Помпи с приложение в биоенергетиката

Един от най-динамично развиващите се сектори на енергетиката е производството на биогорива и получаването на енергия от суровини с биологичен произход, различни от традиционните изкопаеми въглища, нефт и природен газ. Основните форми на биогоривата са три групи – твърди, течни и газообразни. Осигуряването на висококачествени продукти и процеси в биоенергетиката изисква оптимални условия при изпомпване на разнообразни продукти в производствените системи.

Високата надеждност на решенията за помпи ще Ви позволи да постигнете този резултат. В съответствие с изискванията на клиентите, вече се предлага широка гама от помпи за развиващия се биоенергиен сектор. Част от качествата, с които се отличават такива помпи са прецизно боравене с ползваните суровини, химикали и продукти, лесна поддръжка и рентабилни технологии.

Биоенергетиката като подотрасъл на енергетиката включва както производството на биогорива, така и получаването и разпределението на енергия от биомаса и от произхождащи от нея алтернативни енергийни продукти. Генерираната енергия може да е електрическа, топлинна или комбинирана – при съвместно получаване и на двата типа енергия в когенерационни системи.

Понастоящем технологиите за преработка на биологични суровини са намерили широко приложение за решаване на проблема за екологосъобразно обезвреждане на органични отпадъци, намаляване на замърсяването на околната среда, както и за получаване на алтернативна енергия. Една от основните тенденции в развитието на аграрно-промишления сектор е да се намерят най-добрите налични технологии за преработка на органични отпадъци с помощта на интегрирано оползотворяване на биомасата чрез метанова ферментация за производство на биогаз. Освен тази газообразна форма на биогориво, днес се използват и произведени по други технологии твърди биогорива като пелети и биобрикети, както и течни форми, най-популярни от които са биоетанол, биометанол, биобутанол, диметилов етер, биодизел, изопренови въглеводориди и други.

Значение на помпите за биоенергийния сектор
Помпите играят важна роля в производството на биогорива и на енергия от биомаса. Тези основни източници на движеща сила помагат за постигането на производствените цели. Използвайки правилните помпи в биогоривните инсталации, инвеститорите ще бъдат възнаградени с оптимизирано производство, намалени разходи за поддръжка и свеждане до минимум консумацията на енергия.

В класическия процес на парни турбини се изгаря биомаса като дървесни кори, стърготини или други отпадъчни материали. Получената пара се освобождава и задвижва генератор за производство на електричество. В електроцентрала, работеща с изкопаеми горива, е възможно и съвместно изгаряне. Топлината, произведена в електроцентрала на биомаса, може да се използва допълнително като процесна топлина или за централно отопление (комбиниран цикъл). В зависимост от изходната суровина, използвана като гориво, ще бъдат достигнати температури до 540°C или повече. В такива случаи са необходими надеждни и ефективни помпи за обработка на захранваща вода за котли (boiler feed pumps, BFP), помпи за извличане на кондензат (condensate extraction pumps, CEP), помпи за охлаждаща вода (cooling water pumps, CWP), както и за централно отопление и помощни помпи за разнообразни други процеси.

По отношение на производството на биогорива най-популярни са биоетанол, биодизел, биогаз, пелети и биобрикети. Етанолът, алтернатива на бензина, е алкохолът, който може да се използва като гориво. Това се прави основно в Бразилия и САЩ под формата на Е85 – смес на бензин с етанол в съотношение 85:15. Суровините за производството на етанол включват царевица, сорго, просо, захарна тръстика, захарно цвекло, картофи и тополи. Най-често се използва царевицата, защото е сравнително евтин източник на нишесте, което може лесно да се превърне в захари, а след ферментацията им се извършва дестилация в етанол, Просото има много висок потенциал за приложение в производството на биогориво, най-вече защото расте и в широк диапазон от условия, има по-висок добив от декар и изисква по-малко енергия за производство.

