KOMPAKTNÍ KOTEL NA BIOMASU
Břetislav JANEBA, Jan HRDLIČKA, Aleš RIEMEL ÚSTAV MECHANIKY TEKUTIN A ENERGETIKY FS ČVUT v Praze
ÚVOD Spalování biomasy a vývoj lidské civilizace Vzrůstající tempo potřeby tepla Využívání fosilních paliv (ropa, zemní plyn, uhlí) Návrat k biomase Funkční celky parní kotlů: a) Spalovací zařízení b) Tlakový systém výměníků tepla (spaliny – voda)
Technologické trendy při vytápění pevnými palivy 2010, Blansko
listopad 2010
Spalovací zařízení pro biomasu Odlišnosti proti spalovacím zařízením pro fosilní paliva: Odlišné fyzikální vlastnosti → problémy skladování a transportu biomasy Vyšší podíl a složení prchavého podílu → odlišný způsob přívodu vzduchu proti fosilním palivům Vyšší vlhkost biomasy → problém sušit či nesušit před spalováním Adiabatická ohniště Technologické trendy při vytápění pevnými palivy 2010, Blansko
listopad 2010
Systém tlakových výměníků Tvoří je ohřívák vody, výparník a přehříváky Výparník je nejvýznamnější výměník – koncepčně řešen jako: VELKOPROSTOROVÝ nebo VODOTRUBNÝ
VELKOPROSTOROVÉ VÝPARNÍKY Plamencové, žárotrubné a kombinované
Charakteristika kotlů s velkoprostorovými výparníky: Těžký Dražší než s vodotrubným výparníkem Má potíže s umístěním přehříváku Větší akumulace vhodnější pro ušlechtilá paliva Technologické trendy při vytápění pevnými palivy 2010, Blansko
listopad 2010
Systém tlakových výměníků Kotel s žárotrubným výparníkem
Technologické trendy při vytápění pevnými palivy 2010, Blansko
listopad 2010
Systém tlakových výměníků Kotel s vodotrubným výparníkem
Přirozený oběh
Nucený oběh
Technologické trendy při vytápění pevnými palivy 2010, Blansko
listopad 2010
Vodotrubné výparníky
Vodotrubné výparníky s přirozeným a nuceným oběhem (La Mont) Podmínka spolehlivé funkce vodotrubného výparníku: → dostatečně intezivní pohyb parovodní směsi, zachování vodního filmu na stěně trubek Je nutno zachovat minimální nutný objemový podíl vody (řádově 20% v parovodní směsi), resp. maximální přípustný objemový podíl páry β Přepočet na hmotnostní podíl x, resp. cirkulační číslo
x ⋅ v ´´ β= ´ v + x ⋅ v ´´ − v
(
)
x=
β v ´´ β + (1 − β ) ⋅ ´ v
Technologické trendy při vytápění pevnými palivy 2010, Blansko
listopad 2010
Objem. podíl páry, cirkulační číslo Mezní objemový podíl páry v homogenní parovodní směsi na konci varnice Volba cirkulačního čísla pro přirozený oběh na základě poměru ß p [MPa]
C [-]
0,5
49
1,0
31,3
2,0
20
3,0
15,8
4,0
13,4
Technologické trendy při vytápění pevnými palivy 2010, Blansko
listopad 2010
Důvody vzniku výparníků La Mont
Nespolehlivost přirozeného oběhu při velmi vysokém tlaku a malé konstrukční výšce
Optimalizace návrhu výparníků La Mont pro vysoké a nízké tlaky Optimalizace návrhu výparníků La Mont: Vhodná rychlost vody Cirkulační číslo jako fce. Tlaku Cílem je: Dosáhnout spolehlivé funkce Nízké ceny Nízké spotřeby (příkonu) napájecího čerpadla Technologické trendy při vytápění pevnými palivy 2010, Blansko
listopad 2010
Doporučené hodnoty parametrů Volitelné hodnoty při návrhu kotlů La Mont Parní výkon Mp [t.h-1]
2 až 300 (650) 650
Celková tlaková ztráta ∆p [MPa]
0,25 až 0,3
Výhřevná plocha [m2]
1 500 m2 i více
Vstupní rychlost vody w0 [m.s-1]
1 až 1,5
Tlak p [MPa]
0,1 až 13,0 (17)
Průměr clonky [mm]
8 až 12
Vnější Ø trubek d2 [mm]
32, 38
Nejvyšší tlaková ztráta 0,1 MPa varnice ∆p [Mpa]
Délka varnic L [m]
20 až 40
Cirkulační číslo [-]
5 až 8
Tlaková ztráta clonky ∆pcl [MPa]
Minimální jako ∆pvar
Technologické trendy při vytápění pevnými palivy 2010, Blansko
listopad 2010
Konfigurace výparníkových trubek Pro výparníky La Mont
Technologické trendy při vytápění pevnými palivy 2010, Blansko
listopad 2010
Správná volba parametrů Příklad volby parametrů u kotlů La Mont ∆p = 0, 4 ⋅
Pč =
ρ ´2 ⋅ S ⋅ w03 p ⋅ M p ⋅C
M p ⋅ C ⋅ ∆p
ρ ⋅ ηč ´
2
[ Pa ]
S ⋅ ρ ´ ⋅ w03 = 0, 4 ⋅ p ⋅ηč ⋅ C
[W ]
Příkon čerpadla pro kotel 4 t/h a 1,0 MPa, a) Při C= 30 a wo = 0,8 m/s je 1,3 kW b) Při C = 5 a wo = 1,0 m/s je 16 kW Technologické trendy při vytápění pevnými palivy 2010, Blansko
listopad 2010
Závěry 1) 2)
3) 4) 5)
Metodika návrhu výparníků typu La Mont je známa a prakticky ověřena Koncepce výparníku La Mont umožňuje volnější koncepční a konstrukční řešení kotle s použitím jednoduchých prvků, které nejsou výparníku s přirozeným oběhem přípustné, jako jsou např. horizontální hady Výparní jsou lehčí a tudíž investičně levnější než výparníky s přirozeným oběhem Kotle s výparníky La Mont jsou z hlediska výkonu regulačně pružné, mají kratší dobu startu avšak menší akumulaci Krytí kolísavého odběru musí být řešeno výkonově pružným spalovacím zařízením Technologické trendy při vytápění pevnými palivy 2010, Blansko
listopad 2010
DĚKUJI ZA VAŠI POZORNOST
Kontakty na autory: Email:
[email protected] Tel: +420-22435-2526 Email:
[email protected] Tel: +420-22435-2535 Email:
[email protected]
