Kotle na dřevní odpad: Druhy a účinnost

S nárůstem cen fosilních paliv a energií roste zájem o obnovitelné zdroje, jako je biomasa. Vedle tradičního využívání kusového dřeva se stále více využívá dřevní odpad ve formě pilin a štěpky, a novým fenoménem jsou pelety.

Kotle Stropuva

Společnost Stropuva vyrábí kotle, které díky pomalu hořícímu palivu dosahují vysoké hospodárnosti. V roce 2001 společnost Stropuva vyvinula a patentovala první kotel s horním spalováním na světě. Od té doby společnost vyrábí kotle na tuhá paliva, které jsou oblíbené nejen po celé Evropě, ale také v Jižní Koreji, Kanadě a mnoha dalších zemích. Naši specialisté kotle dále úspěšně zdokonalují a přizpůsobují je speciálním potřebám zákazníků. I při pomalém hoření dřeva zůstává účinnost velmi vysoká, proto jedna dávka dřeva, v závislosti na potřebné teplotě, bude hořet déle než jeden den a noc. Kotel Stropuva, to je kotel, který dokáže uskutečnit dávný sen člověka.

Kotle Valmet s technologií BFB a CFB

Valmet Technologies OY v současnosti buduje či přestavuje ve středoevropském regionu několik kotelen pro energetické využití odpadů - mj. v Rakousku, Německu nebo České republice. Hlavní hnací silou těchto investic je odklon od uhlí s maximálním energetickým využitím odpadů. První kotle na odpady s touto technologií byly dodány Valmetem již v roce 1979 a doposud bylo uvedeno do provozu celkem 200 kotlů o výkonu 10-400 MWth a z toho 23 jednotek s výkonem 20-50 MWt, které spalují 50-150 tisíc tun odpadu ročně.

Jednou z posledních dodávek Valmetu je nový BFB kotel pro Veolia Energie ČR a.s. o parametrech páry 42 bar(g) / 420 °C, 52 t/h. navržený pro spalování TAP v rozsahu 0 - 100 %, biomasy v témže rozsahu a čistírenských kalů do 5 % palivové směsi. Součástí dodávky je rovněž systém čištění spalin, renovace stávající ocelové konstrukce a její úprava, elektro část, měření a regulace a modernizace stávajícího řídícího systému. Kotel v sobě kombinuje vysokou účinnost spalování různých tuhých paliv a nízké emise při použití paliva s naprosto odlišnými kalorickými hodnotami.

Kotle jsou dostupné v široké škále od 50 do 1200 MW tepelného výkonu. Většina z více než 95 referencí po celém světě jsou kotle, které spalují společně biomasu/odpady a fosilní paliva v neustále se měnících vzájemných poměrech, 10 z nich jsou provozovány výhradně na odpady. Hlavní výhodou kotle je jeho vynikající flexibilita z pohledu paliva.

Čtěte také: Zlepšení ovzduší Dolní Domaslavice

U technologie CFB cirkulující ložový materiál proudí společně se spalinami spalovací komorou, po jejímž opuštění je v cyklónu oddělen od plynu a vracen do spodní části topeniště. Tato technologie poskytuje rovnoměrný teplotní profil spalování, což je optimální pro použití široké škály paliva, lišící se výhřevností, vlhkostí, obsahem popela a složením popelovin. Technologie také zajišťuje nízké primární emise s vysokou účinností spalování a vysoké využití vápence pro odsíření.

Při použití odpadů jako paliva se podobně jako u BFB kotlů využívá konstrukce prázdného tahu, na němž se zachytí nálepy, které se pravidelně omývají. Tím zůstává zachována plná funkce následujících výměníků. Tepelná účinnost CFB kotle je při použití odpadů jako paliva 91 až 92 % i v případě, kdy tepelný příkon v palivu je poměrně nízký. Vysoká účinnost je dána nízkým přebytečným kyslíkem, mimo jiné zabezpečujícím nízké primární emise a méně spalin vstupujících do procesu jejich čištění, a konstrukcí cyklonu chlazeným vodou, který zajišťuje vysokou separaci pevných částí a minimalizuje množství přenosu nespáleného paliva do filtru. U tohoto řešení nejsou potřeba těžké žáruvzdorné konstrukce nebo dilatační spoje.

Parametry páry u CFB kotle Valmetu mohou být 520 °C/ 90 bar, což znamená vyšší energetický výstup v porovnání se standardním cyklem u roštového kotle, kdy rozdíl v čisté účinnosti je 3-5 %, znamenajících o 10-15 % vyšší výrobu elektrické energie. Vysokých parametrů páry při použití odpadů je dosaženo umístěním koncového přehříváku v sifonovém uzávěru, kde je přehřívák uložen v písku a oddělen od spalin. Tímto řešením se snižuje vysokoteplotní koroze.

