Odborné články
Spoluspalování biomasy s fosilními palivy – od výzkumu k praktickému využití
Úvod
Evropská unie jako celek i její jednotlivé členské země usilují o zvýšení podílu obnovitelných zdrojů energie v energetické bilanci a s tím souvisí i politika a legislativa podporující výrobu elektřiny a tepla z obnovitelných zdrojů. Spoluspalování biomasy s fosilními palivy v elektrárnách a teplárnách je jednou z technicky a ekonomicky efektivních možností, jak výrazně přispět ke zvýšení podílu výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie a stalo se běžnou praxí v mnoha evropských zemích včetně ČR. Na druhou stranu je spoluspalování biomasy ve stávajících, převážně kondenzačních, zdrojích elektřiny velmi často kritizováno a zatracováno jako neefektivní způsob přeměny biomasy na elektrickou energii, který může mít negativní dopady na trh s biomasou. Pro podporu obou dvou úhlů pohledu na spoluspalování biomasy lze nalézt řadu argumentů, avšak stejně jako v jiných oblastech je pravda zřejmě kdesi uprostřed. Bez počátečního impulsu daného zvýšenou poptávkou po energetické biomase by nedošlo k rozhýbání trhu s touto komoditou a k využití jejího potenciálu, na druhou stranu technická řešení spoluspalování nejsou často efektivní a obchodní řešení dodávek biomasy nedávají záruku stabilního a efektivního využití jejího potenciálu. Tyto obtíže a problémy jsou velmi běžné nejen v nových členských zemích EU v regionu střední a východní Evropy, ale i zemích západní Evropy.
Ne vždy optimální technická řešení spoluspalování biomasy a s tím spojené problémy či nízká účinnost přeměny na užitečnou energii jsou mezi jiným způsobeny i nedostatečnými znalostmi o dostupných technologiích spoluspalování biomasy a o možných dopadech spoluspalování na procesy přeměny energie v samotné elektrárně či teplárně. Za nedostatečnou nabídkou biomasy a nedostatečným rozvojem trhu s biomasou stojí často nedostatek informací o zásadách organizace případných dodavatelských systémů s biomasou. Navzdory nedostatku znalostí a informací, rozsah využívání biomasy pro výrobu elektřiny v ČR i středoevropském regionu roste.
Právě informační podpora a šíření know- how a znalostí založených na nejnovějších poznatcích o technických řešeních spoluspalování biomasy, stejně jako optimalizace dodavatelského řetězce z hlediska logistiky paliva, ekonomiky a vlivů na životní prostředí na základě poznatků vědy a výzkumu v této oblasti i na základě existujících dobrých příkladech z praxe byly předmětem výzkumného projektu COFITECK. Tento projekt je v letech 2007 – 2009 realizován s podporou Evropské komise v rámci 6. rámcového programu pro vědu a výzkum a na jeho řešení se podílejí energetické společnoti, výzkumné instituce i konzultační firmy z Polska, ČR, SRN, Rumunska a tří pobaltských zemí.
Další informace o projektu a klíčové výstupy projektu COFITECK zahrnují dvě shrnující studie zaměřené na technologie spoluspalování a dodávky biomasy, letáky, zpravodaje, sborníky z pracovních seminářů organizovaných v partnerských zemích projektu a závěrečné konference o spoluspalování biomasy jsou k dispozici na webových stránkách: http://www.cofiteck.eu. Cílem tohoto článku je shrnout nejnovější vývoj v oblasti využívání biomasy pro spoluspalování s fosilními palivy z hlediska nejnovějších dostupných technologií a praktických zkušeností s dosavadní realizací konkrétních projektů v nových členských státech.
Perspektivy spoluspalování biomasy a její celkový dostupný potenciál
Geografické rozšíření spoluspalování biomasy
Pracovní skupina Mezinárodní energetické agentury IEA Bioenergy Task 32 v roce 2004 vytvořila přehled poukazující na stav spoluspalování biomasy ve světě. Databáze, která vznikla, obsahuje informace týkající se typu, velikosti, umístění elektráren stejně jako typů a množství používaného druhotného paliva – biomasy.
