۴_۱ تکنولوژیهای تبدیل انرژی بیوماس
تکنولوژیهایی که برای تبدیل و آزاد سازی انرژی بیوماس بکار برده می شوند ، از بخاریهای باز ساده که در جهان در حال توسعه برای پخت و پز مورد استفاده قرار می گیرند ، تا واحد های پیرولیز پیشرفته تولید کننده سوختهای جامد ، مایع و گازی را شامل می شوند . تکنولوژیهای تبدیل بیوماس به سه دسته اساسی احتراق مستقیم ، بیوشیمیایی,ترمو شیمیایی تقسیم میشوند .
۵_۱ فرآیند های احتراق مستقیم
احتراق مستقیم ، قدیمی ترین روشی است که بشر برای تبدیل ا نرژی شیمیایی نهفته در سوختهای فسیلی به انرژی گرمایی به کار گرفته است . این فرآیند در حال حاضر از اساسی ترین فرآیند ها برای تبدیل بیوماس به انرژی حرارتی محسوب می گردد و برای انواع سوختهای جامد شامل چوب و ضایعات چوبی ، بقایای کشاورزی و باغی ( کاه ، سبوس ، برگ خشک ، ترکه ها ، پوست ساقه درختان ) و ضایعات جامد شهری ( زباله های شهری ) قابل استفاده می باشد . گرمای تولید شده در این فرآیند می تواند برای تولید برق و یا تامین حرارت مورد نیاز مصارفی نظیر فرآیندهای صنعتی ، گرمایش فضا ، پخت و پز و یا گرمایش نواحی مختلف شهری مورد استفاده قرار گیرد . وجود رطوبت نسبتا بالا در بسیاری از منابع بیوماس و نیز تنوع ترکیبات آنها ، باعث گران بودن تکنولوژیهای احتراق مستقیم گردیده است و استفاده از آنها را بدلیل اقتصادی با مشکلاتی مواجه ساخته است . با توجه به آنکه کوره ها و بویلرهای مصرف کننده سوخت جامد از سالها پیش برای بکار بردن زغال سنگ طراحی و ساخته شده اند و روند توسعه و بهبود را پیوسته طی نموده اند ، با کمی تغییر و یا حتی بدون تغییر می توان همین تاسیسات را برای تغذیه با زغال چوب ، هیزم و بقایای کشاورزی و جنگلی به کارگرفت . به موازات این تاسیسات ، در سالیان اخیر کوره هایی نیز برای سوزاندن زباله های شهری ساخته شده اند ، که قابلیت مصرف سوختهای مخلوط مانند زباله و لجن فاضلاب ، زباله و چوب یا زباله و زغال را دارا می باشند . سیستمهای احتراق مستقیم بطور کلی مجهز به کوره بستر ثابت و یا کوره های بستر سیال می باشند .
۶_۱ سیستمهای احتراق زیست توده سوز با کوره های بستر ثابت
در کوره های بستر ثابت ، مواد زیست توده بدون حرکت نسبت به بستر خود ، بر روی یک آتشخوان ساکن و یا متحرک ، سوزانده می شوند . آتشخوان از اساسی ترین اجزای کوره های احتراق محسوب می گردد و وظیفه انتقال زیست توده به داخل محفظه احتراق ، مخلوط کردن و تزریق هوای احتراق بر عهده آن می باشد . در این نوع کوره ها، بیوماس بدون پردازش و یا با حداقل پردازش وارد مخزن ذخیره می شوند و از آنجا با جرثقیل یا دستگاههای نقاله به کوره منتقل می گردند .
در برخی از سیستمهای احتراق مستقیم برای جلوگیری از آلودگی هوا مواد زیست توده را بصورت پردازش شده، مورد استفاده قرار می دهند . متداولترین سوخت مصرفی در این نوع کوره ها ، سوخت مشتق از زباله ( RDF ) می باشد . سوخت معمولاً بر روی یک آتشخوان متحرک که دارای سطح همواری است ، سوزانده می شود و هوا از زیر سطح آن، به محل احتراق وارد می شود و احتراق را یکنواخت و اختلاط هوا و سوخت را بهینه می کند . در قسمت بالایی بدنه محفظه احتراق نیز معمولا، دریچه هایی برای ورود هوای اضافی تعبیه می شوند . استفاده از سوختهای مشتق از زباله میتواند بصورت منفرد یا آمیخته با سایر سوختهای جامد ما نند چوب یا زغال سنگ در این کوره ها انجام پذیرد . استفاده از سوختهای مشتق از زباله دارای مزایایی به شرح زیر می باشد :
یکنواخت بودن خواص سوخت ، راهبری و تنظیم شرایط عملکرد کوره را راحتتر و برنامه ریزی برای استفاده از انرژیی احتراق را آسانتر می نماید .
