غلاية تعمل بالكتلة الحيوية

الغلاية العاملة بوقود الكتلة الحيوية هي غلاية تنتج الحرارة أو البخار من خلال حرق الكتلة الحيوية، مثل رقائق الخشب والكريات الخشبية والمخلفات الزراعية والحمأة (مياه الصرف الصحي). وفي غلاية الكتلة الحيوية، ينتج عن احتراق الكتلة الحيوية (إما داخل فرن صناعي أو على شبكة احتراق) غازات ساخنة تُستخدم لتسخين المياه عبر مبادل حراري (انتقال الحرارة). ثم تُصرّف المياه على هيئة بخار أو مياه ساخنة، ويمكن استخدامها للتسخين أو التطبيقات الصناعية أو توليد الكهرباء. وتشمل تقنيات غلايات الكتلة الحيوية الحديثة أنظمة مناولة الوقود وإزالة الرماد وأنظمة تضبط التشغيل لضمان احتراق فعال وموثوق.

يمكن اعتبار غلايات الكتلة الحيوية من مصادر الطاقة المتجددة مقارنة بالأنظمة العاملة بالوقود الأحفوري مثل الغاز الطبيعي أو الفحم. ويمكن أن تنتج غلايات الكتلة الحيوية انبعاثات غازات دفيئة أقل عندما تُحصد الكتلة الحيوية بطريقة مستدامة. وعلى الرغم من أن تقنية الاحتراق في أنظمة الكتلة الحيوية تتطلب أنظمة لمناولة الوقود وإزالة الرماد أكثر تعقيدًا من غلايات الوقود الأحفوري، فإنها تظل وسيلة اقتصادية لإنتاج الحرارة، لا سيما عندما يكون توافر وقود الكتلة الحيوية وسعره ملائمين. وعند النظر إليها كمنظومة متكاملة، يمكن لأنظمة التوليد المشترك للحرارة والقدرة (CHP) أو أنظمة الكتلة الحيوية المعيارية أن تحقق كفاءات مرتفعة جدًا (تعادل كفاءة بعض أنظمة الوقود الأحفوري، أو تتجاوزها في معظم الحالات) عند تصميمها بصورة صحيحة.

يشمل إنشاء الغلايات الصناعية التي تعمل بالكتلة الحيوية استخدام مجموعة واسعة من مواد تغذية الكتلة الحيوية، بما في ذلك رقائق الخشب/الكريات الخشبية، والكتلة الحيوية الزراعية، والمخلفات الناتجة عن زراعة المحاصيل وحصادها، وغيرها من منتجات النفايات المعالجة. ويمكن للعديد من أنظمة تغويز الكتلة الحيوية استخدام كلا نوعي الوقود، وقد تنتج في بعض الحالات غازًا اصطناعيًا يُحرق في التوربينات، بينما توفر الأنظمة التي تحرق الكتلة الحيوية وحدها أو مخاليط الكتلة الحيوية والفحم عمومًا مجموعة واسعة من أنظمة تخزين الوقود ونقله ومناولته، وفقًا لنوع الموقد أو شبكة الاحتراق وتصميمهما وتقنية الاحتراق المحددة المستخدمة.

تُعد غلايات الكتلة الحيوية تقنية شائعة في محطات توليد الكهرباء، كما تنتشر في أنظمة التوليد المشترك للحرارة والقدرة إلى جانب استخدامها في توليد الكهرباء. وفي أنظمة التوليد المشترك للحرارة والقدرة، يُستخدم البخار الناتج من غلاية تعمل بالكتلة الحيوية عادةً لتشغيل توربين أو محرك لإنتاج القدرة الكهربائية، بينما تُزوَّد أنظمة التدفئة المركزية للمناطق بالحرارة الفائضة و/أو تُستخدم هذه الحرارة في تطبيقات حرارية صناعية أخرى، مما يحسن كفاءة الطاقة والعائد على الاستثمار.

يُطلق احتراق الكتلة الحيوية جسيمات عالقة وNOx وملوثات أخرى مرتبطة بالاحتراق. وعندما تُزرع الكتلة الحيوية وتُحصد بصورة مستدامة، قد تكون انبعاثاتها الصافية من غازات الدفيئة أقل من انبعاثات الوقود الأحفوري. ويمكن تقليل الانبعاثات من خلال استخدام أنظمة تضبط الانبعاثات، والإدارة الفعالة لإمدادات هواء الاحتراق، واستخدام تصاميم حديثة للغلايات. وتساعد حوافز الطاقة المتجددة التي توفرها السياسات، إلى جانب التصميم الدقيق لأنظمة طاقة الكتلة الحيوية، في الحد من كثير من الآثار البيئية السلبية لاحتراق الكتلة الحيوية.

يشكّل الرماد والمخلفات الأخرى الناتجة عن احتراق الكتلة الحيوية جزءًا لا يتجزأ من تصميم نظام الغلاية التي تعمل بالكتلة الحيوية، ولذلك، كما هو الحال في جميع تصاميم الأنظمة، يمكن أن تشمل هذه الأنظمة شبكات احتراق، وناقلات لنقل الرماد، وأنظمة آلية لجمع الرماد القاعي والرماد المتطاير (من غازات المداخن)، مما يتيح جمع كلا نوعي الرماد. ويعتمد حجم الرماد الناتج وتركيبه على نوع وقود الكتلة الحيوية المستخدم؛ إذ تنتج النفايات الزراعية ونشارة الخشب والكريات الخشبية رمادًا بخصائص مختلفة. وتُعد الإدارة الفعالة للرماد ضرورية لتحسين الاحتراق، ومنع تراكم الرواسب في المبادل الحراري للاحتراق (وقنوات غازات المداخن)، والتخطيط للصيانة.

عند التخطيط لتصميم نظام صناعي يعمل بالكتلة الحيوية، يجب أولًا مراعاة تكلفة الوقود وعدد مصادره المتاحة، إلى جانب طرق تخزين الوقود المشترى ومناولته، والقدرة المطلوبة لإنتاج الكمية المرغوبة من المياه الساخنة/البخار (أي قدرة الغلاية)، والكيفية التي تُضبط بها مستويات التشغيل المطلوبة، وأي لوائح تنظم مستوى انبعاثات الملوثات الناتجة، كما ينبغي مراعاة كيفية تكامل نظام التسخين بالكتلة الحيوية مع أي شبكة قائمة أو مخطط لها لتوزيع المياه الساخنة/البخار.

تُعد غلايات الكتلة الحيوية نوعًا شائعًا من الغلايات الصناعية، إذ توفر البخار أو المياه الساخنة لخدمة قطاعات صناعية متعددة، بما فيها التصنيع وصناعة اللب والورق وتصنيع الأغذية وغيرها. وعلى الرغم من أن الاستثمار الرأسمالي الأولي سيكون على الأرجح أعلى من تكلفة تركيب معدات لمناولة إمدادات وقود الكتلة الحيوية وضبطها، فمن المرجح أن تكون تكاليف التشغيل أقل بفضل انخفاض سعر وقود الكتلة الحيوية وتوافره. ومن خلال استخدام وقود الكتلة الحيوية، يمكنكم الحد من مخاطر تقلب تكاليف الوقود ودعم أهداف الطاقة المتجددة. وفي كثير من الحالات، يؤدي استخدام وقود الكتلة الحيوية إلى خفض التكلفة الإجمالية على مدى العمر التشغيلي لمصنعكم.