MALÉ A STŘEDN EDNÍ ZPLYŇOVAC OVACÍ KOTLE NA TUHÁ PALIVA František HRDLIČKA ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STROJNÍ KONFERENCE LUHAČOVICE 2009
DOKONALÉ A NEDOKONALÉ SPALOVÁNÍ Spalování uhlíku C na CO2 probíhá podle spalovací rovnice : 1 atom C + 1 molekula O2 1 molekula CO2 1kgC = kgco + 3 3 2,67kgO2 3, 67 2 1kgC + 1,8658 m O2 = 1,8555 m CO 2 Reakční teplo 33,8 MJ/kg Spalování uhlíku C na CO probíhá podle spalovací rovnice 1 atom C + 0,5 molekuly O2 1 molekula CO Reakční teplo 10,3 MJ/kg 3 3 1 kgc + 0,932m O = 1,8651 m CO 2
PODMÍNKY KVALITNÍHO ŘEŠENÍ primární zplyňovací prostor Stechiometrie na hranici zcela nedokonalého spalování (α cca 0,5) Teplota v úzkém pásmu kolem 1070 K Minimální mechanický nedopal Dobrý přístup okysličovadla k fixnímu uhlíku
TEPLOTA TEPLOTY MĚKNUTÍ A TÁNÍ A POPELA TÁNÍ POPELA Palivo dřevo šťovík šťovík+chrastice 1:1 šťovík+piliny 1:1 obilní zbytky řepková sláma+uhlí 9:1 seno Teplota měknutí ( C) 1150 1255 860 875 980 1255 1080 Teplota tání ( C) 1170 1280 905 920 1035 1315 1170
PODMÍNKY KVALITNÍHO ŘEŠENÍ sekundární spalovací prostor Dobré směšování hořlavého plynu se sekundárním vzduchem Odstraňování popela z kotle za provozu (zejména pro uhlí) Dobré vyplnění prostoru plamenem s nízkým součinitelem přebytku vzduchu
Jak dosáhnout kvalitního řešení? Respektováním zásad správného řešení Konstrukční řešení Výběr paliva Automatickéřízení výkonu dle výkonu i spalovacího režimu
Omezení řešení Palivo a jeho vlastnosti včetně rozměrové úpravy Definované okrajové vlastnosti paliva (výhřevnost u biomasy především obsah vody, popelnatost) Přijatelné rozmezí výkonu kotle, ve kterém bude provozován ve správném spalovacím režimu Akumulace tepla pro vyloučení podkritických výkonů kotle
HLAVNÍ PRVKY V POPELU Z BIOMASY 7 0 6 0 5 0 4 0 h m.% 3 0 2 0 1 0 0 K 2 O C a O S io 2 M g O A l2 O 3 P O 4 (3 -) S O 4 (2 -) šť o v ík 1 -d rť šť o v ík 3 -m a lá b rik e ta šť o v ík 5 -v e lk á b rik e ta šťo v ík 6 -s e m ín k a šť o v ík 7 -p e le ty 6 m m šť o v ík 8 -s u c h á k y tk a lá m a n á šťo v ík 1 0 -s u c h á k y tk a,c e lá šť o v ík 4 -v e lk é p e le ty šť o v ík 9 -s u c h á k y tk a šť o v ík 1 1 -s u c h á k y tk a šť o v ík 1 2 -z e le n á k y tk a šť o v ík 2 - m a lé p e le ty
ATMOS - polena UKÁZKY ŘEŠENÍ
ATMOS - uhlí UKÁZKY ŘEŠENÍ
UKÁZKY ŘEŠENÍ ATMOS dřevěné brikety
DAKON - DamatPyro UKÁZKY ŘEŠENÍ
VIGAS - polena UKÁZKY ŘEŠENÍ
PRINCIPIÁLNÍ ODLIŠNOSTI ŘEŠENÍ směšování hořlavých plynů a okysličovadla 1. Nucený tah Spalinový ventilátor Vzduchový ventilátor Vzduchový ventilátor + startovací spalinový ventilátor 2. Palivo polena pilinové brikety doplńkové palivo (štěpka) uhlí zrnění ořech 1 nebo 2 3. Ochrana proti korozi zesílený kvalitní plech litina oddělení kotlového a vytápěcího okruhu směšovacím ventilem
DALŠÍ ÚDAJE VÝKONOVÉ ROZMEZÍ 18 AŽ 90 kw MOŽNOST SPALOVÁNÍ UHLÍ (jen pro malé výkony) ATMOS VIGAS POŽADAVKY NA TAH KOMÍNA Obvykle dle prospektů do 25 Pa (výjimečný údaj 54 Pa) - skutečnost horší, nezbytnost spalinový ventilátor
Emisní limity platné ze zákona 86/2002 Sb. pro střední zdroje na tuhá fosilní paliva o tepelném výkonu od 0,2 MW do 5 MW Jmenovitý tepelný výkon P t (MW) Emisní limit (mg/m 3 ) TZL SO 2 NO x jako NO 2 CO Org. látky jako ΣC Ref. obsah O 2 (%) P t < 0,2 NÁVRH 150 0,5 g/mj 650 1500 nestan. 6 0,2 P t 1 - - 650 650 nestan. 6 1 < P t 5 - - 650 650 nestan. 6 0,2 P t 5 250-650 1 100 1) - nestan. 6 P t = 0,2 až 5 MW - 2 500 650 - nestan. 6 Odkazy: 1)pro výtavná ohniště
Rosný bod spalin a teplota spalin do komínu konvekčnímu přenosu tepla u stěny q *( t t ) = λ *( t t ) = *( t t 1 pr st1 s st1 st2 2 st2 w = α α ) kde je q [W/m2] tepelný tok stěnou výměníku, α1 [W/K.m2] přestupní součinitel na straně spalin, α2 [W/K.m2] přestupní součinitel na straně otopné vody, λ [W/K.m] tepelná vodivost stěny výměníku a s [m] tloušťka stěny výměníku. Teploty jsou postupně od teploty proudu tpr, přes teplotu stěny tst1, tst2 až po teplotu otopné vody tw
Rosný bod spalin pro běžné provozní podmínky Palivo Rosný bod bez síry [ 0 C] Zvýšení teploty rosného bodu [ 0 C] Výsledná teplota rosného bodu [ 0 C] dřevo 44,3 9,5 53,8 Bílina o2 42,8 64,3 107,1 směs 1 : 1 43,6 53,2 98,8
Omezující podmínky pro spolehlivý provoz kotle bez rizika korozí výměníku Palivo dřevo Bílina o2 směs 1 : 1 Min.teplota napájecí (vratné) vody [ 0 C] 22 33 24 Min.teplota spalin za kotlem [ 0 C] 54 108 99 Výše uvedená tabulka však platí pro ustálený výkonový provoz kotle a v žádném případě nenahrazuje podmínky při zátopovém režimu
DĚKUJI ZA POZORNOST