Cech topenářů a instalatérů ČR informuje: Využití biomasy pro výrobu tepla – 2. část

vzdělávání

Cech topenářů a instalatérů uspořádal v říjnu 2011 v Plzni, v Kolíně a ve Zlíně semináře Joule 2011. Na seminářích vystoupil s přednáškou také Ing. Jan Hrdlička, Ph.D., z Ústavu energetiky, Fakulty strojní ČVUT v Praze.

Zde je další ukázka z jeho přednášky.

Rostlinná hmota v původním stavu

Obsahuje vysoký podíl vody. Biomasa vysušená na vzduchu obsahuje okolo 10 až 12 % vody, ale např. čerstvá kůra nebo zelené rostliny obsahují až 60 % vody. Má vysoký obsah prchavé hořlaviny. V hořlavině je významný podíl kyslíku, malý podíl popelovin, max. do 5 % (bez vnějších příměsí). Výhřevnost závisí zejména na obsahu vody; na vzduchu vysušené dřevo má cca 17 MJ/kg, sláma 14 MJ/kg.

Voda v biomase

Obsah vody zásadním způsobem ovlivňuje charakter biomasy. Vyšší obsah vody má za následek:

• snížení výhřevnosti,
• větší náchylnost k biologické degradaci,
• zvýšení nákladů na dopravu,
• zvýšení nákladů na skladování.

Obsah vody závisí na původu rostliny, druhu rostliny a na způsobu zpracování na palivo. Pro velké aplikace je potřeba mít vlhkost konstantní.

Vliv obsahu vody v biomase na výhřevnost

Popeloviny v biomase

Obsah popelovin u běžné biomasy se pohybuje cca od 0,1 do zhruba 6 %, nejméně popelovin obsahuje dřevo (okolo 0,5 %), kůra obsahuje cca 1 % a například sláma 4 až 6 %. Extrémním případem jsou např. kaly i s 20 % popela. Je nutné započítat i nečistoty (např. hlína nebo kamení), které se do biomasy dostanou v průběhu zpracování nebo skladování.

Definice spalování

Spalování je definováno jako fyzikálně-chemický děj mezi palivem a okysličovadlem, s cílem využití uvolněné energie. Hořením je nazýváno neřízené spalování bez jeho využití.

Základním předpokladem průběhu spalování je:

• přítomnost vhodného množství paliva a okysličovadla,
• vytvoření směsi paliva a okysličovadla,
• dosažení zápalné teploty.

Průběh spalování biomasy

Ohřátí paliva a sušení probíhá v pásmu nízkých teplot zhruba do 110 °C. Uvolňování prchavé hořlaviny probíhá v teplotním rozsahu přibližně 170 až 400 °C a dochází k pyrolytickému rozkladu některých jejích složek.

Po dosažení zápalné teploty (nebo po iniciaci) dojde k zapálení prchavé hořlaviny. Spalování fixního uhlíku (neprchavé hořlaviny) je nejdelší fází spalování tuhého paliva, představuje až 90 % celkové doby a uvolňuje se největší množství tepla. Spalování tuhého uhlíku je heterogenní reakce a je ovlivněno rychlostí přívodu kyslíku k povrchu tuhého uhlíku a rychlostí povrchových reakcí.

Spalovací vzduch

Když je součinitel přebytku vzduchu l a poměr množství paliva a vzduchu F, bude:

• l = 1 (F = 1), směs paliva a vzduchu se nazývá stechiometrická a spalování stechiometrické,
• l > 1 (F  < 1), směs paliva a vzduchu se nazývá chudá a spalování s přebytkem spalovacího vzduchu,
• l < 1 (F  > 1), směs paliva a vzduchu se nazývá bohatá a spalování podstechiometrické (v případě plynného a kapalného paliva), v případě pevného paliva zplyňování.

Plynné produkty spalování, zdroje emisí

Produkty dokonalého spálení, nepovažované za znečišťující látky jsou: vodní pára +CO₂. Produkty dokonalého spálení, považované za znečišťující látky jsou: SO₂, NO_x, TZL. Produkty nedokonalého spálení jsou: CO, uhlovodíky, TZL.

Kategorie zdrojů znečišťování ovzduší:

• zvláště velké zdroje znečištění ovzduší – s tepelným příkonem nad 50 MW,
• velké zdroje – s tepelným výkonem od 5 do 50 MW, pokud tepelný příkon je menší než 50 MW,
• střední zdroje – s tepelným výkonem od 200 kW do 5 MW,
• malé zdroje – s tepelným výkonem do 200 kW.

Příprava biomasy pro spalování

Cílem přípravy je:

• automatizovat provoz zařízení (snížení nákladů) zajištěním homogenity paliva,
• snížení nákladů na dopravu a skladování zvýšením energetické hustoty,
• snížení obsahu příměsí s cílem zvýšit kvalitu paliva,
• odstranění balastních látek (např. sušením),
• úprava granulometrie,
• výroba výlisků, např. briket nebo pelet.

Spalovací zařízení na biomasu – manuální

Vybral a z programu PowerPoint převedl Ing. Vladimír Valenta