Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Energetické využití odpadní dřevní hmoty z pilařské výroby zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje Bakalářská práce byla zveřejněna v souladu s § 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor Bakalářské práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace.
V Brně dne………………
Podpis studenta…………………
-1-
Poděkování Tímto bych rád vyjádřil poděkování vedoucímu bakalářské práce Doc. Dr. Ing. Jaroslavu Hrázskému za pomoc při vyhotovení této práce, zaměstnancům v navštívených pilařských provozech za informace které byly nezbytně nutné k sestavení téhle práce. -2-
ABSTRAKT Jméno autora:
Jakub Tomáštík
Název bakalářské práce:Energetické využití odpadní dřevní hmoty z pilařské výroby
Hlavní náplní mé bakalářské práce je na základě získaných informací o možnostech energického využití odpadu z pilařských závodů zjistit využívání těchto odpadů v praxi, vyhodnotit stav ve vybraných podnicích a navrhnout optimální využití tohoto odpadního materiálu v těchto konkrétních provozech. Práce obsahuje několik částí. V úvodní části se zabývám charakteristikou biomasy a jejím využitím.Ve druhé klasifikací pilařských odpadů a možností jejich zpracování. Věnuji se zde taky ekologii. Využil jsem zde znalosti získané během studia i znalosti získané z odborné literatury.Ve třetí části popisuji tři vybrané pilařské provozy jejich technologii a nakládání s energeticky využitelnými odpady vznikajícími při jejich provozu. V poslední části se zamýšlím nad možnostmi dalšího využití pilařského odpadu na základě teoretických znalostí ale i příklady ze zahraničí. Klíčová slova: biomasa, dřevěný odpad, štěpka, pilina, kůra, pilařský závod, výhřevnost, alternativní palivo, pilařská kulatina, řezivo
Authors name:
Jakub Tomáštík
The title of bachelor thesis: Energetic utilization of wood waste from saw-mill production. This work deals with practical utilization of wood waste and evaluation of conditions in chosen companies and suggestions of optimal utilization of the wood waste in those particular companies. This is based on gained information about possibilities of energetic utilization of wood waste from saw-mills. Introduction deals with characterization of biomass and its utilization. Following part deals with categorization of saw-mill´s wood waste and possibility of their usage and environmentalism. Third part describes three saw-mills their technology and approach to energeticaly utilizable wood waste. Chosen companies have different capacity of breakdown. The last part deals with further utilization of saw-mill wood waste based on both theoretical knowledge and examples from abroad. Key words:
biomass, waste timber, wood chips, sawdust, bark, saw-mill, fuel
efficiency, alternative fuel, sawtimber, sawn wood
-3-
OBSAH:
1. Úvod
-6-
2. Cíl práce
-8-
3. Metodika
-8-
4. Literární přehled
-9-
5. Pilařská výroba jako zdroj energetické suroviny
-10-
5.1 Klasifikace odpadů vznikajících při pilařském zpracování dřevní hmoty
-10-
5.2 Zpracování vyřazené kulatiny a kusového odpadu
-12-
5.3 Zpracování kůry
-13-
5.4
-13-
Zpracování sypkých odpadů mechanickými postupy 5.4.1 BRIKETOVÁNÍ
-13-
5.4.2 PELETOVÁNÍ
-17-
6. Přeměna dřevních odpadů na energii
-19-
6.1 Spalování dřevních odpadů
-20-
6.2 Získávání energeticky bohatších produktů z dřevních odpadů -226.2.1 ZPLYNOVÁNÍ
-22-
6.2.2 PYROLÝZA
-23-
6.2.3 FERMENTACE
-24-
6.2.4 ZKAPALŇOVÁNÍ
-25-
6.2.5 ZUHELNĚNÍ
-25-
6.2.6 SUCHÁ DESTILACE
-26-
6.3 Výroba elektřiny z dřevních odpadů 6.3.1 TEPELNÉ ELEKTRÁRNY ČR
-26-28-
6.4 Využití popela
-30-
6.5 Čistění spalin
-32-
7. Analýza současného stavu vzniku a využívání jednotlivých druhů odpadů ve třech vybraných pilařských provozech 7.1 Pila JAVONÍK-CZ-PLUS s.r.o, Štítná nad Vláří
-4-
-36-36-
7.2 PILA MSK, a.s., Velké Karlovice
-42-
7.3 STORA ENSO TIMBER ŽDÍREC, s.r.o.
-47-
8. Dotace a podpory při energetickém využití dřevního odpadu
-55-
8.1 Státní program na podporu úspor energie a využití OZE
-55-
8.2 Operační program životního prostředí
-56-
8.3 Podpora ministerstva průmyslu a obchodu
-56-
8.4 Podpora ze strany ministerstva zemědělství
-56-
8.5 Daňové zvýhodnění v bioenergetice
-57-
8.6 Možnosti trhu s emisními povolenkami
-57-
9. Návrh optimálního nakládání s odpady v navštívených provozech
-57-
10. Diskuze
-58-
11. Závěr
-59-
11. Summary
-59-
12. Použitá literatura
-60-
13. Soupis tabulek
-62-
14. Soupis obrázků
-63-
15. Přílohy
-64-
-5-
1. ÚVOD Pro svou práci jsem si vybral téma „Energetické využití odpadní dřevní hmoty z pilařské výroby“. Energetické využití odpadní dřevní hmoty z pilařské výroby souvisí se součastným trendem navracení se k biomase. Formy paliv se v průběhu věků měnily. Již před 500 000 lety se využívalo dřeva jako paliva, později byla objevena vodní a větrná energie, následně se začala využívat fosilní paliva a v několika posledních desetiletích jaderná energie. V převážné míře jsou stále využívána jako zdroj energie fosilní paliva, jejichž zásoby se povážlivě tenčí a navíc jejich spotřeba velmi zatěžuje životní prostředí. Jedním z důsledků je návrat k využití biomasy jako jednoho z možných alternativních zdrojů energie. Při pořezu kmenů v pilařských provozech, i přes snahu maximalizovat výtěž, vzniká několik druhů odpadů. Druh odpadu závisí na strojním vybavení pilnice, způsobu zpracování a kvalitě vstupní suroviny. Odpad z pilařských závodů lze zařadit mezi biomasu použitelnou k výrobě energií. Biomasa patří mezi vhodný zdroj paliva, protože všeobecně platí, že oxid uhličitý (CO2) uvolněný při spálení biomasy pohltí rostliny při svém růstu. Energie je charakterizována jako míra různých forem pohybu hmoty ve všech jejích vzájemných přeměnách. Nemůže být vytvořena, ani zničena. Může být pouze přeměněna na jiný druh energie. Zdrojem téměř veškeré energie, kterou Země disponuje, je Slunce. Nebýt energie přicházející na Zemi z vesmíru, nebylo by zde rostlin ani živočichů. Energie z většiny alternativních zdrojů např. větrná energie, biomasa pochází také ze Slunce. Spalování biomasy i fosilních paliv rovněž uvolňuje sluneční energii nahromaděnou v rostlinách. Přičemž Země obdrží jen pouhý zlomek z obrovského množství energie uvolňované Sluncem. Tato energie pochází z jaderné syntézy probíhající hluboko v jeho středu. Slunce vyzařuje tak obrovské množství energie, že je každou sekundu lehčí o miliony tun své hmoty. Energie se k Zemi dostává ve formě elektromagnetické energie, což je jediná energie, která se může šířit vesmírem. Přichází ve formě infračerveného a ultrafialového záření a viditelného světla. Při pilařské výrobě je spotřebováváno velké množství energie, která je v dnešní době velmi cenná. To souvisí s vysokými náklady za energii. Energetickým využitím odpadů lze tyto náklady minimalizovat.
-6-
Evropský parlament dne 17.12.2008 podpořil klimaticko-energetický balíček, který má zaručit, že EU dosáhne v roce 2020 tří konkrétních cílů v této oblasti: snížení emisí skleníkových plynů o 20 %, posílení energetické účinnosti o 20 % a dosažení 20 % podílu obnovitelných zdrojů energie. Nová legislativa stanovuje povinné tzv. národní cíle, jichž by měly členské státy dosáhnout podporou a využíváním obnovitelných zdrojů energie ve třech oblastech: elektřina, topení a chlazení a doprava. Dále by měly zajistit, že v roce 2020 bude podíl obnovitelných zdrojů energie v EU činit 20 %. Podle dohody by v odvětví dopravy měly do roku 2020 činit energie z obnovitelných zdrojů (biopaliva, elektřina, vodík) alespoň 10 % celkové spotřeby. V České republice činil v roce 2005 podíl obnovitelných zdrojů energie 6,1 % a do roku 2020 by měl být zvýšen na 13 %. Nejvyšší podíl obnovitelných zdrojů energie mělo v roce 2005 Švédsko (39,8 %), a nejnižší Malta (0 %). Fosilní zdroje (uhlí, ropa, plyn) jsou stále vzácnější. Z pohledu ekologie při jejich spalování vzniká obrovské množství škodlivých látek. Na ekologii je kladen stále větší důraz a alternativní zdroje jsou mnohem ekologičtější. V této práci sleduji současný stav při výrobě energií z odpadu v pilařských závodech v ČR; sleduji nové trendy ve světě při tvoření energií; a analyzuji možnosti pilařských závodů pro praktické využití odpadní dřevní hmoty.
Obr. 1: Letecký snímek pilařského závodu STORA ENSO TIMBER ŽDÍREC, s.r.o.
-7-
2. CÍL PRÁCE Cílem mé práce je posouzení energetického využití odpadní dřevní hmoty z pilařské výroby v České republice. Charakterizování tohoto odpadu jako energeticky využitelnou biomasu. Ve třech vybraných podnicích informovat o součastném využívání tohoto materiálu a popsat moderní technologie v této problematice a na základě provedené analýzy materiálového toku a kvalifikace dřevního odpadu ve vybraných pilařských provozech provést návrh optimálního využití odpadního materiálu v těchto konkrétních provozech. Tato práce má tvořit strukturovaný ucelený přehled základních informací, které mohou sloužit pilařským provozům při řešení problematiky energeticky využitelných odpadů.
3. METODIKA
Klasifikace dřevních odpadů napadajících v pilařských provozech
Místa vzniku dřevních odpadů, kvantifikování
Analýza provedení ve třech vybraných pilařských provozech
Návrh vlastního řešení využití odpadů
Vyhodnocení
-8-
4. LITERÁRNÍ PŘEHLED Ve své práci se zabývám energetickým odpadem vznikajícím v pilařských závodech. O tomto druhu odpadu lze hovořit jako o biomase. Biomasa se v posledních letech stává středem zájmu jako energetická surovina. Biomasa je definována jako veškerá hmota organického původu vzniklá prostřednictvím fotosyntézy. Je získávána buď záměrným pěstováním, nebo se využívají odpady ze zemědělské, potravinářské, a lesní výroby, průmyslové výroby, z komunálního hospodářství, z údržby a péče o krajinu. Je nejstarším lidmi využívaným zdrojem energie a má obnovitelný charakter. Efektivní a ekologické využití biomasy má minimální negativní vliv na životní prostředí. Jednou ze složek biomasy je i dřevní odpad. Dřevní odpad vzniká například ve formě rostlinných zbytků ze zemědělské prvovýroby (zbytky po likvidaci křovin a lesních náletů, odpady ze sadů a vinic, luk a pastvin), dále jako odpad lesnického průmyslu (dřevní hmota z lesních probírek, kůra, větve, pařezy, kořeny, palivové dřevo, manipulační odřezky, klest), jako organický komunální odpad (zbytky z údržby zeleně a travnatých ploch) nebo jako organický odpad z průmyslové výroby (dřevařské provozovny). . Využití energetického potenciálu biomasy je výhodné z mnoha hledisek, například:
Biomasa při svém růstu spotřebuje tolik CO, kolik se uvolní při jejím spalování. Nedochází tak ke zvyšování koncentrace CO v ovzduší a nestupňuje se tzv. skleníkový efekt
Biomasa je obnovitelný energetický zdroj a bude k dispozici i po vyčerpání zdrojů klasických fosilních paliv
Při stále se zvyšujících cenách fosilních paliv je biomasa jedním z alternativních zdrojů, které by je v budoucnosti mohly nahradit
Odpadá výstavba nákladných odsiřovacích zařízení, neboť dřevo a ostatní uvažované lignocelulosové suroviny obsahují síru jen v zanedbatelném množství.
-9-
Pro využití biomasy se nabízejí dvě hlavní možnosti lišící se nejen povahou konverzního procesu, nýbrž i technologickým zařízením, cenou, provozními náklady a ekologickými vlivy - procesy termické a procesy biotechnologické. Procesy termické zahrnují především tři hlavní varianty: spalování, zplynování a pyrolýzu. Procesy biotechnologické zahrnují pak dvě hlavní varianty: anaerobní digesci a etanolovou fermentaci.
Tab. 1: Energetický potenciál různých druhů biomasy (www.biom.cz)
5. PILAŘSKÁ VÝROBA JAKO ZDROJ ENERGETICKÉ SUROVINY.
5.1 Klasifikace odpadů vznikajících při pilařském zpracování dřevní hmoty
Množství a druh dřevních odpadů vznikajících při pořezu kulatiny v pilnicích je závislé na objemu zpracovávané dřevní hmoty, kvalitě této vstupní suroviny, vybavení pilařského závodu a způsobu zpracování pilařské kulatiny.
