SPALOVÁNÍ KOMPOZITNÍCH BIOPALIV

Podobné dokumenty
SPALOVÁNÍ FYTOENERGETICKÝCH ROSTLIN V KOTLI VIADRUS HERCULES ECO

Novela nařízení vlády č. 352/2002 Sb. Kurt Dědič, odbor ochrany ovzduší MŽP

Využití trav pro energetické účely Utilization of grasses for energy purposes

REKONSTRUKCE UHELNÝCH KOTLŮ NA SPALOVÁNÍ BIOMASY

TERMICKÉ VYUŽITÍ SEPARÁTU PO ANAEROBNÍ FERMENTACI BIOLOGICKY ROZLOŽITELNÝCH ODPADŮ

Zkušenosti s testováním spalovacích ízení v rámci ICZT Kamil Krpec Seminá : Technologické trendy p i vytáp

VERNER udává směr vývoje v ČR

Peletovaná alternativní paliva ze spalitelných zbytků a biomasy

Kombinovaný teplovodní kotel pro spalování tuhých a ušlechtilých paliv

Kotle na UHLÍ a BRIKETY EKODESIGN a 5. třída

Digitální učební materiál

Emisní limity pro zvláště velké spalovací zdroje znečišťování pro oxid siřičitý (SO 2 ), oxidy dusíku (NO x ) a tuhé znečišťující látky

Moderní způsoby vytápění domů s využitím biomasy. Ing. T. Voříšek, SEVEn, o.p.s. Seminář Vytápění biomasou 2009, Luhačovice,

MŽP odbor ochrany ovzduší

Seminář Koneko Praha, Spalování paliv. Kurt Dědič odbor ochrany ovzduší MŽP

STANOVENÍ KONCENTRACE PLYNNÝCH ŠKODLIVIN NA VÝSTUPU ZE SPALOVACÍCH ZAŘÍZENÍ

VLIV TOPNÉHO REŽIMU NA EMISE KRBOVÝCH KAMEN SPALUJÍCÍCH DŘEVO

Problematika řízení automatických kotlů na biomasu se zaměřením na kotle malého výkonu pro domácnosti

Ekodesign kotle TP. sezónní energetická účinnost vytápění. pevné částice (PM) organické plynné sloučeniny (OGC) oxid uhelnatý (CO) oxidy dusíku (NOx)

Model dokonalého spalování pevných a kapalných paliv Teoretické základy spalování. Teoretické základy spalování

Vlhkost 5 20 % Výhřevnost MJ/kg Velikost částic ~ 40 mm Popel ~ 15 % Cl ~ 0,8 % S 0,3 0,5 % Hg ~ 0,2 mg/kg sušiny Cu ~ 100 mg/kg sušiny Cr ~ 50

ŘÍZENÉ SPALOVÁNÍ BIOMASY

NÍZKÝ KOTEL 5 EMISÍ TŘÍDY S AUTOMATICKÝM PODÁVÁNÍM UHLÍ

Obnovitelné zdroje energie

Jan Port Protokol č.: 23/2013 Kašparova 1844, Teplice tel: , List č: 1.

Zkušenosti fy PONAST se spalováním alternativních paliv. Seminář Technologické trendy při vytápění pevnými palivy Blansko 2010

RNDr. Barbora Cimbálníková MŽP odbor ochrany ovzduší telefon:

OCHRANA OVZDUŠÍ VE STÁTNÍ SPRÁVĚ listopadu Malé spalovací zdroje. Milan Kyselák

VÝSLEDKY MĚŘENÍ EMISÍ LOKÁLNÍCH KOTLŮ V JIHOČESKÉM KRAJI

VŠB - Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum

PEVNÁ PALIVA. Základní dělení: Složení paliva: Fosilní-jedná se o nerostnou surovinu u našich výrobků se týká jen hnědouhelné brikety

Petr Jíně Protokol č.: 23/2015 Ke Starce 179, Roudné List č: 1 tel: , , Počet listů: 7.

