Nedoceněný zdroj energie: balíkovaná sláma

Nejvíce využívaným obnovitelným zdrojem energie je v současnosti biomasa. Ale i biomasu je třeba využívat s rozmyslem a co největší účinností. Pouhá výroba elektřiny spalováním čisté biomasy nebo spoluspalováním s uhlím není nejlepším řešením, i když pro investora nejjednodušším a ekonomicky zatím nejvýhodnějším (díky dotacím). Efektivnější je výroba tepla, případně kombinovaná výroba elektřiny a tepla (KVET). V tomto ohledu je zatím málo doceněným zdrojem energie obilná a řepková sláma.

Jednou z předností biomasy je, že energii v ní uloženou je možné skladovat a využít až v době aktuální poptávky. V tomto směru zatím není příliš doceněná biomasa v podobě slámy. Přitom využití slámy jako zdroje energie přináší další pracovní místa nejen v zemědělství, region je energeticky více soběstačný, výroba energie se decentralizuje. Dochází k celkovému posílení venkovských regionů a roste nezávislost státu na dovozu energie (obr.1).

Sláma řeší plynovou krizi

Závislost obcí a měst na zemním plynu lze účinně a postupně snižovat například tím, že se plynový kotel v obecních výtopnách ponechá jen jako záložní zdroj a vedle něj se osadí kotle schopné spalovat biomasu, zejména dosud málo využívanou balíkovanou obilnou nebo řepkovou slámu.

Toto je zvláště důležité v současné době, kdy se energetická krize jeví již mnohem méně jen jako hypotetická. Navíc se tímto modelem stabilizuje cena tepla pro odběratele. Nelze pominout ani přínos v podobě razantního snížení imisního zatížení obyvatelstva, neboť dochází k náhradě stávajících uhelných topenišť „ekologickými“ topeništi schopnými spalovat i biomasu.

Problematické palivo

Spalování biomasy, zvláště slámy, však přináší i některé problémy: Popel ze slámy je bohatý na alkalické kovy, kovy alkalických zemin a křemík. Zastoupením prvků se blíží ke složení sklářského kmene, tj. směsi surovin pro výrobu skla. Z této podobnosti plynou i problémy s tvorbou strusky a za jistých okolností, při vysoké teplotě a určitém poměru výše zmíněných prvků, dochází až k tvorbě skloviny, která narušuje žárovzdorné vyzdívky kotlového tělesa (obr. 2).

Spalování slámy je náročné také na spotřebu elektrické energie a na výši finančních prostředků, které je třeba vyčlenit na opravy dílů v důsledku opotřebení, zvláště na výměnu žárovzdorných vyzdívek a dílů dopravníků popelových cest. Kotle je z tohoto důvodu třeba během topné sezóny poměrně často odstavovat a podrobit pečlivému vyčištění. Nevýhody ovšem do značné míry kompenzuje nízká cena tohoto paliva v porovnání s cenami nejen fosilních paliv, ale i s cenou dřevní hmoty. Kromě toho lze vytvořit stabilní palivovou základnu kotelny v jejím bezprostředním okolí.

Teplo pro žlutické občany

Výrobou tepla z balíkované slámy se od topné sezóny 2001-2002 zabývá spol. Žlutická teplárenská, a. s., provozovatel Centrální výtopny na spalování biomasy ve Žluticích. Teplem z biomasy je zásobováno asi 70 % občanů (město má 2600 obyvatel). Instalovaný výkon výtopny je 7,9 MW. Dodaná technologie je od českého výrobce kotlů na biomasu VERNER, a. s., Červený Kostelec.

