Ekologická kotolňa v Bánovciach nad Bebravou

Ekologické spaľovanie a využívanie biomasy už nie je v súčasnosti na Slovensku zriedkavým javom, aj keď ešte pred niekoľkými rokmi sa v tomto smere len začínalo. Príkladom môže byť kotolňa na drevnú štiepku a drevný odpad, ktorá vznikla v spolupráci rakúskej a slovenskej firmy v Bánovciach nad Bebravou. Práve tu bolo totiž výhodné využiť drevný odpad z nábytkárskej výroby jedného z popredných výrobcov čalúneného nábytku na Slovensku. Ekologická teplovodná kotolňa, ktorá tu bola vybudovaná už v roku 2006, spoľahlivo zásobuje areál firmy vykurovacím a technologickým teplom, pričom prevádzka spĺňa všetky emisné limity.

 Rozhodnutie využiť drevný odpad z miestnej výroby nábytku firmy Linea-D v Bánovciach nad Bebravou sa pretavilo do konkrétneho návrhu a realizácie ekologickej kotolne vďaka spolupráci rakúskej firmy Polytechnik G.m.b.H. z Weissenbachu a. d. Triesting so slovenskou firmou DIH, s. r. o., z Vrbového. Firma na výrobu nábytku mala v prevádzke vlastnú plynovú stredotlakovú parnú kotolňu umiestnenú v areáli závodu. Vzhľadom na novú koncepciu princípu kotolne sa z jej priestorov demontovalo jestvujúce strojné zariadenie nepotrebné na ďalšiu prevádzku vrátane parného kotla, ktorý sa nahradil novým moderným teplovodným kotlom na biomasu. Nové zariadenie spĺňa emisné limity a má vysokú účinnosť spaľovania pri minimálnom a nominálnom výkone v rozmedzí 82 až 86 %.

Kotolňa
Palivom kotolne je drevný odpad, ktorý predstavuje zmes štiepky, pilín a drevného prachu s vlhkosťou od 10 do 40 % a výhrevnosťou približne 12 MJ/kg. Ročná spotreba predstavuje približne 1 800 m³ palivovej zmesi, z ktorej prevažnú časť tvorí drevná štiepka. Hlavné prevádzkové obdobie sa začína začiatkom novembra a končí na prelome marca a apríla, keď sa spotrebuje aj prevažná časť objemu palivovej zmesi. Z vlastnej výroby sa kotolňa zásobuje objemom približne 800 m3 ročne, zvyšok sa dopĺňa nákupom od externého dodávateľa. Starý parný kotol na zemný plyn zostal v kotolni ako studená rezerva výkonu na prípadnú prevádzku pri výpadku kotla na biomasu. Kotolňa sa v súčasnosti prevádzkuje ako teplovodná.

Vedľa kotolne sa postavilo betónové silo na štiepku, piliny a drevný prach, z ktorého sa palivo dopravuje do kotla na biomasu. Silo sa plní pneumatickou dopravou rozdrveného drevného odpadu z výroby závodu, prípadne drvenou štiepkou z dovezeného drevného odpadu. Z kotolne vedie do výrobných hál nový rozvod tepla z predizolovaného potrubia uloženého v zemi.

Vo výrobných halách bolo takisto nevyhnutné rekonštruovať parné vykurovanie na teplovodné, zhotovili sa tu preto nové rozvody a osadili nové vykurovacie telesá. Pre jednotlivé haly a ucelené prevádzky sa vytvorili samostatné vykurovacie okruhy s obehovými čerpadlami a ekvitermnou reguláciou.

Skladovanie paliva a vyprázdňovanie zásobníka
Palivo zložené z drevnej štiepky, pilín a drevného prachu sa uskladňuje vo veľkokapacitnom zásobníku v železobetónovom sile. Na dne jeho medzistropu je v strede umiestnená vyprázdňovacia fréza spolu s pohonovým zariadením. Palivo sa pomocou závitovej frézy sťahuje z celkovej plochy dna sila do jeho stredu s priepadovým otvorom, pod ktorým sa nachádza medzizásobník s reguláciou úrovne hladiny paliva. Na základe vyhodnotenia signálov zo snímačov sa následne spúšťajú ďalšie dopravné zariadenia zabezpečujúce transport paliva až do spaľovacieho priestoru. Krútivý pohyb závitu frézy vyprázdňovača sa zaisťuje elektromotorom a systémom kardanových hriadeľov, pohyb po obvode sila zasa hydraulickým priamočiarym motorom, súčasťou ktorého sú hy­draulický agregát, hydraulický valec a príslušné armatúry.

Palivo sa ďalej transportuje smerom k spaľovaciemu priestoru systémom závitových dopravníkov, pričom súčasťou tejto dopravnej trasy je aj protipožiarna ochrana proti spätnému horeniu (dvojitá uzatváracia klapka a Sprinklerov ventil s tepelným snímačom). Plnoautomatizované prikladanie zabezpečuje tzv. prikladací závit s hladinovou reguláciou a s mechanickou a tepelnou poistkou proti poškodeniu motora.

