KOTLE MALÝCH VÝKONŮ PRO SPALOVÁNÍ BIOMASY

Adam Dufek Kotle na spalování biomasy 22.5.2008 ___________________________________________________________________________ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV ENERGETICKÉHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF ENERGETIC ENGINEERING

KOTLE MALÝCH VÝKONŮ PRO SPALOVÁNÍ BIOMASY. KETTLE - DRUMS SMALL ACHIEVEMENTS FOR COMBUSTION BIOMASS

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR´S THESIS

AUTOR PRÁCE

ADAM DUFEK

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE

Doc., Ing. JIŘÍ POSPÍŠIL, Ph.D.

SUPERVISOR

________________________________________________________________________ - 1 -.

Adam Dufek Kotle na spalování biomasy 22.5.2008 ___________________________________________________________________________

Abstrakt Kotle pro spalování biomasy se stávají moderním trendem pro vytápění jak velkých objektů, hal, tak i rodinných domků z hlediska úspory a menších pořizovacích nákladů.

Abstract From the point of view of lower acquitition costs tangential tanks for biomass combustion have become a modern trend for both large buildnigs, halls and houses heating. Klíčová slova biomasa, kotel, peleta, dřevo, energie Key words Biomass, boiler, pellet, wood, energy

Bibliografická citace mé práce: Dufek Adam, Kotle malých výkonů pro spalování Biomasy : Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2007. 48 s. Vedoucí bakalářské práce doc.Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.

________________________________________________________________________ - 2 -.


Prohlášení

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma „ Kotle malých výkonů pro spalování biomasy“ , vypracoval samostatně, s použitím odborné literatury a pramenů uvedených na seznamu, který tvoří přílohu této práce.

Jméno a příjmení : Adam Dufek Datum: 21.04.2008

Podpis:

________________________________________________________________________ - 3 -.


Obsah: Úvod ........................................................................................................................................4 1. Základní pojmy v oblasti kotlů na biomasy .………........................................... .5 1.1 Biomasa……………………………………………………………………… .5 1.1.1 Dělení biomasy podle obsahu vody………………………………………..5 1.2 Energetické rostliny………………………………………………………….. 5 1.2.1 Vlastnosti energetických plodin…………………………………………. .6 1.2.2 Energetické byliny………………………………………………………....6 1.2.3 Druhy energetických rostlin……………………………………………….7 1.2.4 Přepočtová tabulka pro různé „metry“ dřeva…………………………….7 1.3 Odpadní biomasa………………………………………………………….......8 2. Využití biomasy pro energetické účely………………………………………….8 2.1 Spalování………………………………………………………………………9 2.1.1 Procesy probíhající při spalování…………………………………………9 2.1.2 Pyrolytické spalování……………………………………………………...9 2.2 Vliv vlhkosti na výhřevnost paliva…………………………………………...10 2.3 Emise………………………………………………………………………....11 3. Zpracování biomasy pro energetické účely:…………………………………....11 3.1 Kusové dřevo………………………………………………………………....11 3.1.1 Vlastnosti kusového dřeva………………………………………………..12 3.2 Dřevní štěpka………………………………………………………………...12 3.3 Pelety………………………………………………………………………....12 3.3.1 Kvalita pelet……………………………………………………………...13 3.3.2 Vlastnosti pelet…………………………………………………………...14 3.3.3 Výhody pelet……………………………………………………………...14 3.3.4 Nevýhody pelet…………………………………………………………...14 3.4 Biobrikety……………………………………………………………………14 3.4.1 Vlastnosti Biobriket………………………………………………………15 4. Přehled typů kotlů malých výkonů pro spalování biomasy………………….15 4.1 Základní dělení……………………………………………………………….15 4.1.1 Klasické kotle …………………………………………………………….15 4.1.2 Automatické kotle…………………………………………………………16 4.1.2.1 Teplovodní kotle na pelety…………………………………………….16 4.1.2.2 Typy hořáků pro dřevěné pelety……………………………………….16 4.1.2.3 Hrncový hořák………………………………………………………...17 4.1.2.4 Hořák „Talířový“ se spodním přívodem paliva……………………...18 4.1.2.5 Podsuvný hořák s retortou…………………………………………….18 4.1.2.5 Zařízení proti zpětnému prohoření……………………………………19 4.1.2.7 Dopravní systémy a skladní pelet……………………………………..19 4.1.3 Pyrolycké kotle……………………………………………………………22 4.1.3.1 Teplovodní kotel na dřevo…………………………………………….23 5. Srovnání kotlů na biomasu od různých výrobců……………………………..24 5.1 Automatické kotle na pelety………………………………………………….24 5.2 Zplyňovací kotle……………………………………………………………...28 5.3 Klasické kotle………………………………………………………………...30 6. Využití biomasy nebo zemního plynu na vybraném objektu………………...32 6.1 Popis vybraného oběktu……………………………………………………...32 ________________________________________________________________________ - 4 -.

Adam Dufek Kotle na spalování biomasy 22.5.2008 ___________________________________________________________________________ 6.1.1 Výpočty stávajícího plynového kotle………………………………………….33 6.1.2 Návrh kotle spalujícího pelety pro tento objekt………………………....34 6.1.2.1 Návratnost kotle na pelety…………………………………………...36 6.1.3 Návrh kotle spalujícího kusové dřevo pro tento objekt………………….37 6.1.3.1 Návratnost kotle na kusové dřevo……………………………………40 6.1.4 Státní fond životního prostředí…………………………………………..40 Závěr………………………………………………………………………………...41 Seznam použité literatury………………………………………………………….43 Seznam použitých zkratek…………………………………………………………45

________________________________________________________________________ - 5 -.


Úvod: Kotle na biomasu se stávají vyhledávaným zdrojem tepelné energie vzhledem k zvyšujícím se cenám zemního plynu, černého uhlí, hnědého uhlí a elektřiny. Oproti těmto palivům je dřevo stále levné a kotle, které tato paliva spalují, mohou být při dosažení jistých parametrů dotovány státem. Obsah této práce je především zaměřen na stručný přehled kotlů na spalování biomasy různých firem, které produkují tyto kotle na českém trhu. Zabývá se jejich konstrukcí, vlastnostmi a využitím jako ústředního topidla pro ohřev TVU a samotného vytápění rodinných domů. Zahrnuje dále jednotlivá odvětví biomasy z nichž se vyrábí palivo, zejména jeho zpracování, vlastnosti a procesy při hoření. Jsou zde zaznamenány orientační výpočty pro návratnost při přechodu ze zemního plynu na biomasu.

________________________________________________________________________ - 6 -.


1. Základní pojmy v oblasti kotlů na biomasy: 1.1 Biomasa: Biomasa je pojem, o kterém se v poslední době často hovoří a to jak u nás, tak i v Evropské unii. Obecně se o biomase pojednává jako o hmotě, kterou lze využít v různých formách jako obnovitelný zdroj energie. Pro tuto práci nás bude zajímat především pevná biomasa z hlediska získávání tepelné energie pomocí procesu spalování. Pevná biomasa je nejjednodušší, nejznámější a nejméně investičně náročný způsob dosažení tepelné energie ze všech dosud známých forem. Biomasa vzniká díky dopadajícímu slunečnímu záření. Jde tedy o hmotu organického původu. Avšak pro růst biomasy nestačí jen sluneční záření a oxid uhličitý, ale také minerály, přiměřená teplota a voda. To, kolik uhlíku je rostlinou pohlceno z atmosférického oxidu uhličitého a přeměněno na biomasu, udává tzv. čistá primární produkce. Pomocí čisté primární produkce můžeme posoudit, která rostlina je vhodná z hlediska výnosu biomasy. Druh porostu Deštný prales Tropický prales Středoevropský les Savana Zemědělská půda

Produkce []kg / m 2 2,2 1,6 1,2 0,9 0,7

Obr.1 . – [-] Vytápění biomasou je nejstarší a nejvíce rozšířený způsob. Již dlouhou dobu je známo topení dřevem a dřevo také patří mezi jednu z forem tuhé biomasy. Z důvodu stálého stoupání cen paliv pro vytápění, jsou lidé nuceni hledat nejlevnější palivo. V této době je jím biomasa. Pro energetické účely se setkáváme s dvěma skupinami biomasy. První skupinu zastupují cíleně pěstované energetické plodiny. Druhou skupinu tvoří veškerý odpad organického původu. 1.1.1 Dělení biomasy podle obsahu vody: Suchá - zejména dřevo a dřevní odpady, sláma a další suché zbytky z pěstování zemědělských plodin. Lze ji spalovat přímo, případně po dosušení. Mokrá - zejména tekuté odpady, jako kejda, další odpady ze živočišné výroby a tekuté komunální odpady. Nelze ji spalovat přímo, využívá se zejména v bioplynových technologiích. Speciální biomasa - olejniny, škrobové a cukernaté plodiny. Využívají se ve speciálních technologiích k získání energetických látek - zejména bionafty nebo lihu.

1.2 Energetické rostliny: Tímto výrazem se nazývají především rostliny, které jsou určeny pro energetické využití. Energetické plodiny lze pěstovat na pozemcích s různým stupněm úrodnosti, včetně rekultivovaných půd a v hojném počtu i na zemědělsky obdělávaných půdách. K pěstování ________________________________________________________________________ - 7 -.

Adam Dufek Kotle na spalování biomasy 22.5.2008 ___________________________________________________________________________ pevné biomasy není nutno rozsáhlých ploch. Růst těchto rostlin lze realizovat i na menších prostranstvích vhodně začleněných do krajiny, které jsou méně úrodné a pro zemědělské účely zcela nevyužitelné. V jistých případech se však nevylučuje pěstování v nížinatých oblastech na úrodné půdě. V těchto oblastech záleží výhradně na místní spotřebě topné biomasy. Nejvhodnější, rychle rostoucí dřeviny (RRD) jsou platany, topoly (černý, balzamový), pajasany , akáty, olše a zejména vrby , které jsou vhodné hlavně pro hydromorfní půdy podél tečících vod, kde lze pěstovat i domácí topol černý. Obvyklá doba růstu je 2 až 8 vegetačních období a životnost plantáže je 15 -20 let. V zásadě můžeme jakoukoli plodinu využít energeticky, ale významné pro energetiku jsou jen ty s určitými vlastnostmi. 1.2.1 Vlastnosti energetických plodin: Plodiny by měly mít velký obsah sušiny a malé procento vlhkosti v době sklizně. Dále dobrou účinnost přeměny oxidu uhličitého na biomasu a tím tedy vysokou primární produkci. Také vysokou výhřevnost s nízkým obsahem popeloviny.Výhřevnost suché biomasy se pohybuje v rozmezí 12 -19 MJ / kg . Z hlediska pěstování na neúrodných půdách by měli být nenáročné na živiny, vodu a odolné proti nejrůznějším chorobám či škůdcům. 1.2.2 Energetické byliny:

Tab. 1. – Energetické rostliny [1.]

________________________________________________________________________ - 8 -.


1.2.3 Druhy energetických rostliny:

Tab. 2. – Energetické rostliny [2.]

1.2.4 Přepočtová tabulka pro různé „metry“ dřeva:

Tab. 3. – Přepočty [2.]

________________________________________________________________________ - 9 -.


1.3 Odpadní Biomasa: Odpadní biomasou myslíme biomasu, která byla dříve člověkem využita na jiné účely než na výrobu tepelné energie. Do odpadní biomasy spadá mnoho průmyslových odvětví: 1. Rostlinné odpady ze zemědělství a údržby krajiny - tato oblast zahrnuje především zbytkový materiál jako je řepková a kukuřičná sláma, obilniny, odřezy ze sadů a vinic, zbytky z údržby krajnic silnic, náletových dřevin a krajinných ploch. 2. Odpady po těžbě dřeva - do téhle skupiny patří lesní štěpka, tj.vrcholová část stromů, větve do malé tloušťky. Dále to jsou šišky, pařezy, nestejné odřezky kmenových částí stromů a kořeny. 3. Odpady z dřevozpracujícího průmyslu – Jedná se o zbytky dříví, jež vznikly při primární mechanické úpravě krajiny, odřezky řeziva, zbytky po loupání a krájení dřeva, piliny a hobliny. 4. Odpady z potravinářských výrob – sem patří odpad z provozů lihovaru, jatek, mlékáren a cukrovarů. 5. Komunální organický odpad 6. Odpady z živočišné výroby – vedlejší produkty jako je hnůj, zbytky krmiva, opady z příbuzných zpracovatelských kapacit.

2. Využití biomasy pro energetické účely: Biomasa je jedním z nejstarších zdrojů energie. Používání dřeva pro vytápění objektu je celkem jednoduché a není zapotřebí nijak zvláště složitých technologií. Z hlediska ekologie je spalování biomasy velice šetrný proces. Biomasa je obnovitelným zdrojem s nízkým obsahem síry, který neznečišťuje životní prostředí.

Obr. 12. – Využití biomasy [2.]

________________________________________________________________________ - 10 -.


2.1 Spalování: Spalovat lze téměř jakoukoli biomasu, ale musí byt splněny určitá kritéria. Do těchto kritérií velkou mírou zasahuje procentuální obsah vody v palivu, vhodná velikost a vhodně použitá technologie zařízení na spalování.

2.1.1 Procesy probíhající při spalování : V první fázi procesu dojde k odpařování vody ze dřeva. Špatná vodivosti tepla u dřeva a vysoké výparné teplo vody způsobuje u dlouhých a velkých kusů odpařování vody i dlouho potom, co dřevo na povrchu vzplane a hoří. Tento jev můžeme vidět u otevřeného ohniště ve formě odcházející páry (bílé obláčky). Odpařování vody spotřebovává mnoho tepla a efektivně dřevo chladí, což je z hlediska účinnosti negativní. Po odpaření se teplota značně zvedne a začne se uvolňovat větší množství prchlavé hořlaviny. Dřevo je typické palivo, při jehož hoření se uvolňuje velké množství plynných látek (75 – 85 %). Spolu s prchlavými hořlavinami dochází k tepelnému rozkladu ( pyrolýza ) jednotlivých látek dřeva. Směsi těchto plynů nesou více než polovinu energie dřeva a na roštu zůstává uhlík v pevné formě. Plynné látky hoří mezi roštem a komínem, proto dřevo hoří tzv. dlouhým plamenem. V této fázi hoření nedojde ke spálení veškerých hořlavých plynů, protože zde není dostatek kyslíku přiváděného pod roštem (primární vzduch) a ani dostatečná teplota. Pokud je přívod vzduchu pod roštem velký, plamen je příliš ochlazován. Naopak pokud je přívod vzduchu malý, nedojde k úplné oxidaci. Pod rošt se přivádí menší část kyslíku. Primární vzduch tvoří okolo 40% celkového objemu potřebného vzduchu, který slouží k okysličení pevných zbytků na roštu a regulaci výkonu kotle v poměrně širokém rozsahu. Sekundární vzduch, jež tvoří zbylých 60%, se přimíchává do proudu unikajících hořlavých plynů, aby zajistil jejich dohoření. Pro účinnost je velmi důležité, aby došlo ke spálení veškeré prchlavé hořlaviny. U malých kotlů starší výroby bylo složité z hlediska konstrukce tuto podmínku úspěšně dodržet, proto se v posledních 20 letech začalo využívat tzv. pyrolytické spalování.

2.1.2 Pyrolytické spalování: Pyrolytickým spalováním dosahujeme větších účinností s malou produkcí škodlivých emisí. Topeniště kotlů na bázi pyrolytického spalování jsou konstrukčně rozděleny na 2 části. Ve vrchní části spalovací komory je umístěno kusové dřevo. Zde dochází za nízkého přístupu vzduchu k odpaření vlhkosti, těkavých látek a částečnému hoření dřeva. Vzniklé plyny pomocí navržené keramické trysky odchází do spodní části. V keramicky vyložené komoře, za přístupu sekundárního vzduchu, hoří plyny plamenem okolo 1000 °C a tím se zaručí vysoká účinnost s nízkými emisemi.

obr. 5. – Pyrolytický kotel [3.] ________________________________________________________________________ - 11 -.


2.2 Vliv vlhkosti na výhřevnost paliva: Vlhkost u dřeva je velice nežádoucí jelikož jeho obsah má veliký vliv na výhřevnost. V první fázi spalování dojde k vysychání a tím se spotřebovává větší podíl energie nežli u jiných paliv. Výhřevnost dřeva je srovnatelná s HU. U rostlinných paliv však kolísá podle druhu a vlhkosti, na kterou jsou tato paliva citlivá. Přirozená vlhkost dřeva je vysoká, za normálních podmínek se pohybuje v rozpětí 20 – 60%. Pro spalování dřeva lze doporučit vlhkost 20 %. Vlhkosti 20% dosáhneme běžným skladováním (půl až jeden rok) za působení proudu vzduchu nebo na osluněných skládkách. Je mnoho dalších zdrojů, které lze v určitých obdobích využít pro sušení. Například v některých oblastech Rakouska v letních obdobích využívají zbytkového tepla z kogenerace nebo zbytkové teplo ze solárního přitápění bazénu, kdy se do skladiště zamontuje jednoduchý ventilátor s výměníkem voda - vzduch. Také existuje metoda tzv.transpirační vysychání, která je uplatněna ve Skandinávských státech. Princip metody spočívá v tom, že se pokácené stromy ponechají s větvemi až do úplného opadu jehličí (listí). Vlivem asimilačního aparátu strom vytranspiruje vnitřní vlhkost na méně než 30% u břízy, 40% u smrku. Dřevěné brikety mohou mít relativní vlhkost od 3 do 10 %, podle kvality lisování. Pro spalování štěpek je optimální vlhkost 30-35 %. Jsou-li štěpky příliš suché, proces hoření má explozivní charakter a mnoho energie uniká s kouřovými plyny do atmosféry. Při vyšší vlhkosti okolo 50 - 60% se mnoho energie spotřebuje na její vypaření a spalování je nedokonalé.

Obr. 13. – Vliv vlhkosti v biomase [4.]

________________________________________________________________________ - 12 -.


2.3 Emise: Při spalování biomasy se do ovzduší dostává minimum znečišťujících látek. O některé látky je třeba se zajímat více, o některé méně. Menší pozornost lze věnovat kysličníku uhličitému, dusíku, popelu a popílku. Důraz se klade na škodlivé látky jako je kysličník uhelnatý (CO), oxidy dusíku (NOx), nespálené částice (saze), neprohořelé uhlovodíky (CxHx), které jsou důkazem nekvalitního paliva a špatně fungujícího kotle, hořáku, topeniště nebo dohořívajícího prostoru. Při správném nastavení kotle odchází do ovzduší jen malé množství škodlivin. Biomasa je neutrální z hlediska produkce CO2 , jelikož při spalování vyprodukuje stejné množství CO2 které spotřebovala na svůj růst. Koncentrace CO ve spalinách závisí na koncentraci vody v palivu. U kotle na pelety o výkonu 15 kW je CO ve spalinách v přepočtu na teplo 9 mg / MJ, nebo-li 33 mg / kWh. Koncentrace NOx ve spalinách se vyskytuje také jen v malém množství. Oxidy dusíku vznikají při každém spalování, kde se používá atmosférický vzduch, a jejich množství závisí na kvalitě spalování a zejména na teplotě. Kvalita spalování je velmi důležitá, neboť při nedokonalém spalování způsobeném nedostatkem sekundárního vzduchu nebo předčasným ochlazením spalin, vznikají škodlivé saze, které zatěžují životní prostředí. Nebezpečná síra je obsažena ve slámě (0,1%) a v kůře stromů. Emise nesmí překročit dané limity.

3. Zpracování biomasy pro energetické účely: Různé druhy kotlů, které jsou určeny pro spalování biomasy, mají kladené rozdílné požadavky na velikost paliva.. Nejčastěji se používá kusové dřevo, dřevěné brikety, dřevěné pelety a dřevní štěpka.

3.1 Kusové dřevo: Kusové dřevo se zpracovává příčným řezáním, podélným řezáním nebo štípáním na palivové špalíky. Pro udání množství dřeva se používá několik různých „metrů“ – Přepočtová tabulka (Obr. 4. – [2.]). U malospotřebitelů existuje široká škála zařízení a strojů pro výrobu špalíků. Patří sem malé elektrické či motorové pily, kotoučové pily, které mohou být vybaveny štípacím trnem. Existují také samostatné štípačky na špalky, ale pro domácí potřebu jsou nevýhodné z hlediska vysokých pořizovacích nákladů. Kusové dřevo však nelze využít u zařízení s automatickou dodávkou paliva do topeniště.

Obr. 6. – Štípané dřevo [5.] ________________________________________________________________________ - 13 -.


3.1.1 Vlastnosti kusového dřeva: -

výhřevnost: Qir = 14 MJ / kg při vlhkosti 20% plamen dlouhý zápalná teplota 290 - 350°C max. teplota plamene 1200°C nízký podíl popela – pohybuje se v rozmezí 0,9 – 1,6 % tedy 3 – 5kg popele na 1 m 3

3.2 Dřevní štěpka: Dřevní štěpka je vyráběna zpracováním nestandardních kusů dřeva. Stroje pro zpracování dříví jsou opatřeny noži a protinoži. Podle své osy se proti těmto nožům přivádí dříví. Délku štěpky lze regulovat změnou vzdálenosti mezi nožem a protinožem. Mezi nejvíce využívané patří sekačky bubnové a sekačky diskové. U sekačky bubnové jsou nože umístěny na povrchu rotujícího válce, rovnoběžně s jeho osou. Velikost vstupního otvoru je snadno regulovatelná. Nevýhodou je však zpříčení krátkého dřevního materiálu, který nepřichází kolmo na nože a netvoří malé kousky, ale dlouhé třísky. Disková sekačka je konstruována s noži umístěnými na čelní straně rotujícího disku, který má zároveň funkci setrvačníku. Akumulovaná kinetická energie setrvačníku pomáhá překonávat nerovnoměrnosti v podávání materiálu ke štěpkování. Nevýhodou je malý podávací otvor. Při štěpkování neuspořádaného materiálu musí být zařízení vybaveno lisovacími válci. Disková sekačka je tedy vhodnější pro štěpkování uspořádaného dříví, nebo celých stromů. Rozměry štěpky se pohybují od 1-3 cm. Kotle na štěpku jsou speciálně upraveny a z hlediska malých rozměrů paliva mohou být plně automatické.

Obr. 7. – Dřevní štěpka [5.]

3.3 Dřevní pelety: První kotle na spalování drobného dřeva daly impulz vzniku výroby dřevěných pelet. Výrobní proces peletování se vyvíjí už přes 100 let, kdy byl převzat z potravinářského průmyslu. Základní surovinou pro výrobu pelet bývá zbytkový materiál z dřevozpracujícího průmyslu jako jsou piliny, hobliny, odřezky, obrusný prach a také se využívá materiálu z prořezávek lesa. Výroba probíhá za vysokých tlaků a spolu s obsahem ligninu a pryskyřice ve dřevě zajišťuje soudržnost paliva. Obsah složek ve dřevě:

Obr. 8. – Složky ve dřevě [4.]

________________________________________________________________________ - 14 -.

Adam Dufek Kotle na spalování biomasy 22.5.2008 ___________________________________________________________________________ Někdy se k surovině přidávají 1 - 2 % pomocné organické látky jako je např. melasa nebo škrob. Peletováním vznikl zcela nový druh dřevěného paliva s dobrými vlastnostmi. Technologický postup výroby se skládá z následujících fází: Sušení, mletí, peletování, chlazení, skladování, balení. První fáze, sušení, je nezbytnou součástí u všech druhů dřevní suroviny. U peletování se vysoká vlhkost materiálu musí snížit až na 12 – 14 %. Náklady na energeticky náročné sušení se snižují pomocí rekuperace tepla z odpařené vody. Po vysušení se materiál mele na kladivových mlýnech, aby bylo dosaženo homogenního, stejnorodého a jemného materiálu, který je dopravován do lisu pomocí šnekového, dávkovacího dopravníku. Zpracovaný materiál se před vstupem do peletovacích lisů změkčuje propařením v tzv. kondicionéru a tak jsme schopni snížit tření a ušetřit energii. Ve výrobě se používá lis (obr. 9. – [6.]) s prstenovou matricí nebo s talířovou matricí. Pro vyšší výkony se používají lisy s prstencovou matricí s přesně vyvrtanými dírami. Ve vnitřním prostoru matrice jsou dvě rolny, kterými je materiál protlačován. Na vnější matrice je umístěn nůž zaručující požadovanou délku pelet. Pro nižší výkony se používá lis opatřený plochou talířovou matricí s dírami otáčejícími se na středovém čepu se zabudovanými kónickými rolnami (3 – 4 rolny), které slouží na protlačování materiálu. Pro malá topeniště se nejčastěji vyrábí pelety s parametry: φd = 6 − 8mm s délkou l = 10 − 30mm . Na konci výroby před balením se pelety musí zchladit z důvodu vysokých teplot, které mohou dosáhnout až 90 °C .

Obr. 9. – Peletovací lis [6.]

3.3.1 Kvalita pelet: Kvalitu pelet ovlivňuje především jejich hustota, která má velký vliv na hoření. Čím jsou pelety více lisovány, tím více obsahují energie na jednotku objemu a jejich hoření je kvalitnější.

________________________________________________________________________ - 15 -.


3.3.2 Vlastnosti pelet: -

výhřevnost: Qir = 18 − 19 MJ / kg nízký podíl popele: 0,5-1,5 % použití popela jako zahradního hnojiva vlhkost: 8-10% hustota: větší 1000 kg / m 3 spalné teplo: větší 4,9 kWh / kg

Obr. 10. – Pelety [5.]

3.3.3 Výhody pelet: Velkou výhodou, nejen dřevených pelet, ale všech dřevených paliv je jejich neutralita vytváření CO2 při spalování. Peletky jsou homogenní palivo se zaručeným, nízkým obsahem vody, sypkými a palivářskými vlastnostmi. Jelikož odběr dřevěných paliv je většinou lokální, cena za dopravu tvoří jen nepatrnou část ceny v celkové ceně paliva. Na převoz pelet nejsou kladeny větší požadavky z hlediska bezpečnosti, protože nepředstavují nebezpečí jako například LTO, nebo nafta. Vzhledem ke své vysoké energetické hustotě a vysoké měrné hmotnosti lze pelety, oproti ostatním pevným biopalivům, uskladnit v menších skladovacích prostorech. Mohou být uskladněny i venku v nádržích na LTO bez pravidelných bezpečnostních prohlídek, které jsou prováděny při skladování LTO. Další výhodou jsou nižší výrobní náklady než u fosilních paliv.

3.3.4 Nevýhody pelet: Kompletní investiční náklady celého zařízení pro vytápění rodinného domu peletami převyšují pořizovací náklady pro vytápění LTO, ZP nebo elektřinou. Další nevýhodou je nutnost pravidelného čištění teplosměnných ploch a popelníku.

3.4 Biobrikety: Výchozí surovinou jsou piliny a hobliny z pilařských provozů bez jakýchkoliv chemických pojiv. Odběry pilin jsou realizovány pouze z provozů s prvotním pořezem dřeva, nikdy ne z nábytkářských provozů. Zpracovávaná surovina musí být upravena pomocí vibračního síta tak, aby byla úplně zbavena větších zbytků kůry a štěpky. Oddělením štěpky a kůry získáme po slisování hladký povrch bez pórů, které by snižovaly výhřevnost. Optimální vlhkost pro ________________________________________________________________________ - 16 -.

Adam Dufek Kotle na spalování biomasy 22.5.2008 ___________________________________________________________________________ lisování je 6 – 8 %. Při vyšší vlhkosti by docházelo k narušení celistvosti brikety. Brikety se lisují hydraulickým lisem, který vytváří intenzivnější tlak než lis mechanický. Intenzita tlaku má bezprostřední vliv na hustotu a konečnou výhřevnost dřevěné brikety. Hlavní výhodou briket je dlouhodobé hoření, které dosahuje 180 – 240 min.

Obr. 11. – [7.]: Biobrikety

3.4.1 Vlastnosti Biobriket: -

vlhkost: 6 - 8 % nízký podíl popele: 0,5-1,5 % použití popela jako zahradního hnojiva výhřevnost: 18 - 20 MJ/Kg hustoty brikety: 1100 - 1250 kg/m3.

4. Přehled typů kotlů malých výkonů pro spalování biomasy: 4.1 Základní dělení: V současné době trh nabízí tři typy kotlů pro ústřední vytápění rodinných domků na tuhá paliva: klasické, automatické a zplyňovací. Stejně jako kotle na LTO nebo plyn jsou vybaveny výměníkem spaliny – voda. Tepelný výkon se pohybuje v rozmezí 10 - 30 KW a dá se regulovat od 30 – 100 % pomocí dávky paliva a množstvím vháněného paliva.

4.1.1 Klasické kotle: Klasické kotle jsou nejstarší kotle z výše uvedených typů. Tyto kotle se dále rozdělují podle materiálu z něhož jsou zkonstruovány na plechové a litinové. Kotle jsou schopny pracovat s přirozeným i nuceným oběhem topné vody. Palivem může být HU, ČU, koks, dřevo nebo štěpka a pelety.

Výhody: - nízká pořizovací cena - snadná údržba a obsluha - dobrá účinnost

Nevýhody: - časté ruční přikládání - velká spotřeba energie při chladnutí a následném zatápění ________________________________________________________________________ - 17 -.


4.1.2 Automatické kotle: Z pohledu konstrukce se odlišují od ostatních typů kotlů zásobníkem, z kterého je palivo automaticky dopravováno do ohniště. Dodávky paliva jsou regulovány tak, aby byla udržována konstantní teplota topného média. Elektronicky je řízen jak chod kotle, tak i odtah spalin a přívod vzduchu. Jde zejména o kotle na dřevní stěpku nebo pelety.

Výhody: -

plamen se zapaluje jen jednou do roka automatický chod nízká spotřeba paliva vysoká účinnost možnost připojení akumulační nádrže velký zásobník

Nevýhody: - pořizovací cena je vyšší než u kotlů klasických 4.1.2.1 Teplovodní kotle na pelety: Základním tělesem těchto kotlů bývá svařenec z ocelového plechu o tloušťce 6 – 8 mm. Pokud se jedná o užší stěnu, vyrábí se jako odlitek. V základním tělese je zabudován výměník, odtah spalin do výměníku, spalovací komora a hořák. Pelety se zapalují elektricky pomocí žhavícího drátu nebo horkým vzduchem. Výměník tepla může z části obklopovat spalovací komoru, většinou ale na komoru navazuje tak, aby nedocházelo k ochlazování plamene. K převodu tepla ze spalin se zásadně používá několik paralelních tahů vedoucích do výměníku, abychom teplo rozložili na co největší plochu. Ve výměníku předají spaliny teplo kapalině (v našem případě vodě). Do topného okruhu se montuje čerpadlo z důvodu zajištění proudění teplonosného média a tedy zlepšení přestupu tepla. Ve spalovací komoře je na dně umístěn hořák, jehož velikost musí odpovídat požadovanému tepelnému výkonu a zajišťovat bezproblémové prohořívání použitého paliva. V hořáku jsou zabudovány kanálky přivádějící požadované množství primárního a sekundárního vzduchu. Komora a výměník tvoří vertikálně orientovanou šachtu. Mnozí výrobci zavedli šamotové nebo keramické obložení kolem hořáku a nad ním, z důvodu udržení relativní teploty ve spalovací komoře, která je nutná pro rychlé a dobré odplynění pelet a prohoření spalných plynů i zbylého žhnoucího dřevěného uhlí. Kotle jsou vybaveny pod vnějším pláštěm izolační vrstvou, aby tepelné ztráty sáláním byly minimální.

