Společné spalování biomasy a uhlí

Anotace

V České republice pracuje mnoho kotlů určených pro spalování hnědého uhlí a na druhé straně též přes 35 tisíc kotlů na dřevo. Předmětem naší práce je odzkoušení spalování směsných paliv (biomasa - uhlí) v obou typech kotlů. První zkoušky spalování přinesly vesměs příznivé výsledky.

Sumary

In the present time, there are many wood combustion boilers in operation in the Czech Republic. The purpose of our work was to provide posibilities of combustion with use of straw, respectively to facilitate a substitution of coal on straw in coal boilers. In comparison with brown coal combustion, mutual combustion of straw and brown coal provides less emission of harmful substances (CO and NOx).

Úvod

V České republice pracují desetitisíce kotlů určených pro spalování hnědého uhlí a na druhé straně též okolo 40 tisíc kotlů na dřevo. Pro rozšíření možnosti použití různých druhů paliv bez negativního vlivu na životní prostředí bylo přistoupeno ke spalovacím zkouškám směsných paliv (biomasa - uhlí) v obou typech kotlů. Naše pokusy jsou zaměřeny dvěma směry a to v uhelných kotlích spalovat uhlí s přídavkem biomasy a na druhé straně v kotlích na dřevo spalovat biomasu s přídavkem uhlí.

Důvody pro jsou:

• podpora využití obnovitelných zdrojů energie,
• úprav obsahu škodlivin v palivu , hlavně snížení obsahu síry,
• standardizace výhřevnosti paliva,
• umožnit uživateli přejit na jiný druh paliva.

Protože biomasa má velmi nízký obsah síry, organického dusíku a popela, lze očekávat při jejím spoluspalování s uhlím snížení emisí jak plynných tak pevných škodlivin. Vysoký obsah prchavé hořlaviny ve slámě spolu s nízkou popelnatostí podstatně přispěje ke snížení ztráty mechanickým nedopalem - tuhých zbytků spalování, takže vedle snížení emisí lze očekávat i zvýšení celkové účinnosti spalovacího procesu.

Vyhodnocení spalovacích zkoušek

Zkouška na velkém hnědouhelném kotli

• První spalovací zkoušky byly provedeny u kotle s fluidním reaktorem a tepelným výkonem 1 MW. Jako palivo bylo používáno mostecké uhlí aditivované a pšeničná sláma.
• Vliv současného spalování slámy a uhlí lze hodnotit klaně ze všech hledisek.
• Podstatně klesla celková popelnatost v palivové směsi oproti popelnatosti samotného uhlí. Toto se příznivě projevuje v celkovém snížení tuhých zbytků spalování.
• Celková účinnost spalování vzrostla o 1,5 procentních bodů.
• Emise SO₂ byla v porovnání se spalováním samotného uhlí podstatně nižší (Obr. 1).
• Přes zvýšení teploty ve spalovací komoře nebyla zaznamenána zvýšená emise NOx, naopak bylo zjištěno mírné snížení (Obr. 1).
• Popelová bilance vykázala podstatně vyšší zachycování popela v ohništi.

Zkoušky na malém hnědouhelném kotli

Zkoušky byly provedeny na kotli s tepelným výkonem 80 kW určeném pro spalování hnědého uhlí a s úpravou na přidávání biomasy. Během měření byly provedeny při spalování směsi hnědého uhlí s dřevěnou štěpkou a dřevěné štěpky tři gravimetrická měření úletu tuhých znečišťujících látek a šestihodinové kontinuální měření plynných emisí. Dále byly provedeny tři manuální odběry vzorku spalin pro stanovení koncentrace organických sloučenin.Všechna měření byla provedena při běžném (ustáleném) provozu kotle. Spaliny jsou z kotle odtahovány ventilátorem přes cyklónový odlučovač do komína.

Tab.1: Koncentrace škodlivin ve spalinách při spalování dřevěných štěpek a směsi s uhlím

Koncentrace jsou uvedeny v suchých spalinách za normálního stavu (0 °C, 101325 Pa) a po přepočtu na 11% O₂.

Zkoušky na kotli pro spalování dřeva

Spalné zkoušky byly prováděny v pyrolýzních kotlích na spalování kusového dřeva o tepelném výkonu 40 kW.

Při spalování byly spalovány

• slaměné brikety,
• slaměné brikety s přídavkem 13 % uhlí
• slaměné brikety s přídavkem 28 % uhlí
• kusové dřevo

Jako příklad je na obrázku 2 zobrazen průběh spalování slámy.

Závěr

Závěrem lze konstatovat, že podíl slámy při současném spalování uhlí může být i vyšší. Protože biopaliva mají obecně nižší energetickou hustotu než fosilní paliva, je snaha zvýšit energetickou hustotu biopaliva. Proto byla přistoupeno ke zkušební výrobě briket ze směsy sláma + hnědé uhlí.

Spalování slaměných briket s přídavkem uhlí v kotlích na dřevo se rovněž projevilo příznivě hlavně ve zvýšení energetického obsahu paliva a následně v prodloužení fáze ustáleného zplyňování při příznivých emisních parametrech. Vliv na tepelný výkon nebyl při předběžných měřeních zatím pozorován a následně mu bude věnována pozornost.

Tento příspěvek vznikl na základě řešení úkolu NAZV QD 1208 " Systémové využití energetické biomasy v podmínkách ČR".

Obr. 2: Koncentrace emisí v průběhu spalování slámy

Tweet

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?

Jak získat udržitelnou biomasu

Biometan se vyplatí a má budoucnost