Platné znění části zákona s vyznačením změn

Kotlíkové dotace zkušenosti z minulých výzev a jejich rekapitulace

SPALOVÁNÍ PLYNU ZE ZPLYŇOVÁNÍ BIOMASY

Ing. Radek Píša, s.r.o.

ZKUŠENOSTI ZE SPALOVÁNÍ ALTERNATIVNÍCH PELETEK EXPERIENCES IN ALTERNATIVE PELLETS COMBUSTION

Testo Tipy & triky. Efektivní a bezpečné provádění měření na otopných zařízeních.

Analýza provozu obecní výtopny na biomasu v Hostětíně v období

HODNOCENÍ ROZDÍLNÝCH REŽIMŮ PŘI PROCESU SPALOVÁNÍ

FLUIDNÍ KOTLE. Fluidní kotel na biomasu(parní) parní výkon t/h tlak páry 1,4 10 MPa teplota páry C. Fluidní kotel

METODICKÝ POKYN MINISTERSTVA ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ ODBORU OCHRANY OVZDUŠÍ

Energetické využití odpadu. 200 let První brněnské strojírny

2. Specifické emisní limity platné od 20. prosince 2018 do 31. prosince Specifické emisní limity platné od 1. ledna 2025

Bioenergetické centrum pro měření parametrů tuhých biopaliv

Zplynovací kotle s hořákem na dřevěné pelety DC18S, DC25S, DC24RS, DC30RS. C18S a AC25S. Základní data certifikovaných kotlů

ZDROJE TEPLA Rozdělení Jako zdroj tepla může být navržena kotelna, CZT (centrální zásobování teplem) nebo netradiční zdroj (tepelné čerpadlo,

NÍZKÝ KOTEL 5 EMISÍ TŘÍDY S AUTOMATICKÝM PODÁVÁNÍM PELET. VE VÝKONU 12 kw 36 kw

Technická opatření na ekonomizéru biomasového zdroje v Teplárně Mydlovary

Přehled technologii pro energetické využití biomasy

METODICKÝ POKYN MINISTERSTVA ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ ODBORU OCHRANY OVZDUŠÍ

Květen 2004 Ročník XIV Částka 5 OBSAH

SMART kw. Čistota přírodě Úspora klientům Komfort uživatelům

Pelety z netradičních. Mgr. Veronika Bogoczová

KOTEL 5 EMISÍ TŘÍDY S AUTOMATICKÝM PODÁVÁNÍM PELET. VE VÝKONU 14 kw- 46 kw

Vliv energetických paramatrů biomasy při i procesu spalování

AUTOMATICKÝ KOTEL SE ZÁSOBNÍKEM NA SPALOVÁNÍ BIOMASY O VÝKONU 100 KW Rok vzniku: 2010 Umístěno na: ATOMA tepelná technika, Sladkovského 8, Brno

Vysoká škola báňská-technická univerzita Ostrava VÝZKUMNÉ ENERGETICKÉ CENTRUM

Možnosti energetického využívání tzv. palivového mixu v podmínkách malé a střední energetiky

EU peníze středním školám digitální učební materiál

To nejlepší na dřevo...

Analýza teplárenství. Konference v PSP

SPALOVÁNÍ ENERGOPLYNU NA VUT BRNO

Aktuality z oblasti využívání pevné biomasy. Ing. Richard Horký, TTS Group

To nejlepší na dřevoplyn...

PRŮMYSLOVÉ KOTLE PRO SPALOVÁNÍ BIOMASY VERNER GOLEM

Seznam údajů souhrnné provozní evidence zdrojů znečišťování ovzduší

Zkušenosti s provozem vícestupňových generátorů v ČR

EMISNÍ VÝSTUPY NO X Z PECÍ MAERZ

DREVO_8stran_CZ_01_09.qxp :55 Stránka 2 ZPLYNOVACÍ KOTLE

Připravované projekty MŽP v oblasti zlepšení kvality ovzduší v Moravskoslezském kraji

Technologie přímého aditivního odsíření pro fluidní kotle malých a středních výkonů

Úvod do teorie spalování tuhých paliv. Ing. Jirka Horák, Ph.D.