4.1.2.2 Typy hořáků pro dřevěné pelety: Pro kotle malých výkonů na spalování biomasy se používají tři typy hořáků: 1. hrncový hořák 2. hořák „Talířový“ se spodním přívodem paliva 3. podsuvný hořák s retortou

________________________________________________________________________ - 18 -.


4.1.2.3 Hrncový hořák: Hrncový hořák se používá u kotlů do výkonu 30 kW. Hlavní částí hořáku je hrnec jehož stěna je dvouplášťová. Vnitřní stěna je děrovaná z ohnivzdorné nerezové oceli. Mezi stěny je přiváděn sekundární proud vzduchu. Primární vzduch je přiváděn pod otáčející se roštovou kruhovou desku umístěnou na dně hořáku. Středovým otvorem v kruhové desce vzduch proudí do děrovaného komínku a dále do spalovaných pelet. Při zahájení provozu se přivádí vzduch nad roštovou desku o teplotě 400 °C . Pelety jsou přiváděny na roštovou otáčecí se desku trubkou v daných intervalech. Zde probíhá zplyňování pelet a na roštu zůstávají žhnoucí uhlíky. Otáčení roštu je zajištěno elektromotorem. Popel postupně propadává skrz rošt do popelníku. Sekundární vzduch se přivádí několika otvory v horní části dvojitého pláště hořáku. Vzduch se při proudění pláštěm ohřívá a zlepšuje tak prohořívání spalného plynu z pelet. Výhodou hrncového hořáku, který byl speciálně vyvinut pro kotle malých výkonů na spalování pelet je, že žhavé jádro je malé a tedy dobře regulovatelné s malou produkcí škodlivin. Pelety padají samospádem z určité výšky, takže je zajištěna ochrana proti zpětnému zapálení. Čištění hořáku je možné po vyhasnutí skrze přední dvířka kotle. Nevýhodou hrncového hořáku je spalování především pelet s vysokou kvalitou. Nízká kvalita může způsobit nalepování popele a tedy častější čištění hořáku. Také se objevuje problém s narušováním žhavého jádra nově přicházejícím palivem a tedy i s plynulým odhoříváním.

Obr. 27. – Hrncový hořák [14.]

Obr. 19. – Popis hořáku [-.]

________________________________________________________________________ - 19 -.


4.1.2.4 Hořák „Talířový“ se spodním přívodem paliva: Tento typ hořáku lze použít u kotlů až do 100 kW. Základem hořáku je kruhová deska „talíř“ z odolné ušlechtilé oceli, ve které je provrtáno mnoho otvorů. Pelety přicházejí středovým otvorem zespod na talířek. Přívod pelet zajišťuje dopravní, horizontální trubka, ve které je zabudován otáčecí šnekový dopravník „štokr“. První pelety při hoření vytvoří na desce tzv. žhnoucí kopeček pelet, ve kterém dojde ke zplyňování paliva a později ke konečné oxidaci zbytku žhnoucích pelet. Primární vzduch je vháněn zespod dírami vyvrtanými v talíři. Sekundární vzduch je přiveden přímo do plamene hořících plynů několika otvory v určité výšce nad roštovou deskou v nástavci tvořeném prohořívací rourou vyrobenou z ušlechtilé oceli, keramiky nebo šamotu. Sekundární vzduch je před vstupem do komory ohříván. Přehřátý zapalovací vzduch je přiváděn samostatnou trubkou. K odstranění popele není zapotřebí mechanismu, jelikož propadává samovolně dírkami v roštu do popelníku nebo je vytlačen novým palivem. Výhodou hořáku se spodním přívodem paliva je především rovnoměrné prohořívání přiváděného paliva a automatický odvod popele do popelníku bez použití jakéhokoli mechanismu. Jednou z nevýhod je pomalá regulace tepelného výkonu, dále nutnost zabudování protipožárního zabezpečení do zařízení při spodním přivádění paliva do jádra hoření a tím zabránění možnému zpětnému prohoření až do zásobníku.

Obr. 14. – Talířový hořák [2.]

Obr. 15. – Kotel s talířovým hořákem [8.]

________________________________________________________________________ - 20 -.


4.1.2.5 Podsuvný hořák s retortou: Základním prvkem hořáku je retora vyrobená ze žáruvzdorné litiny. Pelety jsou přiváděny z boku do trychtýřovitě tvořené retory, ve které je instalován zplyňovací hořák s přívodem primárního vzduchu. Do retory je zaveden i přívod zapalovacího horkého vzduchu. Sekundární vzduch je přiveden do unikajících hořlavých plynů nad retorou a zajišťuje jejich úplné prohoření. Popel je vytlačován novým palivem přes okraj retory do popelníku. Jako u hořáku se spodním přívodem paliva, i zde musí byt zařízení proti zpětnému prohoření paliva. Výhody i nevýhody jsou podobné jako u Talířového hořáku.

1. směšovač vzduchu 2. retorta

5

3. rošt 4. nosník keramického reflektoru 5. keramický reflektor

4 3 2 1

kotle

Obr. 16. – Podsuvný hořák s retortou [9.]

4.1.2.6 Zařízení proti zpětnému prohoření: Kotle s automaticky regulovaným přívodem paliva jsou vybaveny zařízením proti zpětnému prohoření paliva do zásobníku. Ke zpětnému prohoření dochází z různých příčin, zejména při prudkém snížení výkonu. Jako zábrana se používá: - vertikálně oddělené cesty (šachta pro volný pád pelet) - klapky - tavitelným parafínem uzavřené přívody vody - teplotní senzory s hasícím zařízením - komorové turnikety Pokud teplotní senzory zaznamenají zvýšení teploty na místě, kde hrozí možnost prohoření, dojde k uzavření automatickými klapkami, které jsou ovládány elektronicky, pneumaticky nebo pružinou. Zásobník vody je napojen na výpusť např. do šnekového dopravníku, která je uzavřena zátkou tavitelnou při určité, zvýšené teplotě. Po roztavení zátky se prostor, kde došlo ke zvýšení teploty zaplaví vodou. U komorových turniketů je mezera mezi rotorem a lopatkami skříně tak malá, že plamen, nebo žhnoucí materiál neprojdou.

________________________________________________________________________ - 21 -.


4.1.2.7 Dopravní systémy a sklady: Dopravní systémy zabezpečují plynulý přívod paliva do topeniště, a tak i plynulý provoz zařízení s požadovaným výkonem a emisemi. U některých automatických kotlů lze přikládat ručně, ale pro zcela komfortní vytápění se používají speciálně navržené zásobníky se zabudovaným dopravníkem. Sklady mohou být navrženy podle domu přímo do jeho struktury. U rodinných domu se často využívají místa až v půdním prostoru. Do určené místnosti pro skladování pelet je nutné vystavět bednění z předepsaným sklonem. Vyrábí se také textilní zásobníky při jejichž instalaci není zapotřebí velkých stavebních úprav. Jednoduchá nosná ocelová konstrukce zaručuje snadnou montáž a demontáž zásobníků. Ve spodní části se palivo shrnuje do jednoho místa, kde je odváděné pneumatickým, šnekovým dopravníkem nebo jejich kombinací.

Obr. 17. – Textilní zásobník [8.]

Obr. 18. – Upravené skladiště [10.]

Šnekový dopravník: Šnekový dopravník se stal nejpoužívanějším dopravníkem řízeným elektronikou kotle. Tento typ kotle je vhodný v případě, kdy je skladovací zásobník nebo místnost v bezprostředné blízkosti kotelny. Dopravník se skládá z vodorovné a šikmé části. Bezosé, perové, spirálové dopravníky bývají v celku a dopravníky s pevnou osou jsou dělené. Šikmá část zajišťuje dopravu paliva do předzásobníku kotle nebo přes zabudované protipožární zařízení přímo do přestupného zařízení a na šnekový dopravník (s protipožárním zařízením) k topeništi. V mnoha případech je šikmá část nezbytná pro překonání výškového rozdílu mezi podlahou skladu a horní hranou předzásobníku nebo přestupného zařízení. Mezizásobník je u kotle výhodou, protože vyskladňovací dopravník nemusí byt stále v provozu. Šikmý dopravník ________________________________________________________________________ - 22 -.

Adam Dufek Kotle na spalování biomasy 22.5.2008 ___________________________________________________________________________ (Obr. 20. – [11.]) má nízké pořizovací náklady a může využívat šikmého bednění. Šikmé bednění ve skladovacím prostoru zajišťuje úplné vyprázdnění prostoru.

Obr. 4. – Podavač šnekového doprav. [12.]

Obr. 21. – Šnekový dopravník [8.]

Obr. 3. – Podavač šnekového doprav. [12.]

Obr. 20. – Šnekový dopravník [11.]

Pneumatický dopravník: Pneumatický dopravník slouží především k dopravě paliva na delší vzdálenosti, kdy palivo musí překonat jiné místnosti. Nasávací systém je absolutně flexibilní a umožňuje překonávat vzdálenost až 20 m a výšku až 5 m. Princip dopravníku spočívá v prostém nasávání. Vzduchová turbína je poháněna elektromotorem a je na pojena na dvě větve. Jedna větev vyrovnává tlaky vzduchu mezi místnostmi a druhá větev nasává palivo. Zaznamená-li kontrolka úbytek paliva v zásobníku kotle, regulátor PDP uvede do provozu vzduchovou turbinku, která vytvoří podtlak. Dopravované pelety jsou podtlakem přenášeny do mezizásobníku z něhož je odsáván vzduch a vracen zpět do zásobníku, kde vytváří vznos paliva kolem nasávací trubice. V době plnění zásobníku je z hlediska bezpečnosti hořák odstaven vypnutím ventilátoru, který do hořáku přivádí vzduch. Po otevření klapky se palivo z mezizásobníku vysype do zásobníku kotle. Tento cyklus se několikrát opakuje až do naplnění zásobníku kotle palivem. Turbína pracuje vždy o něco déle, než je doba plnění, s ohledem na dopravní vzdálenost a nezbytnost vyvolání potřebného podtlaku systému. Protipožární zabezpečení zajišťují dvě ochranné manžety zabudované na průchodu zdí kotelny. Nevýhodou pneumatického dopravníku je zanášení turbínky, hadic, síta pod mezizásobníkem a klapky. Výrobci doporučují tyto části dopravníku čisti minimálně jednou do měsíce. ________________________________________________________________________ - 23 -.