Биодизелът е друго възобновяемо гориво за дизелови двигатели, получен от растителни масла и животински мазнини, включително отработени масла и мазнини. Биодизелът не е сурово масло, а се произвежда в химичен процес, който премахва глицерина и превръща маслото в метилови естери. Биодизелът може да се използва във всякакви концентрации с дизелово гориво, базирано на нефт, без почти никакви промени в съществуващите дизелови двигатели. Тези смесени горива се обозначават като В5, В20, В30 и др. в зависимост от процентното съдържание на биодизел в сместа. Суровините за производството на биодизел включват растителни масла главно от соя, рапица и слънчоглед.

Суровините, условията и продуктите при производство на биогаз, биодизел, етанол, пелети или енергия от биомаса, както става ясно, са много разнообразни и изборът на помпи за биоенергийните инсталации се прави за всеки конкретен случай на базата на анализ на много фактори в процесите и обстоен преглед на параметрите на предлаганите на пазара помпи за този сектор.

Всяко съоръжение по света, което произвежда над 50 000 000 литра етанол или биодизел годишно, работи на непрекъснат производствен цикъл. Трябва да се направи нужното, за да се предотвратят непланирани спирания, тъй като те могат да струват десетки хиляди евро на ден. В това отношение енергийните компании разчитат на работата на своите помпи. Обикновено при надеждните решения компаниите имат на разположение две или три години работа на своите помпи, преди да се наложи да се прави рутинната поддръжка, като например смяна на уплътненията и лагерите. Помпата трябва да може да продължи да работи около 10 години.

Избор на помпа според вискозитета на работните флуиди
Вискозитетът, т.е съотношението между течна и твърда фаза в изходната суровина в първия етап от производството на етанол е от решаващо значение за по-нататъшния процес. Биомасата се подлага на чукова мелница, където се превръща в брашно, а то се смесва с вода, за да стане на каша. Суспензиите могат да се преценят чрез вискозитет (течливост) или съдържание на сухо вещество в тегловни проценти в течния материал. Всички типове целулозни влакна, използвани в производството на етанол. като например дървесни отпадни продукти, просо или захарна тръстика, дават високо съдържание на твърди вещества и вискозитет в границите от 2500 - 5000 сантистокса в меласата.

Маслата за производство на биодизел поддържат вискозитет по време на процесите в рамките от 30 до 50 сантистокса в сурова форма и около 5 сантистокса при 40 °C за 100% биодизел. Обикновено те са чисти флуиди, които лесно се обработват с обемни помпи за приложения с по-висок вискозитет и центробежни помпи за приложения с по-нисък вискозитет.

Разтворът при производство на етанол запазва своя вискозитет от самото начало на процеса, когато суровината напуска резервоарите, за да се превърне в суспензия чрез смилане и втечняване. Следват ферментация и дестилация. Ферментацията превръща разтвора в пюре, което влиза в ректификационните колони, а там чрез висока температура става отделяне на етанола от сместа в многократна дестилация. Част от втечнените пари, които падат на дъното и твърдите вещества се отделят чрез центрофуга. Суспензиите обикновено са абразивни и могат да доведат до преждевременно износване на зъбните помпи, които се използват за този тип флуиди.

За по-горе описаните приложения, в които разтворът или маслата са с висок вискозитет по време на първоначалния производствен етап, компаниите могат да използват обемни ротационни помпи. Сериите зъбни ротационни помпи за абразивни течности са разработени, за да увеличат максимално продължителността на експлоатационния живот на помпата при такива условия. Те имат лагери от волфрамов карбид, челни уплътнения зад ротора от силиконов карбид, както и други устойчиви на износване материали. Устойчивостта на износване се гарантира или с твърди или с еластомерни покрития. Благодарение на това може да се увеличи продължителността на живота на помпата от два до три пъти повече спрямо стандартните помпи за пренос на абразивни течности. Помпите за абразивни флуиди се проектират така,че облицовките им да могат лесно да се подменят. Работната течност трябва да има смазващи качества за безпроблемното движение на двойката зъбни колела. За дозиране и транспортиране на ниско- и високовискозни продукти в биоенергетиката обикновено се използват зъбни помпи с външно зацепване.

