KOMPAKTNÍ KOTEL NA BIOMASU. Břetislav JANEBA, Jan HRDLIČKA, Aleš RIEMEL ÚSTAV MECHANIKY TEKUTIN A ENERGETIKY FS ČVUT v Praze

Transkript

1 KOMPAKTNÍ KOTEL NA BIOMASU Břetislav JANEBA, Jan HRDLIČKA, Aleš RIEMEL ÚSTAV MECHANIKY TEKUTIN A ENERGETIKY FS ČVUT v Praze

2 ÚVOD Spalování biomasy a vývoj lidské civilizace Vzrůstající tempo potřeby tepla Využívání fosilních paliv (ropa, zemní plyn, uhlí) Návrat k biomase Funkční celky parní kotlů: a) Spalovací zařízení b) Tlakový systém výměníků tepla (spaliny voda)

3 Spalovací zařízení pro biomasu Odlišnosti proti spalovacím zařízením pro fosilní paliva: Odlišné fyzikální vlastnosti problémy skladování a transportu biomasy Vyšší podíl a složení prchavého podílu odlišný způsob přívodu vzduchu proti fosilním palivům Vyšší vlhkost biomasy problém sušit či nesušit před spalováním Adiabatická ohniště

4 Systém tlakových výměníků Tvoří je ohřívák vody, výparník a přehříváky Výparník je nejvýznamnější výměník koncepčněřešen jako: VELKOPROSTOROVÝ nebo VODOTRUBNÝ VELKOPROSTOROVÉ VÝPARNÍKY Plamencové, žárotrubné a kombinované Charakteristika kotlů s velkoprostorovými výparníky: Těžký Dražší než s vodotrubným výparníkem Má potíže s umístěním přehříváku Větší akumulace vhodnější pro ušlechtilá paliva

5 Systém tlakových výměníků Kotel s žárotrubným výparníkem

6 Systém tlakových výměníků Kotel s vodotrubným výparníkem Přirozený oběh Nucený oběh

7 Vodotrubné výparníky Vodotrubné výparníky s přirozeným a nuceným oběhem (La Mont) Podmínka spolehlivé funkce vodotrubného výparníku: dostatečně intezivní pohyb parovodní směsi, zachování vodního filmu na stěně trubek Je nutno zachovat minimální nutný objemový podíl vody (řádově 20% v parovodní směsi), resp. maximální přípustný objemový podíl páry β Přepočet na hmotnostní podíl x, resp. cirkulační číslo β v x v = + x ( v v) x = β + β v ( 1 β ) v

8 Objem. podíl páry, cirkulační číslo Mezní objemový podíl páry v homogenní parovodní směsi na konci varnice Volba cirkulačního čísla pro přirozený oběh na základě poměru ß p [MPa] 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 C [-] 49 31, ,8 13,4

9 Důvody vzniku výparníků La Mont Nespolehlivost přirozeného oběhu při velmi vysokém tlaku a malé konstrukční výšce Optimalizace návrhu výparníků La Mont pro vysoké a nízké tlaky Optimalizace návrhu výparníků La Mont: Vhodná rychlost vody Cirkulační číslo jako fce. Tlaku Cílem je: Dosáhnout spolehlivé funkce Nízké ceny Nízké spotřeby (příkonu) napájecího čerpadla

10 Doporučené hodnoty parametrů Volitelné hodnoty při návrhu kotlů La Mont Parní výkon M p [t.h -1 ] Výhřevná plocha [m 2 ] Tlak p [MPa] 2 až 300 (650) m2 i více 0,1 až 13,0 (17) Celková tlaková ztráta p [MPa] Vstupní rychlost vody w 0 [m.s -1 ] Průměr clonky [mm] 0,25 až 0,3 1 až 1,5 8 až 12 Vnější Ø trubek d 2 [mm] Délka varnic L [m] Cirkulačníčíslo [-] 32, až 40 5 až 8 Nejvyšší tlaková ztráta varnice p [Mpa] Tlaková ztráta clonky p cl [MPa] 0,1 MPa Minimální jako p var

11 Konfigurace výparníkových trubek Pro výparníky La Mont

12 Správná volba parametrů Příklad volby parametrů u kotlů La Mont p = 0,4 ρ S w p C p M [ Pa] P č M p C p S ρ w = = 0,4 ρ η p η C č 3 0 č [ W ] Příkon čerpadla pro kotel 4 t/h a 1,0 MPa, a) Při C= 30 a w o = 0,8 m/s je 1,3 kw b) Při C = 5 a wo = 1,0 m/s je 16 kw

13 Závěry 1) Metodika návrhu výparníků typu La Mont je známa a prakticky ověřena 2) Koncepce výparníku La Mont umožňuje volnější koncepční a konstrukčnířešení kotle s použitím jednoduchých prvků, které nejsou výparníku s přirozeným oběhem přípustné, jako jsou např. horizontální hady 3) Výparní jsou lehčí a tudíž investičně levnější než výparníky s přirozeným oběhem 4) Kotle s výparníky La Mont jsou z hlediska výkonu regulačně pružné, mají kratší dobu startu avšak menší akumulaci 5) Krytí kolísavého odběru musí být řešeno výkonově pružným spalovacím zařízením

14 DĚKUJI ZA VAŠI POZORNOST Kontakty na autory: Tel: Tel: