Výpal keramiky dřevem

Na tuto stránku dávám části teoretických textů posbírané po internetu apod. Rovnou říkám, že ne všemu rozumím, zejména tomu, co zavání chemií. U všeho uvádím zdroje a sem to dávám v dobré víře.

Tato stránka se týká hoření biomasy - tj. dřeva apod.

Metody a principy spalování biopaliv
Ing. Václav Sladký, CSc., VÚZT a CZ BIOM
http://stary.biom.cz/biom/8/02.html

Akumulace sluneční energie rostlinami je jejich základní projev života a podmínka života na Zemi vůbec. Vyplývá z jednoduché rovnice popisující jímání oxidu uhličitého (CO2) z ovzduší a vody (H2O) z půdy a sluneční energie pomocí organického katalyzátoru - chlorofylu v listech a tvorbu organické hmoty:

6 CO2 + 6 H2O (+ stopové prvky z půdy) + sluneční energie = C6H12O6 + 6 O2

C6H12O6 zde představuje pouze symbol pro vzniklou organickou hmotu (glukózu), která se v následných chemických reakcích mění v nepřehledné množství jednoduchých i vysoce složitých organických látek. O2 je do ovzduší uvolňovaný kyslík.

Při pálení, t.j. okysličování probíhá proces obráceně:

C6H12O6 + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O + uvolněná energie

Zajímavé zjištění: O2 “vydechovaný” rostlinami má původ z přijaté vody. O2 obsažený ve vzniklé organické hmotě má původ ze vzduchu. Z uvedeného vyplývá, že vzniklá organická hmota obsahující O2 je již částečně zoxidována a proto má při spalování nižší výhřevnost než většina fosilních paliv, z nichž v procesu milionů let trvající karbonizace byl kyslík vylučován. Na příklad zemní plyn (metan) CH4 vůbec kyslík neobsahuje, proto je jeho výhřevnost vysoká. Naproti tomu dřevní plyn obsahuje kromě uvedeného O2 ještě značný podíl dusíku ze spalného vzduchu a jeho výhřevnost je malá.

Uvedené údaje mají zásadní význam pro spalování biopaliv:

Základní faktory ovlivňující spalování pevných biopaliv

  • Obsah vody při spalování musí být nulový. Volná voda musí být odpařena buď mimo topeniště, nebo v něm, k čemuž dochází prakticky vždy, a to i u briket a pelet, které mají často méně než 10% vody. Teprve po odpaření vody začne teplota stoupat nad 200°C, kdy se začínají uvolňovat těkavé, snadno hořící látky.
  • Teplo a hoření nesmí klesnout pod 600°C, jinak těkavé látky neprohořívají a vytváří se dým. Optimální teplota spalování biopaliv je kolem 900°C, neměla by však překročit 1200°C s ohledem na tvorbu NOx.
  • Do hořících plynů musí být zaveden pokud možno horký sekundární vzduch, jinak neprohoří vzniklý CO, který na chladných místech vylučuje uhlík ve formě sazí a mění se na CO2. Poměr primárního vzduchu, který určuje spolu s palivem výkon topeniště, k sekundárnímu, který určuje kvalitu hoření a obsah škodlivých emisí, bývá 1 : 1.
  • Hořící plyn nesmí být nikde ochlazován. Přestup tepla následuje do teplosměnného média až po vyhoření plynů.
  • Žhavé dřevní uhlí po odplynování tvoří asi 20 - 25% hmoty biopaliv a je výhodné, když v topeništi vzniká a spalné plyny přes něj přecházejí. Žhnoucí uhlí vzniká velmi dobře z tvrdého dřeva, briket, nevzniká při spalování volné slámy a pilin.
  • Na vysokou teplotu rozpálená keramická vyzdívka je víceúčelová, o jejím katalyzačním účinku na dokonalé prohoření spalných plynů se ví málo, ale není o něm pochyb.

Technické možnosti využití biomasy
Ing. Josef Farták, EGF spol. s r.o. Sušice http://www.calla.ecn.cz/index.php3?path=energetika/seminare&inc=technika_nh.inc

Spalování biopaliv ovlivňuje několik faktorů:

  • vysoký podíl teplem uvolňovaných plynných látek (až 80 %),
  • dlouhé plameny a dlouhá doba prohořívání (1 i více vteřin),
  • vyšší potřeba spalného vzduchu na jednotku paliva (LAMBDA 2),
  • šamotové vyzdívky a dohoření spalných plynů bez ochlazení,
  • nižší teploty měknutí a spékání popele (stébelniny od 860 °C, dřevní popel od 1100 °C),
    • nižší objemové hmotnosti paliv a nižší koncentrace energie v palivu vyžaduje větší topeniště, stejně jako vlhčí palivo.

    Využití biomasy pro lokální a centrální vytápění
    Vladimír Verner
    http://www.verner.cz/czbiom23052002.html

    Další vlastností slámy je, že její popel, tvořený lehce tavitelnými mineráliemi, především uhličitanem draselným, uhličitanem vápenatým a kysličníkem křemičitým, začíná měknout při teplotách kolem 830°C a při teplotách 850-900°C se lehce tvoří sklovitá hmota, která nejen poškozuje vyzdívku topenišť, ale je i obtížně odstranitelná. Tomuto jevu se čelí dvoustupňovým hořením, kde se v prvé části sláma zplynuje a v druhé části teprve spalné plyny, bez vlivu na popel, za přístupu sekundárního vzduchu prohořívají vyšší teplotou.

    Struktura slámy je příčinou úletu jemného popílku tvořeného jednak nespálenými nebo zuhelnatěnými drobnými částicemi slámy, jednak popelovinami, které mají snahu částečně se nalepovat na teplosměnné plochy, částečně odlétávat do ovzduší. Proto je velmi důležité, aby se sláma při celém procesu spalování nedotkla keramiky, neboť vznikajícími nápeky se vyzdívka ničí. Velmi důležitý je i řízený odtahový ventilátor.

    PŘÍRUČKA PRO REGIONÁLNÍ VYUŽITÍ BIOMASY
    Vydala: Česká energetická agentura
    Vinohradská 8, 120 00 Praha 2
    Vypracoval: CityPlan s.r.o.
    http://www.ceacr.cz/?download=1999/99_8080.pdf

    Ve druhé fázi spalování se proto uvolňuje velký objem plynné hořlaviny. Je nebezpečí, že takto uvolněný prchavý podíl vytěsní z prostoru nad palivem vzduch, a že prchavý podíl nedohoří. Při spalování biomasy proto musí být vždy zajištěno dokonalé promíchávání uvolněného prchavého podílu se vzduchem. Část vzduchu je nutno přivádět k tuhé části paliva (tzv. primární vzduch) a poměrně velkou část vzduchu do prostoru nad rošt (sekundární vzduch). Sekundární vzduch musí být přiváděn tryskami poměrně velkou rychlostí, aby měl dostatečně velkou kinetickou energii a mohl promíchat obsah spalovacího prostoru i v hloubce ohniště. Viskozita plynů se totiž zvyšuje s teplotou (na rozdíl od kapalin), takže průraznost proudu vzduchu v prostředí horkých spalin je malá.

    Energetická biomasa z polních kultur
    Vlasta Petříková
    http://81.0.228.110/default.asp?ch=222&typ=1&val=36420&ids=2110

    Šťovíková biomasa
    teplota spékání (sintrace) tS - 1191 °C
    počátku deformace tA - 1306 °C,
    tání tB -nad 1500 °C
    tečení tC - nad 1500 °C.

    Zpět na homepage