- 10 -
Do pilařských závodu vstupuje surovina ve formě pilařské kulatiny, kulatina se třídí podle platných norem do příslušných kvalitativních tříd. Čím je surovina kvalitnější, tím méně vykazuje vad a tím vzniká při jejím zpracování méně odpadu.Vady na vstupní kulatině jsou buď růstové, nebo vzniklé při kácení, sušení a manipulaci s kmenem. Mezi růstové vady patří suky, nadměrná sbíhavost kmene, boule, růstové trhliny, točitost, excentrická dřeň, křemičitost, křivost, kořenové náběhy, přesílená dřevní kulatina. Mezi další vady lze zařadit trhliny vzniklé při kácení stromů, výsušně trhliny a poškození vzniklá manipulací s kmeny (oděrky, trhliny apod.). Mezi nepřípustné vady patří příměsi různých kovových částic v kmenech. Taková kulatina nesmí být pořezána, neboť hrozí poškození pilových listů rámových či pásových kmenových pil. Části s kovem se vymanipulovávají nebo se vyřazuje celý kmen. Dále jsou nežádoucími napadení houbami a hmyzem. Dle četnosti velikosti a rozsahu vad se kulatina směřující na pilu třídí podle jakosti do jakostních tříd dle ČSN. Při zpracování kulatiny v pilařských provozech pořezem vzniká průměrně 10 % odpadu ve formě kůry a 37 % odpadu při třídění a vlastním pořezu z celkového objemu pořezané kulatiny. Odpady vznikající při pořezu kulatiny lze rozdělit na: a)Vyřazená kulatina Mezi tento odpad patří kulatina, nehodící se pro pořez v příslušném pilařském závodě Patří sem kmeny s extrémní křivostí, s točitostí, s velkou sbíhavostí, hnilobou a s velkými trhlinami nebo kmeny o průměrech větších nebo menších než je stroj schopen zpracovat.
b)Kůra Po odkornění v rotorových nebo ve frézovacích odkorňovačích vzniká odpad složený z kůry a lýka.
c)Piliny
- 11 -
Piliny vznikají při podélném i příčném pořezu kulatiny pomocí různých druhů pil. Spolu s kusovým odpadem tvoří největší část odpadu z pilařské výroby. Piliny mají malé rozměry bez velkých rozdílů. Rozměry se udávají v hrubosti od 1,5 do 5 mm.
d)Kusový odpad Jedná se o masivní kusový odpad, který nelze dále upotřebit ve výrobě. Mezi tento odpad patří tzv. pilařské krajiny, odřezky po zkracování a vymanipulované vady. Tyto zbytky se vyznačují značně odlišnými rozměry, musí se proto dezintegrovat a vzniklé štěpky jsou nejčastěji zpracovány ve výrobě aglomerovaných materiálů nebo prodávány papírnám či telným elektrárnám.
Odpady vznikající v pilařských provozech nejsou vždy vhodné přímo k energetickému využití, proto bylo vyvinuto několik způsobů úpravy těchto odpadů. Některé úpravy odpadů zlepšují jejich vlastnosti (výhřevnost, životnost strojního zařízení). Dále se musí zohlednit, v jakém zařízení bude konkrétní odpadový materiál likvidován. Při použití správné formy a druhu paliva ve správném zařízení se maximalizuje energetická účinnost.
5.2 Zpracování vyřazené kulatiny a kusového odpadu Vyřazenou kulatinu z důvodu příměsí kovů není vhodné dále opracovávat z důvodu možného poškození nástrojů. Dezintegrovat ji a využít k energetickým účelům však je teoreticky možné. Kulatinu vyřazenou z jiného důvodu lze spolu s odřezky zpracovat na palivové dříví. Masiv se dělí podélně a příčně na rozměry vyhovující danému spalovacímu zařízení. Příčně se krátí na kotoučových nebo řetězových pilách a podélně se kusy větších průměrů štípají. Důležitým faktorem při spalování dřeva je jeho vlhkost. V energetice pracujeme s relativní vlhkostí. Se zvyšující se vlhkostí dřeva klesá jeho výhřevnost. Maximální, limitní vlhkost dřeva, při které je účelné dřevo ještě spalovat je 60 %. Kusový odpad se může také dezintegrovat na štěpku. Dezintegrovaný materiál je možno využívat i dalšími způsoby, jako je například hydrolýza nebo zplynování. Štěpka
- 12 -
má však více využití může se uplatnit v papírenském průmyslu nebo při výrobě aglomerovaných materiálů.
Štěpkování neboli dezintegrace je úprava kusového odpadu na menší frakci vhodnou pro spalování. Dezintegrace kusového odpadu se provádí sekáním a drcením na drobnou frakci o maximální velikosti 50 x 50 mm. Nevýhodou dezintegračních zařízení (sekaček a drtičů) je vysoká energetická náročnost, jež se podle typu stroje pohybuje od 10 do 280 kW. K sekání dřevních sortimentů se používají nejčastěji bubnové a diskové sekačky. Průměrná spotřeba elektrické energie na sekání a drcení dřevních odpadů podle údajů výrobců je: - Pilařské krajiny
0,02 –0,05 kWh/kg
- Drobný kusový odpad
0,01 –0,02 kWh/kg
- Kůra
0,08 –0,09 kWh/kg
Dezintegrovaný dřevní odpad se shromažďuje v zásobnících (silech) anebo volně na skládkách. Sila jsou vhodná pro uskladnění paliv s nižším obsahem vlhkosti, která v nich nevytvářejí klenby. Doprava do topenišť spalovacích zařízení může být řešena různými způsoby, mechanicky, pneumaticky, a nebo kombinovanými způsoby.
5.3 Zpracování kůry Kůra se z důvodu její velké vlhkosti omezeně hodí pro energetické účely. Proto se častěji používá pro výrobu kůrorašelinových substrátů nebo se zpracovává hydrolyzními postupy. Při zpracování kůry hydrolýzními způsoby se kůra nejprve homogenizuje. K homogenizaci kůry se používají kladivové drticí mlýny. Tyto stroje nejsou náročné na přítomnost cizích předmětů, zejména minerálních a kovových příměsí.
5.4
Zpracování sypkých dřevních odpadů mechanickými postupy
5.4.1 BRIKETOVÁNÍ
- 13 -
Dřevěné brikety jsou dokonalejším palivem. Vyrábí se lisováním z usušené a jemně rozdrcené biomasy (obvykle dřeva). Brikety jsou vhodné do všech roštových topidel, kotlů a kamen a zejména krbů umístěných v obývacích prostorách. Jejich pevné slisování umožňuje čisté a pohodlné přikládání a vydrží žhnout až 10 hodin. Hlavní princip výroby dřevěných briket spočívá v přetvoření odpadní dřevní hmoty o velkém objemu do nové ušlechtilé formy paliva, které je levné, ekologicky čisté, zabírá minimální skladovací prostor a má vysokou výhřevnost, a to až 20 MJ kg-1. Výchozí surovinou pro výrobu briket jsou pilinyobvyklé frakce 8 x 8 x 1 mm z pilařských a truhlářských provozů bez přídavku jakýchkoliv chemických pojiv. Pojivem se stává plastifikovaný lignin. Zpracovávaná surovina musí být zbavena větších zbytků kůry a štěpků. Maximální vlhkost zpracovávaných pilin je 15 %, optimální pak 11 %. Při vyšších vlhkostech vstupní suroviny by došlo v důsledku nadměrné tvorby vodní páry k roztržení vyráběných briket. Po slisování se dosahuje hladkého povrchu brikety bez pórů, které všeobecně snižují výhřevnost. Brikety se mohou vyrábět i z odpadů větších frakcí i s příměsí štěpek nebo kůry i prachu. Na výrobu takových briket je však potřeba větších tlaků a snižují se jejich vlastnosti. Maximální obsah kůry by neměl být vyšší než 8 % a prachových částic 20 %. Piliny jsou nejdříve zbaveny větších částí, vysušeny na optimální vlhkost a potom za velmi vysokého tlaku mechanicky, bez jakéhokoliv pojiva, slisovány v pevnou kompaktní briketu. Tvary a rozměry jsou různé. Většinou vznikají brikety tvaru kvádru nebo válce. Délka briket je 70 až 300 mm a průměr 50 až 60 mm. Dále se vyrábí i brikety s otvorem uprostřed. Tento otvor uvnitř brikety zvětšuje její povrch, umožňuje lepší přívod kyslíku a tím i dokonalejší hoření. Konečné zabalení výrobku je provedeno do recyklovaných PE obalů. Tak se zabrání jednak proniknutí atmosférické vlhkosti k výrobku a zároveň je s tímto praktickým balením snadná a bezprašná manipulace. Je dosaženo naprosto čistého provozu při topení.
- 14 -
Obr. 2. Briketa vyrobená z dřevního odpadu Spalováním briket vzniká malé množství kouře bez obsahu škodlivých látek. V porovnání s uhlím nebo topným olejem neobsahují spaliny žádnou síru. Obsah popela činí 1,2 %. Popel z těchto briket je vhodný jako hnojivo na zahrádky neboť obsahuje draslík. Brikety by měly být skladovány v suchých prostorách; atmosférická vlhkost, chlad a mráz jim nevadí. Pro výrobu briket se používají 3 základní principy: a) Mechanický klikový princip Lisy pracují na principu klikového mechanismu s mohutnými setrvačníky. Vyznačují se nejvyššími tlaky v lisovací komoře, kterou opouští nekonečně dlouhá briketa, přesně krácená za výstupem odřezávací pilou. Výkonnost lisu bývá zpravidla kolem 1 t/h, tvar briket je většinou válcový, ale vyrábějí se i s šestihraným průřezem nebo ve tvaru hranolu. Nejžádanějšími briketami jsou válcové brikety s vnitřním otvorem. Lépe odhořívají, protože je dispozici více povrchu pro nahřívání a okysličování. b) Hydraulický princip Při tomto principu se pracuje s menšími tlaky než u mechanického klikového principu, lisy mají menší výkonnost - od 0,05 do 0,5 t/h, ale jsou levnější. Základem tohoto principu je hydraulický píst, který stlačuje materiál do formy. Lisovaná surovina musí mít nízkou vlhkost, proto se často přidává před lisovací píst sušicí zařízení. Lisy jsou vhodné pro briketování stébelnin a pilin. Brikety vyrobené hydraulickým
- 15 -
způsobem mají nižší soudržnost než při mechanickém klikovém lisování jsou určeny pro užití v blízkosti výroby bez časté manipulace. c) Šnekový princip Potřebný lisovací tlak se vytváří otáčením lisovacího šneku v konické komoře. Soudržnost briket je velmi dobrá neboť vysoké tlaky a tření materiálu na šneku ohřívají dřevo a částečně plastifikují lignin, který působí jako pojivo. Povrch těchto briket je po vychlazení pokryt utuhlým ligninem, podobným vosku, a tak je chráněn proti vlhkosti. Nevýhodou těchto lisů je značné opotřebení šneků a komor.
Briketovací linky V současnosti se vyrábí celé plně automatizované briketovací linky. Tyto linky jsou vybaveny třídiči frakcí a mohou být vybaveny i sušárnou pro dosušení vstupní suroviny. Jsou vhodné i pro briketování suroviny obsahující vysokou vlhkost. Taková surovina vzniká právě jako odpad z pilařské výroby. V České republice je nejznámější výrobce těchto linek firma BRIKLIS spol. s r.o. Malšice.
Briketovací linky firmy BRIKLIS Tyto linky se vyrábí o výkonu 200, 400, 600, 800 nebo 1000 kg briket za hodinu. Linka BRISUR se skládá z přihrnovacího šneku pro nabírání suroviny z volně sypané hromady, systému pásových a šnekových dopravníků pro přepravu pilin, třÍdiče pilin, bubnové sušárny BUS včetně kotle pro její vytápění a jednoho (400 kg/hod) nebo dvou kusů briketovacích lisů BrikStar. Surové piliny se navážejí na hromadu pod přístřešek. Přihrnovací šnek přihrnuje materiál nad násypku dopravníku, který zásobuje násypku sušárny. Bubnová sušárna pilin je vytápěná spalinami z kotle na spalování dřevěného odpadu. Mokré piliny jsou vytříděny vibračním sítem umístěným nad zásobníkem mokré suroviny. Hrubé kusy vypadávají skluzem přímo do kotelny ke spálení. Dávkování pilin do sušárny je regulováno řídícím systémem tak, aby se výstupní teplota páry ze sušárny udržovala na konstantní hodnotě. Řídící systém rovněž reguluje přikládání paliva do kotle. Násypka kotle může být doplňována automaticky šnekovým dopravníkem z násypky sušárny. Optimálním palivem je štěpka menší než 20 mm. Spaliny z kotle se ochlazují studeným vzduchem na teplotu 300 až 500°C a jsou do sušárny nasávány ventilátorem pro odtah páry. Ventilátor je umístěn za sušárnou na cyklonu pro
- 16 -
odlučování prachu. Suché piliny jsou vynášeny ze sušárny šnekovým dopravníkem, který plní funkci turniketu do zásobníku suchého materiálu briketovacího lisu. Řízení vlhkosti sušeného materiálu je nepřímé, výstupní vlhkost materiálu se neměří. Vlhkost se reguluje dávkováním suroviny do sušárny tak, aby se teplota odcházející páry udržovala na konstantní hodnotě nastavené obsluhou sušárny. Vyrobené brikety o průměru 50 mm a délce 60 až 70 mm vycházejí z lisu potrubím ke zvolenému místu balení, např. přímo do PE pytlů v rotačním stojanu na 6 pytlů, vyráběným firmou Briklis. Uzavření pytlů se provádí až po výparu zbytkové vlhkosti a není automatizováno. Briketovací lisy je možné vybavit na přání raznicemi pro výrobu briket ve tvaru kvádru.(www.briklis.cz)
Legenda:. přihrnovací šnek, 1.1. vibrační dopravník, 1.2. pásový dopravník,2. vibrační třídič, 3. sušárna, 3.1. zásobník sušárny, 3.2. vynášecí šnek, 3.3. potrubí, 3.4. kotel, 3.5. zásobník paliva, 3.6. ventilátor, 3.7. cyklon, 3.8. dopravník paliva, 4. šnekový dopravník, 5. briketovací lis, 6. nožová sekačka, 6.1. vibrační dopravník, 6.2. pásový dopravník, 7. elektrický rozvaděč hlavní, 7.1. elektrický rozvaděč kotle, 7.2. elektrický rozvaděč materiálu
Obr. 3: Schéma a parametry briketovací linky s parametry (www.briklis.cz) 5.4.2 PELETOVÁNÍ
- 17 -
Dřevní pelety jsou malé válcovité tyčinky o průměru 6 ž 8 mm, které se vyrábějí lisováním dřevěných odpadů (piliny, hobliny, dřevní prach) bez jakýchkoliv dalších přídatných látek Dřevní pelety se vyrábí lisováním na protlačovacích lisech. Pro soudržnost pelet má kromě tlaku význam hlavně obsah ligninu a pryskyřic ve dřevě. Vzniká zcela nový druh paliva s vysokou energetickou hustotou, dobrými palivářskými vlastnostmi a vynikající vlastnosti z hlediska dopravy a manipulace, předzásobení a automatického přívodu paliva k topeništi. Výroba pelet se skládá ze sušení, drcenímletí, napařování, peletování, chlazení a skladování. Surovina dodávaná k peletování musí mít vlhkost 12 až 14 %. Dodávaná surovina - piliny z pořezu v pilařských závodech - má vlhkost kolem 50 %, proto se musí před vlastním peletováním vysušit. Sušení je energeticky náročné (je zapotřebí až 5 MJ/kg odpařené vody) a tím také nákladné. Rekuperací tepla z chlazení a z odpařené vody (kondenzací) zpět do sušícího vzduchu je možno náklady na sušení suroviny výrazně snížit. Surovina větších rozměrů se musí rozdrtit a rozmlet na menší částice. K mletí a drcení se používají kladívkové drtiče (mlýny) s kalibrovacím protisítem. Napařování suroviny před peletováním je nedílnou, ale často opomíjenou operací. Jejím účelem je změkčení suroviny, její povrchové navlhčení tak, aby lisovací proces probíhal snáze a nedocházelo k nadměrnému opotřebovávání pracovních nástrojů. Kondiciování suroviny snižuje tření a šetří energii při peletování. Přídavek vody ve formě páry v množství kolem 2 % hmotnosti suroviny se při lisování a následném ochlazování pelet vypaří a obsah vlhkosti je upraven na 11 až 14 %. Kvalita, vzhled i pevnost pelet vyrobených z napařované suroviny je mnohem lepší než ze suroviny takto neošetřené. Na konci výrobního procesu musí být pelety o teplotě až 90 °C ochlazeny. Teprve po ochlazení ztuhne lignin a pelety získají dostatečnou pevnost a odolnost proti drolení. Při ochlazení vzniká odpadní teplo, které je vhodné využít například k předsušení suroviny. Pro výrobu jedné tuny pelet (1,7 m3) je potřeba 5 až 8 m3 dřevních pilin. Při výrobě jedné tuny pelet je spotřebováno 70 až 100 kWh energie, ale energie obsažená v jedné tuně pelet činí 5000 až 5500 MWh. Pelety se vyrábí ve speciálních peletovacích (granulačních) lisech. Od briketovacích lisů se tyto stroje liší tím, že je na nich uplatněn jiný způsob lisování, a to
- 18 -
princip protlačování suroviny matricí pomocí tlačných rolen otáčejících se v těsné blízkosti nad otvory matrice. Tyto lisy jsou dvojího typu - podle druhu matrice: a)S vodorovnou, talířovou rotační matricí a systémem otáčivých rolen, které se odvalují po kruhové, talířové matrici a protlačují surovinu dolů otvory v matrici. Výkon tohoto systému je 0,5 až 1,5 t/h. b)S prstencovou matricí otáčející se na horizontální ose a s volně na pevných čepech otáčejícími lisovacími rolnami systém CPM (USA). Výkonnost až 5 t/h. Příkon peletovacích, granulačních lisů se pohybuje od 40 do 100 kW. Spotřeba energie činí asi 3 až 5 % energetického obsahu pelet asi 20 % nákladů na peletování.
