OZE - přednášky + cvika

í 8-12 MJ/m3
Plyn s vysokou výhřevností 12-20 MJ/m3 Při nedokonalém spalování za omezeného přístupu vzduchu je produktem dřevoplyn s velkým obsahem dusíku a výhřevností 5-6 MJ/m3 (zplynující prostředí vzduch).
Pyrolytický plyn z kyslíkového prostředí 10 až 20 MJ/m3. Zplyňování dřeva za přístupu vzduchu – princip zplyňovacího zařízení – generátoru na dřevo (fáze sušení, pyrolýza, oxidace, redukce) souproudý protiproudý fluidní Levnější, plyn má více dehtu Dehet z pyrolytické zóny jde přes oxidační – a rozkládá se na lehčí uhlovodíky Vzniklý plyn obsahuje především
CO (25%),
H2 (20%),
CO2 (10%),
N2 (40%)
Z 1kg dřeva 1,5 až 2 m3 dřevoplynu Pyrolýza Rozklad (degradace) za nepřístupu okysličovadla (nebo jen velmi omezené množství). Z technologického hlediska lze pyrolýzní procesy dále rozdělit dle dosahované teploty na:
nízkoteplotní ( 500 až 800°C),
středněteplotní (800 až 1100°C),
vysokoteplotní (1100 až 2000°C). Produkty - plyn, kapalina, dřevěné uhlí Rychlá pyrolýza Jejím primárním energetickým produktem je kapalina - bioolej. Je to tmavě hnědá kapalina s hustotou asi 1200 kg/m3, výhřevností 15-20 MJ/kg. Nezbytným krokem pro omezení obsahu vody v biooleji je předsoušení biomasy na vlhkost nižší než 10%. Správný průběh pyrolýzního procesuje je dán extrémně rychlým přívodem tepla do suroviny, udržováním potřebné teploty, krátkou dobou pobytu par v reakční zóně a co nejrychlejším ochlazením vzniklého produktu. Hlavní upotřebení kvalitního dřevního oleje je v oblasti biochemie, probíhá výzkum jeho užití i jako náhradního paliva, např. po úpravě pro pohon pomaloběžných lodních a podobných velkoobsahových dieselových motorů nebo spalovacích turbin. Nevýhoda- nestabilní, ztrácí výhřevnost s časem kusové dřevo
dřevní brikety
dřevní pelety
alternativní pelety (agropelety, biopelety)
obilí
štěpka
piliny
balíkovaná sláma Dnes běžně používaná biomasa vývoj nových Výroba pelet Technologický proces se základními kroky:
Surovinu upravit na požadovanou vlhkost (10-15%) a velikost (mm)
Lisování a protlačování
V průběhu lisování se zhutnělá peleta ohřeje na vysokou teplotu (až 110oC), následuje rychlé ochlazení na 40oC pro získání pevnosti a povrchové odolnosti
Oddělení odrolu
Balení Peletou je výlisek z biomasy válcovitého tvaru do průměru 25mm.
Hustota nad 1000 kg/m3. Definice v normě ČSN CEN/TS 14691 Pevná biopaliva – Specifikace a třídy paliv Vlastnosti pelet typ Výhřevnost
(MJ/kg) Popel
(%) Mechanická odolnost (%) Prémium 18-18,5 97,5 Katrová 17-18 0,5-1 >97,5 Rostlinná 15-17 3-6 90-97,5 Ligno – tester
Ověření mechanické odolnosti pelet. 100 g pelet je profukováno proudem vzduchu a pak zvážen. Otěr -uvolněný prach. Výsledek – procentuální podíl hmotnosti pelet bez otěru (po zkoušce) k původní hmotnosti vzorku. Pro domácnosti :
Dle přílohy výše uvedené ČSN lze použít pelety z dřeva bez kůry, vlhkosti do 10%, průměru 6-8mm, popel max. 0,7%, síra max. 0,5%, mechanická odolnost nad 97,5%. Aditiva – ze zemědělské a lesní primární biomasy max do 2%. Výhřevnost min. 4,7 kWh/kg.