Z tohoto přehledu je zřejmé, že více než 150 uhelných elektráren a tepláren ve světě má již zkušenosti se spoluspalováním biomasy, alespoň na základní úrovni. Nejvíce těchto energetických zdrojů se nachází v USA, Německu, Finsku a Švédsku, avšak v řadě případů jsou instalace v USA omezeny na zkoušky či demonstrační provoz. Geografický přehled energetických zdrojů spoluspalujících biomasu s fosilními palivy je zobrazen v grafu na obrázku 1.
Procento spoluspalování
Množství spoluspalované biomasy je v různých typech zdrojů odlišné. Kotle na spalování práškového uhlí jsou obvykle velmi velké a absolutní množství vyžadované biomasy pro určité procento spoluspalování je mnohem větší, než např. u kotlů s cirkulující (CFB) nebo bublinkovou fluidní vrstvou (BFB). Dosahovaná úroveň spoluspalování pro různé typy elektráren dosahuje od 0 – 20 % pro kotle na spalování práškového uhlí a až do 80 - 100 % pro fluidní kotle. Globální potenciál biomasy Celosvětově činí současná instalovaná kapacita například u uhelných elektráren cca 800 GWe. Teoreticky by tedy každé procento uhlí, které by bylo nahrazeno biomasou ve všech uhelných elektrárnách, mohlo mít za následek výkon biomasy 8 GWe a snížení přibližně 60 Mt emisí CO2. Při poměru spoluspalováni 5 % (na základě energetického obsahu paliva) to může odpovídat celkovému potenciálu přibližně 40 GWe a snížení emisí CO2 asi o 300 Mt CO2/rok. Po pokrytí vyplývající poptávky by bylo potřeba asi 200 mil. tun biomasy.
Nejběžnější zdroje biomasy využitelné pro spoluspalování
Základní rozdělení biomasy rozlišuje mezi lesní a zemědělskou biomasou a biomasou jako vedlejším produktem či odpadem některých výrobních procesů. Paliva na bázi biomasy jsou obvykle dělena na dřevní a nedřevní biomasu, přičemž obě obsahují zbytky a energetické plodiny. Vlastnosti biomasy jako paliva se výrazně odlišují od fosilních paliv a také se významně odlišují mezi jednotlivými typy biomasy.
Ačkoliv má biomasa obdobné vlastnosti a složení, existují určité rozdíly v energetickém obsahu, obsahu popelovin, výhřevnosti, které jsou významně ovlivněny zejména obsahem vlhkosti, která je obvykle vysoká u surové biomasy a může být snížena procesem dosušování předcházejícím spalování připravené biomasy.
Např. obsah popele se pohybuje od méně než 1 % do více než 10 % a obsah dusíku se mění asi od 0,1 % do více než 1 %. Obsah těkavých látek v dřevité biomase se obecně blíží 80 %, zatímco v uhlí je asi 30 %. Zuhelnatělé dřevo je vysoce reaktivní, což je výsledkem kompletního spálení dřevěného paliva ve fluidním spalování. Obsahy dusíku a síry ve dřevě jsou nízké. Z toho vyplývá, že přidávání dřevité biomasy k uhlí jednoduše snižuje emise jen díky zředění. Další vlastnosti biomasy, které se odlišují od uhlí, jsou všeobecně vysoká vlhkost, případně vysoký obsah chloru, relativně nízká výhřevnost a nízká objemová hmotnost. Tyto vlastnosti ovlivňují návrh, provoz a výkon a spoluspalovacího systému.
