5.2 Комбіноване теплопостачання з використанням біогазових установок і котлів, що працюють на соломі

        В Україні кожен рік виробляється більше 25 млн. тонн соломи, четверта частина якої не використовується ні як корм, ні на інші потреби – тобто просто згниває на полях. Використання біогазових установок для переробки органічних відходів ферм і підгнившої соломи і котлів на соломі дозволить комплексно підійти до проблеми енергозбереження [68].

Використання котлів на соломі потребує необхідного запасу палива та догляду за процесом горіння. Солома має нижчі енергетичні показники порівняно з газом –  теплоту згоряння 16 МДж/т, але і набагато нижчу ціну. Так, станом на 2009 рік, середня ціна 1000 м³ газу складає  300 доларів, а ціна соломи 150 грн./тонна.

Розглянемо принципову схему котла, що працює на соломі (рис. 5.5). Котел працює таким чином: тюк соломи завантажується у топку котла і підпалюється. Кількість повітря на горіння соломи регулюється дуттьовим вентилятором 4, що має частотне регулювання і керується системою автоматики. Шляхом рівномірної подачі повітря через повітропровід 3 відбувається рівномірне горіння. Вода в баку-акумуляторі 6 нагрівається за рахунок нагріву в  теплообміннику 5, який захищений від відкритого полум’я шаром вогнетривкої цегли 2. Вода циркулює природним шляхом або примусово.

Рисунок 5.5 − Котел, що працює на соломі: 1 – корпус котла;

2 – шар вогнетривкої цегли; 3 – повітропровід; 4 – дуттьовий вентилятор;

5 – циркуляційні трубопроводи малого контуру циркуляції; 6 – бак-акумулятор, 7 – розширювальний бак, 8 – теплообмінник споживачів теплової енергії; 9 − димова труба, 10 – циркуляційний насос контуру теплопостачання.

 Об’єм бака попередньо приймають з розрахунку 70 літрів на 1 кг соломи, що вноситься в котел. Циркуляційний насос відкачує гарячу воду з бака і подає її на розподільний колектор теплового пункту, де відбувається відбір теплової енергії на потреби господарства. Горіння тюків відбувається протягом 4…5 годин. Підключення котла без бака- акумулятора не рекомендується, оскільки при цьому важко регулювати потужність котла. При відсутності в системі бака-акумулятора об’єм води в системі теплопостачання (л) повинен складати не менше 4-кратної потужності котла в кВт.

         Підключення котла може здійснюватися чотирма основними шляхами:

безпосереднє підключення котла в систему з баком-акумулятором

-         (рис 5.6);

-         без бака-акумулятора з безпосереднім приєднанням котла до системи теплопостачання;

-         з незалежним підключенням через теплообмінник (рис. 5.7);

з каскадним підключенням котла на соломі і (біо)газового котла.

Рисунок 5.6 – Комплексна робота котла на соломі і БГУ

Комплексна робота котла на соломі і БГУ (рис. 5.6) відбувається таким чином: котел 1, що працює на соломі, виробляє теплову енергію, що акумулюється в баці 2 і відбирається звідти циркуляційним насосом 4 малого контуру через систему трубопроводів.  У зв’язку з безпосереднім підключенням котла в систему теплопостачання виникає необхідність регуляції температури теплоносія для задоволення потреб всіх споживачів. Біогазовий реактор 5 споживає теплоносій з температурою не вище 60 ^оС, тому регулювання температури відбувається шляхом відкривання триходового клапана на роботу по байпасній лінії і підмішування зворотного теплоносія у подавальну магістраль. Триходовий клапан регулюється залежно від температури зворотного теплоносія, яка відслідковується сенсором клапана. Сенсор поєднаний з клапаном гідроімпульсною лінією.  Акумуляція теплової енергії здійснюється баком-акумулятором 6. Також тепло використовується на систему калориферів вентиляції або підлогового опалення 7. Дана система проста в виконанні і недорога, але має недолік – всі споживачі отримують теплоносій однієї температури. Дану проблему дозволяє вирішити схема підключення з незалежною циркуляцією теплоносіїв (рис. 5.7).

Рисунок 5.7 – Незалежне під’єднання котла, що працює на соломі, до споживачів: 1 − котел, що працює  на соломі; 2 – бак-акумулятор;

3 – циркуляційний насос котлового контуру; 4 − теплообмінник;

5 − циркуляційний насос системи теплопостачання; 6 – біогазовий реактор; 7 – бак-акумулятор; 8 – споживачі теплової енергії  

Робота системи теплопостачання відбувається таким чином. Котел 1 генерує високотемпературний теплоносій, який транспортується по системах трубопроводів насосом 3. Насос передає тепло вторинному теплоносію в теплообміннику 4. Схема течії теплоносіїв – протитокова. Залежно від підбору теплообмінника визначається і температура у вторинному кільці циркуляції. Циркуляційний насос 5 підбирається за умов забезпечення необхідної витрати і компенсації втрат тиску в системі. Розділення гідравлічних контурів дозволяє використовувати різні за якістю теплоносії, зменшувати кількість незамерзаючої рідини, запобігти витіканню всього теплоносія. Роботу біогазового реактора можна організувати шляхом встановлення на зворотному трубопроводі температурного обмежувача потоку. Даний пристрій дозволяє підтримувати зворотну температуру теплоносія на рівні 40 °С, таким чином не перевищуючи верхньої межі подачі в 60 °С. Всі інші споживачі працюють в режимі підвищених температур теплоносія, наприклад, 80°С подачі і 60°С зворотного теплоносія.

В схемах на рис 5.6  і  рис 5.7 регулювання гідравлічних режимів відбувається клапанами з імпульсними лініями, для яких не потрібно електричної енергії і контролерів, що робить дані схеми відносно недорогими. Обмеження на використання клапанів  з імпульсними лініями накладається лише максимальним типорозміром виробника.