Lietuvoje biomasė plačiai panaudojama kurui. Jos dalis bendrajame kuro balanse sudaro apie 8 procentus. Biomasėje akumuliuojama saulės energija, o deginimas yra neutralus procesas anglies dvideginio atžvilgiu, nes fotosintezės metu anglies dvideginis iš oro vėl konvertuojamas į biomasę.

Kurui biomasė naudojama įvairios formos – tai malkos, smulkinta mediena ir miško atliekos, briketai ir granulės, šiaudai, augalinės produkcijos perdirbimo atliekos ir net grūdai. Savo mechaninėmis savybėmis grūdai labai panašūs į biomasės granules. Tačiau degimo procesą lemiančios savybės skiriasi ir nuo šiaudų, ir nuo medienos.

Grūdų degimo ypatybės

Grūdų kaloringumas sudaro apie 17 MJ/kg ir mažai skiriasi nuo medienos bei jos granulių. Gerokai didesnis kaloringumas tik rapsų sėklų. Jis siekia net 26 MJ/kg. Tai lemia didelis aliejaus kiekis sėklose. Skirtingai nuo šiaudų, grūduose augalai sukaupia du kartus mažesnius metalų ir jų oksidų kiekius. Grūduose beveik neaptinkama gyvsidabrio, labai maži sieros ir chloro kiekiai. Todėl deginant grūdus katilo pakura neveikiama agresyvios chloro korozijos.

Be to, grūdų peleningumas vidutiniškai du kartus mažesnis negu šiaudų masės. Iškulti grūdai iš karto gali būti naudojami kurui. Ribojama tik jų drėgmė. Nereikia energijai gana imlaus granuliavimo proceso (apie 0,064 kWh/kg), derliui nuimti nebūtina speciali technika, grūdai gali būti ilgai saugomi. Tačiau dėl savo specifinių savybių jie deginami tik tiesioginio degimo katiluose su specialiais degikliais. Nemažai įmonių gamina katilus, kuriuose galima deginti ir grūdus, ir kitus augalininkystės produktus kaip alternatyvą medienos ir biomasės granulėms.

Katilų konstrukcija

Efektyviausiai ir su mažiausiomis teršalų emisijomis biomasė sudega specialiuose degikliuose. Juose galima optimaliai nustatyti paduodamo kuro ir oro kiekį į degimo kamerą bei plačiose ribose valdyti šiluminę galią, išlaikant aukštą naudingumo koeficientą. Konstrukcijos labai įvairios. Biotec ir Agrotec („Scanbio“) degikliuose įdiegta retortinio kuro padavimo sistema. Jame biomasės degimas vyksta dviem etapais – paduodamas kuras gazifikuojamas viršutinėje retortos dalyje, o susidariusios dujos sudeginamos pakuros kameroje. Tam papildomas oro kiekis nukreipiamas virš degtuvo. Susidarę pelenai išstumiami tiekiamu kuru į pelenų sukaupimo talpą po degtuvu. Kad kuras būtų tolygiai paskirstytas degimo zonoje, degtuvo viršuje naudojamas besisukantis žiedas. Tokioje konstrukcijoje nedaug judančių dalių, o kuro padavimo šnekas įrengtas žemos temperatūros zonoje. Kad ugnis neprasiskverbtų į kuro padavimo kanalą ir bunkerį, tarp horizontalaus šneko ir transporterio įrengiama šliuzinė užtvara. Programuojamas valdiklis sumontuotas degiklio korpuse.

„Künzel“ ir „Solarfocus“ firmų degikliuose naudojamas viršutinis kuro padavimas, o granulės patenka į pakurą gravitaciniu būdu. „Künzel“ degiklyje kuras deginamas porcijomis – sudeginus tam tikrą kiekį granulių gesinama pakura, pašalinami pelenai ir vėl atnaujinamas degimas. Visa tai atliekama visiškai automatiškai. Abiejų firmų katilai gaminami su integruotais konteineriais kurui. „Solarfocus“ firmos degiklyje degimas nepertraukiamas, o pirminis degimas vyksta ant nuožulnios plokštumos. Ši įmonė savo gamybos saulės kolektorių sistemas komplektuoja su biomasės katilu ir integruotu dviejų kontūrų tūriniu šildytuvu Pelletplus su minėtos sistemos kuro padavimu.

Bioterm degikliuose įdiegta daug sudėtingesnė konstrukcija. Pirminiu transporteriu kuras paduodamas į tarpinę kamerą ir iš ten per šliuzinę užtvarą į šnekinį pakuros dozatorių. Pati degimo zona yra cilindrinėje degiklio dalyje. Kuras uždegamas automatiškai pagal valdiklio komandą specialiu degikliu. Paduodamas kuras pelenus nustumia į pelenų talpą.