CZ.1.07/2.2.00/15.0426 Posílení kvality bakalářského studijního programu Stavební Inženýrství Kotelny na biomasu, skladování paliv. Akumulace tepelné energie. Ocelové nebo litinové teplovodní kotle určený pro spalování černého uhlí, briket, koksu a dřeva prohořívacím způsobem. - UNIVERZÁLNÍ
Dakon, Viadrus (litinové článkové), a další Pro otevřené (obvykle samotížné) i uzavřené otopné soustavy. Přirozený tah komína. Kotle pro klasické spalování Lokální topidla
Krby, krbová kamna DŘEVO pro výrobu tepla v oblasti vytápění budov Kotle prohořívací
Kotle zplynovací  Kotle zplyňovací Zóna pro vysoušení a zplynování Zóna pro spalování plynu 2 konstrukční řešení:
Ventilátor na přívodu vzduchu (v kotli přetlak)
Ventilátor na výstupním hrdle kouřovodu (v kotli podtlak) Palivo - dřevo Regulovatelný výkon Ochrana proti přehřátí kotle PROČ?
provoz kotle (kusové dřevo) je s omezenou regulací výkonu, má setrvačnost
výpadek elektrické energie, výpadek oběhového čerpadla, přetopení akumulátoru tepla Varianty řešení ochrany kotle proti přetopení (v případě výpadku elektrické energie)
kotle jsou vybaveny chladící smyčkou proti přetopení
záložní zdroj el. energie (baterie) na čerpadlo (1 hod.) nebo záložní zdroj s rozvaděčem (3 hod.)
alespoň jedna větev v systému zapojena na samovolnou cirkulaci vody s několika tělesy
kotel zapojen s dohlazovací nádrží a inverzním zónovým ventilem, který se bez el. proudu otevře
VŠECHNY KOTLE VYROBENÉ V ROCE 2003 A MLADŠÍ JSOU VYBAVENY CHLADÍCÍ SMYČKOU Kdy záložní zdroj?
Tam, kde nelze spolehlivě využít připojení chladící smyčky, nebo není-li chladící smyčka instalována výrobcem, (krbová kamna, starší typ kotlů).
Je-li objekt napájen vlastní vodárnou ( zde je napojení chladící smyčky bezvýznamné, při výpadku el. energie neteče ani voda). Záložní zdroj el. energie pro čerpadlo Záložní zdroj s rozvaděčem Zálohování chodu čerpadla topného systému a k zálohování elektronické regulace pro výpadku elektrické energie Na kotli – horní část, výstup otopné vody, dochlazovací smyčka (nižší výkony) V kotli Chladící smyčka
KDE? Ventil jehož čidlo je umístěno v zadní části kotle chrání kotel proti přetopení tak, že stoupne-li teplota vody v kotli nad nastavenou teplotu (95°C), vpustí do chladící smyčky vodu z vodovodního řádu, která převezme přebytečnou energii a odejde do odpadu. V případě umístění zpětné klapky na vstup vody do chladící smyčky, z důvodu zabránění možného zpětného proudění vody, díky poklesu tlaku ve vodovodním řádu , musíme chladící smyčku vybavit pojišťovacím ventilem 6 - 10 bar, nebo expanzní nádobou o objemu minimálně 4 l. U otevřených soustav není jištění proti přetopení nutné.
POZOR - chladící smyčka proti přetopení nesmí být využívána dle normy EN ČSN 303-5 k jiným účelům, než je ochrana proti přetopení (nikdy pro ohřev teplé užitkové vody). V kotelně nutná vpusť.
Přívod vzduchu pro spalování.
Komín (samostatný komínový průduch), vybírací, vymetací otvor. Další vybrané požadavky:
Oběhové čerpadlo u TP na vratné vodě!
Hlídání teploty vratné vody. U běžných kotlů (nejsou nízkoteplotní ani kondenzační) nežádoucí kondenzace spalin – suchý komín. Proč a kdy potřebujeme akumulovat energii ? Období přebytku /možnosti výroby/ energie Přenos v čase Období nedostatku /potřeby/ energie Akumulace napomáhá srovnat nesoudobost energetických toků mezi zdrojem a spotřebou. Akumulace tepla u zdrojů na dřevo Kotle (zdroje) bez regulace výkonu Kotle (zdroje) s regulací výkonu výkon > potřeba výkon ≥ potřeba Nabíjení aktuálním výkonem zdroje. Nabíjení plným výkonem, postupné vybíjení.