MĚŘENÍ EMISÍ A VÝPOČET TEPELNÉHO VÝMĚNÍKU

Trysky pro distributor vzduchu fluidního kotle v úpravě pro spalování biomasy

Ohrožuje nově zavedená legislativa v oblasti spalování biomasy zásobování teplem ve městě Prachatice?

Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava Výzkumné energetické centrum 17. listopadu 15/ Ostrava Poruba

Porovnání emisních parametrů při spalování hnědého uhlí a dřeva v lokálním topeništi

Technická směrnice č Teplovodní kotle průtočné na plynná paliva do výkonu 70 kw

Zplyňování biomasy. Sesuvný generátor. Autotermní zplyňování Autotermní a alotermní zplyňování

Biomasa jako palivo Energetické využití biomasy jejím spalováním ENERGETICKÉ VYUŽITÍ BIOMASY

Žádosti o podporu v rámci prioritních os 2 a 3 jsou přijímány od 1. března 2010 do 30. dubna 2010.

Problematika lokálního vytápění v Moravskoslezském kraji

EPBD Semináře Články 8 & 9

Metodický pokyn odboru ochrany ovzduší Ministerstva životního prostředí

NAŘÍZENÍ VLÁDY č. 146/2007 Sb. ze dne 30. května 2007

lní vývoj v biomasy Ing. Jan Koloničný, Ph.D. Luhačovice

tel.: ,

Kapacita zařízení. Instalovaný tepelný příkon 2x 19 MW

Vliv chemické aktivace na sorpční charakteristiky uhlíkatých materiálů

Termochemická konverze biomasy

Topení peletami. Pelety

H4EKO-D ekologický zplyňovací kotel na dřevo malých rozměrů o výkonech 16, 20, 25kW v 5. emisní třídě a v Ekodesignu.

Technická směrnice č kterou se stanovují požadavky a environmentální kritéria pro propůjčení ekoznačky

lní vývoj v ČR Biomasa aktuáln pevnými palivy 2010 Ing. Jan Koloničný, ný, Ph.D. Mgr. Veronika Hase v Hotelu Skalní mlýn

Návrh vyhlášky o zjišťování emisí ze stacionárních zdrojů a o provedení některých dalších ustanovení zákona o ochraně ovzduší

Návrh a výroba prototypu zásobníku paliva. biomasy, dlouhé štěpky a fytomasy s rozrušovačem klenby pro kotel o výkonu 150 kw

NEKONVENČNÍ ZPŮSOBY VÝROBY TEPELNÉ A ELEKTRICKÉ ENERGIE. Ing. Stanislav HONUS

Obnovitelné zdroje energie Budovy a energie


Transkript:

SPALOVÁNÍ KOMPOZITNÍCH BIOPALIV Ondřej Vazda, Milan Jedlička, Martin Polák V tomto článku je řešena problematika spalování biopaliv a biopaliv kombinovaných s uhlím. Cílem je ověřit možnosti využití těchto paliv k výrobě tepla v automatickém kotli na pelety o výkonu 25 kw. Vlastnosti paliv jsou sledovány především z hlediska tvorby emisí v průběhu spalovacího procesu. Klíčová slova: biopaliva, spalování, emisní koncentrace ÚVOD Vzhledem k závazku České republiky zvýšit využívání biomasy pro energii do roku 2010 na 6 až 8% z celkové energetické spotřeby, je nezbytné zajistit jednak dostatečné a stabilní množství biomasy, ale také získat zkušenosti s jednotlivými variantami energetického využití. Tento článek se zabývá problematikou spalování energetických plodin v kotlích nízkých výkonů. Problémem při spalování nových energetických plodin je jednak jejich výhřevnost a popelnatost, ale s ohledem na životní prostředí je to zejména tvorba emisí. Tyto emise jsou závislé na složení paliva, ale také na technologii spalování. Mezi problematické složky patří oxid uhelnatý, oxidy dusíku, oxidy síry a sloučeniny obsahující chlór. Cílem je ověřit možnosti využití kompozitních lisovaných biopaliv ve formě pelet k výrobě tepla v automatickém kotli o výkonu 25 kw. Vlastnosti paliv jsou sledovány především z hlediska tvorby emisí v průběhu spalovacího procesu. Spalovací zařízení MATERIÁL A METODY Biomasa je svým složením specifické palivo hlavně z důvodu vysokého obsahu prchavé hořlaviny, která dosahuje přibližně 85 % z celkové hořlaviny, a vyššího obsahu vázaného kyslíku v palivu. Rychlost hoření pro takováto paliva je závislá zejména na difusní složce rychlosti hoření, která je omezena fyzikálními pochody při míchání prchavé hořlaviny s okysličovadlem. Rychlost promíchání hořlavé směsi lze ovlivnit rozmístěním vstupních otvorů pro rozvod vzduchu, nastavením směru proudění vzduchu a rychlosti proudění. Kvalitu promíchání a prohoření prchavé hořlaviny lze hodnotit podle koncentrace oxidu uhelnatého ve spalinách. Pro měření byly použity dva kotle na spalování pelet pro rodinné domy o shodném výkonu 25 kw, ale lišící se právě konstrukcí hořáku. Jedná se o kotle Viadrus Herkules E a kotel Verner A25. Obr. 1 Hořák kotle Viadrus Herkules E Ing. Ondřej Vazda, TF, ČZU v Praze, Kamýcká 129, 165 21 Praha 6, e-mail: vazda@tf.czu.cz - 101 -

