Energetické kotle na spalování biomasy české konstrukce

V posledním období je věnována velká pozornost spalovaní paliv z kategorie obnovitelných zdrojů. Řada jednotek o výkonu 20 až 50 MWt. byla postavena v zemích Evropské unie, zejména v Německu. Díky dotacím, které vlády některých zemí takovým projektům poskytují, se realizace jinak finančně náročných podmínek stává pro investory přitažlivější a následně je touto cestou dosahováno hlavního cíle, tím je snížení spotřeby klasických paliv. Především zemního plynu a uhlí se všemi pozitivními dopady na životní prostředí. Široce dostupné palivo, jež patří do této kategorie obnovitelných zdrojů, je biomasa, a to jak původní, jako je kůra, dřevo a rychle rostoucí zelené plodiny, tak i sekundární. To je vesměs použitý stavební odpad, včetně kontaminovaného dříví a dřevního odpadu z nábytkářské výroby. První brněnská strojírna postavila v 70. letech kotle spalující biomasu na roštu a v pomocném cyklonu. Jednotky o parním výkonu 12 t/h byly i přes některé potíže úspěšně zprovozněny a splnily základní účel, výrobu tepla spalováním odpadu při zpracování dřeva. V té době se ještě nepožadovaly přísné emisní limity. Vývojem moderních kotlů spalující biomasu při dosažení nejpřísnějších emisních limitů jsme se začali zabývat opět až po roce 2000. Impulzem pro to byly četné požadavky investorů v Německu, kde výroba el. energie z biomasy má podporu. V letech 2002 až 2005 PBS realizovala formou dodávky na klíč dva kotle spalující kontaminovanou biomasu o výkonu 55 t/h ve městech Wicker a Pforzheim. Zadávací podmínky a naše řešení pro kotle v Německu byly následující: . Spalování kontaminované biomasy, jako je lakované nebo penetrované dřevo, stavební dřevěný odpad, dřevotříska a podobně Palivo v menším procentuálním poměru obsahovalo také plasty, hlínu, kamení a jiné nespecifikované příměsi. Výhřevnost paliv je od 12 do 17 MJ/kg, při obsahu vody 10 až 30 %. Pro spalování takové široké škály paliv se použil pásový rošt s pohazováním paliva pomocí vzduchu. Při pohazování dochází k předsušení a vyhoření větší části paliva (cca 70 %) ve vznosu nad roštem, větší částice dohořívají na roštu. . Ochrana tlakových částí kotle proti vysokoteplotní korozi Na základě definovaného obsahu chloru, síry a některých dalších prvků by docházelo k vysokoteplotní korozi. Konkrétním konstrukčním řešením spalovací komory, výparníku a přehříváků a nastavením správných teplotních poměrů se tomu zabránilo a nedojde ke zkrácení životnosti teplosměnných ploch. . Opatření proti tvorbě dioxinů Při spalování kontaminovaného dřeva dochází ke tvorbě dioxinů. Pro zabránění tvorby dioxinů je nutno zaručit setrvání spalin v teplotách nad 850 oC po dobu minimálně 2 s při všech provozních stavech. S ohledem na tuto podmínku byly navrženy rozměry spalovací komory a teplotní charakteristika vyzdívky. Kotel je vybaven stabilizačními hořáky pro najetí, které také zabrání poklesu teploty pod 850 oC při spalování dřeva. . Maximální účinnost kotle a celého bloku Parametry páry z kotle byly na základě řady analýz stanoveny: tlak 70 bar, teplota 450 oC. Vyšší hodnoty jsou s ohledem na nebezpečí chlorové koroze nevhodné. Účinnost byla dosažena přes 92 % díky nízké odchozí teplotě spalin (140 oC) a minimálnímu přebytku vzduchu (3 % O2 ve spalinách). . 8000 provozních hodin za rok Kotel je navržen tak, aby delší inspekce a údržba kotle byla prováděna 2krát za rok, vždy po 4000 h chodu. Všechny dodatkové plochy jsou vybaveny účinnými parními ofukovači a podmínky přestupu tepla jsou prakticky neměnné po celou dobu chodu. K žádnému dalšímu zanášení kotle, které by vyžadovalo přerušení provozu, nedochází. . Minimální struskování kotle Zabránit nadměrnému struskování zejména při spalování paliva s vyšší výhřevností je možné pomocí řízení teploty spalování recirkulací spalin. Pro dosažení dostatečně nízké teploty stěn byla instalována vyzdívka ze SiC desek, která má vysokou vodivost a dobré mechanické a tepelné vlastnosti. . Emisní limity: CO pod 50 mg/ Nm3, NOx pod 200 mg/Nm3 Instalované kotle dosahují díky dokonale řízenému spalování nízkých emisních limitů, které požadují regionální úřady životního prostředí. Emise NOx jsou sníženy vstřikováním močoviny do prostoru na konci spalovací komory. . Bezobslužný provoz Kotle byly vybaveny řídicím systémem a přístroji pro bezobslužný provoz. Tato výbava slouží pro zvýšení bezpečnosti provozu, vlastní provoz kotlů je s běžnou obsluhou. Náročným zkušebním provozem a ověřovacím měřením kotlů, které provedly nezávislé instituce, se prokázalo splnění všech zadávacích podmínek a garantovaných hodnot. Stejně tak byla potvrzena provozní spolehlivost a bezporuchovost kotlů a příslušenství. V rámci projektu Výzkumu a vývoje, který probíhal za finanční podpory ze státních prostředků poskytnutých prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu, byla v letech 2004 a 2005 na kotli projektu Pforzheim provedena řada úprav a zlepšení. Tímto byla vytvořena a ověřena koncepce a konstrukce kotle, který je po technické i cenové stránce vysoce konkurenceschopný. ING. VLADIMÍR KROČA PBS BRNO DIZ