Центробежните помпи могат също така да придвижат суспензиите и маслата по тръбопроводите в производствената инсталация. Те увеличават енергията на флуида докато преминава през специално профилираните лопатки на работното им колело. Намаляват допълнителните разходи за енергия, свързани със стартиращите устройства. Центробежните помпи могат да се използват за изпомпване на етанол от ректификационните колони, чрез молекулни сита в резервоари. Част от процесната вода с 5-10% примеси, извлечена от сепаратора, се връща чрез тях обратно в резервоарите, за да се намали потреблението на прясна вода, необходима за процеса.

Избор на помпа според работната температура
Що се отнася до температурния диапазон на работните процеси, трябва да се знае, че той варира в различните процеси в биоенергетиката. При увеличаване на температурата, металът ще се разшири. Тъй като повечето от компонентите на помпите са направени от метал, температурата е основен фактор при избора на помпа. Помпи с въртящи се части, които са в контакт една с друга, не се препоръчват за процеси с температура над 90-100оС. За тези приложения се препоръчват центробежни помпи. При тях течността принудително се въвежда във входа на импелера и с помощта на центробежните сили протича към периферията на работното колело. Сред основните елементи на помпата са тяло на помпата, работно колело, вал и уплътнение на вала.

По традиция и ротационните помпи имат достатъчно място между ротора и статора за намалено износване. Ако топлината ще доведе до разширяване на компонентите на помпата, помпите трябва да са снабдени с резервен просвет, които да компенсира такова разширяване. Обикновено при помпи, работещи с високотемпературни и химически агресивни среди, частите влизащи в допир с работните флуиди са изработени или покрити от устойчиви на конкретните условия материали като полипропилен със стъклени нишки, политетрафлуоретилен, плексиглас, неръждаема стомана и други.

Избор на помпа според прецизността и приложението
Химически вещества като киселини, основи и катализатори играят важна роля в производството на биогорива. Тези вещества се добавят към смесите в резервоарите или тръбопроводите, за да се улесни реакцията, да се регулира рН и да се направи крайният продукт подходящ за употреба. Точността е важна за постигане на оптимален резултат. Някои от тези вещества се считат за опасни за здравето или за околната среда и трябва да бъдат внимателно наблюдавани, за да се предотвратят неорганизираните емисии.

Понякога в практиката се добавят катализатори с центробежна помпа. Този процес може да бъде усложнен, тъй като е необходимо да има контрол на скоростта на помпата. Колебанието в налягането ще затрудни осигуряването на постоянен и точен поток. Центробежните помпи имат склонност към такива колебания и прилагането на честотно регулиране при тях може да увеличи рентабилността на процеса с 30-50%. Поради тяхната висока точност на измерване, хидравличните бутални и диафрагмени помпи могат да се използват за биоенергийни приложения, с добавяне на катализатори и други химични реагенти в точни и постоянни концентрации. Вече има бутално-мембранни помпи, които са възвратно-постъпателни и осигуряват много добрата точност на дозирането, съчетавайки високото налягане на буталото и прецизното дозиране на мембраната. Те са предпочитани за работа с важни флуиди за постигане на безопасност, надеждност и ефективност.

Когато се налага неутрализация на отпадните води от биоенергетиката преди заустване, е необходимо третиране с коригиращи вещества. Механичните мембранни помпи са добро решение на сравнително ниска цена за това приложение. Особеност на дозиращите помпи е, че съчетават три функции в един уред – изпомпване, измерване и регулиране. Има мембранни дозиращи помпи с вградена електроника, която позволява лесно да бъдат интегрирани в различни процеси. Изключително подходящи за приложение в биоенергетиката са многослойните мембранни помпи като алтернатива на бутално-мембранните помпи на по-изгодна цена. Такава мембрана е с два или четири пъти по-дълъг живот от обикновената и с по-добра устойчивост на високите температури и химичните реагенти, характерни за биоенергийния сектор.

Броят на заводите, произвеждащи биогорива и енергия от биомаса се увеличава в световен мащаб и популярността на алтернативните горива вероятно ще запази тенденцията си на растеж в продължение на много години. За да бъдат новите електроцентрали успешни и конкурентни, правилният избор на помпа е от първостепенно значение. Правейки подходящ избор на помпи за работата на съоръженията, инвеститорите ще получат по-сигурно производството, намалени разходи за поддръжка и намалена консумация на енергия.