Na kotli Verner A25 se navíc měřilo ve dvou modifikacích. Po prvních měřeních došlo k rozšíření ohniště z původních 200 mm na 235 mm a k přerozdělení vzduchu podle obr. 3. V původní variantě vzduch vstupoval otvory ohraničenými černou čarou. V nové variantě vzduch vstupuje otvory uvnitř bílé čáry. Tyto změny mají vést k lepšímu promíchání prchavé hořlaviny se vzduchem, k dokonalejšímu prohoření a ke snížení emisí oxidu uhelnatého. Obr. 2 Hořák kotle Verner A25 po rozšíření. Vpravo je pohled na otvory pro přívod vzduchu. Měřící aparatura Do kouřovodu odvádějícího spaliny z kotle do komína je umístěna sonda pro odběr spalin, které jsou nasávány pomocí čerpadla. Ze spalin musí být nejprve odstraněna veškerá obsažená vlhkost, což se provede jejich ochlazením pod teplotu rosného bodu. Následně jsou rozvedeny do jednotlivých ů, jejichž signál je vyhodnocen a zaznamenán ve společné kontrolní jednotce Yokogawa. Schéma zapojení měřících přístrojů je uvedeno na obrázku 3. odtah spalin odběrové sondy KOTEL chlazení spalin (kondenzace páry) NO a NO X a SO2 měření teploty měřící systém YOKOGAWA (sledování a ukládání hodnot, měření teplot) O2 TESTO spaliny el. signál Obr. 3 Schéma zapojení měřících přístrojů - 102 -

Emisní limity 1. Nařízení vlády č. 352/2002 Pro dřevo a biomasu, výkon 200kW až 50MW, přepočítáno na 11% O 2-650 mg.m -3 NO X - 650 mg.m -3 2. Směrnice MŽP č. 13/2002 (Ekologicky šetrný výrobek) Výkon do 200kW, přepočítáno na 11% O 2-2000 mg.m -3 NO X - 250 mg.m -3 VÝSLEDKY A DISKUSE V následujících grafech jsou porovnány průměrné koncentrace oxidu uhelnatého a oxidů dusíku pro jednotlivé kotle a různé druhy paliv. Jedná se zejména o šťovík Uteuša a jeho kombinace s dalšími biopalivy. Dřevo je pro tato zařízení nejsnáze spalitelným materiálem a slouží především jako porovnávací palivo. Koncentrace a NO x přepočítané na 11% O 2 7000 6500 6000 5500 5000 4500 NOx 6578 4000 3500 3000 2500 2000 1880 1500 1000 500 0 651 478 586 710 147 246 dřevo šťovík+dřevo 1:1 šťovík+chrastice 1:1 šťovík Obr. 4 Průměrné koncentrace a NO X (kotel Viadrus) Jak můžeme vidět, dřevo vykazuje nejnižší emise i NO X ve všech případech. Jako jediné palivo splňuje emisní limity pro udělení známky Ekologicky šetrný výrobek na všech testovaných zařízeních. Při spalování čistého šťovíku byl naopak ve všech případech zjištěn značný chemický nedopal, což se projevuje ve formě vysokých koncentrací. Spalovací proces není navíc příliš stabilní, neboť v jeho průběhu dochází k velkým výkyvům ve tvorbě [4]. U šťovíku tak byly ve všech případech značně překročeny emisní limity. Nestabilita spalovacího procesu může být způsobena vyšším obsahem popela a zejména pak jeho nízkou teplotou tání. Vlivem toho vznikají během spalování spečené kusy popela, které brání kvalitnímu promíchání prchavé hořlaviny se vzduchem. - 103 -

