Spalování travní biomasy v kotlích větších výkonů

Pro hospodaření zemědělců v horských a podhorských oblastech může být určitou alternativou využití trav z trvalých travních porostů pro energetické účely. Výzkumem a využitím energetických trav se zabývala OSEVA PRO, s.r.o., Výzkumná stanice travinářská Rožnov – Zubří, ve spolupráci s VÚZT Praha a Vysokou školou báňskou – Technickou univerzitou v Ostravě.

Obr. 1: Pro horské a podhorské oblasti může být alternativou využití trvalých travních porostů pro energetické účely

Jedním z cílů projektu bylo vytipovat vhodné zařízení (kotel), ve kterém lze spalovat travní biomasu. Kromě jiného byl posuzován způsob manipulace se vstupní surovinou a únik emisí při spalování. Připomínáme, že dle současné platné legislativy (nařízení vlády č. 146/2007) jsou emisní limity spalovacích zařízení o výkonu 0,2 -5 MW spalující dřevo a biomasu, přepočítané na 11 % O₂: CO - 650 mg.m^-3_N , NO_X - 650 mg.m^-3_N, tuhé znečišťující látky – 250 mg.m^-3_N. Zkoušky byly provedeny v malých i velký kotlích. Tento článek se zabývá kotli o větším výkonu.

Obr. 2: Kotle STEP Trutnov pro spalování slámy ve Florcentru Olomouci

Obr. 3: Přísun sena do kotle při zkouškách ve Florcentru

Úprava vstupní suroviny

V první fázi byl zkoušen český kotel Verner Golem o výkonu nad 900 kW a kotel LIN-KA dánské firmy Danstoker o výkonu 190 kW. Bylo zjištěno, že oba kotle splňují emisní limity a lze předpokládat, že ani dánský kotel Passat, rovněž v ČR poměrně rozšířený, nebude mít s hlediska manipulace i vzniku emisí se spalováním travin problémy.

Všechny výše jmenované kotle pracují se senem ve velkých hranatých balících, které se před dopravením do kotle rozdružují. Proto bylo třeba ověřit i variantu pro spalování nerozdružených balíků.

Začátkem dubna 2009 proběhly zkoušky spalování travní biomasy ve Florcentru, s. r. o., v Olomouci. Palivem je zde obilní sláma. Cílem zkoušek bylo ověřit vhodnost kotlů, určených pro spalování nerozdružené obilní slámy, také pro využití balíků travní biomasy a současně porovnat spalování sena s obilní slámou v provozních podmínkách spalovny z hlediska určitých charakteristik spalovacího procesu.

Pro zkoušky bylo využito luční seno z travního porostu se zastoupením zejména vytrvalých trav Agrostis stolonifera L., Trisetum flavescens (L.) P.B., Festuca rubra L. a Festuca ovina L. Složení zkoušené biomasy je uvedeno v tabulce.

Tabulka: Rozbor vzorků zkoušené biomasy
 

Spalování v kotli STEP

Kotelna skleníkového areálu Florcentra s.r.o. Olomouc je vybavena dvěma kotli STEP Trutnov o výkonu 1600 a 700 kW. Oba kotle s přesuvným roštovým topeništěm jsou určeny ke spalování nerozdružené obilní slámy v celých balících o rozměru asi 0,8 x 0,8 m a délce 2,4 m, hmotnost balíku asi 300 kg. Celé balíky jsou vtlačovány do spalovací komory.

Obr. 4: Pohled do kotle STEP Trutnov při spalování sena

Kotle jsou nastaveny a seřízeny na dosažení co nejlepších emisních výsledků při spalování jednoho druhu paliva a při jmenovitém výkonu kotle. Kotle mají společnou dávkovací dráhu, která umožňuje střídavě zavážet oba kotle. U kotlů není instalována jiná palivová cesta. Regulace výkonu je zajištěna přerušovaným provozem kotle s řízenými délkami odstávek v útlumovém režimu.