Větší objem AN. Kotel bez regulace výkonu i kotel s regulací výkonu. Nabíjení rychlé Nabíjení řízené Menší objem akumulační nádrže, vede ke snížení počtu zátopů v otopné sezóně.
Kotel s regulací výkonu. PRINCIP – SCHÉMA ZAPOJENÍ akumulátor tepla = hydraulický zkrat
okruh zdroje tepla s ustálenými provozními podmínkami - konstantní průtok, konstantní teploty otopné vody – hlídání teploty vratné vody
otopná soustava s proměnlivými provozními podmínkami- proměnlivý průtok (termostatické hlavice), řízené - proměnlivé teploty otopné vody (ekvitermní regulace)
Provoz kotle (kusové dřevo) při jmenovitých provozních podmínkách (plný výkon, teploty 80 až 90 °C) - zvýšení provozní účinnosti kotle (až o 20 %), úspora paliva, emisí. AZ nejen u kotlů na dřevo „Citace z návodu na použití“ : Doporučené dimenzování objemu:
kusové dřevo: 50 až 70 l/kW
pelety: do 25 l/kW, není nutný AZ Akumulační zásobníky pouze k akumulaci otopné vody Akumulační zásobníky bez vestaveb nebo s možností zabudování elektrické topné vložky Bez izolace S izolací 1350/250 Od kotle Ke kotli Do otopného systému Z otopného systému AN s vestavěným zásobníkem TV Pro napojení více zdrojů (př. kombinace TP a solární systém u menších objektů) TV SV Akumulační zásobníky k přípravě teplé vody a akumulaci otopné vody Příklad:
Schéma zapojení s kotlem na dřevo pro menší objekt Malé zdroje na pevná paliva Krby
Krbová kamna
Kachlová kamna Lokální spotřebiče na TP (dřevo, dřevěné brikety, pelety) KRBY na dřevo
Otevřené
Krby s krbovými vložkami vysoká potřeba spalovacího vzduchu, tah komína - bezpečnost provozu, nízká účinnost Hlavní zdroj tepla (chata, chalupa)
Doplňkový zdroj (RD)
Příležitostný provoz, dekorace (RD, byt) Sálavé, teplovzdušné S teplovodním výměníkem S teplovzdušným rozvodem (přirozená, nucená cirkulace) Krby a krbová kamna s teplovodním výměníkem na spalinové cestě na krbové vložce Jištění proti přetopení Zálohový zdroj pro Č Teplovzdušný rozvod (jedno – dvouplášťové vložky)
Samotížný (krátké rozvody, vedlejší místnosti)
Nucená cirkulace Přívod vzduchu pro spalování – z místnosti s krbem, z exteriéru Klapka přívodu spal. vzduchu Druhy pelet, peletové kotle, kotelny na pelety, skladování a doprava pelet Druhy pelet Dřevní Prémium, bílé
z čistého dřeva a dřevního odpadu bez příměsí (především lisování pilin) Katrové, tmavé
z dřevního odpadu s příměsí kůry (lisování pilin a kůry) Rostlinné, agropelety (lisováním zemědělských produktů - energetických rostlin, sena, řepky či obilné – pšeničné slámy, odpadů po čištění obilnin a olejnin, apod. Alternativní ostatní - vyrábí se lisováním různých, jinak obtížně využitelných, materiálů (např. drceného starého papíru), tyto materiály se též míchají se zemědělskými produkty Vhodnější pro teplárenská zařízení, spalovny,... Proč? Prodej pelet V pytlích
(cca 15 kg) V pytlích na paletách Big-Bag
(700-1200 kg) Cisternovým vozidlem cca 90 Kč/pytel 15 kg cca 5,70 /kg Skladování a distribuce pelet ke zdroji Ruční doprava paliva do zásobníku ve zdroji
Skladování v pytlích (nejnižší počáteční investice, nároky na fyzickou manipulaci s pytli při doplňování paliva do zdroje cca 1x za 2-5 dní). Sklad v blízkosti zdroje. Provoz z části závislý na obsluze.