Průměrné koncentrace přepočítané na 11% O 2 8000,0 7000,0 6000,0 5000,0 4000,0 NOx 3000,0 2000,0 1000,0 0,0 dřevo 50% šťovík + 50% chrastice šťovík + chrastice sláma + obilí sláma + obilí 75% šťovík + 25% dřevo šťovík šťovík šťovík palivo Obr. 5 Průměrné koncentrace a NO X (kotel Verner před úpravou topeniště) Průměrné koncentrace přepočítané na 11% O 2 4500,0 4000,0 3500,0 3000,0 2500,0 2000,0 1500,0 NOx 1000,0 500,0 0,0 dřevo šťovík + 30% uhlí konopí 40% šťovík + 40% kůra + 20% uhlí 45% šťovík + 45% štěpka + 10% uhlí šťovík + topol 1:1 + 10% uhlí 45% šťovík + 45% kůra + 10% uhlí šťovík + kůra 3:1 + 10% uhlí 50% šťovík + 50% konopí šťovík + 20% uhlí šťovík + konopí šťovík + 5% uhlí palivo šťovík + 10% uhlí 35% šťovík + 65% uhlí šťovík (velký pytel) 50% šťovík + 50% uhlí odpad z čištění obilí šťovík Obr. 6 Průměrné koncentrace, NO X a SO 2 (kotel Verner po úpravě topeniště) - 104 -

Na kotli Verner s upraveným topeništěm byly provedeny zejména zkoušky šťovíku v kombinaci s různými podíly uhlí. Z tohoto důvodu byla u vybraných vzorků také měřena koncentrace SO 2. Kompozitní biopaliva na bázi šťovíku mají, jak je vidět z uvedených grafů, výrazně nižší hodnoty emisí ve srovnání s čistým šťovíkem. Při kombinování šťovíku se dřevem, chrasticí i uhlím dochází ke stabilizaci spalovacího procesu a tím ke snížení tvorby oxidu uhelnatého. Koncentrace ve většině případů nepřekračuje hranici 2000 mg.m -3, a tudíž je splněn požadavek stanovený pro udělení značky Ekologicky šetrný výrobek. K významnému snížení emisí dochází při zmenšení šťovíkového podílu pod dvě třetiny [5] Jak lze vidět z obr. 6, již při 5% obsahu uhlí v palivu došlo ke snížení emisí o zhruba 2/3. Při 30% obsahu uhlí v palivu je pak spalovací proces velmi stabilní a průměrná hodnota koncentrací ve spalinách je téměř 20krát nižší než u čistého šťovíku. Zvyšování podílu uhlí v palivu má však za následek tvorbu SO 2. Jeho přítomnost ve spalinách byla zjištěna při 20 a 30% podílu uhlí v palivu. Problém zatím zůstává s oxidy dusíku. Koncentrace NO X ve většině případů překračují hranici 250 mg.m -3, a tudíž z tohoto hlediska není splněn požadavek stanovený pro udělení značky Ekologicky šetrný výrobek. Vznik NO X je závislý zejména na složení paliva a na teplotě spalování. Jejich tvorbu lze výrazně ovlivnit nastavením spalovacího zařízení a v tomto směru bude potřeba provést další spalovací zkoušky. Koncentrace přepočítané na 11% O 2 7000 6000 6578 5216 5000 4218 4000 3000 2000 1000 0 429 147 83 šťovík dřevo šťovík dřevo šťovík dřevo Viadrus Verner Verner upravený Obr. 7 Porovnání průměrných koncentrací u dřeva a šťovíku pro jednotlivé kotle Z obr. 7 plyne, že úpravy spalovací komory kotle Verner měly na kvalitu spalovacího procesu příznivý dopad. Jejich vliv je patrný zejména při spalování dřeva, kdy došlo ke snížení hladiny 5krát. U šťovíku ani po úpravách nedošlo ke snížení emisí pod přijatelnou mez, ale jsou přibližně o 25 % nižší než u kotle Viadrus. - 105 -

