SUŠENÍ BIOMASY V ROTAČNÍ SUŠÁRNĚ

Transkript

1 SUŠENÍ BIOMASY V ROTAČNÍ SUŠÁRNĚ Markéta Grycanová, Ola Procházková, Pavel Kolat Celosvětový růst spotřeby enerií, který je spojený s postupný vyčerpávání oezených fosilních paliv a se zvyšující s skleníkový efekte, patří ezi lobální probléy lidské společnosti, stejně jako problé s využití odpadů. Ekoloické palivo, které je vyrobeno na bázi obnovitelných surovin, je na rozdíl od zdrojů ropy, uhlí nebo zeního plynu šetrné vůči životníu prostředí. Klíčová slova: Bioodpad, biopalivo, ranulát, bubnová sušárna. ÚVOD Tento článek á za úkol nastínit jak lze využít část odpadů z dřevařského, zeědělského a čistírenského průyslu k výrobě bioenního paliva. Z technoloického hlediska je v toto procesu nejnáročnější částí vysoušení bioasy, proto u v článku věnujee největší pozornost. Síchání dřevní štěpky, odpadní sláy a vybraných odvodněných čistírenských kalů z ČOV lze vytvořit bioasu, tzv. ranulát. Ten se využívá jako polotovar pro výrobu alternativního paliva, biopelet. Dřevní štěpka a sláa jsou bioenní ateriály, které nelze považovat za nebezpečný odpad. Kaly z čistíren odpadních vod slouží jako surovina pro zlepšení soudržnosti výše uvedených bioenních ateriálů. Kaly podléhají pečlivéu výběru z hlediska obsahu těžkých kovů a jsou také kontrolovány na obsah chlorovaných derivátů oranických látek. Základní princip výroby bioenního paliva z kalů čističky odpadních vod spočívá ve vytvoření optiálních podínek pro aerobní ferentaci sěsi odvodněných kalů s tuhýi bioodpady. Poocí aerobní ferentace dochází k dezodorizaci kalů a současně se zvyšuje odpar vod. Důležitou podínkou pro urychlené nastartování ferentačního procesu je dokonalé a účinné proíchání odvodněných kalů s tuhýi bioodpady v hooenizátoru. Biopelety se lisují z takto vzniklé sěsi na vysokotlakých lisech. Abycho docílili na lisech trvalého propojení částic ranulátu, usíe nutně ranulát důkladně vysušit. To je pravděpodobně jeden z nejvíce probleatických úseků při výrobě bioenního paliva, proto se stěžejní bode tohoto článků stává sušení bioasy a návrh sušícího zařízení. VÝROBA BIOGENNÍHO PALIVA Základníi surovinai pro výrobu bioenního paliva jsou: odvodněné kaly obsahující 20-40% sušiny dřevní odpad (piliny, štěpky, kůra apod.) sláa (obilní, řepková, dalších technoloických a eneretických plodin), případně jiný tuhý bioodpad Technické podínky pro užití kalů Pro výrobu paliva jsou použity pouze kaly neobsahující nadliitní nožství těžkých kovů pro použití do kopostu. Liitní obsahy těžkých kovů uvádí tabulka 1. Tab. 1 Liitní obsahy Prvek Pb Cd Cr H Ni Zn Cu As Mo Liitníobsah [.k -1 ] In. Markéta Grycanová, VŠB TU Ostrava, FS, 17. listopadu, Ostrava Poruba, arketa_rycanova@eail.cz / 55 /

2 RECEPTURA Pro splnění požadovaných paraetrů paliva, zvláště z hlediska výhřevnosti a obsahu popele, jsou výše uvedené složky síchány v poěru: Tab. 2 Poěr složek v palivu v h % Sláa Piliny Kaly TECHNOLOGICKÝ POSTUP a) Dezinterace tuhé bioasy dřevěné štěpky a sláy b) Hooenizace odvodněných kalů s tuhou bioasou c) Aerobní ferentace sěsi kalů s tuhou bioasou (dezodorizace) d) Vysoušení ferentované sěsi s následnou ranulací e) Lisování ranulátu Tuhou bioasu je nutné před její síchání s odvodněnýi kaly upravovat, a to předevší drcení nebo řezání. Při použití sláy obilovin, technických nebo eneretických plodin usí dojít k předíchání sěsi kalu s řezanou sláou. Drť (resp. kal s řezanou sláou) se poté s odvodněnýi kaly dávkuje do šnekové íchačky. Získaná sěs se naskladňuje na ložnou plochu rozetadla hnojiv, poocí něhož dochází k hooenizaci odvodněných kalů s tuhou bioasou. Po uvedení rozetadla do chodu je totiž sěs odvodněných kalů společně s dřevní drtí etána na betonovou stěnu, číž dochází k dokonaléu spojení odvodněných kalů s drtí dřevních odpadů. Dokonale proíchaná a hooenizovaná sěs je naskladňována poocí pásových dopravníků do ferentačního žlabu s denní autoatický překopávání, kde v optiálních aerobních podínkách dochází k urychlené asiilaci pachových látek (dezodorizace) a to při současné zvýšení teploty ferentované sěsi a při zvýšenéu odparu vody. POPIS BIOPELET Ekoloické biopalivo je vyrobeno na bázi obnovitelných surovin (např.: dřevo, sláa), obohacené vybranýi kaly z čistíren odpadních vod, které jsou přidávány pro zlepšení soudržnosti produktu. Palivo je vyrobeno ferentací, sušení a následný lisování. Granulát je produkován ve forě drti o rozěrech částic do 10. Pelety jsou válcového tvaru o průěru 30 a délce Jsou dostatečně pevné, tj. snesou bez rozpadu pád z výšky 1. Pelety a ranulát jsou bioloicky nezávadné, neobsahují bioloicky aktivní látky a jsou bez zápachu. Obr. 1 Biopelety / 56 /

