MALÉ A STŘEDNÍ ZPLYŇOVACÍ KOTLE NA TUHÁ PALIVA
František HRDLIČKA ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STROJNÍ
KONFERENCE LUHAČOVICE 2009
DOKONALÉ A NEDOKONALÉ SPALOVÁNÍ • Spalování uhlíku C na CO2 probíhá podle spalovací rovnice : • 1 atom C + 1 molekula O2 → 1 molekula CO2
1kgC + 2,67kgO2 = 3,67kgCO2 1kgC + 1,8658m3O2 = 1,8555m3CO2 • Reakční teplo 33,8 MJ/kg • Spalování uhlíku C na CO probíhá podle spalovací rovnice • 1 atom C + 0,5 molekuly O2 • Reakční teplo 10,3 MJ/kg
→
1 molekula CO
1kgC + 0,932m3O2 = 1,8651m3CO
PODMÍNKY KVALITNÍHO ŘEŠENÍ primární zplyňovací prostor
• Stechiometrie na hranici zcela nedokonalého spalování (α cca 0,5) • Teplota v úzkém pásmu kolem 1070 K • Minimální mechanický nedopal • Dobrý přístup okysličovadla k fixnímu uhlíku
TEPLOTY MĚKNUTÍ A TÁNÍ A POPELA TEPLOTA MĚKNUTÍ TÁNÍ POPELA
Teplota měknutí (°C) dřevo 1150 šťovík 1255 šťovík+chrastice 1:1 860 šťovík+piliny 1:1 875 obilní zbytky 980 řepková sláma+uhlí 9:1 1255 seno 1080 Palivo
Teplota tání (°C) 1170 1280 905 920 1035 1315 1170
PODMÍNKY KVALITNÍHO ŘEŠENÍ sekundární spalovací prostor
• Dobré směšování hořlavého plynu se sekundárním vzduchem • Odstraňování popela z kotle za provozu (zejména pro uhlí) • Dobré vyplnění prostoru plamenem s nízkým součinitelem přebytku vzduchu
Jak dosáhnout kvalitního řešení?
• • • •
Respektováním zásad správného řešení Konstrukční řešení Výběr paliva Automatické řízení výkonu dle výkonu i spalovacího režimu
Omezení řešení
• Palivo a jeho vlastnosti – včetně rozměrové úpravy • Definované okrajové vlastnosti paliva (výhřevnost – u biomasy především obsah vody, popelnatost) • Přijatelné rozmezí výkonu kotle , ve kterém bude provozován ve správném spalovacím režimu • Akumulace tepla pro vyloučení podkritických výkonů kotle
HLAVNÍ PRVKY V POPELU Z BIOMASY
70
60
50
40 h m .% 30
š ť o v ík 1 - d r ť š ť o v ík 3 - m a lá b r ik e ta š ť o v ík 5 - v e lk á b r ik e ta š ť o v ík 6 - s e m ín k a š ť o v ík 7 - p e le ty 6 m m š ť o v ík 8 - s u c h á k y tk a lá m a n á š ť o v ík 1 0 - s u c h á k y tk a , c e lá š ť o v ík 4 - v e lk é p e le ty š ť o v ík 9 - s u c h á k y t k a
20
10
0
š ť o v ík 1 1 - s u c h á k y t k a K2O
š ť o v ík 1 2 - z e le n á k y tk a CaO
S iO 2
M gO
š ť o v ík 2 - m a lé p e le ty A l2 O 3
P O 4 (3 -)
S O 4 (2 -)
UKÁZKY ŘEŠENÍ • ATMOS - polena
UKÁZKY ŘEŠENÍ • ATMOS - uhlí
UKÁZKY ŘEŠENÍ • ATMOS – dřevěné brikety
UKÁZKY ŘEŠENÍ • DAKON - DamatPyro
UKÁZKY ŘEŠENÍ • VIGAS - polena
PRINCIPIÁLNÍ ODLIŠNOSTI ŘEŠENÍ směšování hořlavých plynů a okysličovadla 1. • • • 2. • • • • 3. • • •
Nucený tah Spalinový ventilátor Vzduchový ventilátor Vzduchový ventilátor + startovací spalinový ventilátor Palivo polena pilinové brikety doplńkové palivo (štěpka) uhlí zrnění ořech 1 nebo 2 Ochrana proti korozi zesílený kvalitní plech litina oddělení kotlového a vytápěcího okruhu směšovacím ventilem
DALŠÍ ÚDAJE • VÝKONOVÉ ROZMEZÍ • 18 AŽ 90 kW • MOŽNOST SPALOVÁNÍ UHLÍ (jen pro malé výkony) • ATMOS • VIGAS • POŽADAVKY NA TAH KOMÍNA Obvykle dle prospektů do 25 Pa (výjimečný údaj 54 Pa) - skutečnost horší , nezbytnost spalinový ventilátor
Emisní limity platné ze zákona 86/2002 Sb. pro střední zdroje na tuhá fosilní paliva o tepelném výkonu od 0,2 MW do 5 MW Emisní limit (mg/m3)
Jmenovitý tepelný výkon Pt (MW)
TZL
SO2
NOx jako NO2
CO
Org. látky jako ΣC
Pt
150
0,5 g/MJ
650
1500
nestan. 6
0,2 ≤ Pt ≤ 1
-
-
650
650
nestan. 6
1 < Pt ≤ 5
-
-
650
650
nestan. 6
0,2 ≤ Pt ≤ 5
250
-
650 1 1001)
-
nestan. 6
Pt = 0,2 až 5 MW
-
2 500
650
-
nestan. 6
< 0,2 NÁVRH
Odkazy: 1)pro výtavná ohniště
Ref. obsah O2 (%)
Rosný bod spalin a teplota spalin do komínu konvekčnímu přenosu tepla u stěny
q =α1 *(t pr −tst1) = λs *(tst1 −tst2 ) =α2 *(tst2 −tw ) kde je q [W/m2] tepelný tok stěnou výměníku, α1 [W/K.m2] přestupní součinitel na straně spalin, α2 [W/K.m2] přestupní součinitel na straně otopné vody, λ [W/K.m] tepelná vodivost stěny výměníku a s [m] tloušťka stěny výměníku. Teploty jsou postupně od teploty proudu tpr, přes teplotu stěny tst1, tst2 až po teplotu otopné vody tw
Rosný bod spalin pro běžné provozní podmínky Palivo
dřevo
Rosný bod bez Zvýšení síry [0C] teploty rosného bodu [0C] 44,3 9,5
Výsledná teplota rosného bodu [0C] 53,8
Bílina o2
42,8
64,3
107,1
směs 1 : 1
43,6
53,2
98,8
Omezující podmínky pro spolehlivý provoz kotle bez rizika korozí výměníku
dřevo
Min.teplota napájecí Min.teplota spalin (vratné) vody za kotlem [0C] [0C] 22 54
Bílina o2
33
108
směs 1 : 1
24
99
Palivo
Výše uvedená tabulka však platí pro ustálený výkonový provoz kotle a v žádném případě nenahrazuje podmínky při zátopovém režimu
DĚKUJI ZA POZORNOST