Dřevní biomasa
Zdroje dřevní biomasy pro spoluspalování jsou různé: kusové palivové dřevo, dřevní odpad, recyklované dřevo, kůra, zbytky po lesní těžbě, štěpka, piliny, případně rafinovaná biopaliva jako pelety a dřevěné brikety. Fluidní a roštové kotle mohou využívat různé typy dřevních paliv, zatímco kotle na spalování práškového paliva jsou více specifické a náročné na druh používaného paliva. Spoluspalování dřeva a uhlí v práškových kotlích bylo v minulých letech testováno a demonstrováno v několika elektrárnách v Evropě i Spojených státech, v současnosti je v široké míře realizováno v sousedním Polsku. Hlavními problémy při spoluspalování biomasy v práškových kotlích jsou možný pokles účinnosti kotle a mletí biomasy (obvykle společně s uhlím v uhelných mlýnech, méně častěji v mlýnech přímo určených na zpracování biomasy) a nižší podíl dřeva ve směsi s fosilními palivy, který může obvykle dosáhnout jen asi 5 – 10 % hmotnostních.
Vlastnosti dřevní biomasy kladou značné nároky na provoz elektrárny či teplárny. K těmto vlastnostem řadíme: celkový obsah popela, teplotu tání popela a chemické složení popela. Dřevěná paliva obsahují v popelovině značné množství alkalických kovů, které jsou obvyklou příčinou zanášení teplosměnných ploch, a tyto alkalické kovy se snadno uvolňují ve zplyňovací fázi spalování. U paliv z biomasy mají tyto složky podobu solí nebo jsou vázány v organické hmotě, ale například u rašeliny jsou anorganické složky z větší části vázány v silikátech, které jsou při zvýšených teplotách stabilnější. Složení popela (alkalické kovy, fosfor, chlór, křemík a vápník) a chemické koncentrace jednotlivých složek pak ovlivňují jeho tavitelnost.
Chování paliva z biomasy během spalování ovlivňují i společně s ním spalovaná další paliva. I malá koncentrace chlóru v palivu může vést ke vzniku škodlivých sloučenin alkalických kovů a chlóru na teplosměnných plochách kotle. Zabránit jejich vzniku lze spalováním paliv s obsahem síry a křemičitanu hlinitého spolu s palivy, která obsahují chlór. Zbytky z dřevozpracujícího průmyslu tvoří specifickou skupinu rizikových paliv na bázi dřeva, zejména z hlediska možného obsahu odřezků překližek, dřevotřískových desek apod., které mohou lákat nízkou cenou, ale pro spalování jsou nevhodné z hlediska obsahu cizorodých příměsí. Sláma: problematické palivo Sláma může být při společném použití s jinými palivy poněkud problematická, protože má nízkou objemovou hustotu a vysoký obsah chlóru a draslíku. Kotle spalující slámu mívají značné problémy s rychlým usazováním nečistot a korozí. I přesto se sláma používá v některých zemích k výrobě energie už mnoho let. Při úvahách o spalování slámy je bezpodmínečně nutné dobře promyslet logistiku a správně vybrat technologii spalování. Existuje řada příkladů spalování slámy v roštových, práškových i fluidních kotlích. Nejnižší úrovně zanášení, struskování a koroze je na základě praktických zkušeností dosahováno u práškových kotlů, zatímco zkušenosti se spalováním slámy v kotlích s fluidním ložem nejsou tak jednoznačné. Některé studie ukázaly, že při teplotě páry nad 565 °C se životnost přehříváků neúnosně zkracuje a jisté problémy nastávají již při nižších teplotách.
Energetické rostliny
Energetické rostliny jsou rychle rostoucí rostliny pěstované pro specifický účel - produkci energie z celé části nebo některých částí rostlin. Hospodářsky využívané energetické plodiny jsou typicky plodiny s vysokými výnosy, nízkými náklady pěstování a výhodnými vlastnostmi vyprodukované biomasy pro logistiku a následné energetické využití. Pro spalování jsou vhodné dřevité energetické plodiny, např. jako je Miscanthus, vrby nebo topoly.
