • wydawnictwo@plantpress.pl
ogrodinfo.pl
sad24.pl
warzywa.pl
Numer 08/2005

NAJNOWSZE TECHNOLOGIE WYTWARZANIA CIEPŁA

W "Haśle Ogrodniczym" 4–7/2004 opisane zostały urządzenia do magazynowania i spalania mazutu oraz wytwarzania ciepła (zbiorniki, kotły, palniki), a także uwarunkowania techniczne, ekonomiczne i prawne związane z budową i eksploatacją kotłowni opalanej olejem ciężkim. Nadal aktualne jest pytanie: z którego paliwa — węgla czy mazutu — ciepło jest tańsze?

Koszty wytwarzania ciepła zależą od stosowanej technologii — tańsze jest z miału węglowego, jeżeli mazut byłby podgrzewany energią elektryczną (stare technologie). Ale tańsze ciepło niż z węgla otrzymamy z mazutu, jeżeli spalimy go zgodnie z najnowszymi technologiami — z podgrzewaniem oleju przy minimalnym udziale energii elektrycznej i gdy oszczędnie gospodarujemy ciepłem. Oprócz zmiennych cen mazutu, na które nie mamy wpływu, najważniejszymi elementami kosztowymi ciepła wytwarzanego z mazutu są:

  • źródło zakupu mazutu — rafinerie mają różne jego ceny;
  • technologia podgrzewania mazutu w zbiorniku;
  • sposób spalania — rodzaj palnika (ciśnieniowy, rotacyjny, pneumatyczny);
  • sposób odbioru i magazynowania ciepła w wodzie grzewczej — sprawność energetyczna, straty ciepła.

Specyfiką ogrodnictwa szklarniowego jest małe wykorzystanie zainstalowanej mocy grzewczej (15–25%) oraz szczytowe odbiory ciepła. W połączeniu z dużą pojemnością wody grzewczej w instalacji (ok. 20 m3/ha), system grzewczy wymaga wyposażenia w źródło ciepła o odpowiedniej mocy grzewczej i pojemności wody gorącej.

Najczęściej stosowanymi urządzeniami do wytwarzania ciepła są:

  • kotły o małej pojemności wodnej (3–4 m3 wody/MW) połączone z instalacją grzewczą poprzez tak zwane sprzęgło hydrauliczne;
  • kotły o dużej pojemności wodnej (4–5 m3 wody/MW) połączone bezpośrednio z instalacją grzewczą.

Oba te rozwiązania mają wiele wad. Kotły o małej pojemności wodnej w przypadku szczytowego odbioru ciepła wymagają dużej mocy grzewczej. Zbyt niska temperatura wody wracającej do kotła powoduje konieczność zamknięcia dopływu wody do ogrzewania — kocioł pracuje w układzie, tak zwanego, podmieszania uniemożliwiając ogrzewanie szklarni.

Kotły o dużej pojemności wodnej są znacznie lepiej wykorzystywane przy szczytowym odbiorze ciepła, jednak w okresach mniejszego zapotrzebowania na ciepło, częste wyłączenia i włączenia powodują duże jego straty w wyniku wychładzania kotła w czasie każdorazowego przedmuchu bezpieczeństwa przy rozruchu palnika.

Przedstawione wady eliminuje system grzewczy akumulacyjny złożony z kotła o małej pojemności wodnej (poniżej 3 m3 wody/MW) — zwanego generatorem wody gorącej — oraz z odpowiedniej wielkości zbiornika wody gorącej (akumulatora ciepła). Taki zestaw daje najkorzystniejsze efekty energetyczne przy najmniejszych nakładach inwestycyjnych. Dotychczasowe systemy grzewcze wymagały do ogrzania hektarowej szklarni około 4 MW mocy grzewczej w kotłach o małej pojemności wodnej lub 3,5 MW w kotłach o dużej pojemności. System akumulacyjny przy takiej samej powierzchni szklarni wymaga zainstalowania generatora wody gorącej o mocy grzewczej 2,5–3,0 MW i zbiornika o minimalnej pojemności wodnej 100 m3. Ilość zakumulowanego w nim ciepła wystarczy do ogrzania 1 ha szklarni przez 5 do 8 godzin, przy temperaturze zewnętrznej do –15°C. Akumulator ciepła spełnia również funkcję rezerwowego źródła ciepła w przypadku awarii generatora lub braku paliwa. Z dużą dozą bezpieczeństwa ogrzewanie szklarni można oprzeć na jednym generatorze wody gorącej. Istotnymi parametrami pracy generatora są maksymalna temperatura 110°C i ciśnienie 0,5 bara podgrzewanej wody. Urządzenie o takich parametrach nie podlega żadnym ograniczeniom w zakresie instalacji i eksploatacji (UDT). Umożliwia zgromadzenie większej ilości ciepła w zbiorniku niż przy wytwarzaniu ciepła z kotłów o temperaturze wody do 90°C. Pozwala również na podgrzewanie mazutu do temperatury wystarczającej do rozpylania tego paliwa w palnikach pneumatycznych (90°C). Należy pamiętać, że w 100 m3 wody o temperaturze 110°C zgromadzimy około 10 MWh ciepła.