ZÁVĚR Pro kotle na dřevěné pelety, dostupné v současné době na českém trhu, nelze čistý šťovík doporučit jako alternativní biopalivo. Důvodem jsou zjištěné koncentrace, které ve všech případech překročily emisní limity. V případě kotle Verner A25 nebylo dosaženo přijatelných hodnot ani po úpravě spalovací komory. Jak je vidět z uvedených výsledků, kombinací šťovíku s jinými biopalivy lze dosáhnout výrazného snížení koncentrací a stabilizace spalovacího procesu. Tato paliva již ve většině případů emisní limit splňují. Kombinace šťovíku s uhlím se také jeví jako vhodná, neboť uhlí vytváří vyšší spalovací teplotu a tím přispívá ke snížení emisí. Vyšší spalovací teplota však má za následek zvýšení tvorby oxidů dusíku. Emisní limity NO X byly překročeny ve většině případů kromě dřeva a je tedy nezbytné kotel pro takovéto palivo nastavit, případně provést další úpravu spalovacího prostoru. Další problém při použití uhlí je obsah síry, která způsobuje vznik SO 2. Přítomnost SO 2 ve spalinách byla zjištěna při 20 a 30% podílu uhlí. Vyšší podíl uhlí než 30 % nelze z tohoto důvodu doporučit a není potřebný ani z hlediska dalšího snížení koncentrací. POUŽITÁ LITERATURA [1] Adamovský, R., Neuberger, P. Termomechanika II : Termodynamika par, vlhký vzduch, sdílení tepla. 1. vyd. Praha : TF ČZU, 2003. 122 str. ISBN 80-213-0987-3 [2] Hutla, P., Kára, J., Strašil, Z. Technologické systémy pro využití biopaliv z energetických plodin. Periodická zpráva řešení projektu NAZV QD 1209. Praha : VÚZT, 2002. [3] Rybín, M. Spalování paliv a hořlavých odpadů v ohništích průmyslových kotlů. 2. vyd. Praha : SNTL, 1985. 420 str. ISBN 04-227-85 [4] Polášek P., Jedlička M.: Spalování fytoenergetických rostlin v kotli Viadrus Herkules E, VUT Brno, Sborník příspěvků ze semináře Energie z biomasy, 2003 [5] Hrdlička J., Polášek P.: Spalování fytoenergetických rostlin, Konference Technika ochrany prostredia - TOP 2004, Častá Papiernička Výsledky uvedené v tomto příspěvku byly získány v rámci výzkumného projektu QE1206 Kompozitní lisovaná paliva, který je finančně podporován NAZV Ministerstva zemědělství ČR, výzkumného záměru CEZ J04/98 : 212200009 a projektu MŽP ČR VaV 320/14/03. Kontaktní adresa: Ing. Ondřej Vazda TF, ČZU v Praze Katedra mechaniky a strojnictví Kamýcká 129 165 21, Praha 6 Suchdol vazda@tf.czu.cz +420 224 383 174 Ing. Milan Jedlička FS, ČVUT v Praze Odbor tepelných a jaderných energetických zařízení Technická 4 166 07, Praha 6 Dejvice milan.jedlicka@fs.cvut.cz +420 22435 2541-106 -