Světloborská syntéza – Světlobor
Světlobor Sintez je plynový generátor vyrábějící syntézní plyn. Jednotka pracuje na suché dřevěné štěpky. Syntetický plyn je určen pro použití v pístových elektrických generátorech na plyn. Používají se standardní plynové pístové elektrické generátory. Vyžaduje seřízení řídicího systému, napájení atd.
Jednotka plynového generátoru je typu s přímým a zpětným tokem s prouděním paliva a plynů směrem dolů. Základním problémem použití syntézního plynu v pístových spalovacích motorech je přítomnost nebo nepřítomnost pryskyřic a těkavých sazí v plynu. Pokud jsou v plynu pryskyřice, spalovací motor nemůže fungovat dlouhou dobu, protože se ventily zaseknou atd. V jednotce plynového generátoru s zpětným tokem procházejí plyny vznikající během pyrolýzy dřeva spalovací (oxidační) zónou. Při teplotě 1300 °C, typické pro spalovací zónu, všechny pryskyřice a těkavé saze shoří. Proto je to jediný typ plynového generátoru na dřevo vhodný pro přivádění syntézního plynu do pístového spalovacího motoru. V přímých nebo horizontálních plynových generátorech plyny neprocházejí vysokoteplotní zónou, a proto jsou výstupní plyny plné pryskyřic a tyto plynové generátory nelze použít k přivádění plynu do pístových spalovacích motorů.
Reverzní plynový generátor má dobře rozvinuté teoretické základy. Zakladatel Georg Imbert (Francouz nebo Němec z Lotrinska) vytvořil první funkční reverzní plynový generátor v roce 1919. Ve 30. a 50. letech provedly ústavy a továrny automobilového a traktorového průmyslu SSSR důkladnou studii a výběr parametrů reverzního plynového generátoru. Automobily a traktory s plynovým generátorem se sériově vyráběly až do 60. let, před érou levné ropy.
Patentové rešerše západních a domácích inovací z posledních dvaceti let přinesly jen málo výsledků. Od té doby se v oblasti inženýrství neobjevilo nic srovnatelného, natož průlomová řešení.
Charakteristickým rysem Svetlobor Sintez je, že jednotka je vyrobena v jednom monobloku, bez dalších trubek, spojů atd. Něco podobného je deklarováno v prospektech plynových generátorových jednotek Hargassner, Rakousko. Charakteristické je, že podobné řešení ve formě monobloku se často používá u pístových chladicích kompresorů pracujících na freon, plyn extrémně náchylný k únikům.
Kotel Svetlobor Sintez je založen na konstrukci kotle Svetlobor Eco. Jednotka se skládá z vlastního generátoru plynu s reverzním chodem, chladicího systému a systému čištění syntézního plynu. Všechny systémy jsou umístěny v uzavřeném vodním výměníku tepla.
V plynovém generátoru proudí štěpky a plyny jedním směrem, shora dolů. Proto mají takové generátory druhý název – přímotok.
Plynový generátor se skládá z podavače, násypky, keramické komory pro generování plynu, roštu, ventilátoru a zapalovacího topného tělesa. V násypce se štěpky suší teplem vycházejícím ze spalovací zóny. Poté v štěpkách začíná proces pyrolýzy, při kterém se uvolňují těkavé plyny a pryskyřice v plynném stavu. V tomto případě 80 % hmotnosti a 70 % výhřevnosti štěpek odchází na těkavé látky. Zbývající dřevěné uhlí shoří v oxidační zóně. Pryskyřice, které procházejí oxidační zónou, částečně shoří a částečně se rozloží v procesu krakování. Z oxidační zóny vycházejí CO a CO2. V redukční zóně se oxid uhličitý CO2 dále přeměňuje na oxid uhelnatý CO. Konečnými produkty jsou CO, H2, CO2, CH4 (metan), O2…
Teplota v pyrolýzní zóně je 700 °C, oxidace 1300 °C, redukční 1200 °C. Plyn opouštějící redukční zónu s teplotou 900 °C vstupuje do kalicí zóny – zóny intenzivního chlazení tvořené svislými keramickými tepelně izolovanými stěnami roštu a kovovou stěnou pece chlazenou vodou. Na výstupu z kalicí zóny teplota syntézního plynu klesá na 400 °C.
