Řešení automatického kondenzačního kotle pro spalování biomasy s vlhkostí 40 % a více
23.6.2015
Spalováním vlhké biomasy se značná část uvolněného tepla spotřebována na odpaření vody vázané v palivu. U běžných kotlů za standardních podmínek odchází pára spolu se spalinami komínem, čímž dochází k významným energetickým ztrátám. Podstatou kondenzačního kotle je snížit tyto ztráty ochlazením spalin pod rosný bod tak, aby došlo ke kondenzaci páry a získání latentního tepla pro potřeby vytápění. V rámci výzkumných aktivit Výzkumného energetického centra při VŠB-TU Ostrava byl vyvinut automatický kondenzační kotel pro spalování dřevní štěpky s obsahem vody přesahujícím 40 %.
Navržený automatický kondenzační kotel je koncipován jako modulární systém, ve kterém jsou jednotlivé dílčí prvky propojeny. Toto řešení nabízí značnou variabilitu, díky které je možné dosáhnout výkonového rozsahu 10 až 500 kW a rozmanitého uspořádání technologie s ohledem na konkrétní místo instalace. Mezi základní komponenty celého systému patří:
- zásobník paliva s vibračním mechanismem pro boření klenby
- šnekový podavač paliva
- těleso kotle se spalovací komorou a výměníkem
- odpopelňovací zařízení
- spalinový ventilátor
- kondenzační jednotka
- řídicí jednotka.
Pro zlepšení výkonových parametrů je kotel vybaven kondenzačním výměníkem, který je buď přímo součástí výměníku kotle, nebo je umístěn na kanálu odvodu spalin před či za spalinovým ventilátorem jako samostatná jednotka. Spaliny předávají teplo nejdříve v kotlovém výměníku a poté jsou převáděny do kondenzačního výměníku, kde jim je v průběhu kondenzace vodní páry odnímáno latentní teplo. Kondenzační výměník je s ohledem na agresivní prostředí vyroben z korozivzdorného materiálu. Vnitřní uspořádání je protiproudé umožňující samočištění teplosměnných ploch.
S využitím kondenzační jednotky se dosahovaná účinnost kotle pohybuje kolem 100 % (vztaženo k výhřevnosti paliva). Při spalování štěpky o vlhkosti 50 % činí její příspěvek zhruba 10 % celkového tepelného výkonu. K dispozici jsou dvě výkonově srovnatelná provedení lišící se konstrukčním provedením.
Dvoukomorová a jednokomorová spirálová kondenzační jednotka
Modulární automatický teplovodní kondenzační kotel pro spalování vlhké dřevní štěpky je vhodný pro nasazení v dvouokruhových vytápěcích systémech (např. podlahové a radiátorové), přičemž teplotní úroveň vratné topné vody by neměla přesahovat 45 °C, aby byla zajištěna spolehlivá kondenzace vlhkosti obsažené ve spalinách.
Veškerá experimentální měření byla uskutečněna na zařízení o jmenovitém tepelném výkonu 40 kW. Tato měření prokázala schopnost kotle plnit požadavky nové zpřísňující legislativy. Naměřené koncentrace plynných emisí a prachu se nacházejí pod mezními hodnotami koncentrací definovaných pro emisní třídu 3 dle normy ČSN EN 303-5.
Autoři článku jsou: Ing. Jan Koloničný, Ph.D., Ing. David Kupka, Ph.D., Ing. Lubomír Martiník, VŠB- Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum.
Technologie byla vyvinuta v rámci projektu Pre-seed aktivity VŠB-TUO – Energetické zdroje, č. CZ.1.05/3.1.00/13.0282, OP VaVpI, který je spolufinancován z Evropského fondu pro regionální rozvoj.