در فرآیند تهیه سوخت مشتق از زباله RDF ، فلزات نامناسب وخطرناک از آن جدا میشوند و بدین ترتیب بخش بزرگی از انتشار آلاینده های زیانبار به هوا حذف می گردد .
برای تهیه سوخت مشتق از زباله ، هزینه نسبتا بالایی صرف می گردد ، که تا حدود بسیاری بر هزینه استفاده از این تکنولوژی می افزاید . سوختهای مشتق از زباله می توانند بصورت خرده شده و یا قطعات فشرده شده تولید شوند و به مصرف کوره های زباله سوز برسند .
۷_۱ کوره های احتراق بستر سیال ( FBC )
در کوره های احتراق بستر سیال ، با پر نمودن بخشی از کوره با مواد دانه ای شکل ، مانند سیلیس و یا ماسه های مقاوم ، بستر احتراق بوجود می آید . با دمیده شدن پیوسته جریان هوا یا اکسیژن با سرعت مناسب از زیر این بستر ، درمواد دانه ای شکل ( ذرات ) آشفتگی بوجود می آید و در نهایت بدون اینکه از محیط بگریزند ، در مسیر جریان هوا ( اکسیژن ) به حالت شناور در می آیند . به چنین وضعیتی حالت سیال گفته می شود . ذرات بستر سپس به کمک یک مشعل کمکی گرم می شوند ، پس از رسیدن ذرات بستر به دمای مناسب ، سوخت با جریان پیوسته به درون کوره ریخته می شود و با برخورد به سیال داغ ، می سوزد و گرما آزاد می کند . پس از این مرحله ، مشعل کمکی از مدار خارج میگردد ، زیرا اختلاط یکنواخت و پیوسته سوخت و ذرات بستر ، امکان احتراق کامل با دمای تنظیم شده و گرمای یکنواخت را از این مرحله به بعد ، فراهم می نماید . خاکستری که دراین شرایط تولید می شود ، درون بستر و در فضای بین ذرات باقی می ماند و دردوره های زمانی مشخص با خاموش کردن کوره ، خاکستر اضافه تخلیه می گردد ، تا حجم بستر از میزان مناسب تجاوز نکند . در این تکنولوژی ، معمولا با قراردادن لوله های آب در درون بستر ، گرمای ایجاد شده را به آن انتقال می دهند . فرآیند احتراق بستر سیال برای سوزاندن زغال سنگ کاربرد زیادی دارد ، اما می توان آنرا برای انواع سوختهای زیست توده مانند زغال چوب ، ضایعات کشاورزی ، خاک اره و زباله مورد استفاده قرار داد .
کوره های احتراق بستر سیال بطور کلی به دو نوع کوره های فشار عادی و کوره های تحت فشار تقسیم می گردند . کوره های فشار عادی در نیروگاههای برق بعنوان مولد بخار ( بویلر ) توسعه بسیاری یافته اند و هم اکنون نیروگاههایی با قدرت ۱۶۰ تا ۳۵۰ مگاوات با استفاده ازاین کوره ها درحال کار می با شند . امتیاز بزرگ این کوره ها ، سازگاری و انعطاف پذیری آنها نسبت به انواع سوختها و حتی سوختهای نامرغوب است . تا اوایل دهه ۱۹۹۰ میلادی اغلب این واحدها از زغال سنگ استفاده می نمودند . اما اکنون انواع زیست توده جامد بعنوان سوخت در این کوره ها مصرف می شوند . بازیافت انرژی در این فن آوری از راه تبدیل گرمای احتراق به بخار صورت می گیرد . تولید بخار به کمک لوله هایی که در محل بستر احتراق و گاهی در مسیر گازهای داغ خروجی از کوره قرار داده می شوند ، انجام می گیرد . بخار تولید شده می تواند وارد یک توربین بخار شده و برق تولید کند و یا برای اهداف صنعتی مورد استفاده قرار گیرد . کوره های بستر سیال تحت فشار قابلیت کاربرد درنیروگاههای برق با بازدهی نسبتا بالا را دارا می باشند . حجم و ابعاد این نوع کوره ها نسبت به نوع فشار عادی بسیار کمتر می باشد و ایجاد آلایندگی کمتری درمحیط زیست می نمایند . فشار درون محفظه احتراق این سیستم بین ۸/۵ تا ۵/۱۹ اتمسفرمی باشد .
