Upload
others
View
0
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
ZkuZku ššenosti s testovenosti s testováánníím spalovacm spalovacíích ch zazařříízenzeníí v rv ráámci ICZTmci ICZT
Kamil KrpecKamil Krpec
SeminSemin áářř: Technologick: Technologick éé trendy ptrendy p řři vyti vyt ááppěěnníí tuhými palivy 2011tuhými palivy 2011
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Obvykle poskytované služby
• poradenství v oblasti používaných paliv (vhodnost pro daný typ kotle, spékánípopele…)
• provádění spalovacích zkoušek (moderní přístroje a postupy, speciální analýzy spalin…)
• konzultace při úpravách a konstrukci spalovacích zařízení pro dosažení lepších provozních parametrů
• krbové vložky a krbová kamna
• odhořívací a prohořívací kotle
• automatické kotle
• zplyňovací kotle
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Zkoušky prohořívacího kotle
• emisní parametry toho typu kotle v současné době již neodpovídají moderním požadavkům na ekologický provoz
• emisní požadavky připravované normy EN 303-5 zabrání prodeji tohoto typů kotlů
• snaha výrobce nalézt technickéřešení vedoucí ke zlepšení stávajícího stavu
• provedení spalovacích zkoušek s katalyzátorem
• vyhodnocení výsledků
• doporučení pro další vývoj
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Zkoušky prohořívacího kotleOdběrové místo vzorku spalin za katalyzátorem
Odběrové místo vzorku spalin před katalyzátorem
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Zkoušky prohořívacího kotle
Katalyzátor před zkouškou Katalyzátor po zkoušce
• prototyp katalyzátoru
• nerovnoměrné rozložení materiálu
• nedokonalá výroba obalu katalyzátoru
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Zkoušky prohořívacího kotle
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
11:30
11:40
11:50
12:00
12:10
12:20
12:30
12:40
12:50
13:00
13:10
13:20
13:30
13:40
13:50
14:00
14:10
14:20
14:30
14:40
14:50
15:00
15:10
15:20
15:30
15:40
čas [hh:mm]
100
130
160
190
220
250
280
310
340
370
400
účinnost katalyzátoru na CO [%] účinnost katalyzátoru na NOx [%] T spalin [°C]
1 2
Bukové dřevo
η CO: 46; 37 %
η NOx: -23; -28 %
CO: 5000 – 6000 mg/m3N
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Zkoušky prohořívacího kotle
Smrkové dřevo, bukové dřevo (5)
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
9:20
9:30
9:40
9:50
10:00
10:10
10:20
10:30
10:40
10:50
11:00
11:10
11:20
11:30
11:40
11:50
12:00
12:10
12:20
12:30
12:40
12:50
13:00
13:10
13:20
13:30
13:40
13:50
14:00
14:10
14:20
14:30
14:40
14:50
15:00
15:10
15:20
15:30
čas [hh:mm]
100
130
160
190
220
250
280
310
340
370
400
účinnost katalyzátoru na CO [%] účinnost katalyzátoru na NOx [%] Tlaková ztráta [Pa] T spalin [°C]
3 54
η CO: 32; 10; 13 %
η NOx: -44; -35 ; -33 %
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Zkoušky prohořívacího kotle - shrnutí
• katalyzátor má na snížení koncentrace CO pozitivní vliv
• u bukového dřeva lepší výsledky než u smrku (uhlí netestováno)
• účinnost katalyzátoru silně závisí na teplotě spalin (dobrá funkce nad 220 °C)
• nebyl stanoven vliv na TOC, ale lze předpokládat stejný průběh jako u CO
• vyšší koncentrace NOx než bez katalyzátoru
• potenciálně snižuje i koncentrace TZL (záchytem)
• více vrstev katalyzačního materiálu – možná větší účinnost, ale asi větší tlak. ztráta
• jiný katalyzační materiál (lepší funkce při nižších teplotách)
