Zku šenosti s testov áním spalovac ích za řízen í v r ámci ... · 0 0 7 0 0 čas [hh:mm]...

____________________________________________________________________________________________________________________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


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


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


Zkoušky prohořívacího kotleOdběrové místo vzorku spalin za katalyzátorem

Odběrové místo vzorku spalin před katalyzátorem



Katalyzátor před zkouškou Katalyzátor po zkoušce

• prototyp katalyzátoru

• nerovnoměrné rozložení materiálu

• nedokonalá výroba obalu katalyzátoru



-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



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 %


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


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


Zkoušky odhořívacího kotle

Sekundární spalovací vzduch


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


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


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


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)


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



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 %



CO = 2 600 mg/m3N

při O2ref = 10 %

CO = 620 mg/m3N

při O2ref = 10 %Požadavek ZÚ: max. 2 200 mg/m3N, 10 % O2ref


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


Další služby poskytované zkušebnou VEC

• ověřování různých teplotních čidel v rozsahu cca 30 – 650 °C



• ověřování analyzátorů a vstupů datalogerů

• ověřování průtokoměrů a plynoměrů

• ověřování celých měřících smyček pro stanovení výkonu a účinnosti kotlů



• měření denních ztrát zásobníkových ohřívačů vody

• zkoušky tepelných čerpadel



• 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



• termovizní měření



• 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

]



• stanovení průběhu koncentrace TZL během spalovací periody

• měření PM 10 a PM 2,5

• měření nanočástic


Děkuji za pozornost.

Zku šenosti s testov áním spalovac ích za řízen í v r ámci ... · 0 0 7 0 0 čas [hh:mm]...

Documents

Transcript of Zku šenosti s testov áním spalovac ích za řízen í v r ámci ... · 0 0 7 0 0 čas [hh:mm]...