Ekologické spalování tuhých paliv i odpadů v malých kotlích a vývoj bezobslužného kotle s účinností 95 %
Prof. Ing. Jaroslav Dobrozemský
JUDr. Ing. Aleš Dobrozemský, CSc.
Anotace
Panuje všeobecný názor, že malé kotle pro spalování tuhých paliv nemohou dosahovat lepších emisních hodnot, než kotle na plynná paliva, případně nemohou dosahovat menší emisní zátěže, než teplo vyrobené v teplárnách.
Požadavky na kotle pro rodinné domky spalující tuhá paliva se rozšířily dvěma směry a to především k bezobslužnosti a vysoké účinnosti, což je při nízké pořizovací ceně a provozních nákladech požadavek zákazníka a minimalizaci emisí, což je požadavek společnosti.
Spalování tuhých paliv a odpadů v malých kotlích
Panuje všeobecný názor, že malé kotle pro spalování tuhých paliv nemohou dosahovat lepších emisních hodnot než kotle na plynná paliva, případně nemohou dosahovat menší emisní zátěže než teplo vyrobené v teplárnách.
U mnoha autorizovaných měření plynových kotlů o výkonu do 50 kW zapojených do kaskády 0,2 MW tyto jen ojediněle splňovaly emisní limity CO a dosahují hodnot obvykle přes 1 000 mg.m-3N (případně S NOx , CO, TZL … zjednodušeně v poměru dle 214/94 Sb.), nevyjímaje zde ani výrobky s nálepkou „Ekologický výrobek“.
Rovněž u teplárenských celků, zahrneme-li do emisní zátěže i ztráty v rozvodech, je výsledek ještě horší.
Požadavky na kotle pro rodinné domky spalující tuhá paliva se rozšířily dvěma směry, a to především k bezobslužnosti a vysoké účinnosti při nízké pořizovací ceně a provozních nákladech, což bývá zpravidla požadavek zákazníka, a zároveň minimalizace emisí, což je zase požadavek společnosti.
Konstrukce kotle musí počítat i s přechodovými stavy v průběhu provozu, poruch a obsluhy.
- Mezi přechodové provozní stavy patří
– přikládání paliva
– změna vlastností paliva i v průběhu vyhořívání
– změna výkonu
– změna tahových podmínek atd.
- Poruchové přechodové stavy jsou specifické u každého jednotlivého zařízení a jeho konstrukce. Průběh poruch musí být zcela bezpečný a bezobslužný, minimalizující případné další škody.
- Přechodové stavy zaviněné obsluhou jsou
– neodborné zásahy do regulace
– nedostatečná údržba a opravy
– spalování jiného paliva (případně odpadu), než je výrobcem přepsaný druh paliva
Spalování jiného paliva, případně domácího odpadu, samozřejmě zakazuje stavební zákon, zákon o ovzduší, zákon o odpadech a další zákony, zákazy a vyhlášky.
Především cena za vytápění a jeho podíl na příjmu obyvatel rozhoduje o tom, zda se občané budou chovat ekonomicky nebo ekologicky – v současné době jde pro majitele rodinných domků o částku 35 – 40 tisíc korun ročně, dotuje se jen GJ pro obyvatelstvo v bytové zástavbě.
Vzpomeňme dobu relativně levného vytápění přímotopy a plynem, kdy se imisní koncentrace škodlivin v některých oblastech ročně snižovaly o stovky procent.
Řešit dnešní situaci lze dvěma způsoby, a to buď komplexní ekologickou, ekonomickou a energetickou politikou respektující EU, nebo nabídnout kotel, který by umožňoval spalování velkého spektra tuhých paliv při minimální emisní zátěži a zároveň co nejvíce eliminoval ekologické dopady i při případném nepovoleném spalování části domovního odpadu.
Stručný popis kotle
Teplovodní kotel D 25 je určen k vytápění rodinných domků. Pracuje na katalyticko pyrolytickém principu spalování. Prototyp byl vyroben v OPOP s.r.o., Valašské Meziříčí.
Maximální účinnosti a minimálních emisí dosahuje v oblasti výkonů 15 až 30 kW. Kotel může pracovat i v samotížné soustavě vytápění. Nízká tlaková ztráta umožňuje provoz od cca – 6 Pa komínového tahu.