• účinnost katalyzátoru při nižších koncentracích CO za kotlem
• životnost katalyzátoru + nutnost čištění během topné sezóny
• cena katalyzátoru je cca 1/3 ceny kotle
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Zkoušky odhořívacího kotle
• snaha o zlepšení emisních parametrů stávajícího kotle pomocí trubek v sek.vzduchu
• provedení spalovacích zkoušek s různými palivy s úpravami přívodů sek.spal.vzduchu
• vyhodnocení výsledků s doporučeními
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Zkoušky odhořívacího kotle
Sekundární spalovací vzduch
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
0
4 000
8 000
12 000
16 000
20 000
24 000
28 000
32 000
36 000
40 000
9:00
9:20
9:40
10:0
010
:20
10:4
011
:00
11:2
011
:40
12:0
012
:20
12:4
013
:00
13:2
013
:40
14:0
014
:20
14:4
015
:00
15:2
015
:40
16:0
016
:20
16:4
017
:00
čas [hh:mm]
Kon
cent
race
CO
v s
uchý
ch s
palin
ách
při měře
ném
O2
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1 000
Kon
cent
race
NO
x v
such
ých
spal
inác
h, k
once
ntra
ce T
OC
ve
vlhk
ých
spal
inác
h (v
še při
měře
ném
O2)
CO [mg/m3N] NOx [mg/m3N] TOC [mg/m3N]
Převrtáno na 5,5 mm
Převrtáno na 7,5 mm
Zalepeno ze 2/3, trubky dole
vyndány
Horní trubka 2x9 děr, dolní trubka 2x5 děr (vše 3 mm), zkoušeno otáčení trubek, záměna trubek
Hně
dé
uh
lí
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
11:4
012
:00
12:2
012
:40
13:0
013
:20
13:4
014
:00
14:2
014
:40
15:0
015
:20
15:4
016
:00
16:2
016
:40
17:0
017
:20
17:4
018
:00
18:2
018
:40
19:0
0
čas [hh:mm]
Tep
l. vs
tupn
í vod
y, te
pl. v
ýstu
pní v
ody,
tepe
lný
výko
n,
konc
entr
ace
O2
v su
chýc
h sp
alin
ách
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Tep
lota
spa
lin
Tvst vody [°C] Tvyst vody [°C] Tep. výkon [kW] O2 [%] Tspalin [°C]
Zkoušeny různé konfigurace trubek (i bez trubek), CO přes 20 000 mg/m3N, hodně
rozkolísané
Pseudozplyňovací stav, plyn hořel ve 2.tahu výměníku, prudce narostla teplota spalin, CO se
ustálilo na cca 7 000 mg/m3N
Brik
ety
z bi
om
asy
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
1. spalovací zkouška
0
5 000
10 000
15 000
20 000
25 000
30 000
35 000
40 000
45 000
50 000
10:5
0
11:1
0
11:3
0
11:5
0
12:1
0
12:3
0
12:5
0
13:1
0
13:3
0
13:5
0
14:1
0
14:3
0
14:5
0
15:1
0
15:3
0
čas [hh:mm]
Kon
cent
race
CO
v s
uchý
ch s
palin
ách
při měře
ném
O2
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1 000
Kon
cent
race
NO
x v
such
ých
spal
inác
h, k
once
ntra
ce T
OC
ve
vlhk
ých
spal
inác
h (v
še při
měře
ném
O2)
CO [mg/m3N] NOx [mg/m3N] TOC [mg/m3N]
Bu
kové
dřev
o
2. spalovací zkouška
• horní otvor – trubka 2x9 otvorů, 3 mm
• dolní otvor – bez trubky
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Zkoušky odhořívacího kotle - shrnutí
• při zkouškách s HU byla jakákoliv kombinace trubek špatná – nejlepší stav byl: dolníotvory zalepeny ze 2/3 (bez trubky), horní otvory osazeny trubkou 2x9 děr (3 mm)
• při zkouškách briket (ale i HU) docházelo k hoření ve 2.tahu výměníku – CO sice relativně nízké, ale vysoká teplota spalin (i přes 400 °C), u briket se nepodařilo dosáhnout nízkého CO vůbec
• při spalování dřeva nakonec byla nejlepší varianta: dole i nahoře trubka 2x9 děr (3 mm)
• pozitivní vliv přívodu sek.vzduchu trubkami se projevil jen u dřeva
• obecně nejlépe se kotel choval při spalování dřeva, nejhůře při spalování briket z biomasy
