Szalmafélék betakarítása és energetikai felhasználása

Kategória: Agrárenergetika | Szerző: Dr. Tóth László, SZIE Bácskai István, NAIK MGI, 2017/07/25

A korszerű gabonafajták és aratási módok alkalmazása révén a szemtermés tömegéhez viszonyítva a betakarítható szalma mennyisége jelentősen lecsökkent, ma már búzánál 1,0:0,7-0,8, tavaszi árpánál 1,0:0,5-0,6 aránnyal célszerű számolni. Az állatállomány létszámának csökkenése, a tartási módok változása következtében mérsékelt az alomszalma iránti igény.

Főként becslések alapján írják le többen is, hogy ma a begyűjtött szalmának közelítőleg a fele (50–55%-a) a mezőgazdasági üzemekben alomként vagy takarmányként, egyharmada (25–30%-a) pedig ipari célokat szolgál, a fennmaradó rész (15–25%) energetikai folyamatokban kerül hasznosításra.

A növénytermesztésben a szármaradványok talajba történő bedolgozása fontos művelet, mivel a bekerülő szerves anyag meghatározó tényező a talajszerkezet és talajélet fenntartásában. A talajszerkezet szerves anyagának csökkenése negatívan hat a talajok vízmegtartó képességére, amely az éghajlat felmelegedése miatt egyre nagyobb károkat okoz. A túlzott szalmabedolgozás viszont átmeneti nitrogéndefektust is eredményezhet. Ahhoz, hogy a mikroorganizmusok a tarlómaradványok és a pótlólagosan bevitt szénhidráttömeg lebontásához szükséges „tápanyagot” ne a talajból vonják el, nitrogénpótlásra van szükség.

A szalma betakarítása

A kalászosok szalmájának betakarításához a bálázás a legelterjedtebb. A kisebb vállalkozások mind a kalászos gabonaszalma, mind a kukoricaszár bálázására jól használhatják a szögleteskisbála-készítő gépeket. A gabonaszalma bálázásakor e gépek üzemeltetéséhez nem szükséges a szalmarendek összerakása, a gépek teljesítménye enélkül is kihasználható.

A kisebb- és közepes állatállománnyal rendelkező gazdaságok a gabonaszalma takarmányozási és almozási célú bálázására a különböző állandó- és változókamrás gépeket alkalmazzák. A megfelelő alaktartó hengeres bálák készítésekor az arató-cséplő gépek után visszamaradt szalmarendeket célszerű 2 vagy 3 gépaljanként összerakni. Ezáltal elkerülhető a bálázó gépcsoport munka közbeni „kígyózó” mozgása.

A nagy állattartó telepekhez és a kereskedelmi árut képező ipari szalma betakarításához a szögletes nagybálázó gépek nagy teljesítőképessége is kihasználható (1. ábra).

1. ábra. KUHN LSB 1290 ID szögletesbála-készítő

A kalászos gabonafélék szalmájának nedvességtartalma a betakarításkor 7–12% körüli, ilyenkor a bálázásra bármely konstrukciójú gép használható. A különböző rendszerű gépekkel készített szalmabálák jellemzőit (nem a teljesség igényével) az 1. táblázat tartalmazza.

1. táblázat. A kalászos gabona szalmafélékből készült különböző bálák jellemzői

A bálázók kialakításuktól és felszereltségüktől függően többnyire mindenféle szálas anyag bálázására alkalmasak (széna, szalma, szenázs, kukoricaszár).

A kukoricaszár az egyéb szálas anyagokhoz képest eltérő morfológiai tulajdonságokkal rendelkezik: szárhosszúság, vastagság, szárszilárdság. A betakarításkor a nedvességtartalma 40–45% is lehet, de a betakarítás is csapadékos, nagy relatív páratartalmú időszakra esik. A tárolás során biztosítani kell a száradási folyamatát, és az állagromlás elkerülése végett a nedvességtartamot 17–24% körülire kell csökkenteni. Lényeges, hogy a kukoricaszár a bálázók szerkezeti részeit drasztikusabban terheli, ezért a munkához fokozottabb figyelem szükséges.

A nagybálák mozgatásához, kazlazásához speciális rakodó- és szállítóeszközök szükségesek.

A papírgyárak a bálázott szalmával szemben azonban szigorú minőségi követelményeket támasztanak.

Energetikai felhasználás

Az említett szár- és szalmafélék energetikai felhasználásának lehetséges módjai:

• tüzeléstechnika,
• pirolitikus elgázosítás,
• metános erjesztés (biogáz).

A szalma energetikai hasznosításának legegyszerűbb és az energiamérleg szempontjából is legkedvezőbb változata az eredeti vagy az eredetihez közeli állapotban történő felhasználás. Ezzel szemben az alapanyagok tulajdonságai (pl. kis halmazsűrűség) vagy a felhasználás speciális műszaki igényei (pelletkazán, látványkandalló) szükségessé teszik az ún. nemesített, tömörített (préselt) tüzelőanyagok előállítását is (biobrikett, biopellet).

