CZ14820U1 - Kotel s fluidním spalováním - Google Patents

Description

Oblast technikv

Technické řešení se týká kotle s fluidním spalováním opatřeného fluidním topeništěm se stacionární oxidační fluidní vrstvou, který má vrstvu inertního materiálu o výšce do 1 m nad tryskami fluidního roštu při velikosti granulí inertního materiálu do 3 mm, kde fluidní topeniště jez boků ohraničeno vzduchotěsnou stěnou a je opatřeno ve své spodní části fluidním roštem s tryskami napojeným na spalovací vzduch přivedený pod tlakem v rozmezí od 3 000 do 10 000 Pa, měřeno při normální teplotě a tlaku, pro dosažení rychlosti fluidace v rozmezí od 0,3 do 1,2 m/s, měřeno při normální teplotě a tlaku. K fluidnímu roštuje napojen vysokotlaký ventilátor s nastavitelným průtokem fluidačního spalovacího vzduchu a k výstupu kotle je napojen alespoň jeden odtahový ventilátor pro vytvoření řízeného podtlaku v kotli. Do spalovací komory je zaústěno přívodní potrubí sekundárního vzduchu.

Dosavadní stav techniky

Kotle s fluidním spalováním zpravidla používají jako palivo klasické hnědé uhlí. Byly konány pokusy přidat ke hnědému uhlí různé odpadové materiály, aby se tak tyto materiály využily na výrobu energie namísto neužitečného skládkování. Problémem spalování odpadových materiálů však je dodržení limitů škodlivin ve spalinách. Konstrukce kotle a jeho provoz, které z hlediska do vzduchu vypouštěných škodlivin vyhovují pro spalování hnědého uhlí, nemusí vyhovět tehdy, když se do uhlí přidají materiály, které mají z hlediska spalování úplně jiné hodnoty.

Řešení tohoto problému lze dosáhnout dvojí cestou: buď se upraví kotel, aby daný materiál spaloval bez porušování norem pro ochranu životního prostředí, nebo se upraví palivo tak, aby je bylo možné spalovat ve stávajícím kotli s fluidním spalováním bez toho, že by spaliny neplnily normy pro ochranu životního prostředí.

Současná civilizace produkuje značné množství odpadu a jeho likvidace se stává čím dál tím palčivějším problémem. Zatímco odpadová tráva, seno, ořezy stromů, listí a podobně, které jsou odpadním produktem v zemědělství, sadařství nebo při správě například městských parků, nejsou problémem neřešitelným, neboť vhodně uloženy samy zmizí biodegradací, čistírenské kaly jsou problémem mnohem nesnadnějším, neboť jsou produkovány zejména v městských aglomeracích ve velkých množstvích a jejich likvidace není doposud uspokojivě vyřešena.

Jsou známy pokusy o výrobu paliva z odpadových materiálů. Například patent CZ 286 614 popisuje způsob průmyslového zpracování čistírenských kalů ve směsi s tuhými bioodpady, jehož produktem je palivo. Směs čistírenských kalů s tuhým bioodpadem se podrobí krátké aerobní fermentaci, zčásti odvodněná fermentovaná směs se vysuší a granuluje nebo briketuje.

Tento způsob se v praxi neosvědčil, a to pro vysoké náklady na výrobu paliva, které bylo v přepočtu na vyrobený gigajoule asi dvakrát dražší než dřevní štěpka a čtyřikrát dražší než hnědé uhlí.

Navíc se zjistilo, že krátkodobá fermentace, popisovaná v tomto patentu, trvající 2 až 4 dny, není dostačující. Teprve další zkoušky provedené v dalších letech ukázaly, že tato doba nestačila na to, aby výsledná směs po fermentaci plnila hygienické normy. I z tohoto důvodu je postup podle patentu CZ 286 614 nevyužitelný. Doba i kvalita fermentace měly zásadní vliv i na kvalitu materiálu pro jeho granulaci. V patentu se hovoří, že tato směs byla granulována na granulačním lise s matricí průměru 8 mm a vlhkosti 15 % a na granulačním lise s matricí průměru 14 mm a vlhkosti 25 %. Ve skutečnosti však těchto parametrů nebylo dosaženo. Bylo dosaženo granulace s dobrou kvalitou granulí, to jest s dobrou soudržností, neboť rozpadlé granule jsou nevyužitelné, s vlhkostí 15 % na granulačním lise s matricí průměru 14 mm. Schopnost granulace končila s vlhkostí 18 %. Granulace a briketizace, tak jak jsou uvedeny v příkladech 1, 2 a 3 uvedeného patentu, nebylo ve skutečnosti dosaženo, byly to pouze předpoklady.