Kotel s integrovaným zásobníkem Automatická doprava paliva
Zásobník na pelety v místnosti se zdrojem
Samostatný sklad pelet, vestavěný sklad pelet
Dopravníky – šnekové
pneumatické Šnekový dopravník Malá flexibilita, nižší cena a hlučnost Flexibilní, vyšší nákdady, vyšší hlučnost turbíny (několikrát za den), nutnost kvalitnějších pelet Zásobník na pelety v místnosti se zdrojem, ruční plnění (krátkodobá zásoba, např. týdenní) Kotel na pelety se zásobníkem na pelety v kotelně Šnekový dopravník Zásobník na pelety v místnosti se zdrojem – příklad půdorysu Legenda:
1 - Komín 2 - Kouřovod 3 - Kotel 4 - Hořák 5 - Dopravník 6 - Zásobník Lépe 600mm Velkoobjemový vak big-bag
na stojanu Integrace zásobníku pelet do budovy , umístění zásobníku mimo budovu
přívod paliva k spalovacímu zařízení
přístup zásobovacího vozu k zásobníku
Zásobníky sezónní, automatické plnění Sklad pro ruční doplňování do krátkodobého zásobníku (např. v kotelně) Vestavěný sklad (stavebně upravená místnost) Využití textilního velkoobjemového zásobníku (v místnosti, mimo objekt) Vestavěný sklad pelet, šnekový dopravník Legenda:
1 - Kotel 2 - Hořák na pelety 3 – Dopravník šnekový
4 - Pelety 5 - Segmentový otvor 6 - Otvor pro doplňování pelet z cisterny 1950 kg pelet Vestavěný sklad pelet, šnekový dopravník Přístup do zásobníku Optimální spád 3250 kg pelet Skladování pelet v textilním zásobníku Zásobníky TZ jsou vyrobeny ze speciální textilie a jsou určeny především pro centrální skladování peletek . Ve spodní části jsou vyspádovány do jediného odběrného místa, na které lze nainstalovat sběrnou sondu pneumatického či šnekového dopravníku peletek. Jednoduchá nosná ocelová konstrukce zaručuje snadnou montáž a demontáž zásobníků. Umístění textilního zásobníku V objektu Mimo objekt Šnekový dopravník Pneumatická doprava Schéma pneumatické dopravy pelet Plastové zásobníky Venkovní plastový zásobník nadzemní Cca 2m3 podzemní 8,11 m3 Doprava paliva šnekovým podavačem Šnekový podavač obvykle umožní dopravu paliva do vzdálenosti cca max. 6m, proto musí být sklad v blízkosti zdroje Jedná se o potrubní nebo hadicový systém, který dokáže pelety transportovat na vodorovnou vzdálenost až cca15 metrů a na svislou vzdálenost cca5 metrů. Pohon je zajištěn proudem vzduchu, který vytváří výkonný ventilátor. Systém je buďto uzavřený (vzduch koluje v uzavřeném okruhu, bezprašný systém), nebo v otevřeném okruhu, kdy na jedné straně je nasáván vzduch a na druhé straně jsou vylučovány pelety (tento systém je prašný). Systém je sací nebo tlačný. Takto lze pelety dopravovat například z auta do sklepa, nebo z jedné nádoby do druhé (skladovací a operativní).