Jestliže je žádoucí obsah uhlovodíků pro produkci bioplynu, jsou využívány celé rostliny, jako je kukuřice, súdánská tráva, proso, vojtěška, řepka olejka a mnohé další; mohou být použity do siláže, a poté využity na bioplyn. Energetické plodiny můžou tedy být použity buď k přímému nebo nepřímému spoluspalování v závislosti na druhu. Biomasa jako odpad z průmyslu Evropská unie nedávno přijala legislativu, která podporuje využití odpadu k výrobě energie. Směrnice Evropské unie na spalování odpadu byly nedávno revidované - záleží na palivu, které nařízení je použito - buď směrnice pro velká spalovací zařízení (Large Combustion Plants – LCP Directive) nebo směrnice pro spalování odpadů (Waste Incineration Directive – WID). Směrnice pro spalování odpadů stanovuje přesné limity pro emise, jejichž dosažení vyžaduje stabilní spalování. Směrnice podporující výrobu energie z obnovitelných zdrojů energie klasifikuje biodegradabilní část průmyslového a komunálního odpadu jako biomasu. Z čistě technického pohledu může být malé množství tohoto odpadu spoluspalováno s primárními palivy v běžných fluidních kotlích a roštových kotlích, podíl tohoto paliva je pouze několik procent. Zkušenosti se spoluspalováním suchého peletizovaného paliva z biodegradabilní složky odpadu v práškových kotlích existují například v Německu a Nizozemí.
Vysoce kvalitní recyklované palivo může být použito v současných roštových kotlích a fluidních kotlích dohromady s primárními palivy. Vyžadováno je stabilní spalování a tedy i stabilní přísun paliva. Systém čištění spalin však musí být uzpůsoben k zachycení jiných složek emisí, než u emisí z primárních fosilních paliv. Fluidní kotle jsou pro přímé spoluspalování odpadu vhodnější vzhledem k jejich schopnosti tolerovat změny kvality paliv a vlhkosti. Nepřímé spalování je další možností v případě, že je pevný odpad spoluspalován v kotli na spalování práškového paliva, kotli na zemní plyn nebo plynové turbíně. Odpad je zplyňován a plyn čištěn a teprve pročištěný plyn je spalován v kotli nebo spalovací komoře turbíny. V případě fluidního spalování pevných paliv je toto řešení praktické, protože je touto cestou snazší dosáhnout stabilního provozu kotle.
Hlavní technologické možnosti spoluspalování biomasy
V zásadě mohou být rozlišeny tři hlavní možnosti spoluspalování biomasy s fosilními palivy, v tomto případě prezentované jako spoluspalování s nejčastěji používaným fosilním palivem - uhlím.
Přímé spoluspalování
Přímé spoluspalování je nejméně nákladný, nejjednodušší a nejvyužívanější přístup. Biomasa a uhlí jsou spáleny v topeništi uhelného kotle. Při spalování v práškovém kotlijsou společně či odděleně využívány stávající mlýny a hořáky, což v zásadě závisí na charakteru spoluspalované biomasy, konstrukčním provedení kotle a systému zásobování palivem. Toto, zdaleka nejčastěji používané uspořádání spoluspalování biomasy, umožňuje spoluspalování přibližně až do 3 % energetického obsahu paliva bez významných dodatečných investičních nákladů.
Přímé spoluspalování zahrnuje mísení biomasy s uhlím na skládce uhlí a transport směsi přes normální zauhlovací systém. Nicméně uhlí a biomasa můžou být také do kotle dopravovány pneumaticky nebo mechanicky odděleně bez vlivu na systém přípravy a dodávky paliva, ke smísení dochází až ve spalovací komoře kotle.
