Ekologické pelety z hnědého uhlí a biomasy

Při ověření možnosti výroby směsných ekologických pelet na bázi hnědého uhlí a biomasy byla prvořadým důvodem snaha o využití přirozeně vzniklých kvalitních jemnozrnných frakcí, které se v průběhu času stávají neodbytitelné. Jedná se zejména o finální druh mosteckého hnědého uhlí hruboprach 1 (zrnitost 0-10 mm), ale i o hrubší druh, ořech 2 (zrnitost 10-20 mm).
Dalším cílem ověření možnosti výroby tohoto nového produktu je dodržení emisních limitů stanovených vyhláškou MŽP 117/97 Sb., tak aby splňoval legislativní ekologické požadavky. Nízkopopelnaté vysokovýhřevné druhy uhlí těžené na dole Československá armáda, které jsou vhodné
jako vsázkové uhlí pro výrobu pelet, vykazují od 1,2 do 2,0% obsahu síry původní (S^d). Spalováním paliva s tímto obsahem síry na neekologizovaných spotřebičích jsou dosahovány plynné emise SO₂ ve spalinách ve výši 3.500–5.000 mg.m^-3. Selektivní těžba uhlí s nižším obsahem síry v podmínkách dolu Československá armáda není reálná. Jediným řešením, jak snížit plynné emise SO₂ ve spalinách je volba
vhodné aditivace pelet při jejich výrobě.
Přídavek biomasy pak ještě více sníží množství obsahu síry v peletách a současně zlepší bilanci CO₂. Dále bylo ověřeno, že při výrobě pelet z relativně jemných podílů přidaná odsiřovací přísada působí mnohem účinněji na snížení emisí oxidů síry při spalování pelet než při spalování uhelných zrn ořechu 2 (velikost zrn 10 až 20 mm) obalených podobným množstvím odsiřovací přísady.

Emisní limity
Snahou producentů hnědého uhlí je jeho taková technologická úprava, aby během následného spalování u odběratele byly dodrženy emisní limity. To v praxi představuje upravit před expedicí uhlí přídavkem vhodných látek (aditiv), které při procesu spalování vážou část vznikajících oxidů síry. Spalování hnědouhelných pelet se předpokládá na malých a středních zdrojích znečištění. Pro malé zdroje nejsou stanoveny žádné emisní limity. Pokud by však došlo k rozšíření emisních limitů i na malé zdroje hnědouhelné pelety by splňovaly tyto limity a byly by tak ekologickým palivem pro tato zařízení. Na obrázku č.1 je patrný teoretický výpočet emisí SO₂ pro MHU. Přesto, že pro menší zdroje v oblasti malospotřeby není emisní limit stanoven, dopad snížení emisní zátěže, při velkém počtu těchto zdrojů, je zřejmý a nezanedbatelný.

Obr. č. 1 Teoretický výpočet emisí SO₂ pro MHU

 

Biomasa
Rostliny, které se pěstují pro jiné účely než získání potravin a krmiv, jsou nazývány technické plodiny. Pro technické plodiny, které se pěstují za účelem získání energie, se vžil název energetické plodiny. Při současné nadprodukci potravin a výrazné potřebě ekologizace průmyslu a zemědělské výroby významně vzrostla úloha technických a energetických plodin.
Výsledným produktem energetických plodin jsou biopaliva (fytopaliva), která mohou být tuhá (řezanka, balíky, brikety, pelety atd.), tekutá (rostlinné oleje, bionafta, bioetanol) nebo i plynná (bioplyn). Z hlediska energetické bilance představují tuhá fytopaliva nejvyšší energetickou účinnost využití biomasy, což znamená, že energetické vstupy do produkce a zpracování biomasy jsou podstatně nižší, než je obsah disponibilní energie ve výsledné produkci.
Jako technické a energetické rostliny se mohou využívat jak tradiční zemědělské plodiny (většinou jednoletky), tak i netradiční rostliny (všeobecně nezemědělské druhy). Jednoleté energetické rostliny jsou z větší části kulturními rostlinami, které je možné rovněž využívat pro fytoenergetické účely. Existují však i nekulturní (plevelné) druhy jednoletých rostlin, které produkují velké množství biomasy a proto jsou perspektivní pro fytoenergetické využití (např. lebeda, merlík atd.).
Běžně dostupným a pravděpodobně perspektivním materiálem vhodným pro spalování je obilná sláma. Zástupcem značně perspektivních energetických plodin je dle výsledků výše uvedené studie krmný šťovík (víceletá rostlina s vysokými výnosy) s nízkými náklady na produkci.
V rámci zkoušek lisování pelet s příměsí biomasy byly připraveny vzorky pelet hořčičné slámy o obsahu 10 až 20% a krmného šťovíku. Použitá biomasa byla mleta na zrnitost pod 2 mm (stejná zrnitost jako v případě uhelné složky) z důvodu lepší homogenizace materiálu.