۸_۱ فرآیندهای ترمو شیمیایی
در فرآیندهای ترمو شیمیایی ، بیوماس با دریافت گرما به محصولات بسیار با ارزشی ، که معمولا از نوع یک مخلوط گازی ، یک مایع نفت ما نند ، و یا چیزی شبیه زغال کربنی خالص می باشند ،تبدیل می گردد . توزیع این محصولات بستگی به میزان و حجم بیوماس ، دما و فشار واکنش ، مدت زمان حضور در محل احتراق و ارزش گرمایی بیوماس دارد . در فرآیندهای ترمو شیمیایی دما بالا ( بیشتراز ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد ) ، بیوماس به گاز تبدیل می گردد و در فرآیندهای دما پایین ( کمتر از ۴۰۰درجه سانتیگراد ) به عنوان مثال زغال چوب تولید می گردد . با استفاده از روشهایی، میتوان ازبیوماس تولید سوختهای مایع و یا مواد شیمیایی دیگر نیز نمود . فن آوری ترموشیمیایی در صورتیکه نوع فرآیند متناسب با نوع ماده خام و نوع محصول مورد نظر انتخاب شود وشرایط عملیاتی با دقت کافی تنظیم شوند ، دارای عملکرد خوبی می باشد . درکشورهای اروپایی تولید سوختهای مایع برای کاربرد درصنعت ترابری و موتورهای احتراق داخلی از اهمیت بالایی برخوردار می باشد ، درحالیکه در برخی از کشورها نظیر برزیل تولید زغال برای کاربرد درصنایع ذوب فلزات و سرامیک دارای اهمیت است . برخی ازکشورها ما نند کانادا بر روی بازیافت سوخت مایع و نیز تولید سوخت گازی تلاشهای فراوانی نموده اند . براساس تجربیات حاصله ، فن آوری تولید . زغال و تولید گاز مصنوعی با ارزش حرارتی پائین ، دارای کمترین پیچیدگی می باشند . تولید سوختهای مایع نیازمند تجهیزات و ملحقات بیشتری است و به دقت بیشتری نیاز دارد . چوب و زائدات جنگلی مناسب ترین مواد خام برای فن آوری ترموشیمیایی محسوب می گردند . پس از آنها زائدات کشاورزی لینگوسلولزی در رده بعدی ارزشی جای دارند . زباله های شهری بدلیل ناهمگونی در ترکیب خود ، عملکردی چندان خوبی در این فن آوری نشان نداده اند ، چنانکه درآمریکا تنها یک واحد آتشکافت زباله تا سال ۱۹۹۲ مشغول به کار بوده است .
۱_۸_۱ تولید سوختهای جامد
از قرنها پیش عمل کربنیزه کردن چوب ، جهت تولید زغال چوب صورت می گرفته است. با کربنیزه کردن چوب ، انرژی بیشتری در واحد جرم بدست می آید و حمل و نقل آن بسیار اقتصادی می شود زغال چوب محصول بدون دودی است که برای مصرف در محیطهای خانگی مناسب می باشد . در بخش صنعت ، زغال چوب در بخشهایی که مشخصات ویژه ای از سوخت ، نظیر کربن بالا و گوگرد کم لازم است ، مصرف می شود . در فرآیند داخل کوره های ساخت زغال چوب ، قسمتی از چوب سوزانده می شود تا درجه حرارت مورد نیاز برای عمل آتشکافت ( پیرولیز ) فراهم گردد . زمانیکه درجه حرارت به حدود ۲۸۰ درجه سانتیگراد میرسد ، فرآیند گرمازا شده و ارسال هوا و اکسیژن به کوره قطع می شود . ساده ترین کوره هایی که در بسیاری از مناطق جهان در حال توسعه بکار برده می شوند ، از تلی از چوب که با خاک در داخل گودالهایی پوشیده شده اند ، تشکیل یافته اند . دراین کوره ها فرآیند کربنیزه کردن بسیار کند صورت می پذیرد و کیفیت زغال چوب تولید شده نامرغوب می باشد .
۲_۸_۱ تولید سوختهای مایع
مایع سازی عبارت ازیک تبدیل ترمو شیمیایی است ، که در طی آن یک محصول مایع گونه ، از نقطه نظر فیزیکی و شیمیایی بسیار پایدار ، بدست می آید .