Tab.2: Trh s briketami a lepenkami (MPO)
Obr.4: Peletovácí lis s vodorovnou, talířovou rotační matricí a systémem otáčivých rolen.
- 19 -
6. PŘEMĚNA DŘEVNÍCH ODPADŮ NA ENERGII Nejvhodnější způsob využití dřevěného odpadu k energetickým účelům je do značné míry určen jejími fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Z primárního hlediska lze rozlišit několik způsobů získávání energie. Dřevěný odpad je podle druhu spalován přímo, nebo jsou spalovány pevné, kapalné či plynné produkty jeho zpracování. Od toho se odvíjejí základní technologie zpracování a přípravy ke spalování. Vyrábí se tepelná energie ale lze vytvořit i elektrickou energii.
Tab.3: Základní technologie přeměny dřevních odpadů
6.1 SPALOVÁNÍ DŘEVNÍCH ODPADŮ Při výrobě tepelné energie z obnovitelných zdrojů se nejvíce spaluje biomasa. V roce 2007 se z této suroviny se vyrobilo přes 45,5 milionů GJ tepla. Z toho domácnosti vyrobily téměř 60 %. Spalování paliv je chemický pochod, při kterém se slučují hořlavé prvky obsažené v hořlavině s kyslíkem. Při tomto procesu se uvolňuje teplo.(Pastorek, Kára, Jevič ¡ 2004) Biopaliva se vyznačují dvěma odlišnostmi od fosilních paliv jsou v přirozeném, původním stavu lehčí a objemnější a mají vysoký obsah prchavé hořlaviny (až 80%).Tyto faktory vyžadují, aby topeniště všech typů a výkonností byla podstatně větší a to pro nutnost: a) Dosušení paliva před jeho zapálením b) Dokonalého promíchání spalných plynů se vzduchem a to jak s primárním, tak se sekundárním, případně terciálním, které ovlivňují dokonalost prohoření paliva, konečnou tvoru tepla, účinnost a hladinu škodlivých emisí.
- 20 -
Vhodnost konstrukce a provedení spalovacího zařízení pro energetické využití dřevní hmoty vyplývá z povahy dřevního odpadu jako paliva. Dřevo jako palivo je posuzováno podobně jako jiná paliva podle následujících charakteristik:
Obsah vody v palivu
Chemické složení
Obsah prchavé hořlaviny
Spalné teplo a výhřevnost
Obsah popela
V energetice pracujeme s relativní vlhkostí surovin. Na základě obsahu vody se dřevním odpad jako palivo dělí na: Suchý dřevní odpad–s maximální vlhkostí 30 %. Vlhký dřevní odpad– s vlhkostí od 30 % do 60 %. Odpad s vlhkostí nad 60 %-tento druh odpadu o vysoké vlhkosti je jako palivo bez vysušení téměř nepoužitelný, má malou výhřevnost a při jeho spalování by se uvolňovalo velké množství škodlivin (CO, CO, NOx). V pilařské výrobě vzniká většinou vlhký dřevní odpad. Chemické složení dřeva různých druhů dřevin ale i jednotlivých částí stromu (kmen, větve, kůra), i když má různou morfologickou stavbu a strukturu, se od sebe odlišuje jen minimálně. Velká výhoda dřeva oproti fosilním palivům je, že neobsahuje síru a tak během jeho spalování nevzniká škodlivý plynný exhalát oxid siřičitý SO. Elementární složení nativního dřeva (vztaženo na sušinu): Uhlík C
48 – 52 %
Kyslík O2
41 – 45 %
Vodík H2
5,8 – 6,2 %
Dusík N2
0,2 – 0,4 %
Síra S
0% Dřevo a kůra se vyznačují vysokým obsahem prchavé hořlaviny. Počátek
uvolňování prchavé hořlaviny závisí na chemickém stáří pevného paliva. Dřevo i kůra se řadí do tzv. mladších paliv, teplota počátku uvolňování prchavých hořlavin je 160 °C. Obsah prchavé hořlaviny 75 %. Z energetického hlediska je dřevo charakterizováno spalným teplem a výhřevností.
- 21 -
Spalné teplo Qvje teplo které se uvolní dokonalým spálením hmotnostní (objemové) jednotky paliva při ochlazení spalin na původní teplotu paliva (podle ČSN na 30 °C) včetně zkondenzované vodní páry na vodu. Výhřevnost Qn je definována jako množství tepla, které se uvolní při dokonalém spálení paliva v topeništi. Výhřevnost dřevních odpadů je závislá na obsahu vody. Obsah popela ve dřevě je nízký, a to 0,2 až 1 %. Kůra obsahuje popela více díky tomu, že obsahuje různé nečistoty z atmosféry, případně z těžby. Popel obsahuje látky, které neshoří při teplotách nad 1600 °C, např. soli vápníku, draslíku a sodíku.(Hrázský, Král ¡ 1999)
Tab.4: Výhřevnost dřevěných paliv (vlastní zpracování dle http://energie.tzb-info.cz)
6.2
ZÍSKÁNÍ
ENERGETICKY
Z DŘEVNÍCH ODPADŮ
6.2.1 Zplynování - 22 -
BOHATŠÍCH
PRODUKTŮ
Při zplynování dochází ke změně pevného paliva na plynné palivo vlivem vysoké teploty za omezeného přístupu vzduchu (kyslíku). To vše probíhá ve zplynovacím generátoru, který má tvar šachty, do které se z vrchní části přivádí palivo a z dolní části vzduch. Pomocí destilace se mění pevné palivo na dřevěné uhlí, které reaguje s přivedeným vzduchem na oxid uhličitý a dále redukcí na oxid uhelnatý (hlavní složka generátorového plynu). Z pevného paliva zůstává popel a generátorový plyn, který se odvádí mimo zplynovací generátor. Tvorbu generátorového plynu ovlivňuje množství přivedeného vzduchu. Podstatou přípravy plynných paliv ze dřeva termickými postupy je oxidace uhlíku. Katalyzovanou oxidací uhlíku se tvoří i oxid uhelnatý CO. Oxidace se uskutečňuje rychle, ale neúplně. Probíhá podle rovnice C + 0,5 O2 = CO Účinnost zplynování dosahuje 80 až 85 %. Zplynovací generátory se rozdělují na: a) vzestupné (přímý zplynovací proces) b) sestupné (obrácený zplynovací proces) Ve vzestupném generátoru proud plynu v generátoru postupuje z dolní části do horní, což má za následek přívod vzduchu do spodní části (pod rošt). V sestupném generátoru plyn v šachtě proudí opačným směrem - vzduch se přivádí z horní části generátoru.
Tab.5: Složení a energetický obsah plynných paliv ze dřeva
Tab.6: Chemické složení generátorového plynu při zplyňování BK dřeva (Lauko, 2002)
- 23 -
6.2.2 Pyrolýza Pyrolýza je jedním z nejnovějších procesů ve skupině technologií, které mění biomasu ve formě dřeva na produkty vyšší energetické úrovně, jako jsou plyny, kapaliny a pevné látky. Jejím primárním energetickým produktem je kapalina - bio-olej, kterou lze snadno skladovat a přepravovat. Je to tmavě hnědá kapalina s hustotou asi 1,2 kg/dm3, výhřevností 16-19 kJ/kg. Nezbytným krokem pro omezení obsahu vody v biooleji je předsoušení biomasy na vlhkost nižší než 10% (výjimečně až 15%). Správný průběh pyrolýzního procesuje je dán extrémně rychlým přívodem tepla do suroviny, udržováním potřebné teploty, krátkou dobou pobytu par v reakční zóně a co nejrychlejším ochlazením vzniklého produktu. Procesy pyrolýzy jsou intenzivně vyvíjeny řadou institucí a výrobců zejména během posledních deseti let. Dřevní odpad je nutno před vstupem do reaktorů rozdrtit na požadovanou velikost (různou podle typu reaktoru), což zabezpečuje rychlý průběh reakce a snadnou separaci pevných částí. Topení může být provedeno různými způsoby, např. recilkulováním horkého písku nebo plynů, přídavným spalováním nebo horkými stěnami.
6.2.3 Fermentace Fermentací roztoků cukrů je možné vyprodukovat etanol (ethylalkohol). Fermentace cukrů může probíhat pouze v mokrém (na vodu bohatém) prostředí. Vzniklý alkohol je nakonec oddělen destilací a je vysoce hodnotným kapalným palivem pro spalovací motory. Jeho přednostmi jsou ekologická čistota a antidetonační vlastnosti. Nedostatkem etanolu jako paliva je schopnost vázat vodu a působit korozi motoru, což lze odstranit přidáním antikorozních přípravků. V USA probíhají výzkumy výroby etanolu z celulózy pomocí speciálně vyšlechtěných mikroorganismů. Etanol lze pak získat i ze dřeva. Výroba je však energeticky náročná proto se zatím nepoužívá. V ČR existuje program, kdy se etanol z obilí a brambor bude přimíchávat do běžných automobilových benzínů. Tím se sníží závislost na fosilních palivech.
- 24 -
Rakouská firma Vogelbusch přihlásila v roce 2008 ve spolupráci s Univerzitou v Grazu patent na novou technologii fermentace dřeva na etanol pro výrobu pohonných hmot. Ve srovnání s jinými technologiemi má tato nová podstatně vyšší účinnost. Základem postupu je produktivnější kmen mikroorganismů, který rozkládá zbytky s obsahem hemicelulosy na bioetanol. Pomocí tohoto procesu bude možné v budoucnu efektivně vyrábět etanol z různých zbytků biologického původu. Proces je založen na optimalisaci přeměny xylosy na etanol pomocí nově vyšlechtěného kmene kvasinek Saccharomyces cerevisiae. (www.eurosolar.cz)
6.2.4 Zkapalňování Principem výroby kapalných paliv ze dřeva jsou pyrolytické a hydrogenerační, respektive redukční reakce primárních produktů. Při zkapalňování dřeva je rozhodující způsob zabezpečení redukčního prostředí. Hydrogenační zkapalňovací postupy jsou příliš nákladné pro většinu dnes produkovaných olejů (střední výhřevnost). Je znám postup (BATTELLE, ALBANY USA), který umožňuje získat olej za relativně nízkých teplot s použitím uhličitanu sodného jako katalyzátoru v přítomnosti oxidu uhelnatého. Do reaktoru se přivádí dřevní surovina (rozdrobený dřevní odpad) ve formě suspenze, ze které se během reakce získá olejovitá kapalina (výhřevnost 30 – 35 kJ/g).
6.2.5 Zuhelnění dřeva Už od starších dob je znám způsob zuhelnění dřeva a to milířový postup. Dřevo ve formě polen se ukládalo na stojato do tvaru polokoule a několik vrstev na sebe. Uprostřed polokoule se nechával kanál pro zapálení vyplnění třískami. Při zuhelňování se objem milíře zmenšuje a proto se musí dbát na to, aby trhlinami nevnikal do milíře vzduch a tak se musí zacpávat. Konec zuhelnění se pozná podle modrého kouře. Na milíři se ucpou všechny otvory (případné trhliny) a nechá se 24 hodin vychládnout. Vychlazený milíř se rozebere a uhlí se roztřídí. Zuhelnění probíhá pomocí tepelné energie, která se získá spálením suchého dřeva uloženého v milíři. Proces zuhelnění se uskutečňuje při teplotě 270 °C ve vnitřní části milíře. Teplo se uvolňuje při
- 25 -
růstových kondenzačních, polymerizačních a oxidačních reakcích. Získané uhlí tvoří asi 15 – 25 % hmotnosti absolutně suchého dřeva a je znečištěné, ale také vlhké od polévání vodou (rychlejší chladnutí milíře). Postupem času se zemní milíře nahradily zděné pece, ve kterých se také získaly kapalné produkty. Tyto nahradili přenosné kovové milíře, které se uplatňují ještě dnes. Milíře trvá jeden proces 8 – 24 hodin a zapalují se jako zemní milíře z vrchní části. Teplota dosahuje až 600 °C. Obsah uhlíku ve dřevěném uhlí závisí na destilační teplotě, kterou ovlivňují fyzikální vlastnosti (při teplotě 500 °C ztrácí dřevěné uhlí 20 – 25 % na hmotnosti, při 1.000 °C až 30 – 35 %). Tyto vlastnosti – hustota, vodivost tepla a elektrická energie stoupají u uhlí získaného při vyšších teplotách.
