KONSTRUKCE ZPLYŇOVACÍHO KOTLE Den strojařů, Ostrava 2008 Střední škola technická Opava, Kolofíkovo nábř. 51 příspěvková organizace KONSTRUKCE ZPLYŇOVACÍHO KOTLE Vypracoval: Vladimír Hrbatsch Jakub Engl 2.4.2017

Úvod Díky neustálému zvyšování cen paliv a elektrické energie, vyvstává problém, jaký způsob vytápění budeme využívat. Ve spojitosti se stupňujícím se důrazem na ochranu životního prostředí a zmenšujícím se zásobám fosilních paliv se stále více hovoří o využívání obnovitelných zdrojů energie: dřeva, biomasy, sluneční a geotermální energie.

Dřevo a jeho spalování Spalování je chemický proces, u kterého dochází k vývinu tepla. U dřeva je definování tohoto procesu poněkud složitější, protože každé dřevo má trochu jiné chemické složení a jinou vlhkost. Vlhkost dřeva Vlhkost dřeva má zásadní vliv na výhřevnost dřeva, neboť voda má velké výparné teplo (potřeba tepla na přeměnu vody ve vodní páru), s rostoucím obsahem vody se snižuje energetický zisk. Vlhkost dřeva lze vyjadřovat jako hmotnostní procento vody k celkové hmotnosti vlhkého dřeva.

Dřevo a jeho spalování Složení dřeva Z chemického hlediska je rostlinná biomasa, tedy i dřevo, tvořena řadou různých sloučenin, ze spalitelných látek mají největší význam celulóza, lignin a pryskyřice. Z nespalitelných látek je pro výhřevnost dřeva významný obsah především vody a dále pak obsah anorganických látek, které tvořící popel. Celulóza - základní stavební materiál rostlinných buněk. Z chemického hlediska jde o polysacharid. Lignin - významná složka dřeva stromů, jednou z jeho funkcí je mechanické zpevnění buněčných stěn a také tvoří součást kapilár, které v rostlině vedou vodu a živiny. Pryskyřice - je obsažena ve dřevě jehličnatých stromů. Vzhledem k tomu, že uhlovodíky mají znatelně větší výhřevnost než celulóza nebo lignin, má dřevo jehličnatých stromů obsahujících pryskyřici o trochu větší výhřevnost než dřevo listnatých stromů.

Výhřevnost různých druhů dřeva Druh paliva Obsah vody Výhřevnost Měrné hmotnosti [%] [MJ/kg] [kg/m3] [kg/prm] [kg/prms] Listnaté dřevo 15 14,605 678 475 278 Jehličnaté dřevo 15,584 486 340 199 borovice 20 18,4 517 362 212 habr 16,7 akát 16,3 dub 15,9 685 480 281 jasan 15,7 buk 15,5 670 469 275 smrk 15,3 455 319 187 bříza 15,0 topol 12,9

Procesy probíhající při hoření dřeva Při zahřívání nejprve nastane odpařování vody. Odpařování vody spotřebuje mnoho tepla a velmi efektivně dřevo chladí. Teprve po odpaření vody vzroste teplota a začne docházet k uvolňování dalších prchavých látek (např. pryskyřice) a k tepelnému rozkladu jednotlivých látek ze kterých se dřevo skládá. Vzniká směs hořlavých plynů a na roštu zbývá dřevěné uhlí. Hořlavé plyny se vzduchem přiváděným pod rošt (primární vzduch) hoří ve formě dlouhého plamene (primární spalování). Při tom ale nedojde ke spálení všech spalitelných složek, protože k tomu zpravidla není dostatek kyslíku nebo dostatečně vysoká teplota. Z tohoto důvodu je třeba zajistit aby spalovací komora v níž hoření probíhá měla dostatečně vysokou teplotu. V určité vzdálenosti nad roštem přimíchává takzvaný sekundární vzduch, který umožní dohoření zbylých, dosud nespálených plynů. Tím se uvolní i zbylá energie v palivu obsažená a do komína pak odchází jen oxid uhličitý, vodní pára a dusík.