Ze spalovací komory vystupují horké spaliny do třítahového kotlového výměníku. Spaliny jsou následně vedeny přes multicyklon do spalinového ventilátoru. Spaliny jsou odtahovány kouřovým ventilátorem s regulovanými otáčkami do komína. Popel je ze spalovací komory automaticky odstraňován a dopravuje se popelovými dopravníky do kontejneru mimo kotelnu. Srovnávací měření proběhlo na menším kotli o tepelném výkonu 700 kW. Pro měření byla použita stávající měřicí místa v čistících dvířkách komínového průduchu. Měřené koncentrace byly po celou dobu zkoušky zaznamenávány jako minutové průměry pomocí distribuovaného systému sběru dat.

Obr. 5: Ve výzkumné stanici v Zubří byla vyšlechtěna odrůda lesknice rákosovité „Chrastava“ vhodná i pro energetické účely

Vybrané výsledky zkoušení

Doprava paliva do kotle probíhala po dobu zkoušek bez problémů, doprava je schopna tento materiál zpracovat bez poruch a výpadků. Z dlouhodobého provozu vyplývá, že problémy dělají pouze nestandardní velikosti balíku

Emise CO při spalování obilné slámy z pšenice se pohybovaly kolem 582 mg.m^-3_N při 11 % O₂ ve spalinách. Z hlediska spalování je proschlá obilná sláma pro kotle tohoto typu vhodným palivem. Emise NO_X byly 437 mg.m^-3_N při 11 % O₂ ve spalinách. Tyto hodnoty jsou příznivě nízké a svědčí o seřízeném spalovacím procesu s nízkým přebytkem vzduchu. Obsah spalitelných látek v popelu byl 10 %, což je nízká hodnota.

Emise CO při spalování lučního sena se pohybovaly kolem 550 mg.m^-3_N při 11 % O₂ ve spalinách. Z hlediska spalování je travina lučního sena pro kotle tohoto typu vhodným palivem. Emise NO_X byly 383 mg.m^-3_N při 11 % O₂ ve spalinách. Tato hodnota je opět příznivě nízká a svědčí o seřízeném spalovacím procesu s nízkým přebytkem vzduchu. Pro porovnání emisí byly uvažovány pouze časy provozu kotle. V útlumovém režimu je odstaven spalinový ventilátor a průtok spalin do komína přes zavřenou klapku je minimální. Obsah spalitelných látek v popelu byl 11 %, což je nízká hodnota.

Závěry a doporučení

Na základě provedených spalných zkoušek ve velkých kotlích je možné doporučit spalování sena trav především v kotlích určených pro spalování slámy. Jde například o velké kotle Verner Golem s výkonem nad 900 kW a kotel LIN-KA dánské firmy Danstoker o výkonu 190 kW. Seno pro spalování musí byt suché (max. vlhkost 20 obj. %).

Z hlediska dosažených výsledků se jeví spalování obilné slámy a lučního sena v kotli typu STEP jako rovnocenné: Emise při spalování jsou velmi podobné, spalitelné látky v popelu jsou na úrovni 10 a 11 %, což je opět velmi podobné.

A ještě poznámka k platné legislativě: V kotli se smí spalovat pouze palivo, pro které je odzkoušen a schválen. Zatímco kotle o větším výkonu jsou již i schváleny pro spalování dřeva i slámy, malé kotle (pro domácnosti) zatím jen pro spalování dřeva. Výjimkou je automatický kotel Verner A25 na spalování pelet, jenž je schválen i pro obilní peletky. Zcela jistě novým směrem ve využití biomasy pro energetické účely budou kotle využívající jako palivo energetické rostliny, travní biomasu případně materiál peletovaný nebo jinak upravený po čištění zemědělských komodit. Využití tohoto paliva lze předpokládat zejména u zemědělců a v podmínkách českého venkova.

(Publikace je realizována na základě podpory projektu NAZV ČR. č. QG60093 Hospodaření na půdě v horských a podhorských oblastech se zřetelem na trvalé travní porosty.)

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