6.2.6 Suchá destilace Při suché destilaci se používají stacionární ocelové zařízení zvané retorty, které jsou také výhodné pro pyrolýzu, jelikož zachytávají prchavé produkty. Retorty jsou rozličného tvaru (ležaté, stojaté), provozu, ale také ve způsobu ohřevu. Nejznámější způsoby jsou SAEMAN (dřevní odpad se zuhelňuje v nakloněném vyhřívaném rotujícím bubnu), STAFFORD-který využívá vertikální ocelový válec (průměr cca 2m, výška 14 m). Retorta se plní z vrchní části suchým dřevem, které se za přívodu vzduchu spaluje. Při zahřátí na 550 °C se přívod vzduchu zastaví a do retorty se přivádí rozehřátý dřevní odpad na teplotu 80 °C a vysušený na 1 % vlhkosti. Retorta pracuje kontinuálně a udržuje se v provozu bez přívodu energie, jen uvolněným teplem exotermické reakce pyrolýzy dřeva. Kontinuální provoz pracuje 14 dní, po kterých se retorta odstaví a vnitřní stěny se čistí od usazené smůly a koksu. Nedostatkem retorty je nutnost dokonalého vysušení dřeva a výroba drobného dřevěného uhlí, které se musí pro další použití briketovat
6.3 VÝROBA ELEKTŘINY Z DŘEVNÍCH ODPADŮ
Vedle tepla potřebujeme i jiné formy energie, je to především mechanická energie pro pohon dopravních prostředků a hlavně elektřinu, která je vůbec nejdůležitější formou energie a je naprosto nezbytná pro fungování celé naší civilizační infrastruktury. Uplatní se při tom spalovací motory, které jako palivo používají plynná nebo kapalná paliva vyrobena s biomasy tedy i z dřevních odpadů vznikajících na pile.
- 26 -
Při dalším způsobu výroby elektrické energie postupujeme tak, že napřed spálením přeměníme energii biomasy na teplo a teplo pak pomocí vhodného zařízení přeměníme na mechanickou práci a dále na elektrickou energii. Nejlepší tepelné stroje které dokážeme vyrobit (turbíny s paroplynovým cyklem) mají účinnost přeměny tepla na elektřinu přibližně 80%
V české republice se elektrická energie z biomasy vyrábí hlavně v tepelných elektrárnách, které navíc nespalují čistou biomasu ale spoluspalují i fosilní paliva. Z biomasy se na topení používá hlavně dřevní štěpka. U závodů se biomasa používá většinou jen k výrobě tepelné energie a k ohřevu teplé užitkové vody. Problémem jsou velké investiční náklady na pořízení zařízení vyrábějící elektrickou energii a jejich menší účinnost. Příkladem výroby elektrické energie z dřevních odpadů
v ČR je
například firma Biocel, a.s Paskov. Akciová společnost byla do obchodního rejstříku zapsána 6. 3. 1992. Hlavním předmětem podnikání je výroba buničiny, krmných kvasnic VITAL a finálních produktů z kvasničné biomasy. Nedílnou součástí společnosti je energetika, která zajišťuje výrobu energií převážně pro vlastní potřebu (licencovaný výrobce elektřiny). (http://www.eru.cz)
Tab.7: Zařízení na výrobu elektrické energie BIOCEL, a.s Paskov
Cílem České republiky je do roku 2010 dosáhnout 8% podílu elektřiny z obnovitelných zdrojů na hrubé spotřebě elektřiny. Poslední dostupná data MPO pocházejí z roku 2007 a ukazují, že v tomto roce se hrubá výroba elektřiny z obnovitelných zdrojů na hrubé spotřebě elektřiny podílela ze 4,7 %.
V českých podmínkách není možné vkládat velké naděje do sluneční či větrné energie. Naopak biomasa má pokrýt asi 75 % podílu obnovitelných zdrojů na veškeré výrobě energie. Nejvíce elektřiny se v roce 2007 vyrobilo z vodních elektráren (přes 2
- 27 -
miliony MWh). Z biomasy se vyrobilo 968 023 MWh elektřiny, což odpovídá asi 28,37 % z celkové výroby z obnovitelných zdrojů. Nejvíce elektřiny se vyrábělo ze štěpky.
V souvislosti s využíváním biomasy na výrobu elektřiny je často kritizována její neefektivnost. Účinnost biomasy je při výrobě elektřiny odhadována na 25–35 %. Zbytková energie (tedy 65–75 %), která je produkována ve formě tepla, zůstává nevyužita.
Tento problém je možné vyřešit kombinovanou výrobou tepla a elektřiny. V rámci kogenerace je teplo vznikající při výrobě elektřiny užíváno na vytápění. Kogenerací je možné zajistit úsporu paliva ve výši 20–30 %. Výroba kogenerací mimo to snižuje produkci emisí, které by byly vyšší v případě oddělené výroby.
6.3.1 Tepelné elektrárny ČR ČEZ v České republice provozuje několik tepelných elektráren, v nichž je spalována biomasa (spolu s hnědým uhlím). Podle údajů ERÚ z roku 2007 se jednalo o tepelnou elektrárnu v Poříčí, Hodoníně a ve Dvoře Králové. Dalším sporným bodem ohledně využívání biomasy je její spoluspalování s uhlím. Takto postupuje např. společnost ČEZ. Tento způsob využití biomasy je podle studií nejjednodušší a nejlevnější. Společným spalováním dochází k potlačení nevýhodných vlastností uhlí i biomasy. Ve výrobě elektřiny z biomasy vidí budoucnost největší elektrárenská společnost ve střední Evropě, skupina ČEZ, která se chystá postupně zvyšovat výrobu elektřiny z tohoto zdroje. V horizontu několika let by ČEZ chtěl z biomasy vyrobit asi 1 000 GWh elektřiny. V roce 2008 vyrobil ČEZ z biomasy necelých 327 GWh elektřiny. Je nutné upozornit na to, že při této výrobě je spolu s biomasou spalováno i hnědé uhlí. Nejedná se proto pouze o čistě ekologický způsob výroby elektřiny. Problémem je, že spolu s biomasou je spalováno i uhlí, které není tak šetrné k životnímu prostředí.
- 28 -
ČEZ ve svých elektrárnách užívá především dřevní hmoty, především ve formě štěpky. V roce 2008 bylo v elektrárnách ČEZu spáleno více než 347 tisíc tun biomasy. Mezi nejvýznamnější elektrárny, v nichž je spalována biomasa, patří Tisová, Poříčí, Dvůr Králové a Hodonín. Na počátku roku 2009 byla v tepelné elektrárně v Hodoníně provedena zkouška spalování čisté biomasy s pozitivním výsledkem. Výhledově se předpokládá, že by se zde výroba elektřiny z biomasy mohla posunout z loňských 149 GWh až k hranici 300 GWh. Kotel FK2 je v současnosti svým výkonem největší zařízení tohoto druhu na spalování čisté biomasy v ČR. Vyhodnocení hlavních sledovaných položek (odzkoušení blokového provozu, dosažený parní výkon, stabilita spalovacího procesu, plnění emisních limitů, atd.) potvrdilo původní předpoklady a znamená volnou cestu k trvalému provozu fluidního kotle FK2 na čistou biomasu. Dosud se v Hodoníně zelená elektřina vyráběla v obou fluidních kotlech výhradně formou spoluspalování biomasy s lignitem. Nedávno dokončený projekt úprav fluidního kotle FK2 v hodnotě 120 milionů korun umožňuje jeho provoz na čistou biomasu až do 75 % jmenovitého výkonu (tj. o 15 % více než se původně předpokládalo). Aktuálně je v kotli FK2 spalována pouze čistá biomasa. Výkonem jde o největší kotel na čistou biomasu v České republice. Druhý z fluidních kotlů v Elektrárně Hodonín zůstává v provozu na lignit. Provozem jednoho z kotlů na čistou biomasu se nahradí více než 200 tisíc tun lignitu biomasou. (www.cez.cz)
Tab.8: Výroba elektřiny v tepelných elektrárnách ČEZ v ČR (www.cez.cz)
- 29 -
Obr. 5: Schéma tepelné elektrárny.(www.simopt.cz)
Náklady při výrobě elektrické energie Samostatná výroba elektrické energie z biomasy je z pohledu využití energie tohoto cenného zdroje energie neefektivní. Řádově efektivní je využití energie paliva jednak pro výrobu a spotřebu elektrické energie tak i tepla. Současnou nebo postupnou výrobou a spotřebou těchto energií dochází k výrazné eliminaci ztrát a nárůstu celkové účinnosti výroby energií až na úroveň přes 90%. Investiční náklady výroben elektrické energie se velice liší dle použité technologie.
Investiční náklady výrobní náklady typ technologie
Rozsah el. výkonu (tis.Kč/kWe)
(Kč/Mwhe)
Parní turbína
5 MW - 100 MW
40 - 75
2 100 - 5 000
10kW - 5 MW
45 - 80
2 200 - 6 000
Spalovací
motor-
Kogenerace Společné
spalování
s
10
-
100
fos. palivy
1 MW - 500 MW
+stávající náklady
500 - 2 000
Plynová turbína
100 kW - 1 MW
50 - 90
2 200 - 4 500
Turbína s ORC
100 kW - 5 MW
75 - 100
2 800 - 5 000
Spalovací turbína
10 MW - 100 MW 65 - 100
2 500 - 5 500
10 kW - 100 kW
3 000 - 7 500
Zplyňování mikroturbínou
s
- 30 -
85 - 100
Palivový článek
1 kW - 300 kW
150 - 250
5 000 - 15 000
Tab .9: Náklady na výrobu elektřiny dle technologie (www.biom.cz) Rozpětí měrných investičních a provozních nákladů bioenergetických projektů
6.4 Využití popela Zvýšený zájem o energetické využívání dřevní suroviny s sebou přináší nárůst produkce dřevěného popela. Dokonalým spálením dřevní hmoty vzniká 6 až 10 % popela. Při předpokládaném zvyšování objemu spalované biomasy může popel do budoucna představovat závažný problém, může však být i významnou druhotnou surovinou. Chemické rozbory potvrzují příznivé zastoupení živin a prvků, popel lze vhodně využít jako přírodní hnojivo omezující acidifikaci půdy a potenciální nevyváženost živin. Složení popela kolísá v závislosti na vstupní surovině a procesu zpracování. Širšímu použití popela jako hnojiva musí předcházet jeho chemický rozbor a zjištění potřebné hnojivé dávky. Popel obsahuje mnoho makro i mikroelementů, potřebných pro růst rostlin. Většina těchto živin je původně získána z půdy a atmosféry v průběhu růstu stromu. Popel je všeobecně zásaditý s vysokým podílem vápníku, hořčíku, fosforu, draslíku a dalších prvků. Obsah uhlíku značně kolísá podle použité technologie spalování; efektivním spalováním vzniká světle hnědý popel s minimálním obsahem uhlíku. Obsah dusíku je nízký, aplikací popela se nezvyšuje vstup dusíku do prostředí. Koncentrace těžkých kovů v popelu je obecně nízká a podobná půdám, na kterých spalovaná biomasa vyrostla. Popel lze považovat za vhodné přírodní hnojivo dodávající nedostatkové prvky, svým složením se může blížit běžně používanému vápenci. Zpětným rozptýlením dřevěného popelu v lesích lze působit proti pokračující acidifikaci půd a potenciálnímu nedostatku živin v budoucnosti a tím přispět k trvalé udržitelnosti lesní produkce. Obsah látek v popelu je však značně variabilní, proto musí širšímu využití popela předcházet jeho rozbor. Dřevěný popel jako jemný prášek byl v minulosti aplikován rozprašováním nebo ve vodním roztoku. Pro obtíže při transportu a aplikaci (vysoká prašnost, nasáklivost) se v současnosti přechází spíše k jeho granulaci nebo jiné formě hutnění. Popel z domácností spalujících dřevo je omezeně používán do kompostů a pro zahrádkářské účely, většinou však končí jako součást domovního odpadu. Také využití popela produkovaného z větších zdrojů (zpracovatelé dřevní hmoty, kotelny na
- 31 -
biomasu) je zatím omezené, popel se většinou ukládá spolu s dalším odpadem na běžných skládkách. Možnost spalování biomasy nabízejí pouze některé elektrárny podniku ČEZ, podíl spalování biomasy je však nízký. Biomasa se přidává jako doplněk k spalovanému hnědému uhlí nebo ligninu, vlastnosti vzniklého popela jsou díky omezenému množství spalované biomasy velice blízké běžnému elektrárenskému popílku. Zdroje dřevěného popela u nás existují, jeho větší využívání je zatím však omezeno z důvodu rozptýlenosti zdrojů, nízkému množství a časové rozkolísanosti produkce. Možnost návratu odejmutých živin do lesního prostředí dělá z dřevěného popela významný prvek udržitelného hospodaření v lesích. Míra jeho využívání u nás bude záviset na legislativním zázemí a ekonomické náročnosti výroby a aplikace. (Souček, Špulák ¡ 2006)
6.5 Čistění spalin Emisní limity jednotlivých škodlivin ve spalinách vypouštěných do ovzduší nutí výrobce energetických zařízení podíl těchto škodlivin minimalizovat. Emisní limity jsou stanoveny právními předpisy. Nejdůležitějším právním předpisem je nařízení vlády č. 352/2002 Sb., kterým se stanoví emisní limity a další podmínky provozování spalovacích stacionárních zdrojů znečišťujících ovzduší. Jsou zde uvedeny emisní limity (mg/m3) vztažené na normální stavové podmínky a suchý plyn posuzováno podle výkonu zařízení.
