CZ2007560A3

CZ2007560A3 - Zpusob energetického využívání biomasy s nízkou teplotou tavení popele, palivové smesi získané podle tohoto zpusobu a kotle pro spalování této palivové smesi

Info

Publication number: CZ2007560A3
Application number: CZ20070560A
Authority: CZ
Inventors: Ptácek@Milan
Original assignee: Ptácek@Milan
Priority date: 2007-08-17
Filing date: 2007-08-17
Publication date: 2009-02-25
Also published as: CZ301071B6

Abstract

Je rešen zpusob energetického využívání biomasy snízkou teplotou tavení popele, jako je obilní sláma, obilniny, zbytky po výrobe slunecnicového ci repkového oleje, šrot z obilí, mouka z obilí, kukurice, kukuricná mouka, kukuricný šrot. Podstata rešení spocívá v tom, že biomasa s nízkou teplotou tavení popele se smíchá s vhodnými nadrcenými látkami pro dosažení teploty tavení popele výsledné smesi vyšší než je kritická teplota tavení popele, která zpusobuje nalepování popele v topeništi na plochy topenište, a/nebo spalovací komoru a/nebo teplosmené plochy kotle, a/nebo slepuje fluidní vrstvu,nacež se výsledná smes spaluje ve spalovacím zarízení.

Description

Způsob energetického využívání biomasy s nízkou teplotou tavení popele, palivové směsi získané podle tohoto způsobu a kotle pro spalování této palivové směsi.

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu energetického využívání biomasy s nízkou teplotou tavení popele jako je obilní sláma, obilniny, zbytky po výrobě slunečnicového či řepkového oleje, šrot z obilí, mouka z obilí, kukuřice, kukuřičná mouka, kukuřičný šrot, palivové směsi získané podle tohoto způsobu a kotlů pro spalování této palivové směsi.

Dosavadní stav techniky

Většina látek, které jsou považovány za paliva, mají vysokou teplotu tavení popele, a to obvykle nad 1300 °C. Látky jako obilní sláma, výlisky s výroby metylesteru, řepkového oleje, nebo zbytky z výroby slunečnicového oleje, mají nižší teplotu tavení popele, která se pohybuje obvykle v rozmezí 850-1050 °C. Konkrétně obilní sláma má teplotu tavení popele 850 °C, obilí, šroty z obilí 620 až 750 °C i méně, zbytky z výroby slunečnic 1010 °C, výlisky zmeřa 1010 až 1210 °C. Tato nízká teplota tavení popele způsobuje nálepy v topeništi, ve spalovacím prostoru kotle i na teplosměných plochách kotle a značně komplikuje jeho provoz, v některých případech i znemožňuje provoz vůbec. Ve fluidních topeništích se tyto látky nespalují pro nízkou teplotu tavení pópelovin.

Doposud se obilní sláma spalovala na roštových kotlích specielní konstrukce, např. s vodou chlazenými rošty, s chlazením spalin ve spalovací komoře.

Spalování slámy a ostatních látek, jako jsou obilí, šroty z obilí, zbytky z výroby slunečnic, výlisky z meřa, nebylo možné spalovat ve fluidních kotlích a/nebo v roštových kotlích běžné konstrukce s pásovým nebo vratisuvným roštem, tedy konstrukce bez vodou chlazených roštů, nebo dochlazování spalin ve spalovací komoře nebo v granulačních kotlích.

Řešením tohoto problému by mohlo být nalezení takových přísad do biomasy s nízkou teplotou tavení popele, které by teplotu tavení popele výsledné směsi zvedly na hodnotu, při níž by již nedocházelo k nálepům v topeništi, ve spalovacím prostoru kotle i na teplosměných plochách kotle nebo ke slepování fluidní vrstvy. Při takovém řešení je třeba dosáhnout i toho, aby výsledná směs byla homogenní, aby se do kotle ani na krátkou dobu nedostalo palivo s příliš nízkou teplotou tavení popele, které by postupně kotel znefunkcňovaly.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky dosavadního stavu techniky do značné míry eliminuje způsob energetického využívání biomasy s nízkou teplotou tavení popele jako je obilní sláma,

D2343

16.8.2007

-2obilniny, zbytky po výrobě slunečnicového či řepkového oleje, šrot z obilí, mouka z obilí, kukuřice, kukuřičná mouka, kukuřičný šrot, kde podstata vynálezu spočívá v tom, že biomasa s nízkou teplotou tavení popele se smíchá s vhodnými nadrcenými látkami pro dosažení teploty tavení popele výsledné směsi vyšší než je kritická teplota tavení popele, která způsobuje nalepování popele v topeništi na plochy topeniště, a/nebo spalovací komoru a/nebo teplosměné plochy kotle, a/nebo slepuje fluidní vrstvu, načež se výsledná směs spaluje ve spalovacím Zařízení.

