Zhodnocení využívání organických odpadů v malých spalovacích zařízeních

Ing. David Černý

Doctoral thesis

-

Abstract:

Organické odpady představují dostupnou náhradu za cíleně pěstované energetické plodiny pro výrobu biopaliv. Biopaliva vyrobena z organických odpadů vyžadují, aby zdrojové suroviny neobsahovaly nebezpečné látky, které by se jejich spálením v jednoduchých spalovacích zdrojích dostaly do ovzduší jako emise. Tato práce se zabývá posuzováním technicko-provozních parametrů malých spalovacích zařízení při spalování vzorků paliv vyrobených z organických odpadů. Jako vzorky byla vybrána tuhá paliva ve formě kusových, briket a pelet vyrobená z perspektivních materiálů. Spalování bylo realizováno v krbových kamnech s roštovým topeništěm a v automatických kamnech. K měření emisních koncentrací O2, CO, NOX a teploty spalin byl použit plynový analyzátor. Pro spalování na roštovém topeništi se z komerčních paliv jako vhodná náhrada za uhlí nebo dřevo jeví brikety z kůry, při jejichž spalování bylo dosaženo emisních koncentrací CO s hodnotou 560,8 +/- 98,9 mg.m-3, hodnoty NOX byly poměrně vysoké 1 193,6 +/- 141,7 mg.m-3. V rámci práce byly pro toto topeniště vyrobeny brikety z kompostu, jejichž emisní koncentrace CO jsou vyšší 1 487,8 +/- 418,8 mg.m-3, hodnoty NOX byly naopak nižší 330,8 +/- 26,3 mg.m-3 než u briket z kůry. Na roštovém topeništi byl spalován experimentální vzorek čistírenského kalu, který byl upraven hydrotermální karbonizací, naměřené emisní koncentrace CO 1 493,3 +/- 237,3 mg.m-3 a hodnoty NOX 544,8 +/- 20,2 mg.m-3 jsou pozitivní, protože nebylo dosaženo jmenovitého výkonu spalovacího zařízení a spalné teplo vzorku je velmi nízké 12,61 MJ.kg-1. V automatických kamnech bylo při spalování odpadních dřevních pelet s certifikátem ENplus A1 dosaženo nejvyšší účinnosti spalovacího zařízení 80,8 +/- 2,7 % a také velmi nízkých emisních koncentrací CO s hodnotou 117,5 +/- 14,4 mg.m-3 a hodnoty NOX 110,3 +/- 2,9 mg.m-3. Následné pokusy na tomto zařízení měly za cíl zvýšit účinnost spalovacího zařízení, pomocí instalace teplovzdušného výměníku a předehřevu spalovacího vzduchu. Při využití metody předehřevu spalovacího vzduchu došlo ke zvýšení emisních koncentrací CO.

Abstract:

Organic wastes represent available replacement for crops grown specifically for biofuel production. However, the combustion of solid biofuels is often accompanied by technical problems. Biofuels made of organic wastes require the source of which do not contain hazardous substances that could be their combustion in simple combustion sources came into the atmosphere as emissions. This thesis is focused on the assessment of technical and operational parameters of small combustion plants while burning biofuels and also of the measurement of emission concentrations of CO and NOX in the flue gas and its subsequent analysis. Samples were selected as solid fuel in the form of a lump, briquettes and pellets made from advanced materials. Incineration was realized in the fireplace with a grate furnace and automatic stove. The bark briquettes could appears to be a suitable substitution for coal or wooden briquettes, and during combustion in grate emission concentrations of CO were achieved with a value of 560.8 +/- 98.9 mg.m-3,on the contrary NOX levels were relatively high 1 193.6 +/- 141.7 mg.m-3. In case of this work, when using the furnace the briquettes were made from compost , whose emission levels are higher: CO 1 487.8 +/- 418.8 mg.m-3, NOx levels were somewhat lower 330.8 +/- 26.3 mg.m-3 than the briquettes bark. An experimental sample of sewage sludge, which has been modified by hydrothermal carbonisation, was burned on the grate furnace and the measured emission levels for CO 1 493.3 +/- 237.3 mg.m-3 and NOX levels 544.8 +/- 20.2 mg.m-3, positive because it was achieved the rated output of the combustion equipment and the heat of combustion of the sample is very low 12.61 MJ.kg-1. The most efficient combustion of 80.8 +/- 2,7 % was achieved using automatic stove, during burning waste wood pellets certificate ENplus A1, the very low levels of emission and a very low emission levels for CO with a value of 117.5 +/- 14.4 mg.m-3 and values NOX 110.3 +/- 2.9 mg.m-3 were measured. Following experiments on this device were intended to increase the efficiency of a combustion plant by installing a hot-air heat exchanger and preheating combustion air. Method with preheating combustion air caused an increase in the emission concentration of CO.

Keywords

Měření emisních koncentrací, spalování, malé spalovací zdroje, kompost, čistírenský kal

Keywords

Emission concentration measurement, combustion, small combustion plants, compost, biochar

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 7. 2016

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Jan Malaťák, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Engineering

Doctoral programme / field:
Agricultural Engineering / Technology of Production Processes