Spaľovací priestor
Základ spaľovacieho priestoru pozostáva z dvoch hlavných častí – zo vzduchového rozdeľovacieho systému (spodná časť) a zo spaľovacieho priestoru (horná časť).

V rámci konštrukcie sa spaľovací vzduch privádza do spaľovacieho priestoru prerozdelený na primárny a sekundárny vzduch. Tento priestor tvorí utesnená zváraná konštrukcia so silnými platňami z oceľového plechu s hrúbkou 3 až 8 mm, pričom na zadnej stene sú otvory na kontrolu a údržbu, ako aj na prívod vzduchu a prísun paliva. Všetky oceľové časti, ktoré sú v priamom spojení so spaľovacím priestorom, sú v žiaruvzdornom vyhotovení a spaľovací žľab ako aj kanály na prívod primárneho vzduchu sú zo žiaruvzdornej oceľovej zliatiny na báze chróm-vanádia.

Kompletný spaľovací priestor je vymurovaný zo žiaruvzdorných šamotových tehál s hrúbkou 124 mm. Medzi oceľovým plášťom a výmurovkou sa nachádza 126-milimetrová hrubá izolačná vrstva. Zvonku je spaľovací priestor izolovaný minerálnou vlnou, ktorá v kombinácii s celkovou skladbou zaručuje optimálnu tepelnú izoláciu.

Výmenník tepla a odlučovač tuhých znečisťujúcich látok
Výmenník tepla predstavuje horizontálny vysokovýkonný kotol. V zmysle predpisov pre parné kotly ide o celooceľovú konštrukciu, pričom tlakové telo kotla je kompletne elektricky zvárané a dôkladne izolované minerálnou vlnou. Jadrom kotla sú výhrevná rúrkovnica, ďalej zadná a predná vratná komora, ako aj vyústenie do spalinovodu so zaústeniami na meracie sondy. Kotol má na čelnej strane dvojkrídlové hermeticky uzatvárateľné dvere, čím sa umožňuje čistenie vnútra rúrkovnice a prednej vratnej komory od zvyškov spalín. Zadná vratná komora má revízne dvierka, ktoré takisto slúžia na čistenie priestoru komory.
Splodiny horenia vychádzajú z kotla cez spalinovod do komory mechanického multicyklónového odlučovača. V dôsledku vysokého odporu v odlučovači sa spaliny rovnomerne rozdeľujú do jednotlivých cyklónových telies, ktoré ich dostanú do silnej rotácie. Pevné látky obsiahnuté v spalinách sa odstredivou silou dostanú na obvod rúry, po ktorej sa prepadajú dolu do zbernej nádoby alebo kontajnera.

Vyčistené spaliny prúdia cez ponornú rúru do tzv. čistej komory. Spalinový ventilátor, potrebný na prekonanie aerodynamického odporu, dopravuje spaliny cez komín do ovzdušia. Výkon ventilátora možno regulovať frekvenčným meničom a je plne automatizovaný.

Zberné kontajnery na popol sa vyprázdňujú v prípade potreby po uzavretí rýchlouzáverov. Pri automatickej prevádzke sa pri výpadku ventilátora preruší prívod paliva do spaľovacieho priestoru.

Emisné merania
Aj spaľovanie drevného odpadu v ekologickej kotolni musí prebiehať tak, aby boli splnené všetky predpísané emisné limity. Oprávnené meranie emisných hodnôt dňa 14. novembra 2007 vykonala akreditovaná spoločnosť MM-Team, s. r. o., z Bratislavy, pričom sa v predmetnom spaľovacom zariadení na drevný odpad merali emisné hodnoty CO, NOx, NO₂, TOC (celkový organický uhlík) a TZL (tuhé znečisťujúce látky) v odpadových plynoch.

Merania sa vykonávali v režime ustáleného prevádzkového stavu na úrovni výkonu požadovaného aktuálnym odberom tepla. V oblasti TZL bola nameraná porovnávacia hodnota 21 mg/m3 (max), ktorá je zreteľne nižšia ako hodnota emisného limitu 150 mg/m3. Ďalej uvádzame porovnávacie hodnoty v konfrontácii s hodnotami emisných limitov ostatných znečisťujúcich látok:

• NOx – nameraná bola porovnávacia hodnota 492 mg/m³, pričom hodnota emisného limitu je 650 mg/m³,
• NO₂ – nameraná bola porovnávacia hodnota 2,2 kg/h, pričom hodnota emisného limitu je 5 kg/h,
• CO – nameraná bola porovnávacia hodnota 507 mg/m³, pričom hodnota emisného limitu je 850 mg/m³,
• TOC – nameraná bola porovnávacia hodnota 33 mg/m³, pričom hodnota emisného limitu je 50 mg/m³.

Hodnoty hmotnostných koncentrácií sú vyjadrené pri štandardných stavových podmienkach v suchom plyne (101,325 kPa, 0 °C) a prepočítané na referenčný podiel kyslíka v spalinách 11 % obj. Hodnoty emisných limitov vychádzajú z v tom čase aktuálnej prílohy č. 4 k vyhláške MŽP SR č. 706/2002 Z. z. (v súčasnosti zákon č. 137/2010 Z. z.).