Aditivum
Poslední komponentou přidávanou do peletizační směsi je aditivační činidlo. Aditivním činidlem byl zvolen Ca (OH)₂, tj. hydroxid vápenatý. Hydroxid vápenatý je zdrojem Ca 2⁺ kationtu, který posiluje vazební síly pelet. Ale současně Ca (OH)₂ příznivě ovlivňuje formování připravené peletizační směsi. Jeho působením se směs stává plastičtější a je schopna lepšího formování v peletizačním lisu. Obsah Ca (OH)₂ přidávaný do základní peletizační směsi byl stanoven s ohledem na obsah S^d ve vsázkové uhelné hmotě tak, aby při spalovacím procesu byly vytvořeny „optimální předpoklady“ pro vznik CaSO₄ vázaného v popelovině.

Lisování pelet
Drobně podrcený a homogenizovaný produkt přichází vrchem do lisovacího prostoru a vytváří na matrici materiálový koberec. Otáčející se drticí kola mají za úkol materiál nacházející se na matrici zjemnit a vtlačit do kanálků matrice. Drticí kola jsou volně otáčivá, namontovaná na pevné ose ve středu kolové hlavy, takže drticí kola v počtu dvou kusů tvoří s uložením a připevněním jeden celek. Drticí kolová hlava je upevněna na královské hřídeli a otáčí se nad matricí. Odstup mezi drtícími koly a matricí je řiditelný a lehce měnitelný pomocí kloboukové matky.
Vlastní průběh lisování sestává z převálcování vstupního materiálu na matrici drtícími koly, čímž dochází k předhutnění a následně je materiál tlačen do lisovacích kanálků matrice. Tyto kanálky jsou tak tvarovány, že lisovaný materiál je znovu hutněn a z matrice je pak vytlačován cylindrický provaz zlisovaného materiálu, který je pomocí řezacího zařízení lámán na požadované délky. Lis má zařízení umožňující změny rychlosti otáček královské hřídele. Chod lisu je zajišťován motorem s frekvenčním měničem. Celé zařízení, tj. lis, pohon a elektro vybavení pak tvoří jeden kompletní celek. Zařízení může vyrábět pelety o průměru 2–15 mm.

Stanovení receptury a výroba pelet pro spalovací zkoušku
Z provedených zkoušek byla k ověření vlastností pelet při spalování vybrána receptura o celkové vlhkosti směsi 37 % a s následujícím poměrem jednotlivých složek v sušině:
Uhlí o zrnitosti 0 až 2 mm - 100 dílů
Biomasa o zrnitosti 0 až 2 mm - 10 dílů
Vápenný hydrát - 6 dílů

Spalovací zkoušky s připravenými peletami byly provedeny ve Výzkumném energetickém centru Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava na automatickém teplovodním kotli Ling 25.
Pro spalovací zkoušky bylo připraveno osm vzorků hnědouhelných pelet. Palivo bylo dodáno v igelitových pytlích. Receptury pro výrobu pelet jsou uvedeny tabulce č. 1. Výsledky analýzy charakteristických parametrů paliv jsou uvedeny v tabulce č.2

Tabulka č. 2 Základní technologický rozbor pelet

Spalovací zkoušky byly provedeny na automatickém teplovodním kotli Ling 25 při spalování výše uvedených vzorků paliv. Spalovací zkoušky byly provedeny při jmenovitém výkonu. Byla měřena koncentrace CO, SO₂, NO_X, CO₂, O₂ a dehtu. Dále byla měřena teplota spalin za kotlem, v tryskách, nad retortou a ve spečenci. Naměřené hodnoty SO₂ jsou uvedeny v tabulce č.3.

1. Fečko, P., Sedláček, P., Valeš, J., Čablík, V: Verification of ground rough dross suitability for  production of pellets: 6th Conference on Environment and Mineral Processing, part II, s.797-802, ISBN 80-248-0072-1
2. Fečko, P., Sedláček, P., Valeš, J.,: Vliv zrnitosti při výrobě hnědouhelných pelet, Sborník.: ODPADY 2002, s.222-226, ISBN 80-968214-2-3
3. Sedláček, P., Valeš, J., Fečko, P., Čablík, V.: Ověření vhodnosti mletého hruboprachu pro výrobu pelet, Sborník.: Recyklace odpadu VI, Kosice, 10.-11.10.2002, s.185-196 ISBN 80-248-0165-5
4. Chudek M., Hycnar J., Janiczek S., Plewa F.: Wegiel brunatny – untylizacja surowców towarzyszacych i odpadów elektrownianych, Wydawnictwo politechniki Ślaskiej, Gliwice 1999
5. Licznerski E.: Brykietovanie wegli, Wydawnictwo „Ślask“, Katowice 1970

Tento příspěvek byl  prezentován na konferenci  Kotle a energetická zařízení 2007.

Autor

• Sedláček Pavel