Přestavba kotelny na biomasu

Vážení čtenáři, jistě nepředpokládáte, že si přečtete odborně fundovaný článek o technickém řešení úpravy jednoho z u nás nejběžnějších kotlů "VBS IV" vyráběného Železárnami a drátovnami v Bohumíně ze spalování koksu na spalování biomasy. K tomu jsou ale povoláni jiní.

Já se raději zaměřím na to, co je mi bližší. Popíši Vám zcela bez příkras, co se nám napoprvé nepovedlo, co jsme udělali jaksi navíc, protože to pak v provozu nebylo potřeba a svěřím se Vám i s tím, co jsme během tří sezón provozu shledali jako nepřehlédnutelnou nutnost.

Tak pěkně od začátku. K přestavbě kotelny na spalování biomasy jsme byli okolnostmi donuceni. Původně jsme hledali netradiční plodiny jako náhradu za pěstování špatně prodejného obilí. To bylo na jaře r. 1994. Jako první jsme narazili na topoly, co se sází jako brambory a sklízí jako kukuřice. Mají jen jednu vadu. Od výsadby do první sklizně uběhne minimálně pět let. Nicméně jich máme kolem pěti hektarů v nejrůznějších klonech. Ve VÚRV Ruzyně nám doporučili několik jednoletých bylin, které měly vytypované jako energetické. Rentabilní výnos dalo pouze konopí seté. Právě tato plodina nás donutila zabývat se spalováním stébelnin.

Původní zákon o omamných látkách uváděl konopí seté pro zahradnické a průmyslové využití jako plodinu nezávadnou. Jen bylo vyžadováno doložení způsobu použití. Proto jsme se dali spolu s Výzkumným ústavem zemědělské techniky v Řepích do přestavby klasické kotelny, která byla součástí areálu živočišné výroby. Kotelna byla osazena třemi kotli výše citovaného typu, každý s výkonem 290 kW. Kotelna byla zavedena na spalování koksu s ruční obsluhou.

Při přestavbě jsme měli jediný cíl. Zabezpečit temperování objektů bez potřeby nakupovat palivo. Pánové z VÚZT již měli zkušenosti se zplynováním dříví v nejrůznějších formách a se spalováním vzniklého plynu. Našemu záměru velice nahrála skutečnost, že výrobce kotlů je běžně dodává jak v provedení na pevná paliva, tak v provedení na plyn. Rozdílné provedení se získá tím, že se z kotle na pevná paliva vyndá rošt, (měl bych sice použít vzletnější termín - demontuje, ale vyndá je pravdě bližší), odejmou se přední a zadní krycí plechy kotle a pěkně podle plánku se do něho naskládají šamotové cihly, které i s tím plánkem dodá výrobce kotle na jedné paletě. Kotel se zpátky zakrytuje a jeho přestavba je hotová.

To ovšem neznamená přestavěnou kotelnu. Aby kotel plnil svou funkci - předávání tepla na teplosměnných plochách, musí v něčem vzniknout plyn, někde musí prohořet a až pak nastupuje kotel.

Rekapitulace

Pokud máte ve Vaší kotelně ještě dobrý článkový kotel řady VBZ IV nebo podobný, včetně instalace a hlavně chcete změnit palivo, pak je pro Vás (v případě, že máte v kotelně místo na umístění zplynovače a prohořívací komory) řešení uplatněné Výzkumným ústavem zemědělské techniky v našem družstvu rychlé, finančně nenáročné a materiálově hladce dostupné.

Pod pojmem dobrý kotel mám na mysli jeho nezanesení vodním kamenem (zadehtování nevadí, to Vám vyhoří za pár hodin po znovuuvedení do provozu, jen si užijete kapku strachu, aby to nebylo moc rychle). Pod tento termín biopalivo se vejde úplně vše organického původu s obsahem vody umožňujícím následné hoření a to i za cenu, že se přebytečná voda odpaří až v kotli. Druhým rozlišovacím kriteriem biopaliv je jejich zrnitost. Ta osciluje od prachu, přes granule, pelety, brikety, štěpku, stébelninovou řezanku až po celé rostliny volné, nebo lisované do obřích balíků následně rozdružovaných a rozřezaných, nebo vkládaných do topeniště vcelku. Pak se vyskytují ještě maxibrikety, špalky, polena a jistě mi prominete, když už nebudu pokračovat ve vyjmenovávání zrnitostí paliv. Pochopitelně, že každý zrnitostní druh vyžaduje specielní vkládací zařízení, pro jiné zrnění zcela nepoužitelné. Přitom zrnění paliva velice výrazně ovlivňuje jeho cenu, čím je drobnější, tím je snazší jeho dávkování do topeniště, a tím je také dražší minimálně proto, že jeho úprava spotřebuje až dvě pětiny jeho energetické kapacity.