Doprava paliva pneumatickým podavačem Tento systém je určen pro pohodlné doplňování pelet (o průměru cca 4 až 10 mm) ze sila vzdáleného max. 15 m a s převýšením max. 6 m. Toto zařízení však neběží trvale, ale pouze v případě vyprázdnění zásobníku pelet u kotle. Přísun paliva pneumatickou dopravou uzavřenou do zásobníku v kotelně Legenda:
1 - Kotel 2 - Hořák na pelety 3 - Dopravník 4 - Zásobník na pelety 5 - Cyklon s řídící jednotkou 6 - Sací ventilátor 7, 8 - Potrubí 9 - Sací sonda 10 - Ocelo-látkové silo (3-5m3) Kotelna s TZ Vakuové sací zařízení ze skladu paliva mimo kotelnu Množství pelet v malém zásobníku je kontrolováno rotačním vrtulkovým hladinoznakem. Pokud je vrtulka hladinoznaku volná ( nezasypaná palivem) , volně se protáčí a mikrospínač v čidle je v poloze "zapnuto" , pokud je vrtulka peletami zasypána , odpor pelet ji neumožňuje se protáčet a tehdy mikrospínač v čidle vypne přívod proudu - tedy poloha "vypnuto" . Čidlo je napojeno na regulátor, stejně jako sací ventilátor. Právě uvedením ventilátoru do chodu jsou pomocí sacích a výfukových hadic (průmyslové hadice vyztužené kovovou spirálou) pelety nasávány přes vakuovou cyklonu do malého zásobníku. pneumatická doprava paliva uzavřená, sací hlavice ve skladu, photovostní zásobník u kotle s čidlem naplnění Podle druhu hořáku lze peletové kotle rozdělit na:
kotle s gravitačním hořákem
kotle se šnekovým hořákem a turniketem
kotle s posuvným roštem
kotle s retortovým hořákem
kotle s keramickým hořákem
trubicovým hořákem
Horizontální
Pelety jsou malám šnekovým podavačem nahrnovány z kotlové násypky na rošt, kde odhořívají a popel propadává roštěm do zásobníku. Trubicové hořáky
Principiálně podobné tlakovým plynovým či olejovým. Pelety jsou dopraveny (horizontálně či přepadem) do trubice, kde odhořívají a plamen je vodorovnou trubicí směřován do komory (tělesa výměníku). Použití časté ve Skandinávských zemích.
Všechny výše uvedené typy hořáků jsou vhodné pro pelety premium. Spékání popela by mělo za následek zvýšené zanášení roštů či trubice. Výhodou je to, že podávací mechanismus je málo zatěžován. Přepadávací
Pelety jsou dopravníkem vyhrnovány z násypky do přepadového kanálku a odtamtud gravitačně dopadnou na rošt, kde odhořívají jako v předchozím případě. Pelety jsou šnekovým dopravníkem vtlačovány do kolena (retorty) a vertikálně vytlačovány na kruhový horizontální rošt, kde odhořívají. Popelový prach a případné spečené zbytky jsou novým palivem posunovány z roštu k jeho okraji, kde postupně odpadnou do popelníku. Princip retortového hořáku nutí veškeré palivo aby odspoda procházelo spalovací zónou. To způsobuje, že i ty nejmenší částečky paliva shoří. Z tohoto důvodu není hořák citlivý na odrol (úlomky pelet). Tvorba odrolu je nevyhnutelný jev při plnění domovního zásobníku peletami z cisternového vozu. Náročnější na zatížení mechanismu šnekového podavače. Vhodnější typ hořáku pro méně kvalitní (ale levnější) katrové a rostlinné pelety. Retortový Retortový hořák 1.Přísun paliva
2.Turniket
3.Zásobník hořáku
4.Motor pohonu
5.Šnekový podavač
6.Hlava hořáku
7.Potrubí zapalovacího vzduchu
8.Ohřev zapalovacího vzduchu
9.Ventilátor
10.Trubka přívodu vzduchu
11.Trysky primárního vzduchu
12.Trubice přívodu prim. vzduchu
13.Ústí sekundárního vzduchu
14.Otočný prstenec
15.Palec otočného prstence
16.Čidlo úrovně paliva
17.Optické čidlo
18.Tepelná pojistka
19.Konektor řídící jednotky
20.Článkový řetěz pohonu Do trychtýřovitě vytvořené retorty pod topeništěm (zvětšeného prostoru), který představuje vlastní zplyňovací hořák je přívod primárního vzduchui přívod zapalovacího horkého vzduchu. Z retorty vystupují hořící spalné plyny, do kterých se nad retortou přivádí sekundární vzduch, zajišťující jejich úplné prohoření. Primární vzduch je přiváděný pod otáčivou desku a je jejím středovým otvorem vyveden do spalovaných pelet. Sekundární vzduch se do plamenů přivádí několika otvory v horní části dvojitého pláště hořáku. Na roštovou desku se při zapalování pelet přivádí trubkou horký zapalovací vzduch o teplotě asi 400 °C. Pelety se do prostoru hořáku nad roštovou otáčivou deskou přivádějí šikmou trubkou samospádem.