Végül is a tömörítés elsődleges célja a térfogati sűrűség növelése, ami kedvezően alakítja

• a tárolási helyigényt,
• a rakodás feltételeit,
• a tűztérbe juttatás és az égés feltételeit,
• a fajlagos energiasűrűséget (GJ/m3).

Tömörítési megoldások:

• a már ismertetett bálázás;
• a brikettálás
  – dugattyús préssel (egyirányú, kétirányú, háromirányú prés);
  – csigás préssel (nyomócsigás, őrlőcsigás);
• pelletálás (sík matricás, hengermatricás);

Az energetikai tömörítvény legfontosabb jellemzője a fajlagos térfogati sűrűsége (m3/GJ) és a fajlagos energiatartalma(GJ/m3).

Préselvények a szalmafélék és egyéb lágyszárú növények, vagy aprított melléktermékek feldolgozása során keletkeznek (2. ábra). A biomassza tömörítése eredeti állapotában vagy homogenizálást (aprítás) követően történik.

2. ábra. Préselvények

Igen jelentős a tömörítési energiaigény. Minél nagyobb sűrűségű tömörítvényt állítunk elő, annál nagyobb az energiafelvétel. Tekintettel arra, hogy a fajlagos energiaigény nem lineárisan nő, brikettálásnál csak a szükséges tömörség (max. 0,9–1,0 g/cm3) elérésére célszerű törekedni. Nagyobb sűrűségi értékeknél, például 20%-os növelés 100%-os fajlagos energianövekedést is jelenthet (3. ábra).

3. ábra. A tömörítés energiaigénye (EN - energia növekmény)

A préseléshez felhasznált alapanyag

• nedvességtartalma max. 14%
• a frakcióméret jellemzően 0,5–1,5 mm közötti; míg a 6 mm feletti anyag részaránya legfeljebb 10–15% lehet.

A kukoricaszár-bálázási technológiája már a kukorica betakarításával kezdődik. A kukorica betakarítása során mindenképpen szükséges az arató-cséplő gépen átmenő szárak aprítása (szecskázása), de előnyös az anyag elterítésére.

A kukoricában használatos arató-cséplő gépek valamennyi típusához alkalmazható szárzúzós csőtörő adapter. Természetesen a kukorica szárzúzó nélküli csőtörő adapterekkel is betakarítható, csak ebben az esetben számolni kell a külön menetben történő szárzúzással. A legalacsonyabb, 240–300 mm-es tarlómagasság a kedvező. A magas tarlóban a rendsodró gépek nem tudnak dolgozni, a rendrakó gépek rugós ujjai és a bálázógépek rendfelszedő berendezései nagyobb igénybevételnek vannak kitéve. A mezőgazdasági üzemek a kukoricaszár bálázását általában csak takarmány- vagy alomanyaghiány esetében végzik.

A nagyobb mérvű aprítás következtében a szárrészek vízleadó felülete megnövekszik, és az anyag gyorsabban szárad. Az így előkészített anyag ezután rendsodróval vagy vezérelt ujjas rendrakó géppel a bálázó rendfelszedő munkaszélességének megfelelően rendre rakható. A rendrakó által készített kukoricaszárrendek rendjellemzői (4. ábra):

• rendmagasság 260 mm;
• rendszélesség 1430 mm;
• rendfolyóméter-tömeg 6,9 kg/m;
• rendosztás 10 033 mm.

4. ábra. Bálázáshoz előkészített kukoricaszár rendek

Ipari áruként történő értékesítés esetén elsősorban a szögletes nagybála-készítő gépek használata szükséges.

A különböző konstrukciójú bálázógépek kukoricaszár bálázásban elérhető teljesítményadatait a 2. táblázat, míg a készített bálák jellemzőit a 3. táblázat tartalmazza.

2. táblázat. A bálázógépek teljesítményadatai kukoricaszár-bálázásban

3. táblázat. A különböző konstrukciójú bálázókkal készített kukoricaszár bálák jellemzői

Takarmányozási célra az állandó kamrás, hengeres bálázókkal laza közepű, kisebb tömörségű bálák készíthetők, ennél fogva néhány napig a területen hagyva jól átszellőznek, utószáradnak. De 14–17% nedvességtartalom esetén takarmányozási célra bármelyik konstrukciójú bálázó felhasználható.

Az almozás céljából a közepes nagyságú állatállománnyal gazdálkodók számára az állandó kamrás gépeknél kissé nagyobb teljesítménnyel dolgozó változó kamrás és a kisebb bálakamrával rendelkező szögletes nagybála-készítő gépek használata jelent előnyt mind gabonaszalma, mind kukoricaszár bálázásában.