-1 CZ 14820 Ul

Práce prováděné právě při tvoření tohoto patentu ještě zesílily všeobecně sdílený předsudek odborníků v oboru, že bioodpady i biomasu, jako štěpky, piliny, ořezy stromů apod., lze granulovat jen při vlhkosti mezi 12 až 14 %. Vládlo přesvědčení, že pokud byla směs vlhčí, musela se sušit, pokud byla směs sušší, musela se zavlhčit. Současné spalování uhlí a biopaliva tak nebylo ani tímto patentem, ani dalšími pracemi uspokojivě vyřešeno.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky dosavadního stavu techniky do značné míry eliminuje kotel s fluidním spalováním opatřený fluidním topeništěm se stacionární pískovou oxidační fluidní vrstvou o výšce do 0,7 m a o velikosti granulí písku v rozmezí od 0,3 do 2,5 mm, kde fluidní topeniště je z boků ohraničeno vzduchotěsnou chlazenou stěnou a je ve své spodní části opatřeno fluidním roštem s tryskami, k němuž je připojeno přívodní potrubí spalovacího vzduchu přivedeného pod tlakem v rozmezí od 3 000 do 10 000 Pa, měřeno při normální teplotě a tlaku, pro dosažení rychlosti fluidace v rozmezí od 0,3 do 1,2 m/s, měřeno při normální teplotě a tlaku, k fluidnímu roštu je napojen vysokotlaký ventilátor s nastavitelným průtokem fluidačního spalovacího vzduchu a k výstupu kotle je napojen alespoň jeden odtahový ventilátor pro vytvoření řízeného podtlaku v kotli, přičemž do spalovací komory je zaústěno přívodní potrubí sekundárního vzduchu, kde podstata technického řešení spočívá v tom, že ke spalovací komoře je napojen alespoň jeden dávkovač fosilního paliva a alespoň jeden dávkovač biopaliva vyrobeného z čistírenských kalů a tuhého bioodpadu, kde dávkovač biopaliva je vytvořen jako dávkovač s plynule nastavitelným dávkováním biopaliva vytvořeného z aerobně fermentované směsi jednoho hmotnostního dílu odvodněného čistírenského kalu o sušině v rozmezí od 10 do 50 % hmotn. směsi s 0,5 až 10 hmotnostními díly tuhého bioodpadu, přičemž bioodpad je tvořen alespoň jedním odpadovým materiálem ze skupiny tvořené posečenou trávou, senem, ořezy stromů, listím, štěpky, řepkovou slámou, nebo jinými biologickými odpady vznikajícími v rostlinné zemědělské výrobě s výjimkou obilní slámy, nebo cíleně pěstovanou biomasou nebo jejich směsí.

Přehled obrázků na výkrese

Technické řešení bude dále podrobněji popsáno podle přiloženého výkresu, kde je na obr. 1 schematicky znázorněn pohled zepředu na příkladné provedení kotle s fluidním spalováním podle technického řešení a na obr. 2 je schematicky znázorněn pohled z boku na totéž příkladné provedení kotle s fluidním spalováním.

Příklady provedení technického řešení

Na obr. 1 i na obr. 2 je znázorněn pohled na příkladné provedení kotle podle technického řešení. Ve spodní části spalovací komory £ je vestavěno fluidní topeniště 2 s tryskami. Fluidní topeniště 2 je z boku ohraničeno vzduchotěsnou chlazenou stěnou 3. Nad hladinou 4 pískové oxidační fluidní vrstvy jsou zaústěny dva dávkovače 5 paliva, vytvořené jako dávkovače 5 fosilního paliva. Dávkovače 5 fosilního paliva jsou vytvořeny zásobníky 6 uhlí ve formě trychtýře s širokým otvorem nahoře a se zužujícím se průměrem směrem k šnekovému podavači 7 uhlí. Zpravidla kolmo na zaústění dávkovačů 5 fosilního paliva je zaústěn dávkovač 8 biopaliva. Dávkovač 8 biopaliva je vytvořen jako zásobník 9 biopaliva ve tvaru komolého kužele, který se směrem k šnekovému podavači 10 biopaliva mírně rozšiřuje. Tento tvar zásobníku 9 biopaliva je vhodný z toho důvodu, aby nedocházelo ke klenbování štěpků. Průměr vstupního otvoru dávkovače 8 biopaliva do prostoru spalovací komory £ musí být vzhledem k fyzikálním vlastnostem štěpků mnohem větší než průměr vstupního otvoru dávkovače 5 fosilního paliva.

V činnosti kotle podle technického řešení se po každé jeho odstávce kotel spustí tak, že spaluje pouze uhlí, a to do té doby, dokud se nedostane na provozní teplotu. Teprve po dosažení provozní teploty spustí řídicí obvod 11 pro spuštění dávkovače 8 biopaliva šnekový podavač £0. Biopalivo je vytvořeno z aerobně fermentované směsi jednoho hmotnostního dílu odvodněného čistírenského kalu o sušině v rozmezí od 10 do 50 % hmotn. směsi s 0,5 až 10 hmotnostními díly