3 SUŠÍCÍ ZAŘÍZENÍ Bubnová univerzální sušárna (BUS) je kontinuální souproudé zařízení,sloužící k vysoušení sypkých ateriálů. Hlavní části sušárny: 1) spalovací zařízení - slouží k zabezpečení sušícího prostředí pro sušárnu 2) sěšovací koora tvoří ji dvoudílný válec, spodní část je přišroubovaná k topeništi a uvnitř je válcový plaenec, do prostoru ezi plaenec a stěnu sěšovací koory tanenciálně proudí nasávaný okolní vzduch 3) zásobovací jednotka - základní prvke je saonosná ocelová konstrukce, která je svařena z ocelových, přede ohýbaných plechů tak, že vznikne uzavřený ohraničený prostor, dno zásobovací jednotky je zešikené a zaústěné do žlabu 4) sušící buben je hlavní součástí sušárny, rotační válcový buben se otáčí kole írně skloněné sěre k výstupní jednotce, podélné osy. Na vnitřní straně je opatřen vestavbou, osi obvodovýi lopatkai, jejichž hlavní úkole je zintenzívnit přestup tepla rovnoěrný rozdělení náplně sušárny do celého průřezu bubnu a podstatně zvětšit povrch vysoušeného ranulátu. Vestavba uožňuje neustálé přesýpání náplně do proudu sušícího prostředí 5) výstupní jednotka - představuje ji ocelová skříň, stojí na čtyřech přivařených nohách, které jsou přišroubovány k ráu 6) lisovací zařízení - hydraulický briketovací lis Obr. 2 Koncepce sušícího bubnu PROCES SUŠENÍ Vlhký ranulát je podáván šnekový dopravníke přes vstupní jednotku do bubnu u jejího vyššího konce. Rotací, působení vestavby bubnu a působení sušícího prostředí, proudícího ze vstupního vzduchotechnického potrubí přes vstupní jednotku do sušícího bubnu, postupuje ranulát složitý pohybe sěre k výstupní jednotce. Shluky částic jsou vestavbou vynášeny do horní části obvodu bubnu. Přito přijíají teplo konvekcí od sušícího prostředí a současně i teplo kondukcí od lopatek vestavby. Z povrchu shluku částic se přito odpařuje vlhkost. Po dosažení horní části obvodu bubnu padají shluky z lopatek, tzn. že sprchují do proudu sušícího prostředí. Shluky se při sprchování dezinterují a jednotlivé částice jsou v příé styku se sušící prostředí. Tí se podstatně zvětší povrch pro přestup tepla a hoty. Částice ranulátu, který vysoušíe, se na dně bubnu dostávají za poěrně krátkou dobu opět dovnitř shluků. Ta ají ožnost vyrovnat úbytek své povrchové vlhkosti. Z hlediska sušení je tahle záležitost veli důležitá, neboť se tí prodlužuje úsek stálé rychlosti sušení. Přesýpání náplně se také dosahuje rovnoěrnějšího rozdělení teplot v částicích a ve shlucích, takže tí dojde k potlačení nepříznivých vlivů konvekčních sil na průběh sušení. Vysoušení sypkých ateriálů v bubnové sušárně se blíží svý charaktere vysoušení jednotlivých ranulí. Proto se větší ěrou neuplatňují vnitřní podínky sušení, ale naopak převládá vliv vnějších podínek. Usušený ranulát vypadává z nižšího konce bubnu přes výstupní jednotku do výsypky ranulátu. / 57 /

4 Při návrhu sušárny byla splněna podínka sušení, kde doba průchodu ranulátu bubne je větší než doba sušení ranulátu. Bubnové sušárny ají z hlediska vlastního sušení hlavní výhody: prodloužený úsek se stálou rychlostí sušení dobrou tepelnou účinnost použitelnost pro různé ateriály Nevýhodou bubnových sušáren je docílení nižší intenzity sušení. I s dokonalý přizpůsobení vestaveb nelze zajistit tak účinné íchání a styk sušícího prostředí se sušený ateriále jako například u fluidních, proudových nebo vibračních sušáren. TEPELNÁ BILANCE SUŠÁRNY r sp t sp i, pal pal p, sp s. ts s Q. Spalovna. Sěšovací koora V. t VZ. p vz VZ s. ts. c s Sušárna BUS s. t s. cp, s. t + ΔI. t p, Obr. 3 Tepelná bilance sušárny EMISE Při spalování bioasy se význaně sníží produkce eisí, které při spalování fosilních paliv značně zatěžují ovzduší. Dosahuje se značně nízkých hodnot škodlivých eisí, včetně eisí toxických kovů a dochází ke snížení probléu nakládání s popele. Oxid uhelnatý Spalování tuhých fytopaliv v rozezí teploty plaene 900 až 1100 C při dostatečné přívodu spalných vzduchů s přebytke kyslíku a s dostatečně velký a neochlazovaný dohořívací prostore plaene se obsah CO často blíží k nule. Oxid siřičitý Eise oxidu siřičitého jsou rovněž zanedbatelné. Stopy síry se u fytopaliv vyskytují výjiečně, např. v kůře dřevin. / 58 /