Obr. 22. – Pneumatický dopravník [8.]

Obr. 23. – Pneumatický dopravník [6.]

4.1.3 Pyrolytické kotle : U pyrolytických kotlů se jako palivo používá nejčastěji dřevo ( polena, dřevěný odpad nebo pelety ) spolu s dlouhou štěpkou. Kotle jsou vyráběny jako teplovodní s přirozeným nebo nuceným oběhem vody. V plnícím prostoru, který slouží jako zásobník, dřevo zuhelnatí a následně je zcela pyrolýzou upraveno na horký plyn a tuhý uhlík. Horký plyn se spaluje za vysokých teplot. Výkon kotle je regulován elektronicky pomocí čidla snímajícího teplotu ve spalovací komoře a množstvím paliva.

________________________________________________________________________ - 24 -.

Adam Dufek Kotle na spalování biomasy 22.5.2008 ___________________________________________________________________________ Výhody: -

automatický chod vysoká účinnost – předehřev vzduchu, keramická spal. komora možnost připojení akumulační nádrže snadná obsluha a čištění velký zásobník dotované státem (účinnost nad 88%)

Nevýhody: - vysoká pořizovací cena

4.1.3.1 Teplovodní kotel na dřevo: Ve střední Evropě patří kotel s vodou jako teplonosné médium k nejrozšířenějším topidlům využité v bytových jednotkách a rodinných domech. Existují však i teplovzdušné kotle vybaveny řízeným větráním s rekuperací tepla z odpadního vzduchu. V poslední době vzrůstá zájem o tyto druhy kotlů pro vytápění nízkoenergetických domů. V zásadě všechny firmy produkující kotle spalující kusové dřevo vyrábí kotle na bázi pyrolytického spalování. Výkony těchto kotlů začínají u 18 nebo 20 kW. Pokud se topí suchým dřevem (vlhkost do 20%), lze výkon škrtit až na hodnotu 40% jmenovitého výkonu. Pod hodnotu 40% se nesmíme dostat, jelikož by došlo ke zhroucení pyrolytického procesu, účinnost kotle by prudce klesla a kotel by začal dehtovat. Problém ovšem je, že potřebný výkon pro nízkoenergetické domy je příliš malý pro existující kotle na kusové dřevo. V případě použití teplovodního kotle se tento problém řeší akumulační nádrží, která lze použít i u teplovodního kotle na pelety. U teplovzdušných kotlů je tento problém hůře řešitelný. Akumulační nádrže slouží k odebrání přebytečného výkonu k pozdějšímu využití.

Obr. 24. – Schéma zapojení Teplovodního kotle na dřevo [13.] ________________________________________________________________________ - 25 -.

Adam Dufek Kotle na spalování biomasy 22.5.2008 ___________________________________________________________________________ Použití akumulační nádrže umožní přizpůsobit kotel topné soustavě. Kotel může jet v optimálním režimu bez ohledu na spotřebu tepla v domě. Díky tomu se vyhneme snižování výkonu a tak nedochází k dehtování. Teplo uložené v nádržích a podle pokynu regulačního zařízení je odebíráno do topné soustavy. Mezi kotel a nádrž se montuje směšovací ventil, který zaručuje, že teplota vody v kotli neklesne pod teplotu kondenzace spalin i při studené vodě v nádrži. Jakmile je voda v nádržích ohřátá na vhodnou teplotu, kotel je vypnut a potřebné teplo se bere z nádrží. Jestliže je však výkon kotle blízký tepelným ztrátám domů je výhodné zabudovat do systému alespoň jednu akumulační nádrž pro přechodné období, kdy je menší odběr tepla. Do akumulačních nádrží je možnost napojit solární kolektory, plovoucí boiler nebo výměník pro ohřev TUV. Pyrolytické kotle s akumulačními nádržemi jsou schopné konkurovat plynu i elektřině nejen cenově, ale částečně i jednoduchosti použití a komfortem topení.

Obr. 2. – Pyrolytické spalování [14.]

Obr. 32. – Pyrolytický kotel DAKON [15.]

Obr. 33. –Pyrolytický kotel ATMOS [13.]

________________________________________________________________________ - 26 -.


5. Srovnání vybraných kotlů na biomasu od různých výrobců: 5.1 Automatické kotle na pelety: V topenářském průmyslu české republiky dominuje spousta domácích i zahraničních firem. Pro moji bakalářskou práci jsou jsem vybral kotle od tří různých výrobců, kteří působí na českém trh. Mezi výrobce patří BENEKOV, AGROMECHANOKA LHENICE a VIADRUS. Od firmy BENEKOV sem použil kotle typu Pelling 27, od firmy AGROMECHANOKA LHENICE kotel AM 42 LICOTHERM a od firmy VIADRUS kotel Vialing 25.

Tabulkové porovnání parametrů: Typ kotle

Hmotnost Obsah vodního prostoru Průměr kouřovodu Teplosměnná plocha kotle Kapacita zásobníku na pelety

3

dm mm m2

dm3

Kapacita zásobníku na dřevo Rozměry kotle : šířka x hloubka x výška Rozměr plnícího otvoru v zásobníku paliva Třída kotle podle ČSN 303-5 Pracovní přetlak vody Zkušební přetlak vody Doporučená provozní teplota topné vody Nejmenší teplota vstupní vody Max. výška hladiny topného média Pojistný ventil (pro max. výšku hladiny) Hydraulická ztráta kotle ∆ T = 10 K  ∆ T = 20 K

mm mm

AM 42 LICOTHE RM 380 70 150

Vialing 25

Pelling 27

-

380 85 145 2,7

392 90 145 2,78

300

280

390

-

-

-

1450 x 1425 x 810 680 X 680

1315x745x1 1484 x 1124 340 x 1230 300 x 560

3

3

3

bar bar °C

2 4,0 90 - 60

2 4,0 65 – 80

2 4,0 65 – 85

°C

60

60

60

m

-

-

25

bar

-

-

3

4,0

4,1

4,3

1,7

1,9

2,0

mbar mbar

________________________________________________________________________ - 27 -.

Adam Dufek Kotle na spalování biomasy 22.5.2008 ___________________________________________________________________________ dB mbar

< 65 Min . 0,1

< 65 0,1 – 0,2

< 65 0,15 – 0,20

Přípojky kotle - topná voda - vratná voda Připojovací napětí

Js

G1 ½

G1 ½

G1 ½

Js

G1 ½

G1 ½

G1 ½

230/50

1/N/PE AC 230 V -50 Hz TN - S

1 PEN ~ 50 Hz 230 V

Elektrický příkon (ventilátor + pohon šneku) Elektrické krytí

W 250

230

IP20

IP20

IP 20

Hladina hluku Komínový tah

255

Tab. 4. – [-]

Typ kotle

Výkon kotle na dřevo Výkon kotle na pelety Výkon kotle HU ořech 2 Regulovatelný výkon Spotřeba paliva pelety Doba hoření při jmenovitém výkonu a plném zásobníku Doporučená teplota spalin (pelety) - při jmenovitém výkonu - při minimálním výkonu Účinnost Hmotnostní průtok spalin na výstupu (pelety) - při jmenovitém výkonu - při minimálním výkonu

AM 42 LICOTHE RM 23 24 7 - 24 1,5 – 6,3 -

Vialing 25

Pelling 27

25 7 - 25 1,82 – 7,05 -

25 7,5 - 25 1,7 - 5,7 42

-

-

-

°C

250

245

180

°C

110

150

95

%

88

83,2

89,4

kg . s-1

0,016

0,016

0,021

kg . s-1

0,005

0,010

0,004

kW kW kW kW kg . h-1 h

Tab. 5. – [-] ________________________________________________________________________ - 28 -.

Adam Dufek Kotle na spalování biomasy 22.5.2008 ___________________________________________________________________________ Všechny vybrané kotle jsou výrobci navrženy za účelem vytápění menších objektů jako rodinné domy. Přestože tyto kotle byly zkonstruovány za stejným účelem pracují s odlišnými parametry. Kotel Licotherm AM 42 je oproti dalším dvou kotlům zvýhodněný především širší univerzálností, kdy je schopen spalovat nejen pelety, ale také HU ořech 2. V rozsahu regulovatelnosti výkonů pracují vybrané kotle v přibližně stejném rozsahu. Z hlediska spotřeby pelet je nejvýhodnější kotel Pelling 27 od firmy BENEKOV. Výměníky u kotlů Pelling 27 a Vialing 25 jsou lamelové. U kotle AM 42 LICOTHERM je výměník trubkový, který zaručuje snadnější čištění. AM 42 LICOTHERM klade minimální nároky na komín, který nemá odtahový ventilátor, tedy nemusí mít speciálně vyvložkovaný komín (jako přetlakový). Konstrukce tak umožňuje dosahovat vysokých účinností i za komínových teplot nad 200°C, což zamezuje kondenzaci spalin v komíně a podstatně to snižuje dehtování a celkové zanášení komínového průduchu. Hlučnost všech tří kotlů spadá pod hranici 65 dB. Kotle patří podle normy ČSN 303-5 do třídy 3. Kotle Pelling 27, Vialing 25 a Licotherm AM 42 v provedení BIO splňují nejpřísněji emisní podmínky pro udělení dotací ze SFŽP až do výše 50% pořizovací ceny. Kotle Vialing 25 a Pelling 27 je doporučené čistit jednou za 2 týdny, zatímco kotel Licotherm AM 42 je doporučen čistit jen jednou za 3 týdny. Narozdíl od dalších dvou kotlů je možnost do kotle Pelling 27 zamontovat odpopelňovač. Největší účinnost ze tří vybraných kotlů dosahuje Pelling 27. Životnost u Pellingu 25 a Licothermu AM 42 je garantováno kolem 15 let, ale u Vialingu 25 je garantováno 20 let. Cenově nejvýhodnější je Vialing 25 za 64 300Kč, druhý je Licotherm AM 42 za 73 185Kč a nejdražší je Pelling 27 za 78 000Kč.

Obr. 25. – [9.]

Obr. 26. – [23.]

Obr. 27. – [22.]

________________________________________________________________________ - 29 -.


5.2 Zplyňovací kotle: Zplyňovací kotle byly vybrány od výrobců Atmos, Verner a Dakon. Od firmy Atmos byl vybrán typ C20 S (Obr. 30. – [13.] ), od firmy Verner typ VN25D LS ( Obr. 28. – [24.] ) a od Dakonu typ kotle DAMAT PYRO 24 G ( Obr. 29. – [15.] ).

