Možnosti zvýšení účinnosti při vytápění stavebních objektů biomasou

Lubomír Martiník

Doctoral thesis

Possibilities of increasing the efficiency of the construction objects heating by biomass

Abstract:

Disertační práce se zabývá možností využití biomasy pro výrobu tepla, jako náhradu stávajících zařízení pro spalování fosilních paliv ve výstavbě. V této práci je pozornost zaměřena především na objekty s tepelnou ztrátou řádově na úrovni do 100 kW. Nejedná se tudíž o řešení pro rodinné domy. Automatický kotel na biomasu je jednou z možností, jak ekologizovat vytápění tuhými palivy. Výhodou biomasy je především absence oxidů síry ve spalinách a jejich nulová bilance CO2 (vývin CO2 je prakticky stejný při spálení a tlení). Dnes již existuje velké množství zařízení spalujících biomasu. Nevýhodou je ale obtížné sušení (především u štěpky a odpadů ze zemědělství), které je potřebné ke kvalitnímu spálení s vysokou účinností. Předkládaná disertační práce se zabývá možnostmi zvyšování účinnosti při spalování biomasy a to především biomasy jinak energeticky obtížně využitelné. V rámci této práce je důraz kladen na zařízení pro spalování čerstvé (vlhké) biomasy při maximalizaci účinnosti a aplikací tohoto systému do stavebních objektů. Vysoké účinnosti je u tohoto zařízení docíleno především kondenzační jednotkou, v níž probíhá kondenzace vodní páry ze spalin a díky níž je možné lepší využití energie v palivu. Právě kondenzace vodní páry ze spalin je v této práci zvolena jako nejvhodnější cesta ke zvyšování účinnosti zařízení pro spalování biomasy, jelikož disponuje prozatím nevyužitým potenciálem. Součástí této práce je také experimentální ověření kondenzačního kotle na biomasu v provozu a využití těchto poznatků pro optimalizaci jednotlivých součástí pro dosažení co nejlepších výsledků účinnosti zařízení při akceptovatelném vývinu emisí znečišťujících látek ze spalování vlhké biomasy. Výsledky těchto experimentů slouží pro lepší poznání dějů, které probíhají ve spalovací komoře a v kondenzační jednotce. Kotle na biomasu využívající princip kondenzace vodní páry ve spalinách představují pravděpodobnou cestu vývoje zařízení pro spalování biomasy v následujících letech.

Abstract:

This dissertation thesis deals with the possibility of using biomass for heat production, as a replacement for existing facilities for burning fossil fuels in buildings. In this thesis, the attention is mainly focused on buildings with heat loss in the approximate level into 100 kW. Therefore, it is not a solution for family houses. The automatic biomass boiler is one of the ways, how to make the heating with solid fuels more ecological. The advantage of the biomass is mainly the lack of sulphur oxides in the flue gas and the zero balance of carbon dioxide (CO2 emissions are practically identical for the burning and rot). Nowadays, there is a large number of facilities for burning the biomass. However, the disadvantage is the hard drying (mainly wood chips and agricultural waste), which is needed for good-quality burning with high efficiency. This dissertation thesis deals with the possibilities of increasing efficiency in biomass burning, especially biomass which is otherwise energetically uneasily usable. This thesis is emphasized on the device for combustion of fresh (wet) biomass with maximizing the efficiency and application of this system to the buildings. The high efficiency of this device is primarily achieved by condensing unit, in which the condensation of water vapor from the flue gas is realized and which makes possible a better utilization of the energy in the fuel. Condensation of water vapor from the flue gas in this work is chosen as the most appropriate way to increase the efficiency of plants for biomass combustion, as it has so far untapped potentiality. The experimental verification of condensing biomass boiler in the operation and use of this knowledge for the optimization of individual components to achieve the best efficiency results of the device at acceptable evolution of pollutant emissions from the burning of wet biomass is also part of this work. The results of these experiments are used for better understanding of events which are done in the combustion chamber and the condensing unit. Biomass boilers utilizing the principle of water vapor condensation in the flue gases make probable way of development for biomass combustion in the coming years.

Keywords

Biomasa, účinnost, kondenzační princip, spaliny, vysoká vlhkost, kondenzační jednotka

Keywords

Biomass, efficiency, condensing principle, exhaust gases, high humidity, condensing unit

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 1. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 24. 6. 2016
• Supervisor: Tadeáš Ochodek
• Reader: Danica Košičanová, Jiří Míka, Karel Papež

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta stavební

Doctoral programme / field:
Stavební inženýrství / Teorie konstrukcí