Akumulacyjny system grzewczy (ASG) oparty na generatorze wody gorącej w wersji agregatowej — wodny agregat grzewczy (WAG) z mazutowym palnikiem pneumatycznym PBYe sterowanym komputerowo oraz akumulatorem ciepła — zbiornikiem gorącej wody (ZGW) ze zbiornikiem wyrównawczym pokazany jest na schemacie.

Zbiornik mazutu (ZM)
z wodnym podgrzewaniem (wymiennik rurowy 1 kW/m3  mazutu) umożliwia podgrzanie oleju w wydzielonej strefie wodą z generatora (WAG) do temperatury 90°C. Mazut jest przesyłany pompą mazutową poprzez filtr zgrubny do podgrzewacza parowego w elektrycznym generatorze pary (GP). Nadmiar paliwa zawracany jest do zbiornika (ZM) poprzez regulator ciśnienia (RO), który stabilizuje ciśnienie mazutu (2–4 bary) zasilającego palnik pneumatyczny PBYe.

Generator pary (GP)
wytwarza parę grzałkami elektrycznymi z wody generatora (WAG) dostarczonej pompą (PW1) po otwarciu (sygnałem poziomu niskiego) elektrozaworu (EV1). Pompa (PW1) kieruje nadmiar wody do zbiornika gorącej wody. Regulator ciśnienia (RW) stabilizuje ciśnienie wody zasilającej generator pary (3 bary). Generator pary (GP) wytwarza parę wodną do rozpylania mazutu w palniku PBYe oraz podgrzewa mazut przy wyłączeniach palnika.

Palnik pneumatyczny PBYe
z rozpylaniem mazutu (rezerwowo — oleju lekkiego) parą wodną sterowany jest komputerem LMV (Siemens), pracuje z ciągłą modulowaną zmianą wydajności mocy grzewczej. Jest wyposażony w dwa niezależne napędy przepustnic paliwa i powietrza do spalania. Położenie przepustnic, w zależności od poboru mocy, ustawiane jest przez komputer zgodnie z zapisanymi w nim charakterystykami (sprzęgło elektroniczne). Klawiatura komputera dostępna dla użytkownika umożliwia zmianę charakterystyki pracy przepustnic. Komputer LMV przeprowadza rozruch, steruje wydajnością, wyłączaniem palnika oraz rejestruje wyłączenia awaryjne.

Wodny agregat grzewczy (WAG)
jest generatorem wody gorącej (110°C, 0,5 bara) z pionowym wymiennikiem rurowym woda/spaliny, bez elementów oporowych, z dużą komorą spalania (poniżej 0,7 MW/m3) chłodzoną wodą. Pionowy układ płomieniówek o dużych średnicach nie wymaga okresowego czyszczenia. Pozostałości spalania mazutu (pyły, popiół) opadają do płomienicy i gromadzą się w bocznym kolektorze spalin (czopuchu), z których są łatwo usuwane po otwarciu włazów inspekcyjnych. Ewentualne czyszczenie płomieniówek jest możliwe po otwarciu górnej pokrywy WAG-u. Generator wyposażony jest w system zabezpieczeń temperatury i ciśnienia. Sterowanie kotła monitorowane jest przez komputer palnika LMV, nieprawidłowa praca generatora wody lub wyłączenia awaryjne sygnalizowane są esemesami w systemie GSM.

Zbiornik gorącej wody (ZGW)
(akumulator ciepła) przeznaczony jest do magazynowania wody o temperaturze 110°C i ciśnieniu 0,5 bara z generatora (WAG). Skuteczność akumulatora ciepła zależy od pojemności wodnej zbiornika i jego izolacji cieplnej. Powinien mieć pojemność minimum 100 m3 na 1 ha szklarni oraz izolację o grubości co najmniej 100 mm (wełna mineralna). Zbiornik zabezpieczony jest przed wzrostem ciśnienia powyżej 0,5 bara, czujnik ciśnienia (CP1) otwiera przepustnicę (EV2), nadmiar wody upuszczany jest do zbiornika wyrównawczego. Spadek ciśnienia wody powoduje włączenie pompy (PW3) i uzupełnienie wody w (ZGW). Należy pamiętać, że zbiornik wyrównawczy powinien mieć pojemność wodną nie mniejszą niż 5% pojemności zbiornika (ZGW). Brak wody w zbiorniku wyrównawczym uzupełniany jest hydroforem po uprzednim uzdatnieniu w zmiękczaczu dwukolumnowym.

Podstawową zaletą akumulacyjnego systemu grzewczego (ASG) jest uzyskanie bezpiecznego, o największej z możliwych efektywności energetycznej, źródła ciepła przy najmniejszych z możliwych kosztach zakupu. Udział energii elektrycznej potrzebnej w tym systemie do wytworzenia 1 MW ciepła z mazutu nie przekracza 2 kW. System osiąga sprawność energetyczną nie mniejszą niż 93%. Wykorzystanie źródła ciepła zwiększa się do około 30–45%, cena zakupu WAG jest niższa od dotychczas proponowanych rozwiązań o około 30%.

Zbiornik mazutu, akumulator ciepła, zbiornik wyrównawczy można wykonać we własnym zakresie, co w sumie daje wyraźne obniżenie nakładów inwestycyjnych na budowę źródła ciepła.

Schemat technologiczny akumulacyjnego systemu grzewczego ASG