Tabulkové porovnání parametrů: DAMAT PYRO 24 G

VN25D LS

C20 S

kW

24

25

25

kW % dm3 kg mbar

18 - 24 83 - 88 65 420 0,23 suché dřevo (do 20% vlhkosti)

17 - 25 81 - 84 100 298 0,25 suché dřevo (do 20% vlhkosti) + HU ořech 1

W l hod

85 76 2

13 - 25 89 - 91 125 435 0,15 suché dřevo (do 20% vlhkosti) + brikety + pelety + štěpka 130 70 5

kg/h

7

7,5

-

dB mm V/Hz IP Co Co

380 3 21 240

54 500 3 230/50 21 60 220

330 3 230/50 65 -

Co

150

140

-

g/s

21,03

17

-

g/s

15,07

8

-

mm mm mm mm

1165 670 790 370 x 230

1195 650 1100 230 x 430

1420 590 770 -

TYP KOTLE Jmenovitý tepelný výkon (dřevo) Rozsah výkonu Účinnost Objem spalovací komory Hmotnost kotle Předepsaný tah komína Předepsané palivo

Elektrický příkon Objem vody Doba hoření při plné násypce – jmenovitý výkon Spotřeba dřeva při jmenovitém výkonu Max. hladina hluku Max. délka dřeva Třída kotle Připojovací napětí Elektrické krytí Min.teplota vratné vody Teplota spalin při jmenovitém výkonu Teplota spalin při minimálním výkonu Hmotnostní průtok spalin při jmenovitém výkonu Hmotnostní průtok spalin při minimálním výkonu Výška Šířka Hloubka Rozměry plnícího otvoru

50 64 -

________________________________________________________________________ - 30 -.

Adam Dufek Kotle na spalování biomasy 22.5.2008 ___________________________________________________________________________ Co 90 90 Max. provozní teplota bar 4 3 Max. provozní přetlak Js G 6/4“ G 2“i G 6/4“ Připojení vstupního hrdla Js G 2“ G 2“i G 6/4“ Připojení výstupního hrdla mm 150 160 152 Průměr odtahového hrdla Tab. 6. – [-] Tyto kotle navržené pro pyrolytické spalování se rozlišují hned ve základním zvolení konstrukčního materiálu. Kotel od firmy Verner ( VN25D LS ) a kotel od firmy Atmos ( C20 S ) jsou vyrobeny z ocelového konstrukčního plechu, zatímco kotel Dakon je vyroben z litiny. Litinový kotel jsou odolnější proti dehtům a kyselinám vznikajícím při zplyňování a tak dosahují vyšší životnosti. Všechny kotle mají komoru přikládací a spalovací. Z hlediska spalování více paliv je z vybraných kotlů nejslabší DAMAT PYRO 24 G, který má jako palivo předepsané jen kusové dřevo. Další dva typy kotlů mohou spalovat více druhů paliv viz (Tab. 6. – [-]). Velké spalovací komory dovolují dlouhou dobu hoření, která se pohybuje v půměru kolem 7,3 hod. Výhoda kotle C 20S je malá hmotnost a tedy lepší manipulovatelnost při instalaci. Kotle C 20S jsou konstruovány bez trubkovnice, což nám zaručuje jednodušší čištění. Další výhodou kotle C 20S je zabudování prvků jako odtahový ventilátor, nebo spalinový termostat, který zvětšuje komfort při obsluze kotle. Předehřev vzduchu u kotlů zaručuje dobrou účinnost. Kotle VN25D LS od firmy Verner dosahuje v oblasti účinností nejvyšších parametrů ( až 91%). Pro zvýšení účinnosti byly zamontovány do kotle VN25D LS závěsné turbulátory. Další neopomenutelná výhoda tohoto typu kotle je široká rozsahu výkonu, který se pohybuje v rozmezí 50 – 100 %. Kotel VN25D LS obsahuje jak elektronickou regulaci, tak nezávislí termostat, který chrání kotel proti přetopení. Cenově nejdostupnější je na našem trhu kotel C20S za 35 140Kč, potom DAMAT PYRO 24 G za 50 694Kč a na závěr kotel VN25D LS za 77 565Kč.

Obr. 28. – [24.]

Obr. 29. – [15.]

Obr. 30. – [13.]

________________________________________________________________________ - 31 -.


5.3 Klasické kotle: Ke srovnání v oblasti klasických kotlů byly vybrány kotle od firem: Thermona, Dakon, Viadrus. Od výrobce Thermona byl vybrán kotel typu THERM 20 DU, od Dakon FB26D a nakonec od firmy Viadrus typ U26.

Tabulkové porovnání parametrů: TYP KOTLE Jmenovitý tepelný výkon (dřevo) Jmenovitý tepelný výkon (ČU) Spotřeba paliva při jmenovitém výkonu Min. tepelný výkon Třída kotle Objem spalovací komory Předepsaný tah komína Předepsané palivo Doba hoření při plné násypce – jmenovitý výkon Teplota spalin při jmenovitém výkonu Teplota spalin při minimálním výkonu Hmotnostní průtok spalin při jmenovitém výkonu Hmotnostní průtok spalin při minimálním výkonu Objem vody Účinnost Hmotnost kotle Max.vstupní teplota vody Min.teplota vratné vody Regulační rozsah teplot Rozměry plnícího otvoru Počet článků Výška Šířka Hloubka Max. délka polen Průměr kouřovodu Max. provozní přetlak Min. provozní přetlak

FB26D

kW

THERM 20 DU 15

20

HERKULES U26 23,5

kW

20

-

22,5

kg/h

4,8

6,11

6,2

kW dm3 mbar -

9 1 25,5 0,12 – 0,20 dřevo, ČU,

10 1 34 0,12 - 0,22 dřevo

hod

2

2

6,5 1 51 0,2 dřevo, ČU, koks 2

Co

240

250

260

Co

120

130

140

g/s

9,55

13,7

13,1

g/s

-

7,3

3,9

31 78 - 82 265 90 40 90 - 40 310 x 230 5 1033 490 940 380 -

75 314 85 60 85 - 60 300 x 320 5 1128 544 603

l % kg Co Co Co mm mm mm mm mm mm bar bar

78 - 82 218 80 40 80 - 40 310 x 230 4 1080 470 667 280 150 3 0,3 Tab. 7. – [-]

156 4 0,5

________________________________________________________________________ - 32 -.

Adam Dufek Kotle na spalování biomasy 22.5.2008 ___________________________________________________________________________ Dobrá funkce všech tří kotlů je podmíněna potřebným komínovým tahem a správnou obsluhou. Tlakové části kotle spadají pod normu ČSN 303-5, tedy do kotlů pro ústřední vytápění rodinných domů s ručním nebo samočinným přikládáním paliva s tepelným výkonem do 300kW. Palivo do těchto kotlů je dodáváno manuálně podle potřeby. V kotlech je nevhodné spalování domácího odpadu a HU z hlediska zanášení výměníku. Hlavní tělesa vybraných kotlů jsou vyrobeny z šedé litiny. U typu HERKULES U26 je kotlové těleso sestaveno z článku nalisovaných kotlových vsuvek o průměru 56 mm zajištěné kotevními šrouby. U tohoto typu kotle lze použít až 10 článků. Kotlové těleso typu THERM 20 DU je tvořeno předním a zadním článkem mezi které lez vsunout až 6 článků, které zvětšují a zmenšují výkon. U posledního kotle FB26D se používá k dosažení požadovaného výkonu 8 článků. Kotlové tělesa THERM 20 DU jsou opláštěné ocelovými plechy pokryté zdravotně nezávadným nátěrem a z vnitřní strany jsou vybaveny tepelnou izolací. U kotle FB26D je opláštění tvořeno odnímatelnými panely opatřeny nástřikem, ve kterých je vložena tepelná izolace. U typu HERKULES U26 je celé kotlové těleso izolováno zdravotně nezávadnou izolací a ocelový plášť je barevně upraven homaxitovým nástřikem. Regulace primárního a sekundárního vzduchu je u všech vybraných kotlů stejný. Primární vzduch je regulovaný dusivkou v popelníkových dvířkách a sekundární je regulován záklapkou v přikládacích dvířkách. Pro regulaci odchodu spalin komínem jsou kotle vybaveny klapkou. Podle normy ČSN 303-5/2000 musím být zařízení zabezpečené proti přehřívání. U těchto kotlů se používá tzv. ochlazovací smyčka. Ochlazovací smyčka začne odvádět přebytečné teplo po dosažení určité mezní teploty. Zatímco u kotlů THERM 20 DU a FB26D je mezní teplota 110 Co, tak u kotle HERKULES U26 je mezní teplota jen 95 Co. Pro zvýšení životnosti kotle i komínu byl do kotlů FB26D a THERM 20 DU zabudován čtyřcestný ventil DUOMIX, který má za úkol zabránit klesání teploty pod 65 Co a tak dosáhnout snížení kondenzace spalin. Kotel firmy Dakon je navíc vybaven tepelným regulátorem výkonu (TRV). Doba hoření u všech kotlů dosahuje kolem 2 hodin.Z hlediska spotřeby paliva je nejvýhodnější kotel FB26D. Nejlepší účinnosti dosahují kotle THERM 20 DU a FB26D. Cenově nejdostupnější přichází na český trh kotel THERM 20 DU s cenou 23 205Kč, potom FB26D za 27 489Kč na nakonec HERKULES U26 30 876Kč.

Obr. 32. – [24.]

Obr. 33. – [15.]

Obr. 34. – [22.]

________________________________________________________________________ - 33 -.


6. Využití biomasy vybraném objektu:

nebo

zemního

plynu

na

6.1 Popis vybraného objektu: Pro srovnání využití biomasy nebo zemního plynu byl vybrán rodinný dům. Objekt je navržen dvoupodlažní, podsklepný s jednou bytovou jednotkou a přistavěnou garáží. Ze vstupní haly je přístup do pracovny, obývacího pokoje, kuchyně a malé chodby, na kterou navazuje koupelna, WC a ložnice. V hale je navrženo schodiště do podkroví. V podkroví jsou navrženy dva pokoje s šatnami, koupelna a technická místnost. Pro vytápění tohoto objektu byl navržen kotel Therm 28 TLXZ.