5 Oxidy dusíku Eise oxidů dusíku (NO x ) dosahují cca polovinu povolených liitů, ale ohou se zvýšit při překročení teploty plaene 1200 C. Rovněž fytopalivo obsahující vyšší obsah dusíku než 1,5 % v sušině ůže překročit eisní liit NO x. K tou ůže dojít při spalování sena z ladé trávy. U fytopaliva z eneretických rostlin hnojených průyslovýi hnojivy s obsahe chloru se ohou ve spalinách objevovat eise chlorovodíku. Oxid uhličitý Při spalování bioasy rovněž vzniká dioxid uhlíku, který způsobuje vznik skleníkového efektu. Spalování bioasy se však skleníkový efekt nenavyšuje a to z důvodu, že rostliny za svého růstu odebírají z ovzduší CO 2 a spotřebovávají ho při fotosyntéze. Při spalování jej opět do ovzduší vracejí (bilance CO 2 je tedy nulová). Obr. 4 Graf vznikajících eisí při pálení biopelet EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ Tabulka 3 předkládá srovnání různých běžně používaných paliv. Porovnává výhřevnost, popelnatost a náklady na výrobu 1 kwh na topné tělese. Tab. 3 Porovnání různých druhů paliv Zdroj enerie Výhřevnost Cena získané kwh na Popelnatost [%] [MJ.k -1, MJ. -3 ] topné tělese Hnědé uhlí 13,4-17, ,20 0,50 Černé uhlí 16,7 28, ,33 0,85 Hnědouhelné brikety 18, ,30 Koks 25, ,44 0,56 Zení plyn 33, ,45 Papírové brikety ,9-3 0,22 0,48 Biopelety ,3-1 0,20 0,48 Z tabulky vyplývá, že spalování biopelet je v porovnání s ostatníi palivy jední z nejlevnějších způsobů jak získat 1 kwh enerie. Popelnatost dosahuje téěř nulových hodnot. / 59 /

6 ZÁVĚR Hlavní úkole článku bylo přiblížit proces sušení bioasy v kontinuální souproudé zařízení-bubnové sušárně. Sušárna je vhodná pro sušení většiny sypkých ateriálů, je ovše nutné dodržet podínku sušení a to, že doba průchodu ranulátu bubne je delší než doba nutná k jeho vysušení. Z sušárny vystupuje ranulát o vlhkosti zhruba 15 %, který se následně na vysokotlakých lisech lisuje na biopelety. Lisované biolepety ají řadu předností před běžně používanýi fosilníi palivy a ohou tak tyto paliva vhodně doplnit nebo zcela nahradit. Jejich výhřevnost je shodná s výhřevností hnědého uhlí, ají však význaně nižší obsah těžkých kovů a eise vznikající při spalování biopelet dosahují také veli nízkých hodnot. Největší předností spalování biopelet je bezesporu tzv.nulová bilance oxidu uhličitého. Při spalování paliva na bázi bioasy totiž nedochází ke tvorbě nového oxidu uhličitého, protože spalování tohoto druhu paliva vznikne stejné nožství CO 2 jako je ho spotřebováno při růstu (fotosyntéze) rostlin. PODĚKOVÁNÍ Příspěvek vznikl za podpory rantu MSM DeCO x PROCESSES. POUŽITÁ LITERATURA [1] VALCHÁŘ, J.; CHOC, M.; TŮMA, V. (1967): Sušení v cheické průyslu. Praha. [2] KOZÁK, M. (1993): Zkušební protokol Radvance, Protokol o zkoušce. Ostrava. [3] ČECH, B. (2001): Protokol z ěření eisí č.06/01, Technická zpráva.všb-tu Ostrava. [4] BARTOŇOVÁ, L. (2002): Distribuce prvků při spalování uhlí v elektrárnách s cirkulující fluidní vrstvou, Doktorská disertace. VŠB-TU, FS Ostrava. [5] BAJGER, Z. (2002): Hodnocení paliva EKOFERM, Technická zpráva. VŠB-TU Ostrava. [6] NOSKIEVIČ, P. (1998): Spalování uhlí. VŠB-TU Ostrava. [7] VÍTKOVICE VÝKUM A VÝVOJ, s. r. o. (2001): Protokol o autorizované ěření eisí č. 44/2001. Ostrava. [8] KVASNICA, J. (1965): Terodynaika. Praha. / 60 /