Princip zplyňování Princip spalování se  výrazně liší od běžných kotlů na pevná paliva. K spalování paliva dochází způsobem zplyňování ( účinnost je až 86%, klasické hoření kolem 40 – 60% ). Podstata zplyňování spočívá v tepelném rozkladu organických a anorganických látek v uzavřené komoře kotle za mírného přetlaku primárního vzduchu, vytvořeného tlačným ventilátorem. v první fázi dochází k vysušení a uvolnění prchavých složek paliva, v druhé fázi se uvolněné plyny smíchají v prostoru trysky s předehřátým sekundárním vzduchem a vytvoří hořící směs plynů, v třetí fázi dochází k shoření plynů ve spalovacím prostoru kotle a odvedení spalin přes trubkový výměník tepla do komínu (efekt pyrolytického spalováni).

Princip zplyňování V těchto kotlích je proces hoření rozdělen do dvou oddělených komor. v první části dochází za omezeného přístupu primárního vzduchu k vysušení dřeva a jeho postupné pyrolýze (tepelný rozklad) a doutnání, při němž vzniká reakcí oxidu uhličitého s rozžhaveným dřevěným uhlím oxid uhelnatý (dřevoplyn), horké plyny jsou pak vedeny do druhé komory (spodní část kotle) a zde po smíšení se sekundárním vzduchem shoří až na oxid uhličitý a vodu. Díky vysoké teplotě plamene dojde k dokonalému spálení všech organických látek, a je tedy možné dosáhnout jak dobré účinnosti, tak i nízkého obsahu škodlivin ve spalinách.

Dřevní hmota Dřevní štěpka Je tvořena rozdrcenými částmi větví, kmenů, kůry a obdobného materiálu o různém rozměru: délka 5 až 50mm (ve směru vláken), šířka 5 až 30mm ( průměr). Výhřevnost štěpky je závislá především na obsahu vody. Pelety Jsou naprosto suché - tedy skladovatelné - granule kruhového průřezu o průměru 6 až 14 mm a o délce 2 až 5 cm. Jsou vyráběny z organického materiálu (piliny z tvrdého a měkkého dřeva, pazdeří, sláma) pod vysokým tlakem a za teploty kolem 900°C. Jejich jediným pojivem jsou pryskyřice, obsažené ve dřevu. Výhřevnost pelet je podle státní zkušebny až 19 MJ/kg. Po spálení zůstává minimální množství popela (0,5-1,5%), který lze využít jako minerální hnojivo. Polenové dřevo

Konstrukce zplyňovacího kotle

Technický popis kotle Těleso kotle je vyrobeno jako dvouplášťový svařenec z ocelových plechů z materiálu P265GH (11 416). Vnitřní plášť je vyroben z tloušťky plechu 5 mm, vnější plášť z tloušťky 3 mm. Prostor mezi plášti je vyplněn vodou. Vnější plášť je opatřen nátěrem syntetickou barvou. Tvoří je násypka paliva, která je ve spodní části opatřena žáruvzdornou tvarovkou s podélným otvorem pro průchod spalin a plynů. Dohořívací prostor pod ní je opatřen keramickými tvarovkami. V zadní části těla kotlů je svislý spalinový kanál, opatřený ve vrchní části zatápěcí záklopkou. Vrchní část spalinového kanálu je opatřena odtahovým hrdlem pro připojení na komín. Parametry kotle: výška: 1000 mm šířka: 500 mm hloubka: 700 mm hmotnost: 155 kg Rozměry plnícího otvoru: 300x 450 mm Objem spalovací komory: 150 dm3

Prezentace byla zpracována k přehlídce studentských prací DEN STROJAŘŮ, Ostrava 2008 Děkuji za pozornost.