Ve výhodném provedení vynálezu se teplota tavení výsledné směsi určí podle procenta obsahu draslíku a sodíku v popeli směsi.

V dalším výhodném provedení vynálezu se jako nadrcených látek použijí látky bohaté na vápník, a to zejména látky jsou vybrané ze skupiny zahrnující vápenec, hydrát vápenatý, vápno.

V jiném výhodném provedení vynálezu jsou nadrcené látky vybrány ze skupiny obsahující kámen, písek, popel po spalování, produkty po odsiřování, odprašky z výroby a ' úpravy rud, kameniva.

V ještě jiném výhodném provedení vynálezu jsou nadrcené látky vybrány ze skupiny obsahující fosilní pevná paliva jako uhlí, lignit, rašelina nebo ze skupiny obsahující pevná paliva vyrobená z kalů z čistíren odpadních vod nebo ze skupiny obsahující uměle vyrobená paliva ze skupiny petrolkoksů a kafilemích mouček nebo ze skupiny obsahující biomasová paliva jako štěpka, řepková sláma, seno, tráva, ořezy stromů, energetické plodiny jako šťovík, ύ křídlatka.

V dalším výhodném provedení vynálezu je výsledná směs teplotně samonosná.

Konečně v ještě dalším výhodném provedení vynálezu se výsledná směs před spalováním ve spalovacím zařízení granuluje..

Nedostatky dosavadního stavu techniky do značné míry eliminuje i palivová směs] získaná výše popsaným způsobem podle vynálezu, jehož podstatou je, že poměr biomasy1 s nízkou teplotou tavení popele a nadrcených látek je nastaven pro dosažení výsledné teploty$ tavení popele výsledné směsi nad 900 °C nebo lépe nad 1200 °C nebo ještě lépe nad 1300 °C.]

Výhodné rovněž je, je-li směs biomasy s nízkou teplotou tavení popele a nadrcených látek vytvořena pro dosažení výhřevnosti paliva alespoň 7 MJ/kg.

Nedostatky dosavadního stavu techniky do značné míry eliminuje i roštový kotel pro spalování výše popsané palivové směsi podle vynálezu, jehož podstatou je, že ke spalovací· komoře je napojen alespoň jeden dávkovač paliva tvořeného směsí biomasy s nízkou teplotou tavení popele a nadrcených látek.<

í

D2343

16.8.2007

Výhodné rovněž je, je-li ke spalovací komoře je dále napojen alespoň jeden dávkovač fosilního paliva, spolupracující s dávkovačem paliva ze směsi biomasy s nízkou teplotou tavení popele a nadrcených látek, pro namíchání paliva s výhřevností alespoň 7 MJ/kg nebo ještě lépe alespoň 8 MJ/kg.

Nedostatky dosavadního stavu techniky do značné míry eliminuje i fluidní kotel pro spalování výše popsané palivové směsi podle vynálezu, opatřený fluidním topeništěm se stacionární fluidní vrstvou, která je tvořena vrstvou inertního materiálu o výšce do 1,5 m a o velikosti granulí 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 3 až 25 kPa, měřeno při normální teplotě a tlaku, pro dosažení rychlosti fluidace 0,3 až 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, kde podstatou vynálezu je, že ke spalovací komoře je napojen alespoň jeden dávkovač paliva tvořeného směsí biomasy s nízkou teplotou tavení popele a nadrcených látek.

Výhodné přitom je, je-li ke spalovací komoře napojen alespoň jeden dávkovač fosilního paliva, spolupracující s dávkovačem paliva ze směsi biomasy s nízkou teplotou i' taveni popele a nadrcených látek, pro namíchání paliva s výhřevností alespoň 7 MJ/kg.

