REGULACE KOTLŮ NA BIOMASU

Habilitační přednáška

Martin Fajman

28.4.2014

Osnova

Biomasa – obecná východiska hoření biomasy východiska regulace

Kotel jako regulovaný systém Aplikace spojitých regulátorů

PID regulace, limitace PID regulace, modifikace PID regulace

Praktická ukázka Rozvoj oboru

Pedagogická oblast Oblast VaV

Biomasa

Suchá biomasa lignocelulózového charakteru

Výhřevnost obsah vody chemické složení a podíl základních komponent podíl těkavé hořlaviny a fixního uhlíku

Fyzikální transformace biomasy manipulovatelnost homogenita ovlivňuje

kinetiku hoření - regulovatelnost

Palivo Výhřevnost Obsah energie

Sypná hmotnost

Relativní vlhkost

Obsah těkavých

látek Fixní uhlík Obsah popela Reference

MJ.kg-1 GJ.m-3 kg.m-3 % % % %

Topol - - - 1 74 24,9 0,1 Özgür et al. (2012)

Štěpka z RRD 15,36 3,84 250 15 - - 1 Kára (2003) Dřevní štěpka 5-13 - - 20-55 - - 0,5-2 Sladký (2003)

Suchá štěpka smrk 15,96 2,68 168 10 - - 1 Kára (2003) Vlhká štěpka smrk 9,82 2,36 240 40 - - 1 Kára (2003)

Sláma obilovin 15,14 7,57 5003) 14 - - 5 Kára (2003) Řepková sláma 13-17 13-25 - - 3-10 Sladký (2003)

Pelety z řepkové slámy 15,23 - 665,2 7,8 70,11 16,4 5,64 Jevič et al.

(2006)

Pelety z pšeničné slámy 15,45 - 634,7 6,4 69,81 17,46 6,33 Jevič et al.

(2006) Dřevěné uhlí 29-31 - - - 20-25 - 0,5-1 Usťak (2005)

1) podíl v sušině, 2) celková hořlavina, 3) hmotnost balíku

Palivo Obsah prvků v % (m/m)

Reference C O H N S Cl

Topol1) 46,6 - 6,19 2,58 - - Özgür et al.(2012)

Topol4) 41,18 37,13 4,97 1,71 0,01 - Rafaschieri et al. (1999)

Vrby1) 47,7-50,2 42,2-46,2 5,7-5,9 0,1-0,43 0,03-0,04 0,01 Villeneuve et al.(2012)

Dřevo1) 49 41,9 5,7 0,4 0,1 0,1 Friedl et al. (2005) Dřevo1) 49-52 41,8-43,2 5,7-6,1 0,09-0,4 0,01-0,1 0,01-0,1 Villeneuve et al.(2012)

Sláma3) 44 35 5 0,5 0,1 0,2 Sladký (2003)

Dřevěné uhlí3) 71 11 3 0,1 0 0 Sladký (2003) 1) (d), 2) (daf), 3) (r), 4) (r) 15 % Wr

Palivo (sušina) Celulóza Hemicelulóza Lignin

Reference % % %

Topol 45-51 25-28 10-21 Memon a Rao (2012)

Borovice 42-49 13-25 23-29 Memon a Rao (2012) Měkké dřevo 40-45 25-29 30-60 Limayem a Ricle (2012) Tvrdé dřevo 45-47 25-40 20-25 Limayem a Ricle (2012)

Ječná sláma 36-43 24-33 6,3-9,8 Memon a Rao (2012) Pšeničná sláma 35-39 22-30 12-16 Memon a Rao (2012)

Hoření biomasy

Rozlišují se fáze hoření:1. Sušení2. Pyrolýza3. Hoření těkavých látek4. Dohoření fixního uhlíku

Otevřená x uzavřená ohniště (rošt) Přebytek O2

Teplota plamene Míra emisí ÚČINNOST

Uzavřené ohniště - topeniště Regulace

Palivo – přísun, kontinuálně x dávkově Regulace přívodu spalovacího vzduchu a/nebo

odvodu spalin Primární vzduch Sekundární (terciární) Odvod spalin

Kotel jako součást systému vytápění Regulace (s/bez akumulace)

Požadovaný výkon – tepelná ztráta objektu Výstupní teplota

Kotel jako regulovaný systém

Diskrétní (dvoustavová regulace) Spojitá regulace (pseudospojitá regulace)

Palivo - rozmístění paliva na roštu x hořáky (retorta) Pohony s frekvenčními měniči Časová závislost

Vzdušniny - regulace ventilátorů Škrcení Regulace otáček

Frekvenční měnič PWM – pulzně šířková modulace – SSR

Kalibrace dle paliva – matice (3D) Vztah nastavení jednotlivých akčních členů Dle vztahu požadavku regulace (SP) a aktuálních

podmínek extrapolace v řádcích matice pro aktualizaci nastavení akčních členů

Kotel jako regulovaný systém

Spojitá regulace - PID

PID – proporčně integrační a derivační regulátor

Doba odezvy systému Hystereze

Modifikace PID „Predikce“ vývoje systému - derivace

průběhu teploty těla spalinového výměníku

Praktická ukázka

Realizace modifikovaného PID

Software řízení

Praktické výstupy

Shrnutí

Realizace spojité regulace s modifikací dynamické složky odstraňuje nevýhody Stavové regulace a spojité regulace

standardního PID Relativně malý požadovaný výpočetní výkon Komfort obsluhy srovnatelný s plynovými kotli Dosažení vysoké účinnosti i v přechodových

režimech – minimalizace emisí Software umožňuje

Experimentální činnosti Praktické úlohy pro studenty

Rozvoj oboru

Pedagogická oblast: rozvoj komplexního myšlení

systematický důraz na podstatné odborné kompetence

vazba na představy klíčových zaměstnavatelů jazyková připravenost formou předmětu ve

studijním plánu v cizím jazyce zavedení discipliny „Inovace v oboru“ – dle

ARI – PEF

Rozvoj oboru DSP

vyšší míra využití projektové podpory podpora zapojení studentů do odborné

činnosti ústavu „udržení“ zájmu studentů o studium

vyšší orientace studentů v oblasti metodologie potenciální zavedení povinného předmětu z

oblasti metodologie a informační gramotnosti

Oblast VaV Publikační aktivita

+ 57 časopisů AGRICULTURE,MULTIDISCIPLINARY dle WoS

Oblast VaV

komplexní projekty propojení odborností

další ústavy AF univerzity v ČR (Brno - VUT, UNOB) zahraniční univerzity

sdílení výsledků prostřednictvím vybavení spolupráce s komerční sférou

důraz na inovace a spolupráci s aplikační sférou - TT

DĚKUJI ZA POZORNOST