Obecně jsou známy tři základní metody čištění spalin:
metoda mokrá – spaliny procházejí lázní nebo vějířem prací kapaliny
metoda polosuchá – vstupující prací kapalina se teplem spalin odpaří
metoda suchá – čistící sorbent je dodáván v suchém nebo jen kondicionovaném stavu
Tab.10: Emisní limity Emisní limit (mg/m3) vztaženo na normální stavové podmínky a suchý plyn) Jmenovitý tepelný výkon (MW) 0,2 až 50
Tuhé znečisťující látky
Oxid siřičitý
Oxidy dusíku
Oxid uhelnatý
Organické látky jako suma uhlíku
250
2500
650
650
50
- 32 -
Referenční obsah kyslíku (%) 11
Suché čištění spalin se doposud u nás používá u spalovacích zařízení pro spalování rostlého dřeva a některých druhů kontaminovaného dřeva. Pro zachycení tuhých znečisťujících látek vzniklých spalováním dřeva se používají zejména mechanické odlučovače, látkové filtry a elektrofiltry. Vývoj nové generace spalovacích zařízení na dřevo a elektrofiltrů vede až k 99 % snížení koncentrace tuhých znečisťujících látek. Pro zachytávání popelovin a sazí při čištění spalin jsou určeny mechanické odlučovače v cyklónovém provedení. Elektrofiltry jsou určeny pro spalovací zařízení o výkonu do 12 MW, průtoku spalin až 60 000 Nm3 při teplotách spalin do 350 °C. Jiným technickým řešením zachytávání tuhých znečišťujících látek pro čištění spalin jsou filtrační jednotky vybavené textilními vložkami pro zachycení popela a sazí.
a) Suché mechanické odlučovače Mechanické odlučovače pracují na principu využití gravitační nebo setrvačné síly k oddělení tuhých částic na základě jejich odlišné měrné hmotnosti od měrné hmotnosti plynu. Mají poměrně malou účinnost, nicméně vírové odlučovače jsou v současné době nejrozšířenějším odlučovačem vůbec.
Vírové odlučovače (vírníky) jsou nejrozšířenějším mechanickým odlučovačem. Zásluhu na tom má zejména jejich vysoká účinnost při poměrné jednoduchosti a provozní nenáročnosti. Principem jejich funkce je využití odstředivé síly, která vzniká uvedením proudu plynu do rychlého rotačního pohybu (odtud jejich běžně používaný název cyklóny). Snaha po maximální účinnosti vede ke zvyšování rychlosti plynu v cyklonech. Výhodou cyklónů je možnost použití pro horké plyny, nevýhodou pak závislost na rychlosti průtoku plynu, opotřebení abrazí.
Žaluziové
odlučovače
jsou
méně
rozšířeným
zařízením.
Odlučovacím
elementem jsou v nich žaluzie, tvořené kovovými úhelníky nebo přepážkami. Při průchodu plynu žaluzií dochází k prudké změně směru, kterou pevné částice nestačí sledovat, narážejí na přední stranu žaluzie a posouvají se tak směrem dolů k dílčímu odběru proudu plynu. Mají nízkou účinnost, používají se jako předodlučovače a mohou být použity pro vysoké teploty a neabrazivní prach.
- 33 -
Elektrostatické odlučovače. Principem činnosti elektrických odlučovačů (dále je EO) je využití přitažlivých sil mezi elektricky nabitými částicemi prachu a opačně nabitou sběrací elektrodou. Nabití částic se dosahuje v elektrostatickém poli EO, kde jako přenašeč náboje fungují ionty ionizovaného plynu. Podstatou každého EO je sběrací elektroda o relativně velké ploše a nabíjecí (sršicí) elektroda o malé ploše, na něž je vloženo stejnosměrné napětí opačné polarity. Při zvyšování napětí začne při jeho určité (kritické) hodnotě mezi elektrodami procházet proud v důsledku ionizace molekul plynu v blízkosti nabíjecí elektrody, na níž vzniká tzv. klidný výboj neboli korona. Procházející proud je zprvu malý a roste s dále stoupajícím napětím až do stavu, kdy dojde k přeskoku a kdy koronu nelze již vytvořit. Výhodou EO je malá tlaková ztráta, která bývá 20 až 100 Pa, a vysoká účinnost cca 99,9 %. Stavějí se pro vysoké průtoky odpadních plynů, pro teploty i 380 °C, odlučují částice o velikosti i 0,01µ. Používají se pro odlučování popílku ze spalování uhlí, sazí z mazutových kotlů, čištění odpadních plynů z hutnictví, cementáren, spaloven komunálního odpadu a podobně. V posledních letech zaznamenaly EO značné rozšíření, a to jednak díky limitům, ale také díky existenci spolehlivých zdrojů vysokého napětí. b) Mokré mechanické odlučovače Z mokrých čističů spalin je nejúčinnější tzv. KÖRTING-VENTURIHO pračka, která pracuje bez odpadních vod a zabezpečí výskyt obsahu prachu pod hodnotu 20 mg/m3. Kapalina se používá pro záchyt, resp. odvod zachycených částic. Tyto odlučovače využívají skutečnosti, že hmotnost a rozměr odlučovaných částic mají podstatný vliv na účinnost jejich zachycení. V přítomnosti kapaliny (vody) jsou smáčivé částice pohlceny vodními kapkami a jejich rozměr a hmotnost se tím mnohonásobně zvětší a odloučení takto vzniklých částic je podstatně snazší. Na stejném principu jako běžné cyklóny fungují i mokré vírové odlučovače. Prach, který dosáhl povrchu stěny, je smýván vodou nastřikovanou v horní části cyklónu. Odlučovací schopnost je zvýšena smočením částic a snižuje se negativní vliv abrazivnosti a lepivosti prachu. U pěnových odlučovačů plyn vstupuje do odlučovače spodem, promývací voda je dávkována seshora. Na jednotlivých patrech probublává plyn vzhůru, voda stéká do spodní části. Po sedimentaci kalu se odsazená voda vrací k vypírání. Výhoda spočívá v
- 34 -
možnosti čistit plyny s až 0,5 kg/m3, nevýhoda ve velké tlakové ztrátě a malém rozsahu pracovních průtoků. U hladinových odlučovačů čištěný plyn prochází štěrbinou společně s vodou, kterou strhává z hladiny konstantní výšky. K odlučování dochází působením odstředivé síly působící na částice při průchodu štěrbinou, jejíž stěny jsou omývány strženou vodou a při průchodu vodní clonou. Všechna voda zůstává ve skříni odlučovače, jediné ztráty jsou pouze odparem, úletem kapek a v odtahovaném kalu. Mají vysokou účinnost i pro částice okolo 1µ ale také poměrně vysokou tlakovou ztrátu.
Mezní hodnoty emisí mg/m3 - suché spaliny 0°C, 101,325 kPa - při O2V = 10 %
Jmenovit Dodávka
ý tepelný
paliva
výkon
Palivo
(kW)
Samočinná ≤50 Ruční
výkonu
zažízení QN (%)
uhlovodíky) třída
třída
třída 1
2
3
Biologické
15 000
Fosilní
Prach
třída
třída
třída
třída
2
3
1
2
třída 3
5 000 3 000 1 750
200
100
200
180
150
15 000
5 000 3 000 1 750
200
100
180
150
125
Biologické
25 000
8 000 5 000 2 000
300
150
200
180
150
Fosilní
25 000
8 000 5 000 2 000
300
150
180
150
125
Minimální tepelná účinnost ηk při jmenovitém
OGC (orgranicky vyšší
CO
spalovacího
třída 1
třída 1 ηk= 47 + 6 log třída 2 ηk= 57 + 6 log třída 3 ηk= 67 + 6 log QN
QN
Tab.11: Emisní limity spalovacího zařízení(www.biom.cz)
- 35 -
QN
Obr.6:Určení kvalitativních tříd podle emisí a minimální hodnoty účinnosti(ČSN 303-5)
7. ANALÝZA SOUČASNÉHO STAVU VZNIKU A VYUŽÍVÁNÍ JEDNOTLIVÝCH DRUHŮ ODPADŮ VE TŘECH VYBRANÝCH PILAŘSKÝCH PROVOZECH. 7.1 Pila JAVONÍK-CZ-PLUS s.r.o, Štítná nad Vláří Pila se nachází v areálu zemědělského družstva JAVORNÍK CZ ve Štítné nad Vláří, areál zahrnuje několik zemědělských budov, dílny a ubytovnu. K pile patří i sušárna řeziva a přilehlá dřevozpracující dílna. Pila produkuje dřevní odpad ve formě pilin a kusového dřevního odpadu. Dřevozpracující provoz, který vyrábí palubky, a polotovary pro výrobu eurohranolů, produkuje dřevní odpad ve formě pilin, hoblin a drobného kusového odpadu. Celkové množství odpadu činí 860 tun za rok. Technologický tok pily s místy vzniku využitelných odpadů Kulatina určená k pořezu se skladuje ve skladu kulatiny, tvoří se zde zásoby a kulatina se ručně třídí. Pomocí motorových pil se kulatina krátí na potřebné délky a vymanipulovávají se vady. Čelním nakladačem se kulatina nakládá na kolejové vozíky,
- 36 -
na kterých postupuje dále do pilnice. V pilnici probíhá pořez na rámové pile. Po pořezu jde rozřezaný kmen dále po kolejovém vozíku do třídicí stanice, kde se třídí na řezivo a krajiny. Řezivo se osámuje zkracuje pomocí kotoučových pil, odpadní odřezky spolu s krajinami jsou dopraveny ke štěpkování na palivo. Piliny jsou odsávány a pneumaticky dopraveny do odlučovače, kde se hromadí a vzniká zásoba paliva. Řezivo se ukládá do hrání a postupně naváží do sušárny. Obr. 7. Technologický tok s místy vzniku energetických odpadů Technologický tok
Odpad
SKLAD KULATINY
Vyřazené kulatina, kůra, třísky, piliny
PILNICE
Piliny
Krajiny, piliny,
ZKRACOVACÍ A odřezky SÁMOVACÍ Pila získává pro energetické účely odpad i z jiných zdrojů, například odpady z STANICE dřevoobráběcích podniků z okolí, které odpad jinak nevyužijí. Jedná se o hobliny, piliny, drobný kusový odpad a brusný prach. Dále získává slámu z místního zemědělského družstva. Všechny tyto odpady pila energeticky využívá spalováním v kotelně. Kusové odpady jsou nejprve štěpkovány. Z důvodu větší spotřeby paliva v zimě se toto palivo skromažďuje pro potřebu v zimních měsících v kritém skladu paliva.
Kotelna Kotelna na ohřev teplé vody pro vytápění a ohřev teplé užitkové vody o celkovém výkonu 750 kW využívá dvou kotlů od firmy HAMONT na spalování dřevních odpadů ve formě pilin a štěpků o rozměrech 30 x 30 x 80 mm s maximální vlhkostí 50 %. Konstrukce kotlů umožňuje bezproblematické spalování příměsí i spékavých materiálů, jako je kůra i některých druhů slámy. Kotle mají automatické podávání paliva ze skladu paliva a jsou opatřeny automatickou regulací celého procesu spalování, automatickým zapalováním a odpopelňováním. Dokonalá regulace vyžaduje pouze občasný dozor kotelny. Kotle jsou konstruovány s podávacími šneky paliva,
- 37 -
hořáky, dohořívajícími komorami, odtahovými ventilátory, samočisticími výměníky a odpopelňovací zařízení tvoří součástí kotlů. Celý proces spalování je řízen automatickou regulací.. Palivo je do hořáku podáváno šnekem, který je opatřen protipožární ochranou proti proniknutí ohně do skladu paliva. V hořáku je palivo posunováno podavačem. Odpopelňování je automatické do připraveného kontejneru. Zásobník paliva je vybaven kruhovou jímkou s rotační pružinou shrnujících palivo rovnoměrně do šnekových dopravníků a následně do turniketů. Podávací šneky dopraví palivo do hořáků kotlů. Kotle jsou připojeny na nový rozdělovač a sběrač. Celý topný systém je rozdělen do několika topných větví s automatickou ekvitermí regulací nezávislou pro každou větev, mimo sušiček. Pro vytápění administrativní budovy, jídelny a ohřev TUV je samostatná větev s tlakově nezávislým výměníkem tepla. Regulace výkonu kotlů je prováděna automaticky, v závislosti na teplotě topné vody. Toto je dosaženo pomocí směšovacích ventilů a oběhových čerpadel. Kotel se skládá ze spalovací komory kotle, výměníku kotle, meziskladového zásobníku a prostorového dopravníku, popř. skladovacím zásobníkem .
Obr.8. Kotel na dřevní odpad instalovaný ve firmě JAVORNÍK.CZ (www.hamont.cz)
Spalovací systém se skládá z kruhovitého spalovacího talíře, dvoudílného věnce přídavného spalování a odpopelňovacího kola, které je poháněno roštovacím roštovacím mechanismem. Všechny díly jsou zhotoveny kvůli vysokým teplotám z ušlechtilé oceli. - 38 -
Palivo je dopravováno zespodu na spalovací talíř. Ve spalovacím talíři se nachází ohniště. Zde je přiváděn primární vzduch pro podporu hoření. Do věnce přídavného spalování jsou přiváděny sekundární vzduchy ke spalování dřevního plynu. Popel padá z okraje odpopelňovacího kola na dva popelníkové šneky, které obstarávají dopravu do zásobníku popela. V zadní části je přepouštěcí klapka spalin se servopohonem, která zabezpečuje proudění spalin přímo do kouřovodu nebo přes trubky výměníku. Zadním dílem kotle je trubkový tepelný výměník. V trubkách jsou instalovány otočné turbulátory, které se starají o dobrý přechod tepla a o čištění výměníku. Na boční straně kotle se nachází pohon turbulátorů sestávající z řetězového náhonu a čistícího motoru . Na horní části kotle se nachází bezpečnostní termostat. Teplotní ztráty jsou minimalizovány dvojitou izolací z minerální vlny, krytou opláštěním. Kromě toho se zde nachází také sběrač kouře a odtahový ventilátor. Ve spodní části výměníku se nachází kryt k čištění prostoru pod turbulátory. Střední díl obsahuje radiální ventilátory se vzduchovými klapkami, podtlakové čidlo snímající podtlak ve spalovací komoře, frekvenční měnič plynule regulující otáčky odtahového ventilátoru v závislosti na podtlaku, horkovzdušná pistole plnící funkci automatického zapalování a zařízení nouzového hašení Zde je také umístěn pohon popelových šneků. Na vrchní straně středního dílu je zabudována řídící jednotka. Prostorový dopravník se skládá z míchadla prostorového vynášení a kanálu šnekového dopravníku s dopravním šnekem a motorem dopravního šneku. Na konci kanálu blíže ke kotli je namontována klapka s koncovým vypínačem, která se otevře při nahromadění materiálu a vypne zařízení. Přepravník se skládá z krycího kola s odnímatelnými svazky listových per. Z prostorového dopravníku padá palivo přes padací stupeň do mezizásobníku. Na mezizásobníku je umístěna ultrazvuková sonda, která snímá minimální a maximální hladinu materiálu v zásobníku. Pokud je dosaženo minimální hladiny, otevře se vzduchotěsná klapka ochrany proti ohni. Zapne se motor dopravníku a doplní se množství materiálu do maximální hladiny. Po doplnění se klapka uzavře, materiál se opět začne doplňovat až klesne hladina pod minimum. Odtud je palivo transportováno šnekovým podavačem ke spalovacímu talíři. Vzduchotěsná klapka ochrany proti ohni s motorem uzavírá padací stupeň při nečinnosti kotle nebo při výpadku proudu. V dolní části se nachází hlavní motor pohonu , motor pohonu popelových šneků a převodová skříň s pohonem na rozrušovací lopatky v mezizásobníku.