Ekonomické aspekty CFB kotlů

CAPEX je nižší u CFB kotle a čím větší jednotka, tím je rozdíl větší, přičemž cena CFB v sobě zahrnuje dodatečnou úpravu paliva a čištění spalin. Je to dáno tím, že CFB kotel je navržen jako jeden kompaktní celek. Pro tutéž kapacitu v parním výkonu je roštová technologie prostorově mnohem náročnější a rozdíl v zastavěné ploše je enormní. To znamená více stavebních prací u roštového kotle.

V případě vysokého spalného tepla odpadů musí být rošt kotle konstruován jako vodou chlazený, což znamená vysoké náklady. Samotné čištění spalin je investičně mnohem levnější u CFB vzhledem k menšímu množství spalin díky nižšímu přebytku vzduchu při provozu a nízkým primárním emisím NOx.

Čtěte také: Zkušenosti s ekologickou vložkou Viadrus: Co říkají uživatelé?

Jelikož CFB konstrukce využívá více vyzdívek, je roční potřeba výměny teplosměnných ploch nižší, dále pak zde nejsou žádné pohyblivé elementy v oblasti podlahy CFB kotle. V případě CFB je vyšší vlastní spotřeba energie, o něco vyšší podíl úletového popílku z před separátoru a méně popílku z čištění spalin. Je zde příjem z prodeje recyklovaných kovů.

U roštového kotle je celkové množství popele větší a v případě větších závodů je potřeba dvou i více kotlů a tím i více obslužného personálu. Co však vstupuje významně do hry, pokud srovnáváme kotel CFB v jeho maximálních parametrech s kotlem roštovým, je prodej elektrické energie z celého závodu. Vyšší parametry páry mají přímý dopad na účinnost celého cyklu, a tím pádem i více vyrobené elektrické energie.

O kolik více elektrické energie se vyrobí s CFB technologií za těchto modelových podmínek: komunální odpad 900 kt/r, vstup v palivu (8 000 hod/r) 398 MW.

• Dopad na parametry páry (podle konstrukce turbíny) pro rošt: 440°C, 60 bar - účinnost cyklu (net*) je 27% => 107 MWe
• Pro CFB: 510°C, 90 bar - účinnost cyklu (net) je 31% => 123 MWe
• Rozdíl v jednom roce je 128 000 MWh, za předpokladu ceny el.

Technologie zplyňování odpadů od Valmetu

Další možností, kterou Valmet nabízí pro energetické využití odpadů, je jejich zplyňování. Technologie zplyňování vychází z koncepce cirkulujícího fluidního lože a byla vyvinuta pro zákazníky požadující maximální účinnosti cyklu při výrobě elektrické energie a pokud možno využití stávající infastruktury závodu jako je např stávající kotel a čištění spalin. Tímto řešením je možno dosáhnout účinnost cyklu při výrobě el. energie 40 a více procent.

Zplyňovací jednotky jsou dodávány v rozsahu výkonu 40-140 MWth, ve vývoji jsou jednotky s vyšším výkonem až do 300 MWth. Jako palivo je možné použít odpady nebo biomasu. Zplyňovacím médiem je vzduch, provozní teplota je udržována mezi 850-900 °C při provozním tlaku 5-30 kPa(g).

Čtěte také: Podmínky pro Získání Kotlíkové Dotace

Produkční plyn je pak ochlazen na přibližně 400 °C, kdy dojde k přechodu všech korozivních látek jako alkalichloridy, PB a Zn do pevné fáze, které jsou zachyceny na keramickém filtru, takže plyn je čistý a připraven ke spálení v plynovém či jiném kotli. Zachycení rtuti se provádí po kotli klasickým způsobem.

Závod v Lahti je největší elektrárnou založenou na zplyňování odpadů na světě. Ročně zpracuje 250 kt odpadů (TAP a kontaminované demoliční dřevo) k výrobě 50 MW elektrické energie a 90 MW tepla pro centrální vytápění. Je více než osm let v provozu a vyznačuje se stabilním provozem, jednoduchým řízením a dosahováním plného výkonu i při kolísajících parametrech vstupního paliva. Pro provoz není potřeba podpůrné palivo a nebyla doposud zjištěna koroze zařízení.