Pro Vás z právě uvedeného plyne, že než utratíte za změnu topného media jedinou korunu, si musíte ujasnit: zda

• chcete využívat hlavně vlastní odpady a špatně prodejné výrobky,
• nebo palivo nakupovat. V tom případě budete potřebovat vědět:
  • jeho zdroje a fakticky i cenově dostupnou formu zrnění,
  • jak a kde budete palivo skladovat vzhledem k jeho objemu,
  • jeho roční potřebu a její dlouhodobé zajištění při stálosti ceny,
  • zda současně se změnou paliva chcete investovat i do částečné, nebo úplné automatizace provozu.

Pro začátek těchto pár otázek stačí. Jak si můžete odpovědět a co z toho plyne:

• Vlastní zdroje zpravidla představují různorodost jak ve výhřevnosti, tak v kalibraci. Vůbec to nevadí, pokud zcela nezrušíte ruční obsluhu a použijete násypný zplynovač se spodním odhoříváním.
• U nakupovaných, dlouhodobě zabezpečených paliv je nutné přihlédnout k jejich nabízené zrnitosti, dbát na trvalé používaní jednoho druhu paliva a zplynovač s vkládacím zařízením pořizovat podle nabízeného paliva.
• Při uvažované automatizaci je nezbytné zabezpečit palivo drobně zrněné (při spalování stébelnin jejich rozdružení a rozřezání před vkládacím zařízením).

Všem, kteří se rozhodnou k založení plantáží s energetickými rostlinami z vlastní zkušenosti doporučuji rozhlédnout se po svém okolí (alespoň třikrát), zda není někde v blízkosti zdroj biopaliva, které pro svého majitele představuje značné náklady (např. nevratné obaly) na likvidaci skládkováním, a který Vám je velice rád zadarmo doručí až do kotelny. Posledním nepřehlédnutelným aspektem biopaliv je jejich malá prostorová hmotnost a absolutní nutnost ochránit je před zvlhnutím a z toho plynoucímu rozšíření hub, plísní a rzí, kteréžto elementy nejenže Vám palivo znehodnotí, ale ony se ještě postarají o tvorbu značného množství karciogenních látek a o jejich šíření v okolí místa spalování.

Tím bychom měli rozřešenou otázku paliva a můžeme přistoupit k povídání o druhém uzlu starostí - zplynovači.

Naštěstí jsou pouze dvě možnosti:

• násypný zplynovač s dolním odhoříváním a
• zplynovač s dolním vkládáním paliva a tzv. krtinovým odhoříváním.

Hlavní rozdíl mezi nimi je ten, že prvně jmenovaný nevyžaduje tak absolutně přesné dávkovaní paliva a jeho zrnitost může být různorodější, při nižší technologické kázni snadno dochází k přehořívání paliva se všemi důsledky (únik tepla vrcholem zplynovače, zakuřování kotelny). Při netěsnosti dochází ke ztrátě řiditelnosti tepelného výkonu.

Zplynovač s tzv. krtinovým odhoříváním vyžaduje drobné palivo bez jakýchkoliv příměsí (kousků dřeva, třísek ap.) zato umožňuje precizní automatizaci. Je výrazně prostorově menší, než předešlý. Na západních trzích má tento druh zplynovače zpravidla odklopné víko, kterým lze do něj přikládat kusové palivo.

Omlouvám se, že beru popis zařízení šup sem, šup tam. Správně bych měl asi postupovat popořadě, buď od kotle k plnicímu zařízení, nebo opačně, když on ale ten zplynovač je rozhodující uzel, tak má přednost. Takovou maličkost, že musí být řešen tak, aby se v něm nehromadil popel předpokládám, že všichni víte a jestli se to u násypného zplynovače děje roštem a u krtinového ohniště spadem popele do stran považuji za řešení technické, které nemusí uživatele, pochopitelně pokud toto zařízení dobře funguje, zajímat.