آتشکافت سریع چوب در راکتور بستر سیال : آتشکافت سریع که فرآیند دمای متوسط ( درحدود ۵۰۰ درجه سانتیگراد ) می با شد ، که در طی آن چوب بطور بیهوازی ، با سرعت بالا داغ می گردد . محصولات آتشکافت پس از سرد شدن بصورت روغن قابل استخراج می باشند . در این فرآیند چوبهای جنگلی پس از خشک شدن ، خرد ، آسیاب و غربال می شوند و با ابعادی بین ۲ تا ۵ میلیمتر وارد راکتور بسترسیال می گردند . بستر راکتور از ماسه پوشیده شده است و عامل سیال کننده آن ، گاز برگشتی از خود فرآیند می باشد ، که دمای آن بوسیله پیش گرمکن ها قبل از ورود به راکتور تا حد لازم افزایش یافته است . سرعت دمیدن گاز به داخل راکتور ، به نحوی تنظیم میگردد ، که ذرات زغال از راکتور به بیرون پرتاب می شوند ولی ذرات ماسه در آن باقی می مانند . دریک سیکلون ذرات زغال از جریان گاز خروجی جدا می شوند . جداسازی و بازیافت مایعات از گاز در دو چگالنده گرم و سرد انجام می گیرد . گاز خروجی در یک صافی ( الکتروفیلتر ) تمیز شده و بوسیله یک کمپرسور به مدار فرآیند باز میگردد . میزان جرم روغن تولیدی در این فرآیند درحدود ۷۵ درصد ، میزان جرم زغال تولیدی در حدود ۱۰ درصد و میزان جرم گاز تولیدی در حدود ۱۵ درصد جرم چوب خشک ورودی به پروسه می باشند . گاز و زغال تولیدی ، می توانند برای تامین انرژی حرارتی پروسه مورد استفاده قرار گیرند .
هیدرو پیرولیز ( آتشکافت با بخار آب داغ ) : دراین فرآیند با دمیدن بخار داغ به راکتور ، از چوب روغنهای سوختنی تولید می گردد . دمای این فرآیند بین ۳۰۰ تا ۴۰۰ درجه سانتیگراد و فشار درون راکتور درحدود ۲۵ مگاپاسکال می باشد . در این فرآیند ، تراشه های چوب خشک شده با رطوبت بین ۵ تا ۸ درصد و در اندازه های بین ۵/۰ تا ۵/۱ سا نتیمتر وارد راکتور می گردند . ارزش گرمایی روغن تولید شده در این فرآیند در حدود ۲۳ مگاژول بر کیلوگرم گزارش شده است و جرم آن نیز تا حدود ۵۰% وزن تراشه های چوب اندازه گیری شده است. گازی کردن فرآیند زیست توده یک فرآیند تجزیه به کمک گرما می باشد ، که در دمای بالا و در حضور سیالی در درون محیط فرآیند موسوم به عامل گازساز ، صورت می پذیرد . در خلال جنگ جهانی دوم، سیستمهای تولید گاز ازچوب و زغال چوب در سراسر جهان متداول شده و گاز تولیدی توسط آنها بعنوان سوخت در وسایل نقلیه گاز سوز مورد استفاده قرار گرفتند . بحران انرژی در دهه ۱۹۷۰ مجددا علاقه به سیستم های گازی بیوماسی را برانگیخت . تا سال ۱۹۸۰ بیش از ۱۵ کارخانه سازنده در جهان ، تاسیسات تولید گاز از چوب و زغال چوب را با ظرفیتهایی تا ۲۵۰ کیلو وات عرضه کردند . در سالهای بعد ، در فیلیپین برنامه هایی وسیع برای ساخت و فروش گازی کنندهای کوچک برای حرکت موتورها ، اجرا گردید . در برزیل ، پیش از ۳۰ سازنده ، تجهیزاتی با طرحهای مختلف و در اندازه های گوناگون عرضه کردند . وسایل تولید کننده گاز ازچوب با ظرفیتهایی تا ۳ مگاوات ( حرارتی ) درمناطق دور افتاده جهت تولید گاز برای پمپهای موتوری آبیاری بکار گرفته شدند . درحال حاضر انواع روشهای گازی سازی در جهان ابداع شده اند ، بعضی از این روشها که درگذشته مختص گازی سازی زغال سنگ بوده اند ، جهت گازی سازی بیوماس نیز سازگار شدند . در فن آوری های گازی کردن زیست توده ، با توجه به شرایط فرآیند ، امکان تولید انواع گاز مصنوعی با ترکیبات و ارزش گرمایی های مختلف امکانپذیر می باشد .
کابل افشان،سیم افشان،سیم ارت،قیمت کابل برق،کابل برق،سیم و کابل،کابل و برق سیمکو
- ۹۳/۱۱/۲۰