(menší výkony zdrojů) Hrncový hořák Posuvný hořák Pelety jsou na kruhovou desku dopravovány spodem a vytlačovány středním otvorem z horizontální dopravní trubky, ve které se otáčí šnekový dopravník. Na této desce dochází ke zplyňování paliva a jeho konečné oxidaci. Primární vzduch je vháněn do hořících pelet zespodu dírkami v desce. Sekundární vzduch je přiveden přímo do plamene hořících plynů několika otvory nad roštovou deskou. Přehřátý zapalovací vzduch je do připravených pelet na desce vháněn samostatnou trubkou. Vzniklý popel propadá dírkami v desce nebo je odtlačován novým palivem přes okraj do popelníku umístěného pod hořákem. V palivové cestě je umístěno zařízení proti zpětnému
zapálení paliva. Peletové kotle - závěr Odstraňování popela (ruční, automatické)
malé množství popela
Při automatickém systému odstraňování je pracovním orgánem šnekový dopravníček, který je uložen na spodní části kotle v "popelníkovém" prostoru a vynáší spadající popel do vnějšího kontejneru. Ten je dimenzován zpravidla tak, aby pojal veškerý popel, vytvořený za celou topnou sezonu.
Automatický provoz (dle velikosti zásobníku)
Regulační rozsah výkonu (u špičkových kotlů až v rozmezí 30 – 100%).
Peletové kotle se vyrábějí až do výkonu 300 (dnes i 600) kW, výkony krbových kamen na pelety začínají u 6 kW.
Účinnost zařízení 85-90 %, u spodního podávání paliva až 90 - 95 %.
Existují i nízkoteplotní peletové kotle Vývoj – peletové kondenzační kotle vyšší provozní účinnost o 8,5 % Krbová kamna na pelety Krbová kamna, ve kterých je možné kombinovat topení peletami nebo kusovým dřevem. Se zásobníkem, automatická doprava paliva. Krbová kamna na pelety s teplovodním výměníkem Kamna na pelety - klasická, s výměníkem teplovodním, teplovzdušná (další cca 2 místnosti), zásobník v topidle, vedle/za topidlem – v téže či vedlejší místnosti Peletový kotel s AZ, ohřevem teplé vody a možností napojení solárního systému Kontrola a čištění spalinových cest se provádí podle
nařízení vlády č. 91/2010 Sb., o podmínkách požární bezpečnosti při provozu komínů, kouřovodů a spotřebičů paliv,
TPK 01 -01 Kontrola spalinových cest,
TPK 03-01 Čištění spalinových cest,
TPG 704 01 Odběrná plynová zařízení a spotřebiče na plynná paliva v budovách.
Podle uvedeného nařízení vlády se v případě odvodu spalin od plynových spotřebičů do 50 kW provádí kontrola a čištění spalinové cesty - 1x ročně, čištění spotřebiče - ve lhůtách podle návodu výrobce. U pevných paliv do 50 kW při celoročním provozu je čištění spalinové cesty 3x ročně, u sezónního provozu 2x ročně. Čištění tohoto spotřebiče je 2x ročně a kontrola spalinové cesty 1x ročně. U spotřebiče na kapalná paliva do 50 kW je čistění spalinové cesty 3x ročně, kontrola 1x ročně a čištění spotřebiče paliv podle návodu výrobce.

CZ.1.07/2.2.00/15.0426 Posílení kvality bakalářského studijního programu Stavební Inženýrství Kotelny na slámu a štěpku
Výroba elektrické energie a tepla z biomasy (KVET) Sláma – poměrně levné biopalivo.
Obilná nebo řepková.
Dodávána převážně ve formě velkých hranolovitých balíků. Kotle tedy nejsou určeny pro vytápění rodinných