Poté plyn vstupuje do chladiče. Chladič se skládá z trubek obklopených vodním pláštěm. V trubkách jsou instalovány pohyblivé spirály, které jsou určeny k zesílení procesu výměny tepla a čištění teplosměnné plochy. Teplota plynu v chladiči klesá na 80 °C.
Plyn vstupuje do systému dvojitého čištění. Hrubý filtr je vertikální perforovaný kovový válec. Plyn vstupuje do válce. Těkavé prachové a sazové částice ulpívají na otvorech válce a vytvářejí kožich. Nově přicházející prachové částice procházejí kožichem a usazují se v kožichu. Když tloušťka kožichu překročí vypočítanou hodnotu, zapne se čisticí systém, který kožich rozřeže. Rozřezané částice padají do lapače prachu.
Na perforovaný válec hrubého filtru se nasazují papírové filtry. Plyn je po průchodu papírovými filtry dodatečně čištěn. Po všech čištěních množství prachu nepřesahuje 50 mg/m3. Teplota plynu je 60 °C. Kapacita generátoru plynu je více než 100 m3/hod. Dolní výhřevnost syntézního plynu není nižší než 1600 cal/m3. Vyčištěný syntézní plyn vstupuje do pístového plynového motoru.
Během zapalování je vzduch přiváděn ventilátorem přes topné těleso. Dokud plyn nedosáhne požadované konzistence, pracuje systém přídavného spalování, který se skládá z hermetického ventilu, odsavače kouře a spalovacího hořáku.
Celý plynový generátor pracuje při tlaku nižším než je atmosférický tlak, takže za žádných okolností nedochází k únikům plynu do atmosféry. Všechny pohony mají těsnění. Na zařízení pro odstraňování popela jsou instalovány prachové ventily.
Předpokládaný výkon zařízení je 40 kW elektrické energie a 80 kW tepla. Palivem je suchá dřevní štěpka s vlhkostí do 10 %. Doporučujeme použít pásovou sušičku Světlobor Pre-dryer. Spotřeba štěpky v suchém stavu je 32 kg.
Cena elektřiny na palivo, s výjimkou tepelné energie, při provozu na pelety bude 7 rublů * 0,8 = 5,6 rublů / kW * hodina,
při práci na dřevní štěpku 1,4 rublů/kW*hodinu.
Pro srovnání, cena paliva při provozu plynové pístové elektrárny na plyn z potrubí se pohybuje kolem 1 rublu/kW*hodinu.
Při použití předsušovače Svetlobor můžete efektivně využít štěpky jakékoli vlhkosti. Například při počáteční vlhkosti 50 % je nutné odpařit 32 litrů vody, což bude vyžadovat 35 kW tepelné energie z plynového generátoru. Zbývá 45 kW tepla a 40 kW elektřiny.
Přibližné uspořádání linky pracující na mokré štěpky, sestávající z pružinového míchače, předsušovače a generátoru plynu, lze znázornit na výkresu komplexu Světlobor v sekci Předsušovač.
Obr. 1 Vertikální řez generátorem syntézního plynu Svetlobor.
1. Podavač, skládá se z protipožárního stavidla a podávacího šneku;
2. Keramická komora pro generování plynu, sestávající z horního kužele, dmychacího prstence a hrdla, určených pro pyrolýzní, oxidační a redukční zónu;
3. Topný článek ventilátoru a zapalování;
4. Rošt podpírá reakční zónu keramickým horizontálním diskem a tvoří vytvrzovací zónu s vnějšími stěnami vertikálního keramického válce;
5. Protiprachové těsnění zabraňuje proudění vzduchu a plynů z oblasti s vyšším tlakem do oblasti s nižším tlakem;
6. Pohon šneku pro odstraňování popela;
7. Přívod vody do pláště;
8. Výstup upraveného syntézního plynu;
Dvojitý čisticí filtr, vnitřní kovový perforovaný válec pro hrubé čištění, vnější papírový filtr pro jemné čištění;
9. Zařízení pro spalování nekvalitního plynu během zapálení se skládá z hermetického ventilu, odsavače kouře a hořáku;
10. Mechanismus hrubého čištění filtru;
11. Mechanismus pro zvedání a spouštění spirál – turbulátorů chladiče.
Obr. 2. Horizontální řez generátorem syntézního plynu Světlobor.