Sláma je zde spalována ve dvou kotlích, z nichž každý má výkon 1,8 MW. Další osazený kotel o výkonu 1,8 MW je kombinovaný a lze v něm spalovat slámu nebo dřevní hmotu. Čtvrtý kotel o výkonu 2,5 MW je uzpůsoben ke spalování dřevní hmoty. Balíkovaná sláma je před dopravou do kotlového hořáku upravena na potřebnou frakci pomocí rozdružovadel (obr. 3)

Problematika biomasového popela

Provozovatel výtopny přistupuje k řešení problematiky spalování biomasy a zvláště k problematice související s chováním biomasového popela velice komplexně a má velkou snahu provozní problémy řešit. Z toho důvodu úzce spolupracuje s pracovištěm VŠCHT Praha, a to nejen s Ústavem energetiky, ale v posledních letech též s Ústavem skla a keramiky, neboť podobnost biomasového popela a sklářského kmene je více než patrná. Společnou snahou je co nejhlouběji poznat souvislost mezi složením paliva, složením vzniklého popela a průběhem spalovacího procesu – délkou pracovního cyklu mezi nutnými odstávkami kotle za účelem jeho vyčištění, účinností hoření a výší nákladů na celkovou údržbu kotle.

V roce 2008 byla v reálném provozu žlutické výtopny zpracovávána disertační práce zabývající se problematikou chování biomasového popela během spalovacího procesu s názvem „Problematika spalování biomasy – tvorba strusky a skelných nápeků z biomasového na alkálie bohatého popela“. Disertační práce si kladla za cíl, zjistit závislosti mezi složením paliva, složením vzniklého popela a průběhem spalovacího procesu. Součástí práce bylo zpracování chemických rozborů paliva (vzorků slámy, dřevní hmoty), chemické rozbory popela a sběr dat ohledně spalovacího procesu.

Vzorky paliva a vzorky popela použité v této disertační práci byly odebírány přímo v provozu této výtopny. Bylo zde docíleno přímého spojení praxe a výzkumného pracoviště.

Spojení výzkumu s praxí

Největším úskalím při spalování slámy je nízká eutektická teplota vzniklého biomasového popela. Tato vlastnost způsobuje provozní problémy, zejména silné zanášení trubkovnic kotlového výměníku a korozi žárobetonových vyzdívek. V průběhu spalovacího cyklu se snižuje účinnost kotle, neboť dochází k zanášení teplosměnných ploch (obr. 4). V prostoru kotlových zón, kde je dosahováno teploty až kolem 1000 °C, vzniká sklovina roztavením přítomného biomasového popela. Sklovina po ochlazení tuhne ve sklo, které se nalepuje k povrchům žárobetonů. Tyto jsou následně ničeny jednak chemicky – tzv. alkalickou korozí, ale i mechanicky – při snaze sklo z povrchu žárobetonu odstranit. Cílem spolupráce s výzkumnými pracovišti proto je, mimo jiné, nalezení způsobu ovlivnění výše eutektické teploty biomasového popela. Jedním z dílčích úspěchů je stanovení metody eliminace lepení skla na povrch žárobetonů v prostoru kotlového výměníku tepla. Bylo nalezeno účinné složení ochranné vrstvy, která se nyní aplikuje na povrch vyzdívek. V provozu to znamená podstatné ulehčení čištění kotle, zkrácení doby odstávky a další ekonomický přínos prodloužením životnosti žárobetonových vyzdívek.

Pohled do budoucna

Sláma je dosud málo doceněný obnovitelný zdroj energie. Ze zkušeností provozovatele žlutické výtopny vyplývá, že provozní problémy, související s prvkovým složením biomasového popela a zejména s jeho nízkým bodem liquidus, lze úspěšně řešit a není nutné se slámy jako paliva obávat. Ukazuje se rovněž, že úzká spolupráce mezi praxí a výzkumnými pracovišti v oboru využívání OZE má opodstatnění a je třeba ji rozvíjet.

Literatura:

• Voláková P., Problematika spalování biomasy – tvorba strusky a skelných nápeků z biomasového na alkálie bohatého popela, Ph.D.Thesis, VŠCHT Praha 2008
• Voláková P., Míka M., Klápště B., Vošta J., Popel ze spalování biomasy – tvorba strusky, konference „CHEO 7“, VŠCHT Praha 9.9. – 10.9. 2008
• Voláková P., Míka M., Klápště B., Provozní zkušenosti s řešením nízkého bodu tání popela ze spalování biomasy, konference „ENERGETIKA A BIOMASA 2009“, ČVUT Praha 18. – 19. 2. 2009

Tweet

Regulace teploty plynových motorů

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