Zdroje tepla na biomasu při obnově bytového fondu
Biomasa je chemicky zakonzervovaná sluneční energie. Je to nejuniverzálnější a nejrozšířenější zdroj energie na Zemi. Můžeme ji využít k výrobě tepla a elektrické energie v moderních spalovacích zařízeních.
Energetická hodnota biomasy a její využitelný potenciál
• odpady z dřevozpracujícího průmyslu více než 37 %,
• lesní biomasa s energetickými porosty také téměř 37 %,
• zemědělská biomasa 19,5 %.
Koncepce návrhu zdroje tepla s kotli na dřevěnou biomasu
Hlavními druhy využívaných netradičních a obnovitelných energetických zdrojů jsou:
• spalování průmyslové biomasy, hlavně odpadního dřeva z výrobních závodů,
• spalování komunálního odpadu ve velkých městech nebo v blízkosti velkých aglomerací,
• využívání odpadového tepla z technologických procesů.
V budoucnosti je možné očekávat kromě dalšího rozvoje využívání již zmíněných druhů netradičních energetických zdrojů zvýšené využívání:
• přírodní biomasy, hlavně lesních dřevin a zemědělských produktů,
• bezpečných průmyslových odpadů, např. z potravinářského průmyslu.
Z hlediska optimalizace skladovacích a přepravních kapacit nebývají zdroje využívající biomasu dimenzované na celkové špičkové výkony SCZT, spíše na výkony částečné, přičemž k zabezpečení odběrových špiček je využíván samostatný špičkový kotel na jiný druh paliva, který po zbytek roku slouží jako záložní zdroj. Principiální schéma tohoto zdroje tepla je zobrazeno na obr. 1.
Z hlediska dodávky tepla do soustavy centralizovaného zásobování teplem je důležitý diagram trvání potřeby tepla, respektive energie, podle obr. 3. Zdroj na biomasu je v základním zatížení, tedy zabezpečuje dodávku tepla hlavně v letním období a taktéž ve vytápěcím období částečně podporuje i vytápění. Podstatou je, že tento kotel na biomasu je schopen optimálně pracovat se zatížením od 30 % až do 100 %. Spalovací proces je neustále sledován a podle množství paliva se reguluje přívod spalovacího vzduchu. Druhý kotel na ušlechtilé palivo je v činnosti cca 190 dní s různým zatížením. Poslední kotel zabezpečuje dodávku tepla jen několik desítek dní. Provoz takového zdroje tepla je nemyslitelný bez dispečinku, který přizpůsobuje okamžitou potřebu tepla a energie obytného okrsku možnostem daným zdrojem tepla.
Rozdělení spalovacích zařízení podle způsobu spalování:
Podle způsobu spalování biomasy rozlišujeme následující způsoby:
• spalování na roštu (ve vrstvě),
• práškové spalování (za letu),
• fluidní spalování (v kypřicí vrstvě),
• cyklónové spalování.
Spalování na roštu
Nejznámější typy roštových systémů jsou:
• šikmý rošt,
• kaskádový rošt,
• pevný rošt,
• stupňovitý rošt,
• rošt s rozsypným přikládáním.
Primární přívod vzduchu je přes rošt tak, aby nedocházelo k přehřívání a aby bylo zajištěno hoření na roštu. Sekundární přívod vzduchu slouží k podpoře hoření prchavých látek nad roštem. Regulací přívodu vzduchu v jednotlivých dýzách je možné dosáhnout zónového spalování s minimálním nadbytkem vzduchu.
Práškové spalování
Pro dosažení vysoké účinnosti musí být doba potřebná na dokonalé spálení paliva kratší než doba setrvání částečky v topeništi. Výhodou práškových topenišť je možnost úplné mechanizace spalovacího procesu a je vhodné pro vyšší výkony, na které už rošt, omezený svými rozměry, nestačí.
Cyklónové spalování
Výhody cyklónového spalování jsou: malý součinitel nadbytku vzduchu, intenzivní spalování, a tím zmenšení aktivního spalovacího prostoru. Nevýhodou je malý regulační rozsah, eroze výhřevných ploch, a tím i menší životnost spalovacího zařízení.