Nepriklausomai nuo degiklio konstrukcijos, šiluminio katilo naudingumo koeficientas deginant granules arba grūdus sudaro apie 90 procentų plačiame galių diapazone. Įprastai degikliai pritaikyti deginti tik medienos granules (Künzel) arba grūdus ir granules (Bioterm), tačiau dalis gamintojų nurodo, kad yra galimybė kaip papildomą kurą naudoti grūdus, vaisių kauliukus, išspaudas, augalininkystės produktų perdirbimo atliekas (Farmet, Pellas). Šioms kuro rūšims būdinga žemesnė pelenų lydymosi temperatūra, mažesnis kaloringumas, didesnis peleningumas. Tokiam kurui deginti automatiškai keičiami valdiklio ir kuro dozavimo sistemų nustatymai arba tiesiog valdiklyje nustatoma reikiama kuro rūšis. Atskirais atvejais reikia pakeisti mechanines kuro dozavimo sistemos detales. Patikimas ir saugus degiklio darbas įmanomas tik automatiniame režime. Elektroninė sistema kontroliuoja liepsną, degimo ir katilo temperatūrą, priklausomai nuo nustatytų parametrų reguliuoja kuro ir oro padavimą, valdo cirkuliacinius siurblius, saugo katilą ir šildymo sistemą nuo perkaitimo.

Optimaliam kuro ir deguonies kiekio santykiui palaikyti naudojamas vadinamasis liambda zondas. Reikiama katilo galia nustatoma, reguliuojant paduodamo kuro kiekį. Automatinė apsaugos sistema sustabdo katilą, sutrikus bet kuriai iš elektrinių pavarų arba pasibaigus kurui, sugedus jutikliams, temperatūroms pasiekus ribines vertes, užgesus liepsnai pakuroje. Specialiai darbui su tokiais degikliais skirtuose katiluose kartais įrengiamas vandens rezervuaras su termovožtuvu. Temperatūrai viršijus nustatytą vertę, vandeniu užliejamas degiklis arba dozatoriuje esantis kuras, taip atvėsinamas katilas ir sumažinamas avarijos pavojus dėl perkaitimo arba nutrūkusio elektros tiekimo.

Lietuvoje populiariausi Eurofire (AB „Ecosystem“) granulių degikliai, naudojami ir vietinių katilų gamintojų įrangoje. Šiame degiklyje įdiegta patentuota kryžminė oro cirkuliacijos degiklyje sistema, kuri užtikrina ypač efektyvų degimo procesą. Dėl automatinės uždegimo sistemos nereikia katilo laikyti palaikomojo degimo režime, be to, ji didina įrenginio ekonomiškumą, nors toks režimas numatytas.

Minėti degikliai gali būti sumontuoti beveik visuose kieto ir skysto bei dujinio kuro katiluose su dideliu degimo kameros tūriu. Galių diapazonas taip pat labai platus – nuo 10 iki 300 kW. Verta juos sumontuoti naujuose skysto kuro katiluose. Katilo šiluminė galia dirbant su tokiu degikliu sumažės per pusę dėl mažesnio pakuros tūrio ir mažesnio kuro kaloringumo. Senos konstrukcijos kieto kuro katiluose stebuklų nepasieksime, bet naudingumo koeficientas padidės 5–7 procentais.

Kuro kokybė

Degiklių darbo patikimumas labai priklauso nuo kuro kokybės. Didelis dulkių kiekis (smėlis, biomasės trupiniai) skatina susidaryti šlakus ir padidina dozavimo mechanizmo dilimą, o didesnė kaip 15 proc. drėgmė mažina kuro kaloringumą ir katilo galią. Specializuotuose mažos galios katiluose įmontuojamos integruotos talpyklos granulėms ir grūdams laikyti. Kuro jose pakanka 1–5 paroms. Universalūs ir didesnės galios katilai komplektuojami su atskiru konteineriu granulėms ir pirminiu padavimo transporteriu arba su transportavimo įrangos, tiekiančios ­kurą iš saugyklos namo rūsyje, komplektu. Transportavimo atstumas gali siekti kelias dešimtis metrų.