Jako současný příklad může sloužit elektrárna Studstrup v Aarhusu (Dánsko), kde jsou balíky slámy dopraveny ze skladu ke čtyřem výrobním linkám pomocí systému na sebe navazujících dopravníků. Pak jsou balíky dohromady rozdruženy a sláma je rozdrcena vysoce výkonným drtičem. Slámová řezanka je přes separátor těžkých částic (kameny, kovové části apod.) přivedena do kladívkového mlýna, ze kterého je semletá sláma posunuta skrz vzduchový uzávěr a pneumaticky dopravena ve čtyřech paralelních řadách posledních 300 m před vstupem do kotle. Spoluspalovací kotel je se stěnovými hořáky, každá stěna má šest mlýnů, z nichž dva jsou určeny pouze pro zpracování slámy. V ČR se jedná o rozšířený způsob spoluspalování, který je využíván jak v elektrárnách (ČEZ – Tisová, Hodonín, Poříčí), tak i v teplárenských a průmyslových zdrojích (ČEZ - Dvůr Králové, Plzeňská teplárenská, Teplárna Písek, Ško-Energo Mladá Boleslav, Mondi Štětí, Dalkia – Krnov, Olomouc, Teplárna Otrokovice a další).
Nepřímé spoluspalování
Pro tento způsob spoluspalování je potřeba instalovat zařízení pro zplyňování biomasy, sloužící k přeměně pevné biomasy na topný plyn, který může být spalován v topeništi uhelného kotle. Tento přístup může nabídnout vysoký stupeň flexibilního paliva a topný plyn může být čištěn ještě před spalováním, čímž se minimalizují dopady nečistot plynu na výkon a stav kotle a rovněž se snižují výsledné emise znečišťujících látek. Tento přístup byl použit již několikrát, například v energetických zdrojích Zeltweg v Rakousku, v Lahti (elektrárna Kymijärvi) ve Finsku a v elektrárně AMER-9 v Nizozemsku. V takovém případě je zplyňování odděleno a popel z primárního paliva (uhlí) a popel z biomasy jsou udržovány odděleně. Tatomožnost dovoluje oddělené zplyňování biomasy následované odděleným systémem čištění plynu a umožňuje použití široké škály paliv bez velkých problémů. Začlenění odděleného systému zpracování biomasy dovoluje překonání existujících slabých míst současného vybavení a dovoluje provoz kotlů na fosilní paliva dokonce i při výpadku sekce na biomasu. Vážnou nevýhodou jsou vyšší kapitálové náklady a nižší účinnost. Paralelní spalování (hybridní systémy) Paralelní spalování je nejvíce populární v průmyslu papíru a celulózy, kde kotle vyhrazené pro biomasu jsou užívané ke spalování kůry a odpadního dřeva. Tato paliva jsou spalována v oddělených kotlích, napojených v parní části na existující parní systém energetického zdroje. Jako příklady výrobců elektřiny a procesního tepla mohou být uvedeny teplárny Ostroleka a Saturn (obě v Polsku), dodávající teplo do přilehlých celulózek a papíren a zároveň využívající jejich odpadní biomasu.
V případě rekonstrukce stávajících uhelných zdrojů a instalace dodatečných kotlů je třeba mít na vědomí, že hlavním limitujícím faktorem pro dimenzování těchto kotlů je kapacita stávající parní turbíny. Při správném dimenzování nového kotle vzhledem k existujícímu systému je nutno zhodnotit výkon kotle a množství spalované biomasy pro posouzení, zda existuje volná kapacita turbíny, případně nastavení nového režimu provozu vzhledem k existující turbíně, či nahrazení stávající turbíny turbínou s větším příkonem. Investiční náklady paralelního spoluspalovacího systému jsou výrazně větší ve srovnání s nepřímým spoluspalováním. Paralelní spoluspalovací systém zahrnuje nejen oddělenou linku a strojní zařízení pro dodávku biomasy, ale také vyhrazený kotel na biomasu. Jako příklad paralelního spoluspalování s napojením na parní straně může být elektrárna v Dánsku Avedøre-2 (Energi E2) a Enstedvaerket (Elsam).
Existuje řada možných uspořádání hybridních systémů zahrnujících kombinaci zplyňování biomasy a jak tradičních, tak i čistých uhelných technologií, které jsou ve stadiu výzkumu nebo vývoje.