- 39 -
Tepelný výměník
Samočisticí mechanismus, stojící, symetrický. Integrované turbulátory se samočisticí funkcí zajišťují maximální trvalou účinnost zařízení. Vysoká teplota kouře ve vstupní oblasti tepelného výměníku přímo po turbulentní vyhořovací zóně zajišťuje rychlou výměnu tepla a tím intenzivní tepelné proudění (konvekci) vody – to umožňuje kompaktní způsob stavby při zachování nejvyšší efektivnosti. Tepelný výměník je optimálně izolován a tak jsou minimalizovány tepelné ztráty.
Spalovací systém Přikladačem obsluhovaný zplynovač se spodním podáváním, prstencový hořák, vysokoteplotní spalovací komora, turbulentní spalovací zóna. Zapálení: až 3 hodiny po výkonovém hoření ze zbytkového žáru lože, poté zapálení prostřednictvím kruhového dmychadla s regulací otáček. Standardní sací tah k dodržení zákonem předepsaného podtlakového provozu spalování. Minimální potřeba externí energie díky optimálně navrženým dmychadlům. Dvouložiskový a wolframkarbidem potažený progresivní šnek přikladače. Zplynovač se spodním podáváním: automatická definice stabilních zón (předsušení, doutnání, zplyňování, hoření atd.) – pro jednodruhové palivo či směs. Čidlo úrovně paliva kontroluje aktuálně potřebné množství paliva (v závislosti na typu paliva a výkonu topení) – důležitý regulační parametr pro efektivní využívání zařízení. Design hořáků vyvinutý na Technické univerzitě ve Štýrském Hradci se stará o silnou turbulenci v symetrickém prstencovém hořáku a tím o krátký plamen. Následkem je velmi horký plamen při optimálním vyhoření a minimální lambdě. Vysokoteplotní spalovací komora s trojnásobnou funkcí: rozděluje terciální vzduch v plameni a vede plamen turbulentně do vyhořovací zóny. Tím pádem je vržen popílek zpět do popelníku. Horká vyhořovací zóna vede přímo přes rourový tepelný výměník. Snadná přístupnost celého hořákového systému prostřednictvím velkých, vícenásobně izolovaných, dvouvrstvě provedených dveří spalovacího prostoru. Čisté zplyňovací podmínky díky stále účinnému přísunu paliva a přídavný otáčivý rošt (standardně od výkonu 80 kW, u nižších výkonů volitelně). Vedle řeziva jsou použitelné také pelety a hobliny (ve směsi s řezivem).(www.hamont.cz)
- 40 -
LEGENDA: 1. MÍCHADLO PROSTOROVÉHO VYNÁŠ ,2. ŠNEKOVÁ PŘEVODOVKA ,3. ŠNEK VYNÁŠECÍHO ZAŘÍZENÍ , 4. KANÁL VYNÁŠECÍHO ZAŘÍZENÍ , 5. PŘEVODOVÁ SKŘÍŇ , 6. ODDĚLOVACÍ KLAPKA KANÁLU A MEZIZÁSOBNÍKU, 7. ULTRAZVUKOVÁ SONDA , 8. MEZIZÁSOBNÍK , 9. BOŘIČ KLENBY , 10. PODÁVACÍ ŠNEK , 11. NOUZOVÉ HASÍCÍ ZAŘÍZENÍ , 12. ZAPALOVAČ , 13. VSTUPNÍ VENTILÁTORY , 14. SKŘÍŇ ROZVADĚČE , 15. VÍKO ROZVADĚČE , 16. VYÚSTĚNÍ NA PRIMÁRNÍ HOŘÁK , 17. ROŠTOVACÍ KOLO , 18. VĚNEC PŘÍDAVNÉHO SPALOVÁNÍ , 19. ZÁSOBNÍK POPELA , 20. SERVOPOHON KLAPKY VÝMĚNÍKU , 21. TEPELNÝ VÝMĚNÍK S TURBULÁTORY ( BEZ OPL. ) , 22. TURBULÁTORY , 23. POHON TURBULÁTORŮ , 24. ODTAHOVÝ VENTILÁTOR , 25. ROŠTOVACÍ MECHANISMUS , 26. POPELOVÉ ŠNEKY , 27. KANÁL PRIMÁRNÍHO VZDUCHU , 28. KLAPKA VÝMĚNÍKU , 29. TURBULÁTORY , 30. KRYT K ČIŠTĚNÍ VÝMĚNÍKU , 31. KOMÍNOVÁ NÁSTAVBA , 32. SERVISNÍ DVEŘE SPALOVACÍ KOMORY , 33. KONTROLNÍ DVEŘE SPALOVACÍ KOMORY , 34. OPLÁŠTĚNÍ SPALOVACÍ KOMORY
Obr. 9: Řez kotlem Hamont s popisem částí (www.hamont.cz) - 41 -
Tab.12: Investiční náklady v roce 2002 (http://web.quick.cz/neuwirth.buchlovice)
Tab.13: Provozní náklady (http://web.quick.cz/neuwirth.buchlovice)
Obr. 10. Drtič dřevního odpadu
Obr.11. Krátící a sámovací stanice
7.2 PILA MSK, a.s., Velké Karlovice
- 42 -
Společnost
Pila MSK, a.s.,
byla
založena
19. prosince 1994
zápisem
do Rejstříkového soudu v Ostravě se základním kapitálem 112.100 tis. Kč. Majoritním akcionářem je italská společnost S.A.F. Group s.r.o. Roční obrat činí 240.000 tis. Kč, z toho 55 % tvoří tržby ze zahraničí. Společnost zaměstnává 75 zaměstnanců. Od svého vzniku Pila MSK neustále investuje do rekonstrukce a modernizace závodu. Byly rekonstruovány výrobní haly, vybudovány zpevněné plochy, pořízena technologie linky na pořez slabé dřevní hmoty, třídicí linka s elektronickou přejímkou dříví a obslužná manipulační vozidla. V první polovině roku 2007 byla pořízena manipulační linka pro zpracování surových kmenů, která je taktéž vybavena elektronickým měřením přijímaného dříví. Investice jsou zaměřeny taktéž směrem ke zvyšování kvalifikace zaměstnanců, na jejímž základě je postavena odborná a profesionální úroveň zajišťující optimální služby nejen uvnitř společnosti, ale zároveň kvalitní servis směřující k maximální spokojenosti zákazníka. (www.pilamsk.cz) Hlavní náplní činnosti je pilařská výroba, jejímž nosným produktem je paletový přířez v ročním objemu 70 tis. m3. Pro zajištění kontinuálního chodu je nutno ročně zajistit nákup 180 000 m3 jehličnaté kulatiny v jakosti Cx/Br. Ostatními produkty vznikajícími při zpracování kulatiny, a s kterými společnost obchoduje, jsou:
papírenská štěpka (určená pro tuzemský celulózo-papírenský trh)
dřevěná pilina (vhodná pro výrobu dřevěných briket a pelet, pro spalování, pro výrobu dřevotřískových desek)
mulčovací kůra (drcená pro úpravy zahrad). Technologický tok pily s místy vzniku využitelných odpadů Proces výroby paletových přířezů začíná ve skladu kulatiny. Ve skladu kulatiny jsou uskladněny zásoby kulatiny různých délek a průměrů. Součástí skladu je třídicí linka, pomocí které se pilařská kulatina třídí a dále krátí pomocí řetězové pily na paletové pilařské výřezy o délce 2500 mm. Vzniká zde odpad ve formě pilin odřezků a výřezů nehodících se k pořezu. Piliny vznikají z krácení řetězovou pilou a obsahují množství ekologického oleje. Mezi výřezy nehodící se k dalšímu pořezu patří hlavně kmeny napadené hnilobou, které se spolu s odřezky skladují jako kusový odpad. Paletové pilařské výřezy následně putují na další sklad, odkud jdou do linky s elektronickou přejímkou a odkorňovačem na vlastní pořez. Pilařské výřezy jsou nakladači naloženy na linku, prochází nejprve detektorem kovů, poté snímači průměru, - 43 -
a pak do rotorového odkorňovače. Při odkorňování vzniká velké množství odpadní kůry. Výřezy poté putují do plně automatizované pilnice, kde vznikají pořezem paletové přířezy, ale i značné množství odpadu. Odpad se ihned třídí a štěpkuje.
Technologický tok
Odpad
SKLAD KULATINY
Odpad z manipulace kůra, třísky
TŘÍDICÍ LINKA
Piliny, odřezky, vyřazené kusy
SKLAD PŘÍŘEZŮ
Odpad z manipulace kůra, třísky
VYHLEDAVAČ KOVŮ
Vyřazené kusy
Kůra
ODKORŇOVAČ
Piliny, krajiny
PILNICE
Piliny, papírenská ŠTĚPKOVANÍ A štěpka TŘÍDĚNÍ ODPADU Obr. 12: Technologický tok s místy vzniku energetických odpadů Pila MSK
Tab. 14: Množství a druhy odpadů vyprodukovaných za 1 rok PILA MSK, a.s
- 44 -
Energetické využití odpadu
Budovy pilařského závodu a sušárna řeziva jsou vytápěny z centrální kotelny na biomasu. Kotelna je vybavena dvěma kotli na dřevní odpad.
1 kotel
2 kotel
Výrobce
KESSEL-LOOS bischofshofen Rakousko
Volund Danstoker A/S, Dánsko
typ
horkovodní UL/S 50119
horkovodní MULTIMISER-19
rok výroby
1987
1984
max. teplota vody
183°C
120°C
provozní tlak
1 Mpa
0,35 MPa
jmenovitý výkon
3940 kW
1760kW
palivo
dřevní štěpka a piliny
dřevní štěpka a piliny
Tab. 15: Spalovací zařízení a jeho parametry
Oba kotle jsou vybaveny automatickým zásobováním paliva a taky automatickým odpopelňovačem, kotle nejsou využívány na maximální výkony. V topné sezoně se za den spotřebuje jako palivo 45 prm pilin a mimo topnou sezonu 10 prm pilin. Piliny pro tyto kotle jsou horší kvality a pocházejí z řetězové pily. Dále se jako palivo používá nevyhovujících štěpek vzniklích při třídění na frakce.
- 45 -
Obr.13. Odpad z odkorňovaní
Obr. 14: Odpad ve formě pilin a odřezků z krátící stanice
- 46 -
Obr.15. Pohled na odpad ve formě pilin a štěpky napadající z pilnice.
7.3 STORA ENSO TIMBER ŽDÍREC, s.r.o. Závod STORA ENSO TIMBER ŽDÍREC s.r.o vznikl 05.02.1997 odkoupením a zmodernizováním objektu pily ve Ždírci nad Doubravou od podniku DŘEVOZÁVODY ŽDÍREC nad Doubravou koncernem STORA ENSO TIMBER. Středoevropskou divizi STORA ENSO TIMBER tvoří dřevozpracující podniky, které patřily do r. 1998 pod firmu HOLZINDUSTRIE SCHWEIGHOFER, kterou vlastnila rodina Schweighoferů. V r. 1998 tato firma fúzovala s dřevařskými divizemi finského koncernu ENSO a švédského STORA do společnosti STORA ENSO TIMBER, v níž vlastní soukromá nadace Schweighofer 26,5 % a Stora Enso 73,5 %. Pila byla původně dimenzována na zpracování 500 000 m3 smrkové kulatiny, s roční produkcí 325 000 m3 řeziva, s výkonem sušáren 125 000 m3 a hoblárny 50 000 m3. V roce 2008 díky neustálé modernizaci závodu činil pořez 1 071 500 m3 kulatiny. Předmětem výroby je pořez smrkové kulatiny o průměru 150 až 450 mm a následná výroba dřevěných stavebních komponentů pro rodinné domky a masivní konstrukce.
- 47 -
Výrobky pily Stora Enso Timber Ždírec, s.r.o.
Řezivo používané ve stavebním průmyslu
o
trámy pro výrobu lepených hranolů
o
veškeré řezivo pro stavební účely
o
střešní latě
Řezivo používané na výrobu velkoplošných materiálů
o
spárovka
o
třívrstvé biodesky
o
šalovací desky
Řezivo používané na výrobu palet a obalových materiálů
5% 6% 7%
Německo Rakousko Česká Republika
12 % Itálie
55 % Francie ostatní evropské státy
15 %
Obr. 16: trhy působnosti firmy Stora Enso Timber Ždírec, s.r.o. Technologický tok pily s místy vzniku využitelných odpadů Nakupovaná kulatina je uskladněna ve skladu kulatiny, kde vzniká zde rezerva kulatiny, ale také odpad ve formě třísek nebo kůry. Nejedná se však o čistý odpad -
- 48 -
obsahuje různé příměsi zeminy nebo kamení. Tento odpad se po zpracování kulatiny shrne a používá jako palivo v kotelně. Kulatina putuje ze skladu na třídicí linku, kde prochází elektronickou přejímkou, dále se krátí na přížezy délky 3000 mm, které jdou dále do odkorňovače typu Nicholson A8 a poté na skládku odkorněných přířezů. Při přejímce se vyřazují kusy nevhodné k pořezu, které jdou ke štěpkování. Při krácení vznikají piliny, které se spolu s kůrou z odkorňovačů používají jako palivo v kotelně. Kůry se používá na palivo asi 50 %, zbytek se odprodává, odřezky jdou ke štěpkování. Ze skladu putují odkorněné přířezy do reduktoru kořenových náběhů a dále po dopracníku do objektu pilnice. Z kořenových náběhů získaných v reduktoru je vyráběna štěpka, která je spolu se štěpkou získanou ze štěpkování kusového odpadu nakádána na vagony a prodávána firmě KRONOSPAN JIHLAVA s.r.o vyrábějící velkoplošné materiály na bázi dřeva. V pilnici se přířezy zpracovávají na německé lince LINCK pomocí frézovacích agregátů na hraněné řezivo; agregáty zároveň jako odpadní surovinu produkují kvalitní papírenskou štěpku, která je prodávána papírnám.
