29.4.2016
ENERGETICKÉ VYUŽITÍ BIOMASY
ENERGETICKÉ VYUŽITÍ BIOMASY
Co je to biomasa? Biomasa je souhrn látek tvo ících t la všech organism , jak rostlin, bakterií, sinic a hub, tak i živo ich . Tímto pojmem asto ozna ujeme rostlinnou biomasu využitelnou pro energetické ú ely. Energie biomasy má sv j prap vod ve slune ním zá ení a fotosyntéze.
ENERGETICKÉ VYUŽITÍ BIOMASY Rozeznáváme p edevším
V podmínkách eské republiky p edstavují biomasu zejména:
zbytkovou (odpadní) biomasu
ENERGETICKÉ VYUŽITÍ BIOMASY
d evní odpady z lesního hospodá ství odpady z celulózo-papírenského, d eva ského a nábytká ského pr myslu rostlinné zbytky ze zem d lské prvovýroby a údržby krajiny komunální bioodpad odpady z potraviná ského pr myslu
cílen p stovanou biomasu
energetické byliny rychlerostoucí d eviny
Biomasa jako palivo
Energetické využití biomasy jejím spalováním
pro výrobu tepla
pro výrobu elekt iny
je charakterizována výh evností obsahem vody obsahem popela složením ho laviny podílem prchavé ho laviny složením popelovin – Cl, t žké kovy, teplotou m knutí, tavení a te ení popelovin
výtopny na biomasu – p evážn teplovodní parní elektrárny na biomasu teplárny na biomasu
parní ORC Stirling v motor
Biomasu lze v t chto zdrojích
spalovat samostatn spoluspalovat s jiným palivem – p evážn s uhlím
d evní odpady – št pky, piliny, hobliny, k ra, v tve a pa ezy, ned evní fytomasa – zelená biomasa, obilná a epková sláma, energetické plodiny (tzv. nová biomasa), pr myslové a komunální odpady rostlinného p vodu – nap . papírenské odpady, produkty živo išné výroby – kejda, chlévská mrva
5
6
1
29.4.2016
Složení biomasy
Teplota m knutí a tání popela biomasy
složení ho laviny biomasy se podle druhu liší jen málo
spalné teplo ho laviny proto je od 17,5 do 21 MJ/kg obsah popela je malý – od 1 do 7 % 8
Obsah vody v biomase
Vliv obsahu vody na výh evnost
je zna n prom nný – od 10 do 80 % obsah vody v biomase ovliv uje
výh evnost teplotu spalování objem vzniklých spalin teplotu rosného bodu spalin dosažitelnou ú innost kotle
9
Závislost výh evnosti biomasy na obsahu vody
11
10
Závislost ú innosti kotle na vlhkosti biomasy
12
2
29.4.2016
Závislost teploty nechlazeného plamene na vlhkosti biomasy
Spalovací technologie vhodné pro energetické využití biomasy
spalovací technologie
ve vrstv na roštu fluidní
samostatné spalování v p vodním stavu možné do W ~ 50 (55) % spoluspalování biomasy s uhlím
ve fluidních kotlích v práškových kotlích
13
Malé zdroje
RU NÍ P IKLÁDÁNÍ
Kotle na pelety 15 až 100 kW automatizované p ikládání i provoz
14
Malé zdroje
SAMO INNÉ P IKLÁDÁNÍ
Retortový ho ák na pelety
1. ovládací a indika ní jednotka s displejem 2. mikroprocesor ízeného spalovacího automatu 3. spalovací komora z vysoce legované oceli 4. dví ka spalovacího prostoru 5. popelník 6. volitelná technologie pro stla ování popela 7. spalování se spodním p ívodem s retortou z nerezové oceli 8. oplášt ní kotle 9. odhlu n ný zásobník se sací turbínou 10. tepelná izolace kotle 11. istící mechanizace 12. oplášt ní kotle
3
29.4.2016
Kotle na pelety 15 až 100 kW
Briketovací linka
Výhody
velmi vysoká ú innost 85 až 92 % automatizovaný bezobslužný provoz p ikládání s periodou n kolika desítek hodin možnost napojení kotle na pokojový termostat kvalitní spalování s dobrou regulací výkonu