Spoluspalování biomasy v pokročilých technologiích
Tato kapitola představuje dvě technologie tzv. pokročilé konverze, konkrétně IGCC (IGCC – Integrated Gasifi cation Combined Cycle - kombinovaný cyklus s integrovaným zplyňováním) na bázi biomasy a spoluspalování v kotlích s cirkulujícím fluidním ložem. Obě technologie mají při zpracování biomasy jako přidávaného paliva k fosilním palivům významný potenciál, který byl potvrzen i prvními praktickými zkušenostmi.
IGCC se spoluspalováním biomasy Na celém světě panuje značný zájem o rozvoj zplyňovacích technologií na uhlí využívaných jako zdroj plynného paliva pro kombinovanou výrobu tepla a elektřiny. Zájem o zplyňovací jednotky pramení z vyšší účinnosti a podstatně nižších dopadů na životní prostředí ve srovnání s konvenčními uhelnými elektrárnami. Tyto pokročilé systémy čistého spalování uhlí se dělí na dvě hlavní kategorie, konkrétně kombinovaný cyklus s integrovaným zplyňováním (IGCC) a dále kombinovaný cyklus s integrovaným zplyňováním a dodatečným spalováním zbytků po zplyňování (tzv. Topping cycle).
Pokročilé zplyňovací elektrárny jsou v současnosti na počátku uvádění do komerčního provozu a v některých z nich se již v současnosti testují směsi uhlí a až 30 % biomasy. V systému IGCC je uhlí (případně ve směsi s biomasou) zplyňováno a vzniklý plyn je spalován s tím, že horké spaliny pohánějí plynovou turbínu. Je dosahováno vysoké termodynamické účinnosti díky plnému využití dnes možných pracovních teplot plynových turbín (tj. 1 260 °C na vstupu) a využitím odpadního tepla v parní turbíně. Systémy IGCC využívají úplné zplyňování uhlí v atmosférickém vzduchu nebo v atmosféře kyslík/pára, přičemž vzniká plyn se střední výhřevností, jehož hlavními spalitelnými složkami jsou oxid uhelnatý a vodík.
Alternativním způsobem, jak dosáhnout vysoké celkové účinnosti, aniž by bylo nutné úplné zplyňování, je využití kombinovaných cyklů s integrovaným zplyňováním a dodatečným spalováním zbytků po zplyňování (tzv. Topping cykly). U těchto systémů je z uhlí nejprve generován plyn, který je pak vyčištěn a spálen v plynové turbíně. Nezplyněný materiál ze zplyňovací jednotky je spálen ve spalovacím systému, který je součásti parního cyklu.
Dnes jsou pokročilé zplyňovací jednotky ve fázi začínajícího komerčního provozu. Je jich provozováno jen menší množství a největší z nich má výkon 253 MW, patří společnosti Willem Alexander (dříve Demkolec) v Nizozemsku a využívá technologii zplyňování Shell. Provoz Willem-Alexander IGCC (WAC) v Buggenumu instalovala společnost Sep v roce 1989 jako středně velký provoz, který měl za cíl prokázat praktickou použitelnost zplyňování uhlí při výrobě elektřiny. Po demonstračním provozu, během něhož byla řada oblastí jednotky upravována, byl v roce 1998 závod připraven ke komerčnímu provozu. Během zmiňovaných devíti let se ale průběžně vyvíjely názory na znečišťování životního prostředí. Zatímco v 80. letech bylo při používání této čisté uhelné technologie hlavním tématem snižování emisí kyselých složek, například SO2, NOx a prachu, v 90. letech se hlavním ekologickým tématem stalo snižování emisí CO2. Současně došlo k liberalizaci a privatizaci trhu s elektřinou. V roce 2001 to vedlo k odkupu závodu Willem-Alexander IGCC v Buggenumu společností Nuon. V současné době prochází kyslíkem napájená zplyňovací jednotky o výkonu 250 MW se strhávaným tokem a vznikem uhelné strusky rekonstrukcí z používání 100 % uhlí na směs 70 % uhlí a 30 % biomasy, přičemž z biomasy dává výkon cca 43 MW. V roce 2001 byly zahájeny programy testování současného spalování uhlí a přídavného paliva, kterým může být papírenský kal, kaly z ČOV, dřevo, drůbeží trus nebo směsi dřeva a kalu z ČOV. O tom, jaký palivový mix bude skutečně používán v budoucnu, rozhodne vývoj trhu s biomasou.