Je zrejmé, že namerané hodnoty emisií znečisťujúcich látok sú nižšie ako hodnoty príslušných emisných limitov a predmetné spaľovacie zariadenie vyhovuje z hľadiska právnych predpisov na ochranu ovzdušia. Aj v prípade TZL sú namerané hodnoty zreteľne nižšie oproti predpísaným limitom, čo svedčí o vysokej účinnosti zariadenia práve v tejto oblasti. Aj veľmi dobré výsledky pri meraní ostatných znečisťujúcich látok hovoria o dobrom nastavení a stabilite spaľovacieho procesu, jeho zvládnutí a prevádzkovej disciplíne pri obsluhe zariadenia prevádzkovateľom. Dôležitú úlohu tu zohráva aj príprava správnej zmesi paliva, ktoré svojimi vlastnosťami zodpovedá predpokladom konštrukčného návrhu celej technológie.

Technické parametre kotla Výrobok:  Polytechnik Typ:  PR 2500 U Max. prevádzková teplota:   95 °C Max. prevádzkový tlak:   3 bar Menovitý výkon:   2 500 kW Váha suchého kotla:   približne 10 380 kg Výtok a vratný vtok:   DN 200 Dĺžka ohniska / kotla:   4 060 mm Šírka ohniska / kotla:  2 200 mm Výška ohnisko + kotol:   6 190 mm Prípojka dymovodu:   560 mm Palivo:   drevený odpad zo smreka, jedle, listnatých drevín (druh odpadu: drobná štiepka, drvina, jemné hobliny a piliny, drevný prach)

Pár slov na záver
Aj napriek tomu, že už prvé mesiace prevádzky a výsledky emisných meraní potvrdili správnosť rozhodnutia vedenia bánoveckej nábytkárskej spoločnosti pri riešení rekonštrukcie kotolne a výbere technológie, k tejto téme sa úmyselne vraciame teraz, s odstupom viac ako troch rokov. V tomto období už možno objektívnejšie hodnotiť prevádzkovú spoľahlivosť a stabilitu zariadenia z hľadiska požadovaných parametrov, kontinuity prevádzky či minima servisných zásahov – a samozrejme– v neposlednom rade aj z hľadiska spokojnosti prevádzkovateľa.

Pre prevádzkovateľa je veľmi dôležitým faktorom aj spoľahlivé a trvalé zabezpečenie požiadaviek na dodržanie emisných limitov podľa platnej legislatívy (zákon č. 137/2010 Z. z.). Pri vyhodnotení ekonomických aspektov prevádzky kotolne hrajú dôležitú úlohu poplatky za znečisťovanie ovzdušia v znení vyhlášky Ministerstva životného prostredia č. 408/2003 Z. z. o monitorovaní emisií a kvality ovzdušia. Ich minimalizácia, a tým aj nižšie poplatky, predstavujú ďalšiu úsporu pri prevádzke zariadenia.

Overené praxou – čo hovorí investor a prevádzkovateľ Okrem uspokojenia z kladného vyhodnotenia všetkých prevádzkovo-technických riešení prevádzkovateľ, v tomto prípade súčasne aj investor, oceňuje aj riešenie problému s drevným odpadom z nábytkárskej výroby. Aj napriek tomu, že viac ako polovica celkového objemu drevného paliva sa nakupuje od externého dodávateľa, predstavujú úspory na palive oproti prevádzke s plynovou kotolňou takmer 60 %. Táto bilancia sa týka obdobia od roku 2007 dodnes, pričom pri súčasnom náraste cien plynu je predpoklad ďalšieho nárastu rozdielu v prospech biomasy.

V súlade s trendom environmentálnej kultúry Ekologická kotolňa na drevný odpad v Bánovciach na Bebravou je typickým zástupcom jedného z najperspektívnejších trendov rozvoja využívania alternatívnych zdrojov energie. Priamo korešponduje s celospoločenskými ambíciami a cieľmi postupného nahrádzania tradičných zdrojov energie a odzrkadľuje aj trend tzv. environmentálnej kultúry, ktorý sa aj v našich podmienkach začína presadzovať čoraz dôraznejšie.

Ďalším zdrojom úspor kotolne je jej plnoautomatické ovládanie od vyprázdňovania sila cez dopravu a prikladanie paliva do spaľovacieho priestoru až po reguláciu spaľovacieho procesu cez výkonnostnú a kyslíkovú reguláciu. Počet obsluhujúceho personálu sa znížil na minimum (úspora mzdových prostriedkov), pričom monitorovanie a regulácia prostredníctvom výpočtovej techniky redukujú potenciálne chyby ľudského faktora na najnižšiu možnú úroveň. To opäť priamo súvisí s vyšším stupňom spoľahlivosti a menšími nárokmi na servisné zásahy.

Foto a obrázky: CAD-archív DIH

Článok bol uverejnený v časopise TZB HAUSTECHNIK.