Ipari felhasználásra, például papíripari vagy hőerőműi égetésre szánt szalmából és kukoricaszárból a nagyobb, 0,9–1,0 m magasságú, 1,2 m szélességű, 2,4 m hosszúságú bálák a megfelelőek. Az ilyen méretű szögletes nagybálákkal a közúti szállítóeszközök teherbírása és raktérfogata jól kihasználható. A kereskedelmi árut képező szalma, illetve kukoricaszár bálázása során – a közúti áruszállítás optimalizálása céljából – célszerű a szögletes nagybálák termőterületen történő csoportosítása. Ebből a szempontból előnyös lehet a bálafelszedő, csoportosító, kiközelítő pótkocsik használata is (5. ábra).

5. ábra. Szögletes nagybálák kiközelítésére – és átmeneti tárolása céljából – használhatók a bálafelszedő, rendező, kiközelítő kocsik

Hőelőállítási technológiák

A hőerőművi felhasználás szempontjából a szalmafélék és a kukoricaszár fontosabb jellemzőit a 4. táblázat tartalmazza.

4. táblázat. A tüzelésre alkalmas szárfélék főbb energetikai jellemzői

A táblázat adataiból látható, hogy a szalmafélék, a napraforgó és kukoricaszár a tűzifához hasonló fűtőértékkel rendelkezik, a táblázatban szereplő nedvességtartalom mellett. Megfelelő betakarítási technológiával a nedvességtartalom csökkenthető, vagyis a fűtőérték még növelhető.

Pelletkazánok: Pellet esetében a hőenergia előállításához kimondottan pelletkazán szükséges. A választék ma már igen széles körű. A kazánok szinte kivétel nélkül teljesen automatikusan működnek, csak az alapanyag betöltése és a hamu eltávolítása igényel munkát. Az egyes kivitelek szerkezeti kialakításban eltérnek, de az alapvető egységeket mindegyik tartalmazza (6. ábra).

6. ábra. Csigás adagolóval ellátott pellet tüzelőberendezés szerkezeti felépítése
(Forrás: Hajdú-Energia Kft.)

A kazán vezérlése rendszerint elektronikus (mikroprocesszoros). Az alapvető vezérlés a szobatermosztátról történhet, a kívánatos hőfok a keringető szivattyú szabályozása révén valósul meg. Ezzel az épületben optimalizálható a hőmérséklet. A kazán a hőelvétel függvényében áll le vagy indul. A beadagoló csiga illesztése szoros, ezáltal visszaégés nem fordulhat elő. A légszabályozás rendszerint a tüzelőanyag-adagolás sebességének valósítják meg.

Rostély nélküli egyteres kazán családi gazdaságok részére: A tűztér általában 10–15 mm vastag acéllemezből készül, melyet belülről 50 mm-es samottszigetelés véd a közvetlen hőtől. A tűzteret körülvevő vízteret kívülről 200 mm vastag hőszigetelés védi a túlzott hővesztés ellen. Az égés vezérlése alapvetően a vízhőmérséklet-érzékelőről történik. A füstgáz hőmérséklet-érzékelője és a beépített oxigénszonda adatai alapján a szabályozzák az égést tápláló ventilátort és az égéslevegő csappantyúját. A távozó füstgázcsövet(veket) a víztéren vezetik át a hatásfok növelése érdekében (7. ábrák).

7. ábra. Nagybálák izzításos tüzelése
     

Kisteljesítményű fűtőmű: A szalmabálákat nagyobb rendszerekben, például kisebb ipari vagy közösségi fűtőművekben a tüzelés előtt aprítják és így adagolják a tűztérbe (8. ábra). Csigás, láncos és dugattyús adagolókat használnak, a tűztér a korszerűbb berendezéseknél ún. fluidágyas kivitelű.

8. ábra. Szalmabálák égetése kis teljesítményű fűtőműben (2–5 MW)

Ipari biomassza erőmű: A Pécsett megvalósított igen kedvező hatásfokú, kogenerációs, azaz egyszerre villamos- és hőenergiát is termelő (CHP), bálázott lágyszárú mezőgazdasági mellékterméket felhasználó erőmű Közép-Európában is egyedinek számít. A blokk 35 MW beépített villamos teljesítményű. Hozzájárul Pécs város lakásainak és közintézményeinek távfűtéséhez. Egyébként a másik fatüzelésű blokkal együtt a város szükséges hőenergiáját teljes egészében biztosítja. A teljes fűtőanyag-szükségletet ~100 km sugarú körön belülről, elsősorban Tolna, Baranya, Somogy és Bács-Kiskun megyéből szerzik be (9. ábra).

9. ábra. A Pécsett megvalósított nagy teljesítményű CHP-erőmű szalmaadagolója a kazán előtt

Ajánlott kiadványokDr. Hajdú József:
A 21. század traktoraiDr. Kukovics Sándor szerk.:
A bárány- és juhhús fenntarthatóságaDr. Bai Attila (szerk.):
A biogázBai Attila - Lakner Zoltán - Marosvölgyi Béla - Nábrádi András:
A biomassza felhasználása

Ez is érdekelhetiFejlesztés előtt: Brojleristállók építéseBorászat: A korrupció marketingeszköz - a francia és magyar paradoxonFontos változások a földforgalmi szabályokban