-2CZ 14820 Ul tuhého bioodpadu, přičemž bioodpad je tvořen alespoň jedním odpadovým materiálem ze skupiny tvořené posečenou trávou, senem, ořezy stromů, listím, štěpky, řepkovou slámou, nebo jinými biologickými odpady vznikajícími v rostlinné zemědělské výrobě s výjimkou obilní slámy, nebo cíleně pěstovanou biomasou nebo jejich směsí. Biopalivo se ve fluidní vrstvě ve vznosu smísí s uhlím a v teplotě vysoko převyšující zápalnou teplotu biopaliva ve fluidní vrstvě i shoří. Promíchání biopaliva s uhlím ve fluidní vrstvě se dosahuje automaticky plynulým a současným přísunem uhlí a biopaliva ze dvou vstupních otvorů do prostoru spalovací komory i. Homogenita takové směsi je velmi dobrá a vzhledem k teplotě fluidní vrstvy nedochází k úletům nespáleného biopaliva a k jeho pozdějšímu zahoření v tkaninovém filtru.

Biopalivo lze připravit v různých poměrech složek směsi a s různou fermentační dobou. V dalším jsou uvedeny dva příklady biopaliva.

Příklad 1

Bylo připraveno biopalivo o složení:

-kalyzČOV 18%

- řepková sláma 11 %

- tráva 33 %

- štěpka 15 %

- listí 23 %.

Směs byla podrobena aerobní fermentaci po dobu 7 dnů. Výsledná směs nebyla podrobena granulaci a má tedy malou měrnou hmotnost, takže je obtížné spalovat ji ve fluidním kotli samostatně, neboť hrozí nebezpečí, že lehké částečky biopaliva sypané na fluidní vrstvu, do této fluidní vrstvy nedoletí a shoří ještě nad ní, v důsledku čehož se fluidní vrstva může začít ochlazovat až může zcela vyhasnout. Proto se takto vytvořené biopalivo spalovalo v kombinaci s uhlím v energetickém poměru výše popsaného biopaliva ku uhlí 70 : 30 a 50 : 50.

Příklad 2

Bylo připraveno biopalivo o složení:

-kalyzČOV 18%

- řepková sláma 11 %

- tráva 33 %

- štěpka 15 %

- listí 23 %.

Biopalivo bylo podrobeno řízené aerobní fermentaci po dobu 2,5 dne. Výsledná směs nebyla podrobena granulaci a má tedy malou měrnou hmotnost, takže je stejně jako v příkladu 1 obtížné spalovat ji ve fluidním kotli samostatně, neboť hrozí nebezpečí, že lehké částečky paliva sypané na fluidní vrstvu, do této fluidní vrstvy nedoletí a shoří ještě nad ní, v důsledku čehož se fluidní vrstva může začít ochlazovat až může zcela vyhasnout. Proto se takto vytvořené biopalivo spalovalo v kombinaci s uhlím v energetickém poměru výše popsaného biopaliva ku uhlí 70 : 30 a 50: 50.

Průmyslová využitelnost

Technické řešení lze využít u fluidní ch kotlů, u nichž se požaduje kromě spalování uhlí i spalování biopaliva.

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Kotel s fluidním spalováním, opatřený fluidním topeništěm (2) se stacionární pískovou oxidační fluidní vrstvou o výšce do 0,7 m a o velikosti granulí písku v rozmezí od 0,3 do 2,5 mm, kde fluidní topeniště (2) je z boků ohraničeno vzduchotěsnou chlazenou stěnou (3) a je ve své spodní části opatřeno fluidním roštem s tryskami, k němuž je připojeno přívodní potrubí spalovacího vzduchu přivedeného pod tlakem v rozmezí od 3 000 do 10 000 Pa, měřeno při normální teplotě a tlaku, pro dosažení rychlosti fluidace v rozmezí od 0,3 do 1,2 m/s, měřeno při normální teplotě a tlaku, k fluidnímu roštu je napojen vysokotlaký ventilátor s nastavitelným průtokem fluidačního spalovacího vzduchu a k výstupu kotle je napojen alespoň jeden odtahový ventilátor pro vytvoření řízeného podtlaku v kotli, přičemž do spalovací komory (1) je zaústěno přívodní potrubí sekundárního vzduchu, vyznačující se tím, že ke spalovací komoře (1) je napojen alespoň jeden dávkovač (5) fosilního paliva a alespoň jeden dávkovač (8) biopaliva vyrobeného z čistírenských kalů a tuhého bioodpadu, kde dávkovač (8) biopaliva je vytvořen jako dávkovač (8) s plynule nastavitelným dávkováním biopaliva vytvořeného z aerobně fermentované směsi jednoho hmotnostního dílu odvodněného čistírenského kalu o sušině v rozmezí od 10 do 50 % hmotn. směsi s 0,5 až 10 hmotnostními díly tuhého bioodpadu, přičemž bioodpad je tvořen alespoň jedním odpadovým materiálem ze skupiny tvořené posečenou trávou, senem, ořezy stromů, listím, štěpky, řepkovou slámou, nebo jinými biologickými odpady vznikajícími v rostlinné zemědělské výrobě, s výjimkou obilní slámy, nebo cíleně pěstovanou biomasou nebo jejich směsí.