Produkce odpadu za rok 2008:
Tab. 16: Množství a druhy odpadů vyprodukovaných za 1 rok STORA ENSO TIMBER
- 49 -
Obr. 17: Manipulace s odpadem ve firmě STORA ENSO TIMBER ŽDÍREC, s.r.o.
Obr.18: Odpad ve formě štěpek z reduktoru kořenových náběhů
- 50 -
Technologický tok
Odpad
SKLAD KULATINY
Odpad z manipulace kůra, třísky
TŘÍDICÍ LINKA
Piliny, odřezky, vyřazené kusy
ODKORŇOVAČ Kůra
SKLAD ODKORNĚNÝCH PŘÍŘEZŮ KULATINY
Třísky Zbytky kůry
REDUKTOR KOŘENOVÝCH NÁBĚHŮ
Štěpka
PILNICE
Papírenská štěpka
Obr. 19: Technologický tok s místy vzniku energetických odpadů STORA ENSO TIMBER
KOTELNA: Jedná se o nízkotlakou kotelnu. Jako topné médium je využita horká voda s maximální teplotou 115 – 200 °C. V kotelně jsou zrcadlově umístěny dva ocelové teplovodní kotle, které jsou určeny pro biotermální automatické spalování dřevného odpadu. Kotelna vytápí 8 bloků sušáren o 32 komorách. Výrobce (Mühlbeck, WSAB). Topeniště kotle č. 1 je provede jako nechlazený, šamotovaný, vysokoteplotní spalovací prostor s litinovým pohyblivým stupňovitým roštem. Taktovaným pohybem roštu nastává rovnoměrné rozdělení spalovacího materiálu na roštu. Na základě vysoké vyzařovací teploty nechlazeného šamotu se palivo suší a zplyňuje, a poté shoří na stupňovitém roštu, zatímco nespalitelné zbytky a popel se pomalu dopravují k výsypce roštového popela. Pohyb roštu navíc zabraňuje zatruskování popela.
- 51 -
1 kotel
2 kotel
Výrobce
URBAS Maschinenfabrik GmbH
URBAS Maschinenfabrik GmbH
typ
UR-RR-6000
UR-FRR-8000
rok výroby
1997
2001
max. teplota vody
115°C
120°C
provozní tlak
0,6 Mpa
0,6 MPa
jmenovitý výkon
6000 kW
8000 kW
palivo
kůra a piliny
kůra a piliny
Tab. 17: Spalovací zařízení a jeho parametry Spalovací zóna je v důsledku vzduchotechnicky dělených roštových komor pod roštem rozdělena do zóny vysoušení, předběžného spalování a dodatečného spalování. Objemové proudění spalovacího vzduchu vháněného do roštových komor se může regulovat prostřednictvím mechanických seřizovacích klapek, čímž se dosahuje optimálního spalování. Vzduch pro spalování se do spalovacího prostoru vhání prostřednictvím tří radiálních ventilátorů primárního vzduchu přes tři roštové komory vzduchovými štěrbinami ve schodišťovém roštu. Potřebný vzduch se nasává přes předehřívač vzduchu, který je zapojen přímo za tepelný výměník a ohřívá nasávaný vzduch z okolního prostředí na požadovanou teplotu spalovacího vzduchu, maximálně na 150 C. Primární vzduch slouží pro optimální průběh spalovacího procesu, sekundární vzduch slouží k dodatečnému spalování a vyhořívání nespálených kouřových plynů, terciární vzduch slouží k vyregulování obsahu O2 v automatickém provozu. Topeniště kotle č. 2 je provedeno jako nechlazený, šamotovaný spalovací prostor pro vysoké teploty s litinovým pohyblivým stupňovitým roštem. Taktovaným pohybem roštu nastává rovnoměrné rozdělení spalovacího materiálu na roštu. Na základě vysoké vyzařovací teploty nechlazeného šamotu se palivo vysušuje a odplyňuje, a poté shoří na stupňovém roštu, zatímco popel je pomalu dopravován k roštové výpusti popela. Pohyb roštu, který závisí na počtu zdvihů podavače, navíc zabraňuje vytvoření strusky z popela. Spalovací zóna je pod roštěm rozdělena vzduchotechnicky dělenými roštovými komorami na zónu vysoušení, předběžného spalování a dohořívání. Objemy proudění
- 52 -
vháněného spalovacího vzduchu se mohou regulovat mechanickými seřizovacími klapkami, čímž se dosahuje optimálního spalování. Primární spalovací vzduch se do spalovacího prostoru vhání přes tři roštové komory třemi radiálními ventilátory vzduchovou štěrbinou ve stupňovitém roštu. Celkové množství vzduchu se v automatickém režimu určuje v závislosti na výkonu (servočlenem je teplota přívodního proudění do kotle) a dávkuje se přes frekvenční měnič pomocí otáček ventilátoru. Spaliny, které vznikají během spalování, jsou vedeny klenbou a meziklenbou kouřovými trubkami horkovodního kotle, kde předávají svoji energii kotelní vodě. Dále jsou kouřové plyny vedeny do předehřívače vzduchu, ve kterém je spalovací vzduch primárního ventilátoru předehříván na 90°C. Sekundární spalovací vzduch pro dodatečné spalování a úplné spalování nespálených kouřových plynů se vhání do topeniště radiálním ventilátorem pomocí trysek, které jsou uspořádané v oboustranném topeništi. Celkové množství sekundárního vzduchu se určuje v automatickém režimu regulace kotle v závislosti na výkonu kotle. Ventilátor sekundárního vzduchu slouží zároveň pro recirkulaci, respektive pro přimíchávání kouřových plynů, které se nasávají z vedení kouřových plynů za ventilátorem kouřových plynů. Celkový objem zpětně vedených kouřových plynů se reguluje jednak otáčkami ventilátoru a jednak motorem ovládanou servou-klapkou.
Obr.
20:
Kotel
firmy
URBAS
Maschinenfabrik
(http://www.biomasse-normandie.org)
- 53 -
GmbH
na
dřevní odpad
Terciární vzduch, který v automatickém režimu slouží pro vyregulování zbytkového obsahu O2 se rovněž vhání do topeniště radiálním ventilátorem s regulovanými otáčkami pomocí frekvenčního měniče. Ventilátor kouřových plynů odsává spálené kouřové plyny ze spalovacího prostoru přes předehřívač vzduchu, tepelný výměník a multicyklón do komína. Terciární vzduch, který v automatickém režimu slouží pro vyregulování zbytkového obsahu O2 se rovněž vhání do topeniště radiálním ventilátorem s regulovanými otáčkami pomocí frekvenčního měniče Ventilátor kouřových plynů odsává spálené kouřové plyny ze spalovacího prostoru přes předehřívač vzduchu, tepelný výměník a multicyklón do komína. V kotlích může být dle § 3 odst. 4 „zákona o ochraně ovzduší“ spalováno pouze palivo určené výrobcem zařízení případně palivo uvedené a schválené v provozním řádu. Pro tyto typy kotlů je stanoveným palivem nekontaminovaný dřevní odpad – piliny (do 50% z celkového množství používaného paliva), rozsekané štěpky, hobliny a kůra. Specifikace paliva -obsah vody
20 – 60% hm.
- výhřevnost
5760 – 14110 Kj. kg-1
-obsah popela
1 – 5%
Maximální množství paliva při jmenovitém výkonu je pro kotel č. 1 – 4500 kg/hod. pro kotel č. 2 – 6000 kg/hod. Pro odprášení kouřových plynů vystupujících z kotle č. 1 je instalován multicyklón typu UR-MZ-6/6-36, výrobce URBAS Maschinenfabrik GmbH. Pro odprášení kouřových plynů vystupujících z kotle č. 2 je instalován multicyklón typu UR-MZ-7/7-49, výrobce URBAS Maschinenfabrik GmbH. Garantovaným obsah prachu v čistém plynu na výstupu je 120 mg/Nm3 (hodnota je vztažena na suchý plyn, 101,32 kPa, 0°C a referenční obsah kyslíku 13% obj.). Jemný popel z obou multicyklónů se předává přímo do kontejneru na popel, který je umístěn vně kotelny.
Popel z roštů obou kotlů se automaticky předává pomocí hydraulického posuvného roštu a hydraulického posouvače popela přes výsypku roštového popela a - 54 -
propusť popela na vibrační dopravník, který je umístěn pod nimi. Vibrační dopravník dopravuje popel přes rozdělovací síto popela do předávací stanice korýtkového řetězového dopravníku – dopravníku na popel. Jemný popel z předehřívače vzduchu se předává na korýtkový řetězový dopravník, který dopravuje popel až do kontejneru na popel, který je umístěn vně kotelny. Hrubý popel se předává do kontejneru na popel, který je umístěn ve společné popelové části kotelny. Tento kontejner, který je opatřen zařízením hlídající jeho přeplnění, se v závislosti na stupni naplnění musí vyzdvihnout z jámy a vyvézt k dalšímu zpracování. Kotle na spalování dřeva pracují v ručním i automatické režimu provozu. Všechny dopravní systémy se musí startovat ručně, ručně se zapojuje chod primárního a sekundárního ventilátoru a ventilátoru kouřových plynů. Otáčky ventilátoru jsou předem dány vložením předepsaných hodnot na regulačním počítači. Regulace kotlů nastává dle jmenovitých výkonů (kotel č. 1 v oblasti výkonů 30 – 100%
jmenovitého výkonu, kotel č. 2 v oblasti výkonů 25 – 100 % jmenovitého
výkonu) plně automaticky v závislosti na teplotě dopředného proudění, obsahu kyslíku v kouřových plynech, teplotě a podtlaku v topeništi. V automatickém provozu se určují otáčky primárního a sekundárního ventilátoru prostřednictvím regulátoru výkonu. Regulátor výkonu e vypočítává v závislosti na teplotě dopředného proudění kotle. Regulace, respektive předem seřízené předepsané hodnoty, jsou odladěny tak, aby docházelo pouze ve vyjímečných případech k vypínání zařízení. Přívod paliva se reguluje prostřednictvím regulátoru kyslíku. Lambda sondou se měří zbytkový obsah kyslíku ve spalinách, porovnává se s předepsanou hodnotou kyslíku (10 – 12% obj.) a z odchylky se vypočítává regulace. Jestliže se předepsané hodnoty O2 nedosahuje po delší čas, pak regulace, až do dosažení předepsané hodnoty, automaticky přepíná na regulátor výkonu. Jestliže bude po delší čas potřebný nižší výkon, sníží se předepsaná teplota dopředného proudění kotle, čímž se regulátor výkonu automaticky přizpůsobí novým požadavkům. Podle technických pokynů výrobce zařízení je nastavena minimální předepsaná hranice O2 ve výši 7% obj. Nedosahuje-li se této hodnoty, zastaví se přidávání paliva do kotlů, dokud se obsah O2 nezvýší na předepsané hodnoty. Celkový stupeň účinnosti spalovacího procesu je závislý zejména na vlastnostech paliva (obsah vody a obsah popela) a vlastnostech kouřového plynu (výstupní teplota a zbytkový obsah O2).
- 55 -
8. DOTACE
A PODPORY PŘI ENERGETICKÉM VYUŽITÍ DŘEVNÍHO
ODPADU.
8.1 Státní program na podporu úspor energie a využití OZE
Oblast podpory 3.1-Výstavba nových zařízení a rekonstrukce stávajících zařízení s cílem zvýšení využívání OZE pro výrobu tepla, elektřiny a kombinované výroby tepla a elektřiny. 3.1.1: Výstavba a rekonstrukce zdrojů tepla využívajících OZE:tj. například výstavba a rekonstrukce centrálních a blokových kotelen resp. Zdrojů tepla využívajících OZE nebo výstavba a rekonstrukce lokálních zdrojů využívajících OZE 3.1.2: Výstavba a rekonstrukce zdrojů elektřiny využívajících OZE:tj. například výstavba fotovoltaických elektráren, malých vodních elektráren, elektráren spalujících biomasu atd… 3.1.3:Výstavba a rekonstrukce zdrojů pro kombinovanou výrobu elektrické energie a tepla využívajících OZE: tj. instalace kogeneračních zařízení spalujících bioplyn, využívajících pevnou biomasu, geotermální energii atd…
Stanovování výše podpory u energetických projektů Projekty CZT a blokové kotelny na základě finanční analýzy (cca 40% -70%) nebo dle pravidel VP pro regionální podporu (do 40%). Projekty lokálního vytápění 90 % ze způsobilých výdajů (způsobilým výdajem přitom nejsou úspory provozních nákladů generovaných za dobu 5 let částku vyplývající z energetického auditu je nutné odečíst). Projekty zaměřené na výrobu elektrické energie z OZE na základě pravidel VP pro regionální podporu (do 20 % a max. 50 mil. Kč na projekt a žadatele) Projekty zaměřené na kombinovanou výrobu elektrické a tepelné energie z OZE na základě pravidel VP pro regionální podporu (do 40 %, max. 100 mil. Kč na projekt a žadatele) Projekty na zateplování budov 90% ze způsobilých výdajů(způsobilým výdajem přitom nejsou úspory provozních nákladů generovaných za dobu 5 let částku vyplývající z energetického auditu je nutné odečíst) nebo dle pravidel VP pro životní prostředí(do 60 %).
- 56 -
8.2 Operační program životního prostředí Program na ochranu a zlepšování kvality životního prostředí. Financování projektů je poskytováno z fondů EU a ze Státního fondu životního prostředí. Příjemce mohou být pouze nekomerční subjekty.
Tab. 18. Rozpočet programu na ochranu a zlepšování kvality životního prostředí
8.3 Podpora ministerstva průmyslu a obchodu Ministerstvo průmyslu a obchodu vyhlašuje každoročně programy a podporu využívání biomasy. Podpora je rozčleněna na část státní a na podporu ze strukturních fondů EU. V roce 2009 jsou vyhlášeny programy EFEKT 2009 a program podpory ze strukturních fondů EU. ( www.mpo.cz)
8.4 Podpora ze strany ministerstva zemědělství Dotace lze získat taky z programu rozvoje venkova ČR na období 2007-2013. Tento program zajišťuje působení Evropského zemědělského fondu pro rozvoj venkova a určuje politiku rozvoje venkova v ČR.