1. p ihrnovací šnek 1.1. vibra ní dopravník 1.2. pásový dopravník 2. vibra ní t ídi 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 seka ka 6.1. vibra ní dopravník 6.2. pásový dopravník 7. elektrický rozvad hlavní 7.1. elektrický rozvad kotle 7.2. elektrický rozvad materiálu
Nevýhody
drahé palivo
19
Briketovací lisy
20
Brikety
Peletování
Peletovací lisy Granula ní lis s prstencovou matricí
Granula ní lis s talí ovou matricí
4
29.4.2016
Roštový kotel na slámu 5 MW
Roštové kotle na spalování biomasy kotel s p esuvným roštem
kotel s p esuvným roštem 25
Roštové kotle na spalování biomasy
26
Roštové kotle na spalování biomasy
kotel se sklopným roštem
vibra ní rošt
27
Spalovací za ízení Biopower s podsuvným roštem
28
Bo ní ez kotlem
5
29.4.2016
Fluidní kotle
se stacionární fluidní vrstvou
Parní turbína Siemens pro blok Biopower Pr tok páry Tlak / teplota páry Tlak v odb ru Výstupní tlak Výstupní teplota Elektrický výkon
s cirkulující fluidní vrstvou
21.7 t/h 62 bar / 480 °C 1.3 bar 0.11 bar 47 °C max 5500 kW
32
Spoluspalování biomasy s uhlím
Možnosti spoluspalování biomasy
Motivace Ekologická
Roštová ohništ
snížení dopad t žby uhlí a produkce emisí z jeho spalování
Ekonomická
úspora emisních povolenek CO2 výroba dotované elekt iny
Prášková ohništ
Existen ní
omezení rizika plynoucího z možného nedostatku uhlí na trhu v d sledku omezování t žby
umož ují spoluspalování biomasy s uhlím až do cca 30% tepelného p íkonu kotle bez v tších úprav spoluspalování je již realizováno na mnoha jednotkách p imícháváním do stávajících dopravních tras nebo instalací separátních dopravních tras v tšinou byla nutná realizace úpravy vstupu paliva na rošt kotle použitelná pro spoluspalování biomasy jsou nutné pom rn rozsáhlé úpravy palivových tras a spalovacího za ízení realizovatelné úpravy pro spalování až 20% tepelného p íkonu kotle v biomase.
Fluidní ohništ
vhodná pro spoluspalování biomasy do 30 % tepelného p íkonu nezbytné úpravy se týkají palivového hospodá ství úprava spalovacího za ízení kotle obvykle není nutná
33
34
Možnosti spoluspalování biomasy v práškových ohništích
Popis doporu ovaných úprav stávajících za ízení pro spoluspalování biomasy – palivové hospodá ství Palivové hospodá ství je vhodné odd lit od stávajícího Je t eba ešit následující technologické procesy: P íjem paliva do areálu zdroje
Kontrola kvality (odb r vzork , m ení vlhkosti) Registrace množství (vážení)
Vykládka Skladování Homogenizace Zakládání do vn jších palivových cest Transport po vn jších dopravních cestách Transport vnit ními dopravními cestami v koteln zdroje Transport do spalovacího za ízení kotle
35
spalováním na roštu, který by byl dodate n instalován do výsypky ohništ práškového kotle samostatnými ho áky, které by byly zaúst ny pod úrove hlavních práškových ho ák spalováním/zplynování v samostatné komo e, z níž by byly spaliny/plyn zavedeny do ohništ práškového kotle
36
6
29.4.2016
Popis úprav stávajících práškových ohniš pro spoluspalování biomasy
Popis úprav stávajících práškových ohniš pro spoluspalování biomasy (2)
• výsypka kotle nahrazena roštem • bio a TAP p ivád no pod práškové ho áky • k jejich ho ení dochází p evážn na roštu • p íklad realizace: Teplárna Zvolen (SR) spoluspaluje d evní št pku do 30% p íkonu kotle.