Nedostatky dosavadního stavu techniky do značné míry eliminuje i kotel s cirkulující fluidní vrstvou pro spalování palivové směsi podle vynálezu, opatřený fluidním topeništěm s cirkulující fluidní vrstvou, která je tvořena vrstvou inertního materiálu o velikosti granulí v rozmezí od 0,3 do 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 li připojeno přívodní potrubí spalovacího vzduchu přivedeného pod tlakem 10 až 50 kPa,j měřeno při normální teplotě a tlaku, pro dosažení rychlosti fluidace 3 až 15 m/s, měřeno při| i

normální teplotě a tlaku, k fluidnímu roštu je napojen vysokotlaký ventilátor nebo dmychadlo* s nastavitelným průtokem fluidačního spalovacího vzduchu a k výstupu kotle je napojen alespoň jeden odtahový ventilátor pro vytvoření řízeného podtlaku v kotli, kde podstataj vynálezu spočívá v tom, že ke spalovací komoře je napojen alespoň jeden dávkovač paliva tvořeného směsí biomasy s nízkou teplotou tavení popele a nadrcených látek.1 .5 i

D2343

16.8.2007

-4«

♦

Výhodné přitom je, je-li ke spalovací komoře napojen alespoň jeden dávkovač fosilního paliva, spolupracující s dávkovačem paliva ze směsi biomasy s nízkou teplotou tavení popele a nadrcených látek, pro namíchání paliva s výhřevností alespoň 7 MJ/kg.

Příklady provedení vynálezu

Byly provedeny zkoušky, je-li možné spalovat slámu, obilí a šroty s obilí, výlisky po výrobě olejů z řepky a slunečnic ve stávajících kotlích, zejména s fluidním spalováním.

Při prvních třech pokusech se do biomasy nepřidávaly žádné příměsi.

Příklad č. 1

V laboratorních podmínkách byla spálena, mouka, šroty z obilí a kukuřice to bez jakýchkoliv příměsí. Po spálení byla zjištěna hmotnost popele, která v tomto případě činila od 0,22 po 2 % hmotnosti spalované biomasy. Při analýze popele bylo zjištěno, že procento obsahu sodíku a draslíku, tedy jejich součtu, z celkové hmotnosti popele bylo od 19 po 33 %. Teplota tavení popele byla menší než 630 °C. Tyto látky se ukázaly být zcela nevhodným palivem, neboť teplota topeniště je zpravidla vyšší než teplota tavení popele z těchto látek, takže roztavený popel by okamžitě slepil fluidní vrstvu či zalepil topeniště nebo teplosměnné plochy kotle.

Příklad č. 2

V laboratorních podmínkách byla spálena sláma, a to bez jakýchkoliv příměsí. Po spálení byla zjištěna hmotnost popele, která v tomto případě činila 3,99 % hmotnosti spalované slámy. Při analýze popele bylo zjištěno, že procento obsahu sodíku a draslíku, tedy jejich součtu, z celkové hmotnosti popele bylo 14,1 %. Teplota tavení popele byla menší než 860 °C. Tato sláma se ukázala ne zcela vhodným palivem, neboť teplota topeniště je zpravidla vyšší než teplota tavení popele ze slámy, takže roztavený popel by v krátké době slepil fluidní vrstvu či zalepil topeniště nebo teplosměnné plochy běžného kotle.

Příklad č. 3

V laboratorních podmínkách byly spáleny výlisky z výroby olejů tj. ze slunečnice a řepky olejně, a to bez jakýchkoliv příměsí. Po spálení byla zjištěna hmotnost popele, která v tomto případě činila 6,5 až 9 % hmotnosti spalovaných výlisků. Při analýze popele bylo zjištěno, že procento obsahu sodíku a draslíku, tedy jejich součtu, z celkové hmotnosti popele bylo od 10 až po 13,5 %. Teplota tavení popele byla od 1110 po 1210 °C. Tyto látky se

D2343

16.8.2007

-5ukázaly ne zcela vhodným palivem, neboť teplota topeniště u běžných roštových kotlů jeJ zpravidla vyšší než teplota tavení popele z těchto látek. U fluidních kotlů je sice nižší, ale| v provozu se občas pohybuje v blízkosti této teploty, takže hrozí že roztavený popel byI slepil fluidní vrstvu či zalepil topeniště nebo teplosměnné plochy kotle.

Po provedení testů s těmito látkami bylo zjištěno, že hlavní příčinou nepoužitelnosti těchto látek jako paliva ve fluidních kotlích či běžných roštových kotlích jsou jejich špatné vlastnosti, zejména v prvním případě extrémně nízká teplota tavení popele, ve druhém a třetím případě relativně nižší teplota tavení popele vůči běžným palivům, a tato paliva tedy nejsou vhodná pro většinu kotlů. Bez vyřešení problému nízké teploty tavení popele tedy nelze dospět k dobrým výsledkům, které by umožnily spalování těchto látek ve fluidních kotlích nebo v běžných roštových kotlích, včetně roštových kotlů na pevná paliva používaných v domácnostech.

Pokusy a měřením bylo zjištěno, že teplota tavení popele je funkcí přítomnosti sodíku a draslíku v palivu. Není přitom důležité, kolik je sodíku a draslíku v palivu, toho bývá relativně málo, zpravidla 0,2 až 2%. Pro teplotu tavení popele je podstatné, kolik je sodíku a draslíku v popeli, a u výpalků z výroby bioetanolu dosahuje koncentrace sodíku a draslíku v popeli jednotek až desítek procent, což způsobuje i extrémně nízkou teplotu tavení popele.

Každé palivo, pokud je označováno jako palivo je většinou charakterizováno těmito základními údaji:

- výhřevnost paliva v MJ/kg

- obsah popele v %

- obsah síry v %

- obsah vody v %

- spalné teplo v MJ/kg

- obsah prchavé hořlaviny v %. jj

Někdy se mezi základní parametry počítá i stanovení obsahu uhlíku, vodíku, dusíku, kyslíku, v některých případech i obsah chlóru a fluoru. ]

Z těchto základních parametrů paliva lze obvykle orientačně určit, jaké emise mohou ' spaliny obsahovat a lze také doporučit typ kotle. Tyto parametry však vůbec nepostačují k tomu, aby bylo možno jednoznačně rozhodnout, je-li palivo trvale spalovatelné v daném zařízení. U daného potenciálního paliva je potřeba také znát chemické složení popelovin, 1 zejména obsah křemíku, hliníku, železa, hořčíků, vápníku, ostatních prvků včetně sodíku a draslíku. Ze složení popelovin lze usuzovat na jeho další vlastnosti. Přitom za podstatnou

D2343

16.8.2007 vlastnost, určující, je-li palivo trvale spalovatelné vdaném zařízení či ne, lze považovat tavitelnost popela. Tavitelnost popela je charakterizována čtyřmi teplotami:

- teplota deformace DT

- teplota měknutí ST

- teplota tavení HT

- teplota tečeni FT.

Prvky jako sodík a draslík snižují teplotu tavení popele, ostatní prvky, nebo jejich kysličníky, jako křemík, hliník, železo, mangan, vápník, teplotu tavení zvyšují. Podle jejich obsahu je možno usuzovat, jaká bude teplota tavení popele, zda nízká Čí vysoká. Stanovení teploty z chemického složení bude však v tomto případe obtížné a teplotu tavení popele lze pouze odhadovat. Nejjednodušší je stanovit teplotu tavení popele na konkrétním vzorku např. analyzátorem dle ČSN ISO 540. Popel je připravován např. dle normy ČSN 441358.

V dalších pokusech byly k těmto látkám přimíchávány další nadrcené látky, které by mohly pomoci při zvyšování teploty tavení popele. Použitelnou palivovou směs se podařilo připravit až poté, co byly do biomasy namíchány vhodné nadrcené látky.

Příklad č. 4

V laboratorních podmínkách byly spáleny šroty z obilí s příměsí nadrceného vápence. Při analýze popele bylo zjištěno, že poměr obsahu sodíku a draslíku, tedy jejich součtu, ke zbytku hmotnosti popele bylo 1 : 6,51 z čehož vyplývá 13,1 % z celkové hmotnosti popele je představováno sodíkem a draslíkem. Teplota tavení popele byla 1210 °C. Podobných výsledků bylo dosaženo i při použití oxidu vápenatého CaO namísto vápence. Tuto palivovou směs už bylo možno spalovat, ovšem pouze při pečlivém dodržování technologické kázně, neboť při jakékoliv náhodné změně poměru biomasy a vápence či CaO ve směsi by se teplota topeniště mohla zvýšit nad teplotu tavení popele palivové směsi, načež by roztavený popel slepil fluidní vrstvu či zalepil topeniště nebo teplosměnné plochy kotle.

Příklad č, 5

V laboratorních podmínkách byly spáleny šroty z obilí s příměsí nadrceného vápence. Při analýze popele bylo zjištěno, že poměr obsahu sodíku a draslíku, tedy jejich součtu, ke zbytku hmotnosti popele bylo 1 : 8,41 z čehož vyplývá 10,6 % z celkové hmotnosti popele je představováno sodíkem a draslíkem. Teplota tavení popele byla 1250 °C. Podobných výsledků bylo dosaženo i při použití oxidu vápenatého CaO namísto vápence. Tuto palivovou směs už bylo možno spalovat, ovšem pouze při relativně pečlivém dodržování technologické

D2343

16.8,2007 ·> · kázně, neboť při jakékoliv náhodné změně poměru biomasy a vápence či CaO ve směsi by se teplota topeniště mohla zvýšit nad teplotu tavení popele palivové směsí, načež by roztavený popel slepil fluidní vrstvu či zalepil topeniště nebo teplosměnné plochy kotle.

Příklad č. 6

V laboratorních podmínkách byla spálena obilná sláma s příměsí nadrceného vápence. Při analýze popele bylo zjištěno, že poměr obsahu sodíku a draslíku, tedy jejich součtu, ke zbytku hmotnosti popele byl menší než 1 : 15,17 z čehož vyplývá 6,2 % a méně z celkové hmotnosti popele je představováno sodíkem a draslíkem. Teplota tavení popele byla vyšší než 1340 °C„ Podobných výsledků bylo dosaženo i při použití oxidu vápenatého CaO namísto vápence. Tuto palivovou směs už bylo možno spalovat, přičemž tato směs byla již odolná vůči náhodné změně poměru biomasy a vápence či CaO ve směsi. U této palivové směsi již nehrozí, že by se teplota topeniště mohla zvýšit nad teplotu tavení popele palivové směsi, takže odpadá hrozba slepení fluidní vrstvy či zalepení topeniště nebo teplosměnných ploch kotle.

Příklad č. 7 .V laboratorních podmínkách byly spálena sláma obilná s příměsí odprašků z úpravy kamene. Při analýze popele bylo zjištěno, že poměr obsahu sodíku a draslíku, tedy jejich součtu, ke zbytku hmotnosti popele bylo menší než 1 : 15,01, z čehož vyplývá 6,25 % a méně z celkové hmotnosti popele je představováno sodíkem a draslíkem. Teplota tavení popele byla vyšší než 1340 °C. Tuto palivovou směs už bylo možno spalovat, přičemž tato směs byla již odolná vůči náhodné změně poměru biomasy a vápence ve směsi. U této palivové směsi již nehrozí, že by se teplota topeniště mohla zvýšit nad teplotu tavení popele palivové směsi, takže odpadá hrozba slepení fluidní vrstvy či zalepení topeniště nebo teplosměnných ploch kotle.

Příklad č. 8

V laboratorních podmínkách byly spáleny výlisky z výroby oleje ze slunečnic s příměsí popelovin ze spalování uhlí z fluidního kotle. Při analýze popele bylo zjištěno, že poměr obsahu sodíku a draslíku, tedy jejich součtu, ke zbytku hmotnosti popele bylo 1 : 20, z čehož vyplývá 4,76 % z celkově hmotnosti popele je představováno sodíkem a draslíkem. Teplota tavení popele byla vyšší než 1340 °C. Tuto palivovou směs už bylo možno spalovat, přičemž tato směs byla již odolná vůči náhodné změně poměru biomasy a vápence ve směsi.

D2343

16.8.2007

-8U této palivové směsi již nehrozí, že by se teplota topeniště mohla zvýšit nad teplotu tavení popele palivové směsi, takže odpadá hrozba slepení fluidní vrstvy či zalepení topeniště nebo teplosměnných ploch kotle.

Příklad č, 9

V laboratorních podmínkách byly spáleny výlisky z řepkového oleje s příměsí prachového uhlí s obsahem popela v sušině 32 %. Při analýze popele bylo zjištěno, že poměr obsahu sodíku a draslíku, tedy jejich součtu, ke zbytku hmotnosti popele byl 1 : 25, z čehož vyplývá, že 3,85 % z celkové hmotnosti popele je představováno sodíkem a draslíkem. Teplota tavení popele byla vyšší než 1340 °C. Tuto palivovou směs už bylo možno spalovat, přičemž tato směs byla již odolná vůči náhodné změně poměru biomasy a vápence ve směsi. U této palivové směsi již nehrozí, že by se teplota topeniště mohla zvýšit nad teplotu tavení popele palivové směsi, takže odpadá hrozba slepení fluidní vrstvy či zalepení topeniště nebo teplosměnných ploch kotle popelem.

U vzorků šrotů z obilí namíchaných s vápnem, s vápencem, s popelovinami, kde bylo přidáno více než 5 % těchto nadrcených látek, jsou teploty tavení popele již poměrně vysoké, že umožňují relativně bezpečný provoz kotle a odpadá bezprostřední hrozba zalepení fluidní vrstvy či topeniště nebo teplosměnných ploch kotle.

U vzorků s výlisky z řepky a slunečnice po výrobě oleje namíchaných s vápnem, s vápencem, s popelovinami, kde bylo přidáno více než 3 % těchto nadrcených látek jsou teploty tavení popele již poměrně vysoké, takže umožňují relativně bezpečný provoz kotle a odpadá bezprostřední hrozba zalepení fluidní vrstvy či topeniště nebo teplosměnných ploch kotle.

Pro granulaci těchto látek se doporučuje obsah sušiny mezi 86-88 %, Granulace se provádí obvykle na rotačních granulátorech.

Podstatnou částí úpravy těchto látek s nižší teplotou tavení popele je k těmto látkám namíchat vhodné nadrcené látky tak, aby výsledná směs byla homogenní a aby poměr biomasy a nadrcených látek byl konstantní. Granulometrické složeni nadrcených látek by mělo být srovnatelné s granulometrickým složením např. šrotu, což s výhodou představuje velikost částic nadrcené látky od 0 až do 2 mm, přičemž částice jsou v celém spektru tohoto rozmezí. Pokud se použije vápenec, potom je v terminologii cementářů označován jako „krupice“. Slovem krupice v cementářském pojetí je definován přesný materiál i jeho granulometrické složení.

D2343

16.8.2007

-9Pokud se palivová směs připravuje ze slámy, musí se jednat o směs nadrcené slámy a nadrcených látek. Nadrcení slámy se nejlépe provede na rotačním kladívkovém drtiči.

Palivovou směs, u níž je poměr biomasy a nadrcených látek nastaven pro dosažení výsledné teploty tavení HT popele směsi okolo 900 °C, je sice možné spalovat v kotlích, ale je obtížné udržet s touto palivovou směsí kotel v chodu, neboť při spalování takového paliva je běžný kotel na hranici provozovatelnosti, a hrozí nebezpečí, že se neudrží na provozuschopných parametrech tak, aby nezkolaboval. Je také obtížné vyrobit skutečně homogenní palivo tak, aby každá další dávka paliva přidaná do kotle měla stejný poměr látky s nižší teplotou tavení popelovin k přimíchaným nadrceným látkám. Nerovnoměrností namíchaných látek může vzniknout místní napékání popelovin v topeništi či na teplosměnné plochy, Či slepování fluidní vrstvy .

Takový kotel však i pří nižších teplotách, tj. v teplotě nepříliš vzdálené od teploty tavení, provozovat lze, Čehož důkazem je vlastní náběh kotle. Například fluidní kotel lze provozovat a topit jím, i když teplota fluidní vrstvy bude jen 600 nebo 700 °C. U běžného roštového či granulačního kotle je to podobné, provoz však není optimální, i když je možný.

Lepší výsledky dává palivová směs, u níž je poměr látek s nižší teplotou tavení popele a nadrcených látek nastaven pro dosažení výsledné teploty tavení (HT) popele směsi nad 1200 o

C. V takovém případě bude provozování kotle již méně náročné na dodržení technologické kázně. Vzhledem ktomu, že palivo se i v tomto případě stále nachází v relativně citlivé oblasti, kde každá změna koncentrace nadrcené látky může způsobit technické problémy, doporučuje se řešit výrobu paliva navržením palivové směsi, u níž je poměr látek s nižší teplotou tavení popele a nadrcených látek nastaven pro dosažení výsledné teploty tavení (HT) popele směsi nad 1300 °C, případně u níž je poměr biomasy a nadrcených látek nastaven pro dosažení poměru součtu hmotnosti sodíku a draslíku v popelu ku hmotnosti ostatních nespalitelných složek v popelu na hodnotu nižší než 1 : 15. Toto řešení totiž dává nejlepší výsledky jak co do provozování kotle, tak co do výroby paliva.

Nejlepších výsledků se docílí u paliv, u nichž přidané nadrcené látky obsahují vápník, jako jsou vápenec, pálené vápno nebo hydrát vápenatý. Biomasové látky s nižší teplotou tavení popele totiž obsahují jisté množství síry, a to až 0,6 %, i chlóru, a to 0,12 až 0,4 %, někdy i více, který by způsobil vysokoteplotní korozí kotle. A tyto vápník obsahující látky jsou schopny odsiřovat spaliny a také snižovat obsah chlóru ve spalinách. Účinek těchto látek, zvláště u kotlů s fluidním spalováním, výrazným způsobem snižuje riziko vzniku dioxinů a furanů, i riziko vzniku vysokoteplotní chlórové koroze. Látky bohaté na vápník kromě toho snižují u kotlů s fluidním spalováním obsah dalších halogenových prvků ve spalinách.

D2343

16,8,2007

-10> · •I · • ι • Ιι* •ι

·)

- ♦· « ·>

U roštových kotlů má vápník na emise malý vliv.

Jako vhodné nadrcené látky lze také s výhodou použít palivo vyrobené z kalů z čistíren odpadních vod podle českého užitného vzoru č. 16624 „Palivo pro kotle, zejména s fluidním spalováním“.

Jako vhodné nadrcené látky lze použít i petrolkoksy, což jsou tuhé zbytky po rafinaci ropy.

Jako vhodné. nadrcené látky lze použít i kafilémí moučky obsahují velké množství vápenatých složek.

Jako další nadrcené látky je možno použít štěpku, řepkovou slámu, seno, šťovík, křídlatku apod., zde je však jistou nevýhodou, že tyto látky obsahují malé množství popele a tudíž musí být namíchány ve značně větších množstvích než např. vápenec.

Jako nej výhodnější pro spalování palivové směsi získané výše popsaným způsobem se jeví kotle s fluidním spalováním, zejména se stacionární oxidační fluidní vrstvou. Tyto kotle jsou zejména vhodné při spalování paliva s nadrcenými látkami bohatými na vápník, neboť kromě toho, že se tato paliva dají spálit v kotli, tak je zde účinek vápníku, který snižuje obsah síry, chlóru a jiných halogenových prvků ve spalinách. Snižování obsahu chlóru ve spalinách má podstatný vliv na potlačení vysokoteplotní chlórové koroze, která u jiných kotlů než .s fluidním spalováním může způsobit značné provozní potíže, tj. chlórovou korozi, která významným způsobem zkracuje životnost tlakového celku kotle. Kotle se stacionární fluidní vrstvou jsou vhodné pro výkony 1 až 50 MW. Kotle s cirkulující fluidní vrstvou mají obdobné účinky jako kotle se stacionární fluidní vrstvou, používají se však od výkonu 50 MW výše. Z roštových kotlů se jeví jako nevýhodnější použít roštové kotle s chlazeným roštem, mohou se však použít běžné roštové kotle a to včetně roštových kotlů pro domácnosti. Pro spalování výše uvedené palivové směsi je možno použít i kotle granulační.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob energetického využívání biomasy s nízkou teplotou tavení popele, jako je obilní sláma, obilniny, zbytky po výrobě slunečnicového či řepkového oleje, šrot z obilí, mouka z obilí, kukuřice, kukuřičná mouka, kukuřičný šrot, vyznačující se tím, že biomasa s nízkou teplotou tavení popele se smíchá s vhodnými nadrcenými látkami pro dosažení teploty tavení popele výsledné směsi vyšší než je kritická teplota tavení popele, která způsobuje nalepování popele v topeništi na plochy topeniště, a/nebo spalovací komoru a/nebo teplosměné plochy kotle, a/nebo slepuje fluidní vrstvu, načež se výsledná směs spaluje ve spalovacím zařízení.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že teplota tavení výsledné směsi se určí podle procenta obsahu draslíku a sodíku v popeli směsi.
3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že nadrcené látky jsou látky bohaté na vápník.
4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že nadrcené látky jsou vybrány ze skupiny zahrnující vápenec, hydrát vápenatý, vápno.
5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že nadrcené látky jsou vybrány ze skupiny obsahující kámen, písek, popel po spalování, produkty po odsiřování, odprašky z výroby a úpravy rud, kameniva.
6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že nadrcené látky jsou vybrány ze skupiny obsahující fosilní pevná paliva jako uhlí, lignit, rašelina.
7. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že nadrcené látky jsou vybrány ze skupiny obsahující pevná paliva vyrobená z kalů z čistíren odpadních vod.
8. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že nadrcené látky jsou vybrány ze skupiny obsahující uměle vyrobená paliva ze skupiny petrolkoksů a kafilemích mouček.
9. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že nadrcené látky jsou vybrány ze skupiny obsahující biomasová paliva jako štěpka, řepková sláma, seno, tráva, ořezy stromů, energetické plodiny jako šťovík, křídlatka.
10. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že výsledná směs je teplotně samonosná,
11. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že výsledná směs se před spalováním ve spalovacím zařízení granuluje.

D234S

16,8.2007
12: Palivová směs získaná způsobem podle kteréhokoliv z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že poměr biomasy s nízkou teplotou tavení popele a nadrcených látek je nastaven pro dosažení výsledné teploty tavení popele výsledné směsi nad 900 °C.
13. Palivová směs získaná způsobem podle kteréhokoliv z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že poměr biomasy s nízkou teplotou tavení popele a nadrcených látek je nastaven pro dosažení výsledné teploty tavení popele výsledné směsi nad 1200 °C.
14. Palivová směs získaná způsobem podle kteréhokoliv z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že poměr biomasy s nízkou teplotou tavení popele a nadrcených látek je nastaven pro dosažení výsledné teploty tavení popele výsledné směsi nad 1300 °C.
15. Palivová směs získaná způsobem podle kteréhokoliv z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že směs biomasy s nízkou teplotou tavení popele a nadrcených látek je vytvořena pro dosažení výhřevnosti paliva alespoň 7 MJ/kg.
16. Roštový kotel pro spalování palivové směsi podle kteréhokoliv z nároků 12 až 14, vyznačující se tím, že ke spalovací komoře je napojen alespoň jeden dávkovač paliva tvořeného směsí biomasy s nízkou teplotou tavení popele a nadrcených látek.
17. Roštový kotel.podle nároku 16, vyznačující se tím, že ke spalovací komoře je dále napojen alespoň jeden dávkovač fosilního paliva, spolupracující s dávkovačem paliva ze směsi biomasy s nízkou teplotou tavení popele a nadrcených látek, pro namíchání paliva s výhřevností alespoň 7 MJ/kg
18. Roštový kotel podle nároku 17, vyznačující sc tím, že směs biomasy s nízkou teplotou tavení popele, nadrcených látek a fosilního paliva je vytvořena pro dosažení výhřevnosti alespoň 8 MJ/kg.
19. Fluidní kotel pro spalování palivové směsi podle kteréhokoliv z nároků 12 až 14, opatřený fluidním topeništěm se stacionární fluidní vrstvou, která je tvořena vrstvou inertního materiálu o výšce do 1,5 m a o velikosti granulí 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 3 až 25 kPa, měřeno při normální teplotě a tlaku, pro dosažení rychlosti fluidace 0,3 až 1,2 m/s, měřeno při normální teplotě a tlaku, kfluidnímu 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, vyznačující se tím, že ke spalovací komoře je napojen alespoň jeden dávkovač paliva tvořeného směsí biomasy s nízkou teplotou tavení popele a nadrcených látek

D2343

16.8.2007 • e • v
20. Fluidní kotel podle nároku 21, vyznačující se tím, že ke spalovací komoře je napojen alespoň jeden dávkovač fosilního paliva, spolupracující s dávkovačem paliva ze směsi biomasy s nízkou teplotou tavení popele a nadrcených látek, pro namíchání paliva s výhřevností alespoň 7 MJ/kg
21. Kotel s cirkulující fluidní vrstvou pro spalování palivové směsi podle kteréhokoliv z nároků 12 až 14, opatřený fluidním topeništěm s cirkulující fluidní vrstvou, která je tvořena vrstvou inertního materiálu o velikosti granulí v rozmezí od 0,3 do 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 10 až 50 kPa,. měřeno při normální teplotě a tlaku, pro dosažení rychlosti fluidace 3 až 15 m/s, měřeno při normální teplotě a tlaku, k fluidnímu roštu je napojen vysokotlaký ventilátor nebo dmychadlo s nastavitelným průtokem fluidačního spalovacího vzduchu a k výstupu kotle je napojen alespoň jeden odtahový ventilátor pro vytvoření řízeného podtlaku v kotli, vyznačující se tím, že ke spalovací komoře je napojen alespoň jeden dávkovač paliva tvořeného směsí biomasy s nízkou teplotou tavení popele a nadrcených látek.
22. Kotel s cirkulující fluidní vrstvou podle nároku 21, vyznačující se tím, že ke spalovací komoře je napojen alespoň jeden dávkovač fosilního paliva, spolupracující s dávkovačem paliva ze směsi biomasy s nízkou teplotou tavení popele a nadrcených látek, pro namíchání paliva s výhřevností alespoň 7 MJ/kg