Numer 09/2000
Całoroczna produkcja roślin w polskich warunkach klimatycznych wymaga dostarczania dużej ilości energii cieplnej, co wpływa znacząco na koszty produkcji oraz zanieczyszcza środowisko naturalne szkodliwymi produktami spalania.
| Całoroczna produkcja roślin w polskich warunkach klimatycznych wymaga dostarczania dużej ilości energii cieplnej, co wpływa znacząco na koszty produkcji oraz zanieczyszcza środowisko naturalne szkodliwymi produktami spalania. | ||
|
| ||
| Źródła energii cieplnej | ||
Najczęstszym paliwem używanym do ogrzewania upraw pod osłonami w Polsce jest obecnie węgiel kamienny, spalany w kotłach o różnej konstrukcji, najczęściej z ruchomym rusztem do spalania miału węglowego — w 90% źródłem energii cieplnej są kotły węglowe o małej sprawności (poniżej 70%), bez instalacji odpylających, często opalane węglem najgorszej jakości (ze względu na cenę), z dużą zawartością siarki. Jednak wzrastająca cena węgla (szczególnie tego o niskiej zawartości siarki), wymagania ekologiczne dotyczące emisji spalin, mała sprawność kotłów węglowych (potrzebujących uciążliwej i kosztownej obsługi) oraz duże straty ciepła w wyniku ograniczonych możliwości szybkich zmian mocy cieplnych kotłowni węglowych powodują zainteresowanie właścicieli szklarni i tuneli foliowych tańszymi (tabela) i wygodniejszymi w eksploatacji źródłami ciepła. Ponieważ te najbardziej wygodne i ekologiczne, oparte na spalaniu paliw gazowych, są w większości niedostępne (gaz ziemny ze względu na brak sieci gazowych, a płynny z uwagi na wysokie nakłady inwestycyjne oraz koszty eksploatacji), do wyboru pozostaje jedynie olej opałowy: lekki, średni lub ciężki. Wybierając jeden z nich należy uwzględnić: - powierzchnię szklarni, - technologię produkcji (wymagany zakres temperatury), - sposób sterowania klimatem w obiekcie, - jednostkową moc cieplną kotłów, - moc elektryczną pozostającą do dyspozycji, - lokalizację kotłowni, - możliwość finansowania inwestycji.
Powierzchnia szklarni decyduje o mocy źródła ciepła, niezbędnej do ogrzania obiektu zimą. Aby w tym okresie utrzymać temperaturę powyżej 20°C, konieczne jest dostarczenie 3–5 MW mocy cieplnej na 1 ha obiektów wyposażonych w ekrany termoizolacyjne (4–6 MW/ha, jeśli ekranów nie ma). Ponieważ w polskich warunkach klimatycznych konieczne są dostawy energii cieplnej w całym okresie wegetacji (również latem), sterowanie źródłem ciepła powinno zapewniać możliwość zmian mocy cieplnej w zakresie 10–100%. Budowa kotłowni o tak dużym przedziale zmian mocy cieplnej, ze stałą wysoką sprawnością, bez ryzyka szkodliwej dla kotła kondensacji spalin (przyczyna korozji siarkowej) wymaga analizy doboru mocy cieplnej kotłów oraz sposobu ich sterowania. Ze względu na duży stopień skomplikowania technicznego, oleju ciężkiego należy używać w kotłach o mocach cieplnych powyżej 1 MW, w jednostkach o mniejszych mocach (kotłach wodnych lub piecach powietrznych) stosuje się olej opałowy średni lub lekki. Olej ciężki i średni wymagają po dgrzewania elektrycznego, roboczego — w podgrzewaczu paliwa, i awaryjnego — w instalacjach zasilających. Na 1 MW mocy cieplnej trzeba przewidzieć 25 kW mocy elektrycznej lub stosować podgrzewanie kolektora oleju palnikiem na olej lekki, co ogranicza zapotrzebowanie mocy elektrycznej do 10 kW na 1MW mocy cieplnej. Oleju ciężkiego nie powinno się używać, jeżeli kotłownia zlokalizowana jest w pobliżu osiedli mieszkaniowych lub na terenach o charakterze rezerwatów. Najistotniejszym elementem przy podjęciu decyzji o wyborze paliwa są konieczne nakłady inwestycyjne na budowę lub przebudowę kotłowni, prawie dwukrotnie większe przy oleju ciężkim niż przy oleju lekkim. | ||
|
| ||
| Kotły grzewcze | ||
| W kotłowniach szklarniowych używa się kotłów wodnych niskotemperaturowych o temperaturze wody grzewczej do 90°C. Ze względu na dużą ilość wody grzewczej w instalacjach przesyłowych, należy stosować kotły o odpowiednio dużej pojemności wodnej. Olej lekki można spalać w typowych kotłach płomienicowo-płomieniówkowych, a przy spalaniu powstaje mało zanieczyszczeń. Konstrukcje kotłów do spalania oleju ciężkiego, ze względu na emisję pyłów, muszą zapewniać maksymalne dopalanie pozostałości po spopieleniu oraz łatwe czyszczenie powierzchni ogrzewalnych kotła, szczególnie płomieniówek. Aby spalanie oleju ciężkiego przebiegało stabilnie (z małą ilością pyłów), konieczne