Konstrukce kotle zajišťuje ekologické a ekonomické spalování velkého spektra paliv, od černého a hnědého uhlí až po granulováním upravený dřevní odpad; podmínkou je jen dostatečný sypný úhel a granulometrie 9 – 100 mm.
Palivo z násypky, jejíž velikost je možno si i zvětšit, se přirozeným sypným úhlem sype na posuvný rošt, kde dochází za nedostatku primárního vzduchu ke zplyňování.
Takto vyvinutý plyn proudí do hořáku difuzorového typu, kde je tryskami přiváděn sekundární vzduch.
Dochází k dokonalému katalytickému spalování v šamotové části hořáku přecházející ve spalovací komoru. Tvar spalovací komory snižuje rychlost spalin a zvyšuje jejich teplotu až na 1 450 oC .
Vysoká teplota hoření a dlouhá doba setrvání spalin v této oblasti zaručuje dokonalé spalování nejen CO, ale i vázaného uhlíku ve většině uhlovodíků.
Rovněž anorganické látky procházející přes tuto teplotu a pak ochlazené o cca 1300 oC tvoří stabilnější sloučeniny pevně navázané především na popeloviny (CaO, MgO, Al2O3).
Nízké postupné rychlosti ve spalovací komoře a výměníku snižují rovněž podstatně i TZL a v kombinaci s cca nulovým nedopalem i zanášení kotle a kouřovodů.
U redukce emisí NOx byly použity závislosti a zkušenosti z konstrukce velkých (55 MW) hořáků a denitrifikace energetik např. NH a.s. Ostrava.
Nízký nedopal v popelu a prakticky nulový v popílku zvyšuje jeho zásaditost a snižuje podstatně vyluhovatelnost a následně pak chrání především půdu a vodní zdroje po uložení zbytků po spalování.
Kotel byl zkoušen v poloautomatickém provedení na zkušebním zařízení firmy EKOTERM dle ČSN 07 0240 a ČSN EN 297, kdy bezobslužně pracoval několik dní v plně automatickém provedení; v závislosti na velikosti násypky tedy není nutná obsluha i několik týdnů.
Palivová dvířka lze otevřít až po odjištění páky, kdy dojde k odsátí spalin z násypky a umožní bezpečné naložení paliva.
Velký zásobník je konstruován tak, že po naložení a zajištění je lehčí vzduch s O2 vytlačen těžším CO2 v několika sekundách. Toto řešení zajišťuje bezpečnou inertizaci velkého zásobníku paliva.
Kotel v poloautomatickém provedení, kdy je jeho výkon regulován podle nastavené kotlové teploty (např. 70 oC) v kombinaci s termostatickými hlavicemi radiátorů, zajišťuje nejjednodušší funkční variantu regulace vytápění.
Pružnost výkonu kotle mezi 15 – 30 kW je 1 kW.min-1 a mezi 30 – 15 kW je 0,7 kW.min-1 .
V plně automatickém provedení regulace vytápění zajišťuje pokojový termostat, jak bývá obvyklé u plynových kotlů.
Tabulka naměřených hodnot
| palivo | výkon | CO | NOx | účinnost |
| kW | mg.m-3a | mg.m-3N | % | |
| lisované piliny | min. 12 | 0 – 4 | 232 | 93,8 |
| max. 38 | 0 – 2 | 345 | 91,7 | |
| hnědé uhlí | min. 14 | 0 – 5 | 168 | 95,2 |
| max. 40 | 0 – 2 | 189 | 90,4 | |
| lisované slupky | min. 16 | 0 – 4 | 221 | 95,1 |
| max. 33 | 0 – 3 | 486 | 94,8 | |
| černé uhlí | min. 14 | 0 – 5 | 171 | 95,3 |
| max. 37 | 0 – 2 | 192 | 93,1 | |
| dřevní štěpky | min. 13 | 0 – 5 | 130 | 94,6 |
| max. 37 | 0 – 4 | 188 | 93,0 | |
| černé uhlí + plastový odpad 1/1 objemově | min. 16 | 7 – 15 | 169 | » 93,5 |
| max. 36 | 0 – 9 | 184 | » 90,1 |
Kontakt:
EKOTERM Dobrozemský, Mírová 29, 703 00 Ostrava Vítkovice
· Autorizovaná laboratoř měření emisí
- Vývoj, projekce a realizace energetických zařízení
- Odborné a znalecké posudky
Tel., fax: +420 595 952 488
E – mail: info@dobrozemsky.cz
www.dobrozemsky.cz