Mezi kotel a zplynovač je nutné umístit prohořívací komoru. Není to nic jiného, než trochu větší kanálek jako je u každé domácí udírny. I účel má stejný. Musí v něm plamen úplně prohořet, a do kotle mohou vstupovat jen žhavé plyny. Pokud není tato podmínka splněna, a je jedno jestli proto, že je komora krátká, nebo proto, že se do ní dostane málo sekundárního vzduchu, proběhnou Vám plameny až nad komín. Je to efektní, ale krajně nehospodárné. My jsme byli nuceni upravovat ji v prvním roce několikrát za provozu a teď ji máme výkresově zpracovanou od odborné topenářské firmy včetně bezpečnostní klapky.

Poslední součástí rekonstrukce je vkládací zařízení na palivo. Zatímco pro přiložení koksu stačí odsunout na vrchu kotle poklop a do otvoru zvrhnout kolečko, nebo kárku, poklop zasunout a je vystaráno. Je to u biopaliva nepoměrně složitější.

Předně jsou biopaliva prostorově značně objemnější. Kvůli požární bezpečnosti musí vkládací zařízení zabezpečovat oddělení paliva v kotli a v přípravně. Za další a hlavně: každé palivo se chová jako primadona, vyžaduje konstrukci vhodnou jen pro sebe. Šnekové vkladače s otočným turniketem si vzorně poradí s bezpříměsovými substráty od prachu po štěpku. Bez turniketu si při ruční obsluze poradí i s dřevní drtí a krátkými stébelninami.

Neumíte si představit, jaký cambus nastane, když se Vám mezi balíky s travinou objeví jeden z místa, kam bylo vypuštěno pár fekálů mimo soutěž. Zatímco stébla do 80 cm nečiní nejmenší obtíže, ty nad metr se Vám nejen namotají, kam se dá, ale klidně oholí celý šnek.

V cizině jsou k vidění nejrůznější řešení vkládání částí celých obřích balíků do spalovacího prostoru bez mezivýroby řezanky. Opravdu je těch řešení celá řada v nejrůznější cenové náročnosti. Naštěstí je biopalivo velmi podobné stájovým odpadům a díky nedávno minulé koncentraci stád, je u nás možné vybrat některé z odzkoušených řešení a eliminovat tím požadavky na úzce specifikované požadavky jednotlivých substrátů. Lidí s praxí v tomto oboru je k dispozici dostatek. Kontakty mohu posloužit.

Závěr

Naši předkové se řídili několika prostými zkušenostmi a my nemáme důvod, abychom je vhodně neaplikovali.

Před půlstoletím, když jsem končil odbornou školu nám vštěpovali zásadu: "Za kosou pluh, a před pluhem duch". Její výklad byl krajně jednoduchý, zachovat kontinuitu provozu a přitom myslet na konečný výsledek. To platí dodnes, stejně tak, jako několik zásad doktora Kampelíka

1. Začít se dá i s málem, jen vytrvat se musí.
2. Buď nezačínej vůbec, nebo dokonči.
3. Mluvit neznamená jednat

Přidáte-li si k tomu, že v nouzi Vám dá radu každý dobrý přítel, ale málokterý Vám dá mouky pytel, je Vám jistě jasné, že cizími činy se své práce nezhostíte.

Rozhodně Vás nechci poučovat, jen konstatuji, že při dnešní technické úrovni je možné naprosto vše, otázka je za kolik. A s jakou návratností. Taky si dovoluji upozornit, že spalování biomasy má podstatně menší produkci škodlivin, než spalování fosilních paliv.

Jen tak mimochodem za poslední léta pokročily i znalosti o výrobě bioplynu z rostlinných a potravinářských odpadů. Na rozdíl od spalování, kdy zbývá pouze popel, zbývá po výrobě bioplynu kvalitní humus, a plyn má podstatně větší rádius využití, než pouhé teplo.

Vznik tohoto článku umožnil grant Nadace Sluníčko číslo 5/03.

Tweet

Odpadové hospodářství: Pozitivní trendy a výzvy do budoucna

Novinky z Prodevalu: zkapalňování CO2, Valopur DFM a nová výrobní linka na jihu Francie

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky