CZ38624U1 - Zařízení na výrobu biouhlu - Google Patents

Description

Zařízení na výrobu biouhlu

Oblast techniky

Užitný vzor se týká zařízení k termochemické redukci biomasy do formy stabilního, tzv. černého uhlíku, označovaného jako biouhel.

Dosavadní stav techniky

Spalování biomasy, především dřeva, je tradičním způsobem získání teplené energie pro vytápění objektů. Biomasa obecně představuje lokálně dostupný, obnovitelný, a tedy uhlíkově neutrální zdroj energie. Z technického hlediska je spalování biomasy dobře zvládnuté.

Technické řešení se týká zejména kotlů na biomasu s vyššími výkony (od 300 kW), s automatickým přikládáním a mechanickým roštem, který posouvá palivo ve směru hoření paliva. Palivo používané u takto vybavených kotlů je omezeno na štěpku, slámu, zemědělskou biomasu a podobné typy biomasy.

Spalování jakékoli biomasy probíhá ve dvou fázích. V první dochází v důsledku zahřátí k úniku prchavé hořlaviny, která se vznítí a hoří plamenem. Ve druhé fázi hoří uhlík sálavým žárem bez plamene. Energie, kterou lze spalováním biomasy získat, je z více než 70 % obsažena v prchavé hořlavině, tedy dřevoplynu. Zbytková pevná hořlavina - uhlík - představuje pouze menší část energie vbiomase. Přitom uhlík vbiomase vznikl jako produkt fotosyntézy, jde tedy o uhlík původem ze vzdušného oxidu uhličitého. Proto se biomasa obecně považuje za neutrální zdroj energie. Její hoření, tedy rychlá oxidace, vrací do ovzduší oxid uhličitý, který byl během života rostliny sekvestrován ze vzduchu.

Jsou známa řešení zplynovacích kotlů, ve kterých se ohřívá palivo na roštu a komora pro spalování plynů z prchavé hořlaviny je umístěna pod roštem. Tento způsob je velmi podobný běžnému spalování v kamnech. Běžně používané zplynovací kotle, které nemají oddělené prostory pro zplynování a hoření prchavé hořlaviny z dřevoplynu, produkují spaliny s obsahem různého množství tuhých znečišťujících látek. Zároveň v nich nelze regulovat hoření dřevoplynu a účinnost přeměny paliva na energii proto není efektivní. Kromě toho zplynovací kamna vyžadují dobře vysušené palivo, jinak dosoušení ve zplynovacím prostoru spotřebuje značnou část teplené energie a snižuje energetickou hodnotu dřevoplynu. Navíc zplynovací kamna běžně vyžadují manuální přikládání.

Dokument CZ 36578 U popisuje zařízení k zuhelňování biomasy tvořené uzavřeným ohništěm o obdélníkovém půdorysu se svažitým přesuvným roštem, který má na horním konci vstup biomasy a na spodním konci sběrné místo biouhlu. Vstup spalovacího vzduchu a odtah spalin jsou nad roštem, zatímco prostor pod roštem je bez přívodu spalovacího vzduchu.

Vedle hoření lze biomasu energeticky využít v procesu pyrolýzy, při kterém je biomasa nepřímo ohřívána v prostoru s omezeným přístupem spalovacího vzduchu a prchavá hořlavina je jako tzv. generátorový plyn spalována v plynovém hořáku vhodné spalovací komory. Výhodou toho způsobu je možnost řízení spalování a eliminace zbytkových plynů ve spalinách a také vyšší energetická účinnost při přenosu energie spalin. Podobně funguje i zplyňování, při kterém je k biomase řízené dodáváno malé množství zplyňovacího vzduchu.

Technické řešení si klade za úkol navrhnout úpravu kotle na spalování tuhých paliv, především biomasy, která umožní část biomasy přeměnit na biouhel.

- 1 CZ 38624 UI

Podstata technického řešení

Uvedený úkol řeší zařízení na výrobu biouhlu tvořené kotlem o obdélníkovém půdorysu, který má topeniště opatřené svažitým přesuvným roštem, přičemž nad topeništěm se nachází zóna vedení spalin. Přitom do zóny vedení spalin je vložen alespoň jeden válcovitý horizontálně uspořádaný pyrolyzní generátor vybavený zařízením pro dávkování biomasy, zařízením pro posun biomasy, výstupem biouhlu a odtahem pyrolýzního plynu do prostoru topeniště.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude dále objasněno pomocí připojeného výkresu, na němž je znázorněno na:

obr. 1 v podélném řezu schéma výhodného uspořádání stávajícího kotle doplněného pyrolýzními generátory; a obr. 2 zařízení podle obr. 1 v příčném řezu.

Příklady uskutečnění technického řešení

Předmětné zařízení na výrobu biouhlu podle obr. 1 a 2 najde uplatnění zejména jakožto doplnění stávajícího kotle o pyrolýzní generátor. Tomu odpovídá dále uvedený příklad uskutečnění.

Kotel má vstup 1 paliva do topeniště 2, které je vybaveno svažitým přesuvným roštem. Z topeniště 2 jsou spaliny vedeny zónou 3 k místu využití tepelné energie spalin, kterým je vdaném příkladu ohřívák 4 vody, a dále jsou vedeny do komína 5 opatřeného kouřovým ventilátorem udržujícím podtlak v ohništi. Do cesty spalin jsou v popisovaném příkladu provedení vloženy dva válcové paralelní horizontálně uspořádané pyrolýzní generátory 7 vybavené zařízením 6 pro dávkování biomasy, šnekovým dopravníkem pro posun biomasy, odtahem 8 pyrolýzního plynu do prostoru topeniště 2 a výstupem 9 biouhlu. Popel a nedopal na konci přesuvného roštuje odváděn vynašečem 10.

Pyrolyzní generátory 7 jsou zde řešeny jako ležatá tělesa, vybavená zařízením pro posun biomasy, zařízením 6 pro dávkování biomasy a výstupem 9 biouhlu. Pyrolýzní generátory 7 slouží zároveň jako oddělovač prostorů s různou koncentrací vzduchu.

Pyrolýzní generátor 7 je vložen do tělesa kotle tak, aby byl jeho vnější plášť vystaven působení horkých spalin. Energie spalin nepřímo ohřívá vnitřní prostor a tím i biomasu uvnitř. Při tom probíhá proces pyrolýzy za vzniku plynu (prchavé hořlaviny) a pyrolýzního zbytku - biouhlu. Pyrolýzní plyn je díky podtlaku v okolí odtahován do prostoru hoření biomasy, kde shoří spolu s ostatní prchavou hořlavinou. Biouhel opouštějící zařízení výstupem 9 je vychlazen a shromažďován k dalšímu využití.

Provoz pyrolýzního generátoru 7 je řízen prostřednictvím variabilní rychlosti posunu biomasy v závislosti na požadované teplotě pyrolýzy.

Navrhované řešení přináší následující výhody:

pokud se v kotli spaluje dřevní štěpka, může se napřed třídit na hrubou a jemnou frakci, přičemž jemná frakce prochází pyrolýzním generátorem;

v pyrolýzním generátoru lze energeticky a materiálově využít jiný typ biomasy, než je spalován ve stávajícím kotli;

biouhel je cenným materiálem s ekonomickou hodnotou, který lze navíc certifikovat jako trvalé odstranění uhlíku a certifikát obchodovat.

Claims (1)

1 . Zařízení na výrobu biouhlu, tvořené kotlem o obdélníkovém půdorysu, který má topeniště (2) opatřené svažitým přesuvným roštem, přičemž nad topeništěm (2) se nachází zóna (3) vedení spalin, 5 vyznačující se tím, že do zóny (3) vedení spalin je vložen alespoň jeden válcovitý horizontálně uspořádaný pyrolyzní generátor (7), vybavený zařízením (6) pro dávkování biomasy, zařízením pro posun biomasy, výstupem (9) biouhlu a odtahem (8) pyrolýzního plynu do prostoru topeniště (2).