Fluidní spalování
Fluidní systémy vhánějí vzduch za vysokých rychlostí, čímž dochází k lepšímu spalování a rychlejšímu přenosu tepla v lůžku, a tím ke kontrolovatelnému spalování. Umožňují spalovat biomasu proměnlivější kvality než ostatní systémy. Systém je složen ze spalovací komory s pískovým lůžkem, které pracuje jako teplonosné médium, je předehřáté a čeřené vzduchem vháněným přes perforované dno. Pískové lůžko se udržuje na optimální teplotě (700 až 950 °C) pomocí výměníků zabudovaných ve fluidní vrstvě. Biomasa ve formě drobných částeček je kontinuálně vháněna do pískového lůžka, kde dochází ke spalování. Spaliny se čistí od popela a odvádějí se do komína.
Výhody fluidních systémů:
• díky intenzivnímu míchání a vysokým teplotám je spalování rychlé, což umožňuje kompaktnost celého zařízení,
• jsou schopné spalovat relativně mokrý materiál,
• mohou spalovat palivo relativně nerovnoměrného složení a tvarů, i směs dřeva a jiných materiálů.
Nevýhody fluidních systémů:
• vyšší investiční náklady,
• nutnost zkušené obsluhy,
• spotřeba elektrické energie na pohon ventilátorů,
• citlivá regulace.
Závěr
Z hlediska snižování emisí síry a omezování kyselého spadu (kyselé deště) má využívání biomasy velký význam, neboť obsah síry v ní je podstatně nižší než v případě uhlí nebo ropy. Navíc biomasu je možné přimíchávat do uhlí, a tak dále snižovat emise síry v klasických teplárnách, výhřevnách nebo okrskových kotelnách. Pro menší objekty typu rodinných domů jsou vhodné kotle s pevným roštem případně stupňovitým. Jako palivo využívají dřevo, dřevěné třísky nebo pelety. Náročnost palivového hospodářství souvisí s použitým druhem paliva. Do tepelného výkonu 150 kW se nepoužívají cyklónové odlučovače popílku.
Pro objekty s větší potřebou tepla jsou vhodnější složitější spalovací zařízení, u nichž jsou aplikovány šikmé, kaskádové rošty, případně rošt s rozsypným přikládáním. Jako palivo využívají dřevěné třísky nebo pelety. Náročnost palivového hospodářství souvisí s použitým druhem paliva. Tato spalovací zařízení vyžadují cyklónový odlučovač popílku.
V dřevařských a nábytkářských závodech se s oblibou používají spalovací zařízení využívající práškové, případně cyklónové spalování, kde je potřeba palivo upravit před spalováním do podoby prášku (drtiče a technologická čistota materiálu). Nejdokonalejšího zhodnocení (využití – spálení) biomasy se dosahuje ve velkých kotlích s tzv. fluidním spalovacím zařízením, které umožňuje spalování až při teplotách 950 °C. Tyto kotle se využívají pro větší zdroje tepla v teplárenském režimu, které jsou vhodné na zásobení teplem větších obytných souborů.
Doc. Ing. Jan Takács, Ph.D.
Autor je docentem na Stavební fakultě STU v Bratislavě
Literatura:
[1] Bédi, E.: Obnoviteľné zdroje energie. Fond pre alternatívne energie, Bratislava, SZOPK 2001.
[2] Kadrnožka J. – Ochrana L.: Teplárenství. Akademické nakladatelství CERM Brno, 2001, str. 177.
[3] Pastorek, Z. – Kára, J. – Jevič, P. Biomasa obnovitelný zdroj energie. FCC PUBLIC, s. r. o., 2004.
[4] Lulkovičová, O. a kol.: Zdroje tepla a domové kotolne. Jaga, Bratislava, 2004.
[5] Jandačka, J. – Malcho, M.: Biomasa ako zdroj energie. Žilina, 2007.