6.1.1 Výpočty stávajícího plynového kotle: Výpočet účinnosti plynového kotle:

η …účinnost kotle [%] Mw…hmotnostní tok vody kotlem [kg/s] iw1…entalpie ohřívané vody na vstupu do kotle [kJ/kg] iw2…entalpie ohřívané vody na vstupu do kotle [kJ/kg] Qir…výhřevnost paliva [kJ/m3N] Mpal…množství dodávaného paliva do kotle [m3N /s] t1= 45 Co…. iw1= 188,40 [kJ/kg] t2= 70 Co…. iw2= 293 [kJ/kg] ∆t = 25 Co 16,1 = 0,2683 [l/s] = 0,2681[kg/s] V&H 2O =16,1 [l/min] = 60 Mpal = 3 [m3/h] = 0,0008333 [m3/s] Qir = 37 [MJ/ m3N]

η=

M W ⋅ (i W2 − i W1 ) 0,2681 ⋅ (293 − 188,4) = = 0,90 ⋅ 100 = 90% 37000 ⋅ 0,000833 Q ir ⋅ M Pal

Výpočet tepelného výkonu: Q…tepelný výkon Mw…hmotnostní tok vody kotlem [kg/s] iw1…entalpie ohřívané vody na vstupu do kotle [kJ/kg] iw2…entalpie ohřívané vody na vstupu do kotle [kJ/kg] Q v = M W ⋅ (i W2 − i W1 ) = 0,2681 ⋅ (293 − 188,4 ) = 28,04 =&28kW

________________________________________________________________________ - 34 -.


Spotřeba plynu a tepelné energie: Vp= 1649 [m3N /rok] Hs…objemové spalné teplo Hs = 10,5615[kwh/m3] k…objemový součinitel k = 1,0124[ - ] Q kot = H s ⋅ Vp ⋅ k = 10,5615 ⋅ 1669,44 ⋅ 1,0124 = 17631,79kWh

6.1.2 Návrh kotle spalujícího pelety pro tento objekt: Pro tento objekt byl vybrán kotel od firmy Benekov. Tato firma se pyšní dlouholetou tradicí výroby kotlů. Firma se zabývá především kotli pro spalování ekologického paliva. Pro náš účel sem vybral typ Pelling 27. Tento typ kotel na spalování pelet pracuje v širokém rozsahu výkonů. Z hlediska náhrady zabudovaného plynového kotle postačí výkon do 28 kW.

BENEKOV pelling 27: BENEKOV pelling 27 je typ kotle určen speciálně pro pohodlné spalování dřevěných pelet a obilí s vysokou efektivitou. Kotel má vysokou účinnost a produkuje velmi nízké procento emisí. Splňuje nejpřísnější evropské i české normy a proto se řadí mezi nejlepší výrobky daného typu. Regulovat kotel můžeme pomocí pokojového termostatu, podavače paliva, ventilátoru, oběhového čerpadla a množstvím vstupující vody. Pro komfortní a úsporný ohřev teplé užitkové vody lze připojit dle potřeby zásobník TUV. V případě ohřívání pouze TUV postačuje obsluha kotle jednou za 3 – 10 dní. Hlavní část kotle tvoří svařenec z ocelových plechů, ve kterém je umístěn litinový hořák s retortou. Palivo je podáváno šnekovým dopravníkem automaticky ze zásobníku. Motor podávacího zařízení je chráněn termopojistkou proti poškození. Kotel je zabezpečen proti případnému prohoření paliva do zásobníku tavnou tepelnou pojistkou hasícího zařízení. Kotel je zabezpečen proti případnému prohoření paliva do zásobníku tavnou tepelnou pojistkou hasícího zařízení.

Přednosti: • • • • • • • • •

vysoká účinnost komfortní a úsporný ohřev teplé užitkové vody delší životnost litinového kotlového tělesa jednoduchá regulace primárního vzduchu elektronická kontrolní jednotka nové generace nízké emise provoz kotle lze řídit termostatem nebo programátorem v rozsahu 30 až 100% jmenovitého výkonu kotel vyžaduje 15 min pozornosti denně úsporné a ekologické vytápění

________________________________________________________________________ - 35 -.


Základní parametry kotle Pelling 27: TYP KOTLE Tepelný výkon Provozní tlak systému Max. přívodní teplota Min. teplota vratné vody Objem vody Teplota spalin

Hmotnostní průtok spalin Regulace výkonu

Hmotnost kotle Spotřeba paliva

kW bar Co Co l Co g/s

25 2 65 – 80 60 180 - 100 0,021 – 0,004

% kg kg/h

30 - 100 392 5,7

Tab. 8. – [-]

Obr. 34. – Schéma zapojení kotle BENEKOV [9.]

Pořizovací náklady: Kotel Pelling 27….85 000Kč Digitální pokojový termostat SIEMENS RDE 10.1 ….1 195Kč Termostatického ventilu ESBE TV 40….1 871Kč Zásobník teplé vody PZT-200B….17 136Kč Celkem…. 105 202Kč ________________________________________________________________________ - 36 -.


Výpočet účinnosti kotle Pelling 27:

η …účinnost kotle [%] Mw…hmotnostní tok vody kotlem [kg/s] iw1…entalpie ohřívané vody na vstupu do kotle [kJ/kg] iw2…entalpie ohřívané vody na vstupu do kotle [kJ/kg] Qir…výhřevnost paliva [kJ/ kg] Mpal…množství dodávaného paliva do kotle [kg /s] t1= 60 Co…. iw1= 251,1[kJ/kg] t2= 80 Co…. iw2= 334,9 [kJ/kg] ∆t = 20 Co 19,9 = 0,3319 [l/s] = 0,3318[kg/s] V&H 2O =19,9 [l/min] = 60 Mpal = 5,7 [kg/h] = 0,001583 [kg/s] Qir = 18,5 [MJ/ kg]

η=

M W ⋅ (i W2 − i W1 ) 0,3319 ⋅ (334,9 − 251,1) = = 0,949 ⋅ 100 = 95% 18500 ⋅ 0,001583 Q ir ⋅ M Pal

Výpočet spotřeby a ceny pelet: Qir = 18,5 [MJ/ kg] Cena za kg = 3,25 [Kč/kg] Cena za kWh = 0,74 [Kč/kWh] Celková spotřeba energie za rok Q = 17 631,79kWh

Celková spotřeba pelet: m pal =

Cena 13047,5 = = 4014kg 3,25 3,25

Cena za zpotřebované pelety: Cena = Q . Cena za kWh = 33 339,79 . 0,74 = 13 047,5Kč

6.1.2.1 Návratnost kotle na pelety: Cena za plyn = 17 074Kč Cena za dřevo = 13 047,5Kč Výnos = 17 074 – 13 047 = 4 027Kč/rok Investice kotle se vrátí do 26,1 let a při dotaci 13 let.

________________________________________________________________________ - 37 -.

Adam Dufek Kotle na spalování biomasy 22.5.2008 ___________________________________________________________________________ 6.1.3 Návrh kotle spalujícího kusové dřevo pro tento objekt: Z okruhu kotlů na spalování dřeva byl vybrán kotel od firmy DAKON. Firma DAKON vznikla v r. 1949 a sdružovala několik provozoven z různých oborů. Od r. 1965 se podnik zaměřil na vývoj teplovodních kotlů do 30 kW. O Během listopadu 2003 získala majoritní podíl ve společnosti DAKON firma Buderus Heiztechnik GmbH. Tímto se stal Dakon členem největší sítě firem produkující kotle v Evropě.

Kotel DAMAT PYRO G: Stacionární kotel DAKON DAMAT PYRO G je pyrolitický teplovodní kotel na dřevo určen k vytápění rodinných domů, provozoven a obdobných objektů. Kusové dřevo musí být upraveno podle kotle na délku max. 280 – 680 mm. Jako palivo lze použít i štěpku a brikety, ale pouze v kombinací s dřevěnými poleny. Z důvodu tvoření dehtu a kondenzátu díky pyrolíze v přikládací komoře je do systemu zabudován termoregulační ventyl, aby byla zajištěna minimální teplota vratné vody. Otopný systém může být s otevřenou nebo uzavřenou tlakovou expanzní nádobou a nuceným oběhem otopné vody. Hlavní část je vyrobena z litiny o minimální tloušťce stěny 6 mm. Litinové kotlové těleso je výrazně odolnější vůči dehtům a kyselinám vznikajícím při pyrolíze. Na tomto místě je nutno zdůraznit, že nelze litinové kotlové těleso u pyrolityckích kotlů považovat za nesmrtelné. Vlivy a jevy, které při pyrolýze působí na ocelové kotlové těleso a určují jeho průměrnou životnost cca na 6-8 let, působí stejně také na litinové těleso. Kotel je rozdělen na dvě části keramickou tryskou. V zadní části je umístěn odtah spalin s ventilátorem. Na horním panelu jsou instalovány regulační prvky kotle. Kotel je izolovaný minerální vatou uloženou pod pláštěním. Kotel je chráněn proti přehřátí chladící smyčkou. Primární vzduch je přiváděn do zplyňovací komory a sekundární je zaveden do spalovací komory. Kotel musí být instalován s akumulační nádrží, nebo alespoň s vyrovnávací nádrží o objemu 200l. Litinové kotle DAMAT PYRO G se vyrábějí ve výkonové řadě od 20 do 36 kW.

Přednosti: • • • • • • • • •

vysoká účinnost keramická tryska, odtah. ventilátor delší životnost litinového kotlového tělesa jednoduchá regulace primárního vzduchu umístění ventilátoru na výstupu spalin předehřev vzduchu pro spalování provoz kotle lze řídit termostatem nebo programátorem v rozsahu 50 až 100% jmenovitého výkonu snadná obsluha úsporné a ekologické vytápění

Základní parametry kotle DAMAT PYRO G: TYP KOTLE Tepelný výkon Provozní tlak systému Max. přívodní teplota

kW bar Co

DAMAT PYRO G 28 28 4 90

________________________________________________________________________ - 38 -.

Adam Dufek Kotle na spalování biomasy 22.5.2008 ___________________________________________________________________________ Co 65 Min. teplota vratné vody l 84 Objem vody o Teplota spalin C 240 - 150 g/s 25,20 Hmotnostní průtok spalin Regulace výkonu % 50 - 100 kg 480 Hmotnost kotle kg/h 8,5 Spotřeba paliva Tab. 9. – [-]

Energetický obsah dřeva:

Tab. 10. – [15.]

Obr. 31. – Schéma zapojení kotle DAKON [15.]