- 57 -
8.5 Daňové zvýhodnění v bioenergetice Daň z přidané hodnoty U zboží se uplatňuje základní sazba 19%. Výjimku tvoří palivové dřevo v polenech, špalcích, otepích, dřevěné štěky a třísky, piliny a dřevěný odpad a zbytky, též aglomerované do polen, briket, pelet nebo podobných tvarů, kde se uplatňuje snížená sazba 9%. Do snížené sazby spadá také teplo. Ekologická daňová reforma Od 1. ledna 2008 vstoupil v platnost Zákon č. 261/2007 Sb., o stabilizaci veřejných rozpočtů. Ten v rámci Ekologické daňové reformy nově zavedl daň ze zemního plynu, pevných paliv a daň z elektřiny, se záměrem motivovat občany k vytápění ekologicky šetrnými palivy.
8.6 Možnosti trhu s emisními povolenkami Obchodování se týká pouze emisí oxidu uhličitého (CO2). Jedna povolenka představuje právo k vypuštění jedné tuny emisí CO2 . Pokud zařízení vypustí v roce méně emisí, než má k dispozici povolenek, může povolenky volně prodat na trhu. Pokud zařízení dopředu ví, že produkované emise budou větší, musí se rozhodnout, zda investovat do opatření vedoucích ke snížení emisí, či nakoupit povolenky za tržní ceny.
9. NÁVRH OPTIMÁLNÍHO NAKLÁDÁNÍ S ODPADY V NAVŠTÍVENÝCH PROVOZECH
V navštívených závodech existuje několik možností využití odpadní biomasy. Záleží na poloze závodu, jeho možnostech a také na politice závodu. První závod, který jsem navštívil byla menší pila JAVORNÍK CZ ve Štítné nad Vláří. Systém výroby tepelné energie i teplé užitkové vody pomocí spalování dřevního odpadu pro závod i přilehlé budovy prošel v roce 2002 rekonstrukcí. Výsledkem rekonstrukce je moderní výroba energií pomocí dvou kotlů na spalování odpadní biomasy vznikající na této pile. Tento způsob je v rámci možností téměř ideální. Pro maximální využití potenciálu zdroje energie navrhuji do budoucna zvážení rozšíření teplovodních rozvodů do přilehlé obce. Další navštívený závod byla PILA MSK, a.s., Velké Karlovice. V závodu vzniká velké množství energetického odpadu. Problémem je zde zastaralé vybavení kotelny, které je potřeba nákladně zrekonstruovat. Po konzultaci s vedoucími zaměstnanci vím, že v - 58 -
závodě nad energetickou otázkou diskutují a zvažují možnosti. V současné době je pro ně výhodné prodávat štěpku do papíren nebo elektráren a piliny výrobcům briket a pelet. Zde navrhuji sledovat možnosti dotací a financování rekonstrukce kotelny za účelem vytápění a ohřevu vody pro celou přilehlou obec Velké Karlovice. Nebo zakoupení peletovací linky pro zhodnocení suroviny přímo v závodě. Posledním navštíveným závodem byla STORA ENSO TIMBER ŽDÍREC, s.r.o. Jedná se o jeden z největších pilařských závodů v České republice energetického odpadu zde vzniká velké množství zároveň je však spotřebováváno velké množství energií, zde navrhuji, aby firma plánovala s odpadní biomasy spolu s teplem a teplou vodou vyrábět i elektrickou energii.
10. DISKLUZE Většina dřevozpracujících závodů si kryje celkovou nebo částečnou potřebu svých energetických požadavků výrobou tepla spalováním dřevního odpadu ve vlastních spalovacích zařízeních. Spalování dřevních odpadů za účelem získání tepla a energie patří ke klasickým a ekologicky přijatelným postupům likvidace a zhodnocování těchto odpadů přímo v místě jejich vzniku. Výroba elektřiny z biomasy je neustále ve vývoji a zatím se v podnicích aplikuje jen minimálně z důvodu vysokých nákladu a nižší účinnosti. Názory na ekologické dopady spalování dřevních odpadů nejsou jednotné. Zejména spalování dřevních odpadů kontaminovaných v jednostupňových spalovacích zařízeních nesplňuje přísné hygienické limity na požadavky čistoty ovzduší. Z tohoto důvodu jsou neustále vyvíjeny nové typy spalovacích zařízení odpovídajících požadavkům ochrany životního prostředí, příslušným normám a emisním limitům. Vhledem k zásobám a cenám fosilních paliv i energií je myšlenka výroby energií z odpadní biomasy cestou k úsporám v pilařských provozech ale i ve veřejném sektoru. Světově je výroba energií z biomasy všeho druhu neustále diskutována a zdokonalována. Česká republika má ideální podmínky pro rozvoj tohoto ekologického alternativního zdroje energie. Je nezbytně nutné sledovat nové trendy v tomto odvětví a praktikovat je, jedině tak můžeme získat levnou energii a zároveň šetřit životní prostředí.
- 59 -
11. ZÁVĚR Zásoby nerostného bohatství se vzrůstajícím tempem zmenšují - zvláště pak fosilních paliv. To vede ke zvyšování jejich cen, potažmo cen veškerého zboží. Je tedy nezbytné hledat alternativní zdroje energie. Ještě než budeme schopni efektivně získávat energii např. z jaderné fůze, měli bychom zvážit jaké zdroje energie nám ještě může nabídnout sama příroda, když jí vyjdeme vstříc. Jedním z takových zdrojů je biomasa. Biomasa
je
v
dlouhodobém
časovém
horizontu
pro
Českou
nejperspektivnějším z obnovitelných zdrojů energie. Česká republika má
republiku vysokou
lesnatost (33,3% území) a dlouhou zemědělskou tradici. Máme předpoklady k pokrytí 15-20% spotřeby energie ČR, energií vyrobenou z biomasy. Energetický odpad vznikající v pilařské výrobě je vhodným druhem biomasy pro jeho potenciál být efektivně přeměněn v energii. Způsobů přeměny je
velké
množství a neustále se vyvíjejí a zdokonalují další postupy. Státy stále více podporují alternativní zdroje energie. Svojí prací jsem se pokusil přispět k propagaci tohoto obnovitelného zdroje energie. Vytvořil jsem souhrn nejmodernějších způsobů přeměny odpadní biomasy z pilařských závodů a zamyslel se nad možnostmi optimálního využití této suroviny. Domnívám se, že problematika nejefektivnějšího a nejekologičtějšího zbůsobu přeměny biomasy v energii bude v budoucnosti stále diskutovanějším globálním tématem.
11. SUMMARY
Reserves of natural resources are running out. It is vital to search for alternative energetic resources. One of such resources is biomass. In long term time horizon biomass si likely to be the most perspective renewable energy resource for Czech Republic. Czech Republic has got high forest coverage (33,3% ) and long agricultural tradition. We have potential to cover 15-20% consumption by using biomass.
- 60 -
of our energy
Wood waste from saw-mills is suitable kind of biomass for its potential to be effectively turned into energy. There is a large number of ways of conversion and new ones are being developed and improved. National governments are increasing their support of alternative resources. In my work I tried to contribute to promotion of this particular renewable energy resource. I made a summary of modern ways of conversion of wood waste biomass from saw-mills and thought over its optimal utilization. I assume that question of the most effective and the most ecological way of conversion of biomass into energy will be increasingly discussed global theme in the future.
12. POUŽITÁ LITERATURA
Literatura (1) Hrázský J., Král P., využití dřevních a jiných lignocelulozových odpadů. I. Vydání, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita 1999, 98 s. ISBN 80-7157-403-1 (2) Kolektiv autorů., Obnovitelné zdroje energie FCC PUBLIC s.r.o. Praha 8, 208 s. ISBN 80-901985-89 (3) ) Murtinger K., Beranovský J., Energie z biomasy. I. Vydání, ERA group spol. s.r.o.Brno, 94 s. ISBN 80-7366-071-7 (4) Ochodek T., Koloničný J., Branc M., Ekonomika při energetickém využívání biomasy. I. Vydání, Repronis Ostrava 2008, 114 s. ISBN 978-80-248-1751-4 (5) Ochodek T., Koloničný J., Branc M., Technologie pro přípravu a energetické využití biomasy. I. Vydání, Repronis Ostrava 2007, 228 s. ISBN 978-80-248-1426-1 (6) Pastorek Z., Kára J., Jevič P., Biomasa obnovitelný zdroj energie. FCC PUBLIC s.r.o. Praha 8, 228 s. ISBN (7) Simanov V., Dříví jako energetická surovina. Obchodní tiskárny Hořovice 1993, 116 s. ISBN 80-7084-062-5
Internetové zdroje http://www.opzp.cz/clanek/254/877/10-vyzva-je-zamerena-na-podporu-omezovani-rizika-povodnivyuzivani-alternativnich-zdroju-energie-a-uspory-energie/ http://www.sfzp.cz/sekce/88/op-zivotni-prostredi/ http://www.cez.cz/cs/energie-a-zivotni-prostredi/energie-z-obnovitelnych-zdroju/biomasa/elektrarny-cezspalujici-biomasu.html http://biom.cz/cz/odborne-clanky/biomasa-pro-energii-1-zdroje http://pavel.lauko.org/download/studium/chemie/ch2-horeni_dreva.pdf http://www.eurosolar.cz/phprs/rservice.php?akce=tisk&cisloclanku=2009020003
- 61 -
http://energie.tzb-info.cz/t.py?t=16&i=98 http://www.eru.cz/user_data/files/statistika_elektro/rocni_zprava/2007/subjekty/19.htm http://www.cez.cz/cs/o-spolecnosti/media/tiskove-zpravy/2404.html http://www.simopt.cz/energyweb/web/index.php?display_page=2&subitem=2&slovnik_page=tepel_el.ht ml http://www.tzb-info.cz/t.py?t=2&i=4088 http://www.topenidrevem.cz/index.php?page=clanek&rid=a9003af48ab6cf52f9fb2e393737062d&cid=45 24cab599676 http://www.vscht.cz/uchop/velebudice/ovzdusi/odprasovani.htmhttp://www.ekobrikety.cz/texty/ekonomika .htm download.mpo.cz/get/32041/38126/438061/priloha001.pdf http://web.quick.cz/neuwirth.buchlovice/Javornik.html http://lesprace.silvarium.cz/content/view/83/36/ http://www.drevenebrikety.cz/drevene-brikety/ http://212.71.135.254/vuzt/poraden/prirucky/p2006_07.pdf http://cs.wikipedia.org/wiki/Pyrol%C3%BDza
13. SOUPIS TABULEK Tab. 1: Energetický potenciál různých druhů biomasy (www.biom.cz)...................................10 Tab. 2: Trh s briketami a lepenkami (MPO)…………………………………………………19 Tab. 3: Základní technologie přeměny dřevních odpadů…………………………………….20 Tab. 4: Výhřevnost dřevěných paliv (vlastní zpracování dle http://energie.tzb-info.cz)........22 Tab. 5: Složení a energetický obsah plynných paliv ze dřeva………………………………..23 Tab. 6: Chemické složení generátorového plynu při zplyňování BK dřeva (Lauko. 2002)….23 Tab. 7: Zařízení na výrobu elektrické energie BIOCEL. a.s.Paskov…………………………27 Tab. 8: Výroba elektřiny v tepelných elektrárnách ČEZ v ČR (www.cez.cz)..........................29 Tab . 9: Náklady na výrobu elektřiny dle technologie (www.biom.cz)....................................30 Tab. 10: Emisní limity……………………………………………………...……………...…32 Tab. 11: Emisní limity spalovacího zařízení………………………………………………….35 Tab. 12: Investiční náklady v roce 2002(http://web.quick.cz/neuwirth.buchlovice)................41 Tab. 13: Provozní náklady (http://web.quick.cz/neuwirth.buchlovice)....................................42 Tab. 14: Množství a druhy odpadů vyprodukovaných za 1 rok PILA MSK, a.s ……………44 Tab. 15: Spalovací zařízení a jeho parametry………………………………………………..45 Tab. 16: Množství a druhy odpadů vyprodukovaných za 1 rok STORA ENSO TIMBER….49 Tab. 17: Spalovací zařízení a jeho parametry……………………………………………...…50 Tab. 18. Rozpočet programu na ochranu a zlepšování kvality životního prostředí………….56
- 62 -
14. SOUPIS OBRÁZKŮ
Obr. 1: Letecký snímek pilařského závodu STORA ENSO TIMBER ŽDÍREC, s.r.o……..7 Obr. 2: Briketa vyrobená z dřevního odpadu……………………………………………….14 Obr. 3: Schéma a parametry briketovací linky s parametry (www.briklis.cz)......................17 Obr. 4: Peletovácí lis s vodorovnou rotační matricí a systémem otáčivých rolen………….19 Obr. 5: Schéma tepelné elektrárny.(www.simopt.cz)............................................................29 Obr.6:Určení kvalitativních tříd podle emisí a minimální hodnoty účinnosti(ČSN 303-5)..35 Obr. 7: Technologický tok s místy vzniku energetických odpadů JAVORNÍK CZ……….36 Obr. 8: Kotel na dřevní odpad instalovaný ve firmě JAVORNÍK.CZ (www.hamont.cz)....38 Obr. 9: Řez kotlem Hamont s popisem částí (www.hamont.cz)...........................................41 Obr. 10: Drtič dřevního odpadu…………………………………………………………….42 Obr. 11: Krátící a sámovací stanice………………………………………………………...42 Obr. 12: Technologický tok s místy vzniku energetických odpadů Pila MSK…………….44 Obr. 13: Odpad z odkorňovaní……………………………………………………………..45 Obr. 14: Odpad ve formě pilin a odřezků z krátící stanice………………………………..46 Obr. 15. Pohled na odpad ve formě pilin a štěpky napadající z pilnice……………………46 Obr. 16: trhy působnosti firmy Stora Enso Timber Ždírec, s.r.o…………………………..48 Obr. 17: Manipulace s odpadem ve firmě STORA ENSO TIMBER ŽDÍREC, s.r.o……..49 Obr. 18: Odpad ve formě štěpek z reduktoru kořenových náběhů………………………...49 Obr. 19:Technologický tok s místy vzniku odpadů STORA ENSO TIMBER……………50 Obr. 20: Kotel firmy URBAS Maschinenfabrik GmbH na dřevní odpad (http://www.biomassenormandie.org)............................................................................................................................52
- 63 -
15. PŘÍLOHY Příloha č. 1: Závislost výhřevnosti dřeva na vlhkosti (www.topenidrevem.cz)
Příloha č. 2: Porovnání cen energie v palivu v cenách roku 2008 (Kč/GJ vč,DPH) (http://www.ekobrikety.cz )
- 64 -
Příloha č. 3: Tabulka porovnání ceny tepla na výstupu ze zdroje při uvažování ceny paliva, výhřevnosti a tepelné účinnosti zdroje.(http://www.tzb-info.cz)
Příloha č.4: využití biomasy (www.mpo.cz)
- 65 -