• doporučena výměna roštu za jiný typ s většími otvory (palivo nepropadávalo samovolnědo popelníku – muselo být často roštováno)
• je nutno pamatovat i na uživatelskou přívětivost (nutné výměny trubek při změně paliva)
• na základě zkoušek byl vyvinut a certifikován nový kotel, který splnil limity pro Německo a Švýcarsko (CO < 600 mg/m3
N, TOC < 30mg/m3N při 10 % O2)
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Zkoušky krbové vložky
• úprava stávající krbové vložky tak, aby splňovala požadavky pro program Zelená úsporám
• přidání externího teplovodního výměníku k již prodávané KV
• ladění poměru tepelného výkonu do okolního prostředí / vody
• úprava emisních parametrů sestavy
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Zkoušky krbové vložky
Pokolí = 16 kW
Pvoda= 4,5 kW
X = 3,6
Pokolí = 16 kW
Pvoda= 5,5 kW
X = 2,9
Pokolí = 13 kW
Pvoda= 7,5 kW
X = 1,7
Pokolí = 13 kW
Pvoda= 5 kW
X = 2,6
η = 85,4 %Požadavek ZÚ: min. 82 %
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Zkoušky krbové vložky
CO = 2 600 mg/m3N
při O2ref = 10 %
CO = 620 mg/m3N
při O2ref = 10 %Požadavek ZÚ: max. 2 200 mg/m3N, 10 % O2ref
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Zkoušky krbové vložky - shrnutí
• řešení přenosu tepla do vody by se dalo řešit i výrobou vložky se zabudovaným výměníkem –problém s časem a při nevhodné konstrukci i s emisemi CO
• pro snížení nákladů bylo hledáno řešení se stávající vložkou
• zvolenéřešení izolace jen KV je kompromisem mezi funkčností a praktičností
• postupným zkoušením různých variant šamotu ve spalovací komoře bylo dosaženo velice dobrých koncentrací CO i TOC
• požadavek na koncentrace prachu byl splněn pomocí záchytu prachu v teplovodním výměníku
• úspěšné splnění požadovaných parametrů
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Další služby poskytované zkušebnou VEC
• ověřování různých teplotních čidel v rozsahu cca 30 – 650 °C
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Další služby poskytované zkušebnou VEC
• ověřování analyzátorů a vstupů datalogerů
• ověřování průtokoměrů a plynoměrů
• ověřování celých měřících smyček pro stanovení výkonu a účinnosti kotlů
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Další služby poskytované zkušebnou VEC
• měření denních ztrát zásobníkových ohřívačů vody
• zkoušky tepelných čerpadel
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Další služby poskytované zkušebnou VEC
• měření teplotního a koncentračního pole v plameni
• měření tepelného zatížení výměníků kotlů
100
150
200
250
300
350
400
A B C D
12
34
56
7
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Další služby poskytované zkušebnou VEC
• termovizní měření
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Další služby poskytované zkušebnou VEC
• speciální měření
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
4 6 8 10 12 14 16 18 20
O2 [%]
napě
tí la
mbd
a so
ndy
[mV
]
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Další služby poskytované zkušebnou VEC
• stanovení průběhu koncentrace TZL během spalovací periody
• měření PM 10 a PM 2,5
• měření nanočástic
____________________________________________________________________________________________________________________VVŠŠB B -- TechnickTechnickáá univerzita Ostrava, Výzkumnuniverzita Ostrava, Výzkumnéé energetickenergetickéé centrumcentrum
Děkuji za pozornost.