________________________________________________________________________ - 39 -.

Adam Dufek Kotle na spalování biomasy 22.5.2008 ___________________________________________________________________________ Pořizovací náklady: Kotel DAMAT PYRO G….55 573Kč Chladící smyčka S1….2 321Kč Termostatický ventil chladící smyčky WATS STS 20….1 190Kč Zásobník teplé vody PZT-200B….17 136Kč Celkem…. 76 220Kč

Výpočet účinnosti kotle DAMAT PYRO G:

η …účinnost kotle [%] Mw…hmotnostní tok vody kotlem [kg/s] iw1…entalpie ohřívané vody na vstupu do kotle [kJ/kg] iw2…entalpie ohřívané vody na vstupu do kotle [kJ/kg] Qir…výhřevnost paliva [kJ/kg] Mpal…množství dodávaného paliva do kotle [kg /s] t1= 70 Co…. iw1= 293,0[kJ/kg] t2= 90 Co…. iw2= 374,0[kJ/kg] ∆t = 20 Co 22,4 = 0,3741 [l/s] = 0,3739[kg/s] V&H 2O =22,4 [l/min] = 60 Mpal = 8,5 [kg/h] = 0,002361 [kg/s] Qir = 15,1 [MJ/ kg]

η=

M W ⋅ (iW 2 − iW 1 ) 0,3456 ⋅ (374,0 − 293,0) = = 0,849 ⋅ 100 = 85% 15100 ⋅ 0,002361 Qir ⋅ M Pal

Výpočet spotřebu dřeva: Spotřeba paliva Mk = 8,5 kg/h Dřevo dub Qs = 4,2 kWh/kg Celková spotřeba energie za rok Q = 17 631,79kWh

Spotřeba energie za hodinu: Qh = 8,5 ⋅ 4,5 = 38,25kWh / h

Celková spotřeba dřeva: m pal =

Q 17631,79 3918 ⋅Mk = ⋅ 8,5 = 3918kg V = = 10,981m 3 =&5,8m 3 Qh 38,25 0,67

________________________________________________________________________ - 40 -.

Adam Dufek Kotle na spalování biomasy 22.5.2008 ___________________________________________________________________________ Cena za dřevo a dopravu: Doprava….50kč/hm Vzdálenost od těžby….15km Složení….200kč Dřevo….1 000kč/m3 Celková cena =1 000 . 5,8 + 200 . 2 + 15 . 50 = 6950kč

6.1.3.1 Návratnost kotle na kusové dřevo: Cena za plyn = 17 074Kč Cena za dřevo = 6950Kč Výnos = 17 074 – 6950 = 10 124Kč/rok Investice kotle se vrátí do 7,5 let a při dotaci 3,75 let.

6.1.4 Státní fond životního prostředí: Na podporu ekologického vytápění Ministerstvo životního prostředí ČR (MŽP) vyčlenilo částku 100 milionů korun. U obou typů kotlů lze o tuto dotaci zažádat. Podpora u kotlů na biomasu a solárních panelů může investiční náklady snížit až 50 procent. Dotací se může výrazně změnit návratnost kotle.

________________________________________________________________________ - 41 -.


Závěr: Zprvopočátku je práce zaměřena na jeden z nejběžnějších druhů obnovitelných zdrojů. Tímto zdrojem jsou myšleny veškeré dostupné druhy biomasy. Energetické využití biomasy má dlouhou tradici, jelikož spalování této hmotné biomasy se využívalo v pravěku. Energeticky využívaná biomasa je dělena na dvě odvětví: Odpadní biomasa, Záměrně pěstované Energetické rostliny. Energetické rostliny bývají rychle rostoucí dřeviny, byliny, obiloviny s dobrou výhřevností. Do odpadní biomasy spadá mnoho průmyslových odvětví jako potravinářsky průmysl, dřevozpracující průmysl, komunální organický odpad, lesnický odpad, odpady ze zemědělství. Z hlediska energetiky se z biomasy získává za procesu spalování tepelná energie. Teplo lze z biomasy získat rozdílnými způsoby. Tyto druhy spalování závisí na mnohých faktorech. Jeden z hlavích faktoru je množství přiváděného vzduchu do spalovací komory. Tepelná energie z biomasy lze získat dvěma typy spalování. Prvním typem je klasické hoření. V první fázi procesu dojde k odpařování vody ze dřeva. U dlouhých a velkých kusů dochází k odpařování vody i dlouho potom, co dřevo vzplane a hoří. Tento jev lze pozorovat u klasického táborového ohně v podobě bílých obláčků. Vliv obsahu vody v palivu má negativní dopad na výhřevnost paliva. Voda palivo efektivně chladí, což je negativní z hlediska výhřevnosti. Po odpaření se začne z dřeva uvolňovat prchlavá hořlavina. Dřevo je typické palivo, při jehož hoření se uvolňuje velké množství plynných látek (75 – 85 %). Směsi těchto plynů nesou více než polovinu energie dřeva a na roštu zůstává uhlík v pevné formě. Plynné látky hoří mezi roštem a komínem, proto dřevo hoří tzv. dlouhým plamenem. Veškerá prchlavá hořlavina nestačí shořet, jelikož je zde přiváděno menší podíl vzduchu z důvodu, aby nebyl plamen příliš ochlazován. Sekundární vzduch je přiváděn mezi rošt a komín, kde zbytek prchlavé hořlaviny dohoří. Při spalování dřeva je vidět typický dlouhý plamen. Pro účinnost je velmi důležité, aby došlo ke spálení veškeré prchlavé hořlaviny. U malých kotlů se proto začalo v posledních 20 letech využívat tzv. pyrolytické spalování. Při pyrolytickém spalování dochází nejprve za nízkého přístupu vzduchu k odpaření vody a prchlavých plynů. Vzniklé plyny pomocí navržené keramické trysky odchází do spodní části. V keramicky vyložené komoře, za přístupu sekundárního vzduchu, hoří plyny plamenem okolo 1000 °C a tím se zaručí vysoká účinnost s nízkými emisemi. Emisivita těchto kotlů dosahuje neuvěřitelných výsledků. Při spalování biomasy se do ovzduší dostává minimum znečišťujících látek. Biomasa je neutrální z hlediska produkce CO2 , jelikož při spalování vyprodukuje stejné množství CO2 které spotřebovala na svůj růst. Kvalita spalování je velmi důležitá, neboť při nedokonalém spalování způsobeném nedostatkem sekundárního vzduchu nebo předčasným ochlazením spalin, vznikají škodlivé saze, které zatěžují životní prostředí. Emise dané evropskou únií nesmí být překročeny. Mnoho výrobků spalující biomasu spadají do skupiny dotované ze státních fondů, z hlediska ochrany životního prostředí. Následně se dostáváme k zpracování jednotlivých zdrojů biomasy. Pro energetické účely se začaly různé druhy dřevin, bylin, travin a obilovin upravovat do speciálně navržených kotlů. V posledních letech stoupá kvalita a účinnost těchto kotlů z rozvíjejícími se technologiemi spalování, výrobními procesy a použitými materiály. Biomasa se upravuje z hlediska použití na pelety, brikety, štípané dřevo a štěpku. Každý produkt má jiné vlastnosti a lze tedy spalovat jen v určeném kotli. Zastoupení výrobců kotlů na českém trhu je rozmanité a jejich výrobky dosahují odlišných parametrů. V tabulkovém srovnání parametrů typově stejných kotlů různých firem jsou vidět odlišnosti v mnoha směrech. Nejde jen o parametry technického charakteru, ale taky časová náročnost na obsluhu, údržba, montáž a cena. V poslední řadě jsou do práce zařazeny výpočty pro návrh nahrazení plynového kotle v rodinném domku kotlem spalující biomasu. Ze spotřeby plynu a technických parametrů plynového kotle, byly vypočteny potřebné údaje pro stanovené částky ________________________________________________________________________ - 42 -.

Adam Dufek Kotle na spalování biomasy 22.5.2008 ___________________________________________________________________________ na vytápění vybraného oběktu. Na základě vypočtených údajů sem stanovil návrh na kotel klasický a kotle automatický. U obou navržených kotlů byla stanovena cena za provoz, montáž, nákup a spotřebu. Následně byla cena porovnána s původním tepelným zdrojem a vypočtena návratnost.

________________________________________________________________________ - 43 -.


Seznam použité literatury: 1. TZB [online]. Dostupné na: http://www.tzb-info.cz/t.py?t=2&i=3312&h=205&pl=49 2. Energetika [online]. Dostupné na:¨ http://www.energetika.cz/index.php?id=171 3. Rioni. Firemní literatura [online]. Dostupné na: http://www.rioni.cz/kotel_drevo_turboECO.htm 4. Topeni dřevem. Firemní literatura [online]. Dostupné na: http://www.topenidrevem.cz/ 5. Globaltherm. Firemní literatura [online]. Dostupné na: http://www.sweb.cz/globaltherm.html 6. Espedi. Firemní literatura [online]. Dostupné na: http://espedi.esel.cz/stranka.aspx?idstranka=1741 7. Bioenergy. [online]. Dostupné na: http://www.bioenergy-international.com/ 8. ÖkoFEN. Firemní literatura [online]. Dostupné na: http://www.pelletsheizung.at 9. Benekov. Firemní literatura [online]. Dostupné na: http://www.benekov.com/ 10. Windhager. Firemní literatura [online]. Dostupné na: http://www.windhager.com/ 11. Biocom. Firemní literatura [online]. Dostupné na: http://guntamatic.esel.cz/stranka.aspx?idstranka=2296 12. Froling. Firemní literatura [online]. Dostupné na: http://www.froeling.com/at/ 13. Atmos. Firemní literatura [online]. Dostupné na:

14. Euroinstal. Firemní literatura [online]. Dostupné na: http://www.euroinstal.cz/drevokotle/ 15. Dakon. Firemní literatura [online]. Dostupné na: http://www.dakon.cz/ 16. Nussberger Jiří, Topíme pevnými palivy lacino a ekologicky. ________________________________________________________________________ - 44 -.

Adam Dufek Kotle na spalování biomasy 22.5.2008 ___________________________________________________________________________ 17. Murtinger, Karel, Energie z Biomasy 2008Allibert. 18. Srdečný Karel, Úspory energie v domě. 19. Lázňovský Miroslav, Vytápění rodinných domků 20. Simanov Vladimír, Dříví jako energetická surovina 21. Thomas Holz, Topíme dřevěnými peletami 22. Viadrus. Firemní literatura [online]. Dostupné na: http://www.viadrus.cz/ 23. Agromechanika. Firemní literatura [online]. Dostupné na: http://www.agromechanika.cz/ 24. Thermona. Firemní literatura [online]. Dostupné na: http://www.thermona.cz/

________________________________________________________________________ - 45 -.


Seznam použitých zkratek: LTO…………..lehký topný olej HU……………hnědé uhlí ČU……………černé uhlí PDP…………...pneumatický dopravník paliva TUV…………..teplá užitková voda SFŽP………….státní fond životního prostředí MŽP…………..ministerstvo životního prostředí

________________________________________________________________________ - 46 -.

KOTLE MALÝCH VÝKONŮ PRO SPALOVÁNÍ BIOMASY

Recommend Documents