Spoluspalování v kotlích s cirkulujícím fluidním ložem
Ve spalovacích jednotkách s cirkulujícím fluidním ložem (Circulating FluidizedBed Combustor - CFBC) se uhlí spaluje spolu s vápencem pro omezení emisí síry, ale rychlost plynu je taková, že je podstatný objem materiálu lože strháván do vzestupného proudu plynů. Strhávané horké pevné částice opouštějí reakční prostor a jsou zachycovány velmi účinným vnějším odstředivým filtrem (cyklonem) a pak vraceny, často přes tepelné výměníky, do spodní části spalovací jednotky. Pára může vznikat ve vodním plášti kotle či ve vnějších tepelných výměnících. Některé spalovací jednotky obsahují i přehříváky páry. Jednotky se využívají k výrobě technologické páry nebo častěji k výrobě elektřiny v parním cyklu (s elektrickou účinností 39 – 41 %).
K výhodám CFBC patří zejména:
- schopnost díky dlouhému setrvání v zóně spalování využít málo kvalitní uhlí
- dobrá regulace spalování v rámci jednotky
- nízké emise NOx
- nízké emise síry s ukládáním síry v místě spalování
- nízké emise CO a organických složek díky dobré regulaci spalování a dlouhému setrvání pevných částic/plynu v zóně spalování
V režimu spoluspalování mohou CFBC být provozovány s proměnlivým množstvím biomasy, které může dosáhnout až 80 – 100 %. Pro energetické účely je již CFBC považován za ekonomicky efektivní řešení a jde o řešení zvlášť vhodné pro provozy o výkonu do 250 MWe. To je v současnosti maximální kapacita jednotky, i když probíhá několik programů zaměřených na zvýšení výkonu této technologie na úroveň 500-600 MWe. Na světě (včetně ČR) je v komerčním provozu přes 300 CFBC jednotek, zejména od dvou hlavních dodavatelů technologie: Foster Wheeler a Lurgi Lentjes Babcock (LLB). Značný rozsah mají i okrajové trhy, které pokrývá řada menších dodavatelů. Jednotky CFBC se jeví jako zvlášť vhodné pro spalování směsi uhlí/biomasy/odpadu, protože množství NOx klesá s poklesem spalovací teploty na relativně nízkou hodnotu, k čemuž přispívá i fázovaný přívod vzduchu do spalovacího prostoru. Dalšího snížení emisí NOx lze dosáhnout deskovými systémy selektivní katalytické redukce (SCR) v kouřovodu mezi ekonomizéry. Emise SO2 jsou řízeny obvyklou technologií přidávání vápence do kotle.
Technologie CFBC je vhodnější pro širší spektrum paliv z biomasy a odpadů než jakákoli jiná technologie spalování. Na celém světě je v provozu mnoho CFBC jednotek, které spalují biomasu nebo odpady spolu s uhlím nebo rašelinou. Tato technologie kombinovaných paliv je komerčně dobře zavedena. Má proto značný potenciál a může získat vyšší podíl na trhu s tím, jak se ve světě i nadále spoléhá na uhlí jako palivo a jak stále roste spotřeba energie.