są odpowiednio duże płomienice, bez szybkiego schładzania płomienia i spalin. Przepływ spalin w płomieniówkach kotła powinien odbywać się z małymi oporami (nieburzliwie). - Palniki na oleje opałowe Do spalania olejów opałowych najczęściej wykorzystywane są blokowe palniki wentylatorowe z wysokociśnieniowym rozpylaniem oleju przy pomocy dysz, rzadziej — ze względu na cenę — palniki emulsyjne (olej rozpylany jest parą) oraz wirowe. Konstrukcje palników na oleje opałowe są podobne. W palnikach na oleje średnie i ciężkie konieczne są podgrzewacze elektryczne oraz instalacje tłoczenia oleju umożliwiające uzyskanie oleju o odpowiedniej lepkości, niezbędnej w procesie tworzenia palnej mieszanki paliwowej. Palniki pracują w systemie dwustopniowym, a jedynie przy mocach grzewczych powyżej 1 MW — w systemie modulowanym (z możliwością płynnej zmiany mocy). Palniki na oleje opałowe ciężkie mogą także spalać (po regulacji) oleje średnie, natomiast palniki na olej lekki nie mogą spalać innych rodzajów paliw. - Instalacje olejowe Sposoby magazynowania oraz dostarczania oleju średniego i ciężkiego do palników muszą uwzględniać jego parametry techniczne: charakterystykę lepkości, temperaturę krzepnięcia, proces parafinacji oraz zawartość ciał stałych. Najistotniejszym problemem technicznym występującym w kotłowni na olej ciężki jest rozruch palników w przypadku wystudzenia oleju (olej zakrzepły). Budowa i wyposażenie instalacji muszą zapewnić dostarczenie do palników oleju ciężkiego o odpowiednich parametrach oraz serwisowy rozruch palników przy minimalnym zużyciu energii cieplnej, w przypadku zakrzepnięcia paliwa. | ||
|
| ||
| Piece powietrzne | ||
| Wygodnym sposobem ogrzewania mniejszych obiektów jest użycie ciepłego powietrza. Uzyskuje się je w tak zwanych piecach powietrznych, z paleniskiem palnikowym o specjalnej konstrukcji wymiennika spaliny-powietrze. Ze względu na nakłady inwestycyjne na budowę instalacji olejowych, do opalania tych pieców zaleca się palniki na olej opałowy lekki lub średni. Istotnym zagadnieniem przy tego typu ogrzewaniu jest również fachowe zaprojektowanie i wykonanie instalacji rozprowadzającej ciepłe powietrze oraz dobór wentylatora do jego tłoczenia. | ||
|
| ||
| Uwarunkowania techniczne przy oleju ciężkim | ||
| - Paliwo w zbiorniku głównym musi być podgrzewane do temperatury co najmniej 50°C i tłoczone do instalacji pod ciśnieniem nie mniejszym niż 2 bary. - Zasilanie palników olejem o temperaturze minimalnej 70°C musi się odbywać poprzez kolektor, do którego zawracany jest z palnika nadmiar gorącego oleju (120°C). - Instalacja olejowa musi być podgrzewana roboczo i awaryjnie oraz wyposażona w osprzęt i automatykę zabezpieczającą. Zbiorniki i instalacje oleju muszą mieć odpowiednią izolację cieplną. | ||
|
| ||
| Uwarunkowania ekologiczne przy oleju ciężkim | ||
| - Zbiorniki oleju muszą być zabezpieczone przed awaryjnymi wyciekami (zbiorniki dwupłaszczowe lub jednopłaszczowe umieszczone w specjalnej wannie izolującej od gruntu). - Instalacje olejowe powinny posiadać automatykę wyłączającą obieg oleju w przypadkach nieszczelności. - Spalanie oleju powinno przebiegać bez sadzy i nie przekraczać emisyjności: dwutlenku siarki —1,25 kg/GJ (norma dla węgla — 0,64 kg/GJ), dwutlenku azotu — 0,12 kg/GJ (norma dla węgla — 0,095 kg/GJ). | ||
|
| ||
| Uwagi praktyczne | ||
| - Palniki wymagają okresowych przeglądów i regulacji spalania, szczególnie po każdej dostawie oleju (zmiana parametrów oleju). - Obniżenie temperatury oleju w instalacjach powoduje awarie pomp palników, uszkodzenia w instalacjach elektrycznych palników oraz nieprawidłowe spalanie. - Instalacje olejowe umożliwiające osiągnięcie wymaganych parametrów oleju pozwalają na praktycznie bezobsługową pracę kotłowni. - Najważniejszymi elementami obniżającymi koszty eksploatacji kotłowni na olej opałowy ciężki są: sterowanie systemem ogrzewania w szklarniach (modulowana praca palnika pozwalająca na uzyskanie wody grzewczej o wymaganej temperaturze i regulowanie dopływu ilości tej wody poprzez zawory trójdrożne, sterowane regulatorami temperatury) oraz ograniczenie zużycia energii elektrycznej (w wyniku podgrzewania ciężkiego oleju opałowego wodą kotłową oraz kolektorem z kotłem na lekki olej opałowy). Dr inż. Lucjan Furtak jest pracownikiem Instytutu Ogrzewnictwa i Wentylacji Politechniki Warszawskiej | ||