• bio p ivád no práškovými ho áky • k jejich ho ení dochází p evážn v prostoru • do výsypky kotle umíst n doho ívací rošt
37
38
P íklad realizace
Popis úprav stávajících práškových ohniš pro spoluspalování biomasy a TAP (3)
Teplárna Zvolen
• p vodn práškový kotel na hn dé uhlí 13,5 MJ/kg • dopln n pásový rošt pro spoluspalování st pky • výkon 108 MW / 160 t/h • pára 540 °C / 13,5 MPa • pom r uhlí : št pka • min. 85 : 15 % • max. 70 : 30 %
• zplynování bio/TAP ve fluidním generátoru • spalování plynu v práškovém kotli pomocí dodate n instalovaných plynových ho ák
39
P íklad realizace Teplárna Zvolen
P íklad realizace Teplárna Zvolen
• provozní výsledky r. 2008 denní zásobníky št pky
skládka št pky
7
29.4.2016
P íklad realizace
Popis úprav stávajících fluidních kotl pro spoluspalování biomasy
MONDI Št tí
• p vodn práškový kotel na hn dé uhlí • p estav n na fluidní kotel na spoluspalování k ry • výkon 220 t/h • pára 535 °C / 9,15 MPa • pom r uhlí : k ra • min. 100 : 0 % • max. 30 : 70 % (100 % k ry na nižší výkon)
Požadavky na úpravy pro spoluspalování biomasy jsou u v tšiny uhelných fluidních kotl minimální. Biomasu není vhodné dopravovat spole nými dopravními cestami se základním palivem – je nutné budovat separátní dopravní trasy. Biomasa musí být zavedeny do spodních partií fluidního lože, p i zavedení na hladinu by mohlo docházet k úletu z vrstvy a k nedopalu. Provozní zkoušky na kotli elektrárny Tisová nazna ily možnost spoluspalování biomasy na úrovni 35% jmenovitého p íkonu kotle. Je nutné realizovat další spalovací zkoušky dlouhodob jšího charakteru.
44
Vliv úprav a zm ny paliva na provoz kotl Provozní zm ny vyplývají z odlišných vlastností uhlí a biomasy
jiná výh evnost
výrazn vyšší podíl prchavé ho laviny
biomasa dle obsahu vody 8 až 12 MJ/kg
z provedených úprav spalovacího za ízení
Energetické využití mokré biomasy
velmi individuální obvykle dojde ke zm n rozložení teplot v ohništi a v celém kotli
možný dopad na ú innost, výkon kotle a parametry páry
zdroj kvalitní, snadno dostupné biomasy za íná být nedostatek k dispozici jsou mén kvalitní formy biomasy mající vysokou vlhkost p ed spalováním je t eba obsah vody v mokré biomase snížit
45
46
Sou asné ešení sušek
Zp soby snížení obsahu vody v biomase
sušky mohou být ešeny jako: kontaktní (sušená hmota a sušící médium jsou odd leny výh evnou plochou) konvektivní (sušená hmota je obtékána sušícím médiem) v provedení
Snížení obsahu vody p ed p ívodem do kotle lze dosáhnout
mechanickým odvodn ním, sušením, p ípadn kombinací obou zp sob .
Mechanické odvodn ní biomasy lze provád t
lisováním odst e ováním je možné docílit hrani ního obsahu vody kolem 65%.
bubnovém proudovém fluidním
Zdrojem tepla pro sušení m že být odpadní teplo z technologie, které by bylo p evedeno do vzduchu spaliny získané spalováním ušlechtilého paliva jen pro ú ely sušení spaliny odvedené z kotle spalujícího ízky.
sušení jeví jako jediná sch dná alternativa 47
48
8
29.4.2016
Bubnová sušárna
Bubnová sušárna
49
50
Otev ená spalinová konvektivní suška
Otev ená spalinová konvektivní suška
Platí : Teplo využité v kotli p i spalování biomasy bez ohledu na stupe jejich vysušení bude p ibližn konstantní a bude záviset pouze na teplot spalin za suškou a p ebytku vzduchu ve spalinách Teplota spalin za suškou bude ve všech p ípadech stejná, nebo spaliny za suškou budou mít vždy vlhkost ur enou vlhkostí použité biomasy Lepší stupe vysušení p isp je ke zvýšení teploty v ohništi, což
zvýší teplotní potenciál tepla uvoln ného v kotli zlepší podmínky pro vzn cování a spalování biomasy.
Vyšší stupe vysušení bude vyžadovat v tší množství tepla na sušení, tedy i vyšší teplotu spalin odebíraných z kotle do sušky => sušení vlastními spalinami usnad uje spalování biomasy, avšak nep ispívá k energetické úspo e
51
Ob h s regenerací tepla v palivu
52
Potenciální zlepšení ú innosti
p eh átá pára spaliny z kotle vysušená biomasa
1 7
Popis schématu : 1 parní kotel s p eh ívákem
2 3 4 5 6 7
odb rová kondenza ní turbína elektrický generátor suška pro sušení biomasy kondenzátor kondenzátní erpadlo napájecí erpadlo
odpa ená vlhkost z biomasy
2
4
2
3
kondenzát pára z turbíny
vlhká biomasa
5 6
53
54
9
29.4.2016
Relativní zvýšení výroby elekt iny
Parní suška na biomasu - prototyp
55
56
10