Porovnání technologií pro spoluspalování
Ze vzájemného srovnání technologií pro spoluspalování na základě několika vybraných technických, ekonomických a ekologických kritérií vyplývá, že přímé spoluspalování je z hlediska investičních nákladů nejvýhodnější, protože není nutno stavět nový samostatný kotel (jako u hybridních systémů) ani zplyňovací jednotku (jako u nepřímých systémů). Přímé spoluspalování je také snadno použitelné jak v nových, tak i rekonstruovaných zdrojích, protože lze využít stejné systémy pro podávání obou složek paliva i stejné hořáky pro biomasu a fosilní palivo. K nevýhodám patří problémy s údržbou kotlů, např. usazování polétavého popela a koroze. Celý proces může mít také nižší účinnost, zejména vzhledem ke zvýšené spotřebě elektřiny potřebné k pohonu mlýnů na palivo a kvůli snížení účinnosti kotle.
Nepřímé spoluspalování je nejnákladnější možností, jak spalovat více paliv, zejména proto, že je potřeba samostatná zplyňovací jednotka se systémem čištění plynu. Ekologické dopady jsou ale nižší než u přímého spoluspalování více paliv, zejména díky tomu, že vzniklý plyn lze před spálením v kotli vyčistit. Díky instalaci samostatných systémů se získá vyšší flexibilita při volbě paliva a lze dosáhnout velmi vysokého podílu biomasy v palivu. Hlavní výhodou, kterou toto řešení sdílí s hybridním či paralelním spalováním kombinace paliv, je možnost oddělit popel z fosilního paliva od popela z biomasy. Hybridní či paralelní systémy jsou velmi rozšířené v oboru papírenského průmyslu a celulózek. Využívají se samostatné kotle na biomasu, které jsou s kotli na fosilní palivo spojeny jen na parní straně. Popel z fosilního paliva je oddělen od popela z biomasy. Získá se vyšší flexibilita při volbě paliva a lze dosáhnout velmi vysokého podílu biomasy v palivu. Tato možnost je levnější než nepřímé spalování kombinace paliv, a to proto, že stačí samostatný kotel a připojení na parní systém, což je mnohem jednodušší než instalace zplyňovací jednotky.
Tento článek byl publikován v rámci spolupráce s magazínem PRO-ENERGY.
TweetČlánek: Tisknout s obrázky | Tisknout bez obrázků | Poslat e-mailem
Související články:
Tuhá biopaliva z místních zdrojů
Využití odpadních materiálů na bázi lignocelulózy jako suroviny pro výrobu bioetanolu
Zplyňování biomasy – možnosti uplatnění
Suška na biomasu
Fluidní kotel na biomasu s inertní náplní Liapor
Hodnocení odolnosti k chorobám kořenového systému v sortimentu českých odrůd vojtěšky seté v druhém a třetím roce vegetace
Aditivace pro efektivnější spalování slámy
Jak potlačit spékání biomasového popela?
Výtopna na biomasu - technologie VERNER po deseti letech
Metody dosažení emisních limitů emisí NOx kotlů velkých výkonů
Nová evropská norma pro palivové dřevo pro maloodběratele
Zkušenosti se spoluspalováním biomasy
Biomasa je součástí energetického mixu
Porovnání produkce a výhřevnosti u réví z vinic
Mikrokogenerace a trigenerace
Proč se v ČR doposud nerozšířilo vytápění peletami?
Rozvoj OZE – jinak než v Evropě
Podpora OZE pro rok 2010 z pohledu ERÚ
Zobrazit ostatní články v kategorii Obnovitelné zdroje energie, Spalování biomasy
Datum uveřejnění: 20.10.2010
Poslední změna: 12.9.2010
Počet shlédnutí: 9970
Citace tohoto článku:
JAKUBES, Jaroslav: Spoluspalování biomasy s fosilními palivy – od výzkumu k praktickému využití. Biom.cz [online]. 2010-10-20 [cit. 2024-11-05]. Dostupné z WWW: <https://biom.cz/cz-pestovani-biomasy-kapalna-biopaliva-bioodpady-a-kompostovani/odborne-clanky/spoluspalovani-biomasy-s-fosilnimi-palivy-od-vyzkumu-k-praktickemu-vyuziti>. ISSN: 1801-2655.
Komentáře:
|
|
|
|
|