Katilo su tokiu degikliu darbas mažai skiriasi nuo dujinio ar skysto kuro katilo. Dėl efektyvaus kuro degimo susidaro nedidelis pelenų kiekis. Katilas gali dirbti be pertraukos 2 ir daugiau savaičių. Naudojami programuojami valdikliai užtikrina daug komfortą didinančių funkcijų – temperatūros reguliavimą pagal nustatytą vertę atskiroms dienoms bei nustatytu grafiku dienos metu, savaitinį šildymo grafiką, distancinį valdymą pulteliu ir net GSM ryšiu. Tokių katilų kaina siekia 10 000 litų ir daugiau. Pigesnis variantas – naudoti universalų kieto kuro katilą su degikliu. Iš vietinių gamintojų galima rekomenduoti UAB ,,Kalvis“ ir AB ,,Vienybė“ katilus. Jei reikia, degiklis atjungiamas ir universaliame katile galima deginti malkas. Savo techniniais parametrais jie nenusileidžia užsienio firmų gaminiams ir yra gerokai pigesni. Šių gamintojų katiluose galima naudoti universalius Pellas („Isol S.C.“) degiklius, pritaikytus grūdams, vaisių kauliukams deginti. Minėta firma taip pat gamina 40–140 kW galios degiklius, skirtus kepykloms.

Kitokios konstrukcijos yra italų firmos „D’Alessandro Termomeccanica“ biomasės deginimui skirti CS serijos katilai. Retortinis degiklis montuojamas katilo apatinėje dalyje, o pats katilas gali būti dviejų arba trijų eigų. Konstrukcija kompaktiškesnė, mažesni šilumos nuostoliai, tačiau remonto ir priežiūros požiūriu įrengimas nėra patogus.

Be patalpų šildymo, daug šilumos, ypač esant nepalankioms meteorologinėms sąlygoms derliaus nuėmimo metu, reikia žemės ūkio produkcijai džiovinti. Minėta firma gamina GS serijos 40–230 kW galios karšto oro generatorius šildymo-vėdinimo sistemoms ir džiovykloms. Juose galima deginti ne tik granules ir grūdus, bet ir smulkintą medieną, augalus bei atliekas.

Grūdų naudojimo kurui prielaidos

Technikos pasirinkimas gana didelis. Belieka skaičiuoti, kada apsimoka naudoti biomasę ir grūdus kurui. Prieš keletą metų grūdus naudoti kurui apsimokėjo – mažos grūdų supirkimo kainos ir didelė pasiūla rinkoje. Grūdai buvo gerokai pigesni už granules. Dabar rinkoje padėtis pasikeitė iš esmės. Supirkimo kainos išaugo, didelis žaliavos poreikis aliejaus, metanolio ir etanolio gamybai. Kainų skirtumas tarp grūdų ir granulių nedidelis. Kurui praktiškai telieka nekondiciniai grūdai arba išauginti padidintos taršos zonose (rekultivuojamuose plotuose, nutekamųjų vandenų nuosėdomis tręšiamose plantacijose). Šiuo metu medienos granulių kaina priklausomai nuo kokybės svyruoja nuo 440 iki 600 Lt/t. Gerokai brangstant energetiniams ištekliams, ji neišvengiamai didės. Pašarinių grūdų kaina metų pabaigoje sumažėjo ir sudaro apie 635 Lt/t. Kainos atžvilgiu didelio skirtumo, ar deginti pirktas granules ar avižas bei kvietrugius, nėra (jų kaina apie 540 Lt/ t). Žinant, kad avižų energetinė vertė sudaro 17–18 MJ/kg, o jų išauginimo energetinės sąnaudos – 13,4–14 MJ/ ha, energetinis panaudojimo efektyvumas bus ne mažesnis kaip 5,6, prikuliant 4,2–4,7 t/ ha. Taikant mažesnes tręšimo normas ir ribojant augalų apsaugos priemonių naudojimą, derliai sumažės iki 2 4–2 8 t/ha, tačiau energetinis efektyvumas bus 4–5, nes labai sumažės gamybos kaštai.

Dideliuose ūkiuose, kur gana dideli dirbamos žemės plotai, galima taikyti ekstensyvią technologiją su minimaliu žemės dirbimu, mažuose ūkiuose – intensyvią, garantuojančią didesnius derlius. Ūkininkams, turintiems grūdų perteklių, grūdai gali būti visai nebloga medienos alternatyva saviems šiluminės energijos poreikiams tenkinti.

Gerokai didesnė ekonomija bus tuomet, kai grūdais keisime deginamą krosninį kurą arba elektros energiją. Šiluminės energijos poreikiui apie 200 GJ patenkinti reikia apie 5 000 litrų krosninio kuro arba dyzelino. Tokį pat šilumos kiekį pagaminsime, sudeginę apie 10 t grūdų, bet sutaupysime ne mažiau kaip 5 700 litų. Naudojant biomasę kurui vietoje elektros energijos, ekonomija sudarys net apie 14 800 litų. Individualaus namo šildymui per metus reikia 5–7 tonų grūdų.