Druhy kotlů na dřevo

Kotle na dřevo se dělí na několik typů podle konstrukce a způsobu spalování:

• Litinové kotle: Vhodné pro spalování vlhčího tvrdého kusového dřeva (w < 30 %). Nízká účinnost (kolem 60 %) a vysoké emise.
• Ocelové kotle s ruční dodávkou paliva: Vhodné pro drobnější dřevo a dřevní odpad. Vyžadují komín s větším tahem. Reálná účinnost kotlů se pohybuje na hranici 65 %.
• Ocelové kotle speciální (zplynovací): Moderní technologie spalování kusového dřeva s vysokou účinností (kolem 75 %). Vyžadují suché palivo a zapojení s akumulační nádrží.
• Automatické kotle: Nejnovější technologie spalování s automatickým doplňováním paliva. Určeny pro drobný dřevní odpad ve formě pilin a štěpky a pro pelety. Reálná účinnost přesahuje 80 %.

Paliva pro kotle na biomasu

Jako biologické palivo je normou definována dřevní hmota ve formě kulatiny, štěpků, pilin a výlisků, tj. briket a pelet. Výhřevnost jednotlivých forem je závislá především na vlhkosti w (procentuální hmotnostní podíl vody v surovině), která se pohybuje se v rozmezí 7 až 19 MJ/kg. Jehličnaté dřevo má vyšší výhřevnost, ovšem nižší hustotu. Podíl popelovin je v rozmezí 0,5 až 3 % a je závislý především na podílu kůry v palivu. Vyšší podíl kůry = více popelovin.

Uveďme si základní parametry biomasy, která se nejběžněji využívá v malých kotelnách. Brikety a pelety - musí být lisovány ze suché hmoty s w < 10 %, proto je jejich výhřevnost 17 až 18 MJ/kg, objemová hmotnost pelet je 650 kg/prms a u briket se dle jejich tvaru pohybuje na hranici 600 kg/prm. Zajímavostí je, že hustota pelet je vyšší jak 1000 kg/m3, proto by správně vyrobená peleta neměla ve vodě plavat, což je jednoduchý test kvality. Právě kvalitní vylisování zaručuje peletě vedle vysoké výhřevnosti a hustoty také velkou mechanickou odolnost.

Vliv legislativy a emisní třídy

Norma rozděluje kotle do 3 tříd podle účinnosti a míry vypouštěných emisí. Výrobce musí uvádět třídu, do které byl kotel autorizovanou osobou zařazen. Pro uživatele je to důležitá informace o případném vlivu zdroje tepla na okolní prostředí.

Skladování biomasy

Pro plánování skladového hospodářství platí pravidlo, že by měla být minimalizována potřeba doplňování paliva v průběhu topné sezóny, kdy jsou ceny paliv nejvyšší. Prostor pro skladování by tak měl být v maximální možné míře schopen pokrýt roční spotřebu paliva.

Výjimkou jsou piliny a štěpka s vlhkostí nad 25 %. Pokud není zajištěno intenzivní větrání, začíná toto palivo po určité době degradovat a plesnivět. Vedle snižování výhřevnosti to přináší i zdravotní nebezpečí od spor a plísní a také možnost samovznícení. Proto se nemají skladovat v obytných prostorech, kde je kotelna přímo v domku. Nedoporučuje se předzásobení delší než na dva měsíce.

Pro potřeby projektování skladového hospodářství lze pro naše klimatické podmínky, kvalitu domácích paliv a účinnost zdrojů tepla s dostatečnou přesností stanovit roční potřebu paliva pro vytápění a ohřev TV na 1 kW projektovaného výkonu zdroje pomocí tab.

U skladování kusového dřeva je nutné si uvědomit, že čerstvé dřevo vysychá na požadovanou vlhkost 20 % 18 až 24 měsíců. Rychleji vysychá štípané kratší dřevo pod větraným přístřeškem. Z pohledu skladování a manipulace jsou nejvhodnější pelety. Od výrobců jsou distribuovány v pytlích po 15 kg, ve velkoobjemových vacích (big bag po 1m3) nebo v cisternách.

Tab. Roční potřeba paliva pro vytápění a ohřev TV na 1 kW projektovaného výkonu zdroje:

Závěr

Kotle na dřevní odpad představují efektivní a ekologické řešení vytápění, které kombinuje hospodárnost, obnovitelné zdroje a moderní technologie. Výběr správného kotle závisí na specifických potřebách a preferencích uživatele, dostupnosti paliva a požadavcích na obsluhu a údržbu.

tags: #kotle #na #dřevní #odpad #druhy #a

Oblíbené příspěvky:

• Klíny Krušné hory - klima
• O alternativní recyklaci lidského těla
• Co je Kruh pro environmentální dějiny?
• Účtování emisí akcií
• Definice ekologických problémů