Rekonstrukce kotelny základní školy města Chyše s technologií kotlů Varimatik

Základní škola v Chyši má novou kotelnu. Rekonstrukce byla rozdělena na dvě etapy, kdy byly staré kotle nahrazeny kotli VARIMATIK. Díky novým kotlům klesly emise i náklady na energie. Jak rekonstrukce kotelny probíhala?

Kotelna situovaná do objektu základní školy v Chyši je ve vlastnictví města. Vytápí budovu školy a pomocí tepelného napáječe také objekt mateřské školky se školní jídelnou. Při výstavbě byla kotelna osazena třemi uhelnými kotli RKA 200. Z těchto kotlů je jeden dlouhodobě po havárii bez možnosti opravy. V průběhu uplynulé topné sezony pak došlo ke vzniku netěsností na dalším kotli.

Chybějící tepelný výkon v době nízkých teplot byl řešen provozem elektro kotlů. Nákladová položka vytápění pomocí elektrokotlů pak dala popud vedení města se vzniklou situací na kotelně školy vážně zabývat. Zastupitelé města na základě příznivých referencí od řady provozovatelů automatických kotlů na spalování tříděného uhlí v Chyši a okolí, upřednostnili použití technologie kotlů VARIMATIK. Pro realizaci rekonstrukce byly zajištěny finanční prostředky a její realizací zajištěn tepelný výkon pro vytápění školních objektů.

Pohled na kotle RKA 200, které byly původně instalovány v kotelně

Rekonstrukce byla rozdělena na dvě etapy:

• První etapa - demontáž havarovaného kotle RKA a jeho náhrada kotlem VARIMATIK VM 100
• Druhá etapa - demontáž zbývajících kotlů RKA 200 a instalace kotle VARIMATIK VM 200

Rekonstrukce kotelny ZŠ Chyše: První etapa

Po vyřešení obchodně - dodavatelských vztahů bylo zadáno zpracování projektu rekonstrukce kotelny projekční kanceláři a projekt zpracován podle výše uvedených etap. Projektová dokumentace byla zpracována pro vyřízení stavebního povolení a v měsíci březnu byla realizována první etapa - náhrada havarovaného kotle RKA 200 kotlem VARIMATIK VM 100.

Souběžně s instalací kotle VM 100 byly realizovány výměny hradících armatur a rozvodných potrubí. Po strojní stránce byla první etapa rekonstrukce ukončena montáží obslužné plošiny.

Na závěr byla v rámci předávacího řízení realizována topná zkouška s vyhodnocením výkonové disponibility kotle a dosahovaných emisí při jmenovitém výkonu.

První etapa rekonstrukce kotelny základní školy Chyše byla na základě úspěšných zkoušek a měření po podepsání předávacího protokolu ukončena převedením kotle do trvalého provozu. Dosahované emise při provozu kotle a jeho provozní účinnost přesahující 82 %, spolu s nenáročnou obsluhou, jsou dobrým výhledem pro vysokou rentabilitu. Jenom odhadovaná úspora nákladů za palivo z titulu podstatně vyšší účinnosti bude činit více jak 20 %.

Technologie spalování uhlí na otočném roštu

V druhé polovině 80. let minulého století, kdy do povědomí širokého spektra odborníků se dostává otázka globálního ohřevu atmosféry spojovaná s emisemi skleníkových plynů, jsou snahou odborných pracovišť a institucí hledat takové tepelné procesy pro zajištění potřebného tepla, při kterých bude minimalizována emisní zátěž. Skutečnost, že tato lidská společnost a její vývoj je plně závislá na spalování a užití uhlovodíků a to v jakékoliv formě, však pro omezení emisí přináší celou řadu problémů.

Smontovaný kotel VARIMATIK VM 100 na stanovišti

Pochozí plošina s násypným hrdlem

Již od doby masivního technického rozvoje spojeného s využíváním páry pro pohon a následně pro výrobu elektrické energie jsou známy a v praxi ověřeny mnohé postupy, např. spalování ve fluidní vrstvě, při kterých dochází k maximálnímu využití tepla ze spalovaného paliva. Převážná většina však pro vysoké nároky na výrobní technologie zařízení nejsou uvedeny do běžného užívání. Prioritu dostávají jednoduché a finančně nenáročné zařízení které bez ohledu na ekonomii (o ekologii se před rokem 1980 nedá hovořit), jsou schopny potřebu tepla zajistit.

Ve 40. letech minulého století je v Spojených státech amerických patentován princip spalování tuhého paliva na otočném válcovém roštu. Tento postup spalování, jako celá řada patentů z tohoto období, nenachází realizátora. Důvod je nasnadě - jednodušší, snadno dostupné a komfortnější spalování kapalných paliv. Princip objeví maďarský malovýrobce zemědělských strojů a pro svou potřebu vyrobí v 70. letech funkční prototyp teplovodního kotle na spalování hnědouhelného oříšku. Jeho užitné vlastnosti a komfort obsluhy, proti v té době užívaným a vyráběným kotlům, budí v širokém okolí zájem takovýto tepelný zdroj provozovat. Následně dochází k malosériové výrobě kdy jsou postupně k dispozici kotle ve výkonovém rozpětí 80 až 300 kW tepelných.

Princip je patentován v 80. letech i v Československu pod obchodním označením "CARBOROBOT". Licenční výroba na našem území je započata ve firmě MATE Brno. Jde o snahu uvést na náš trh kotel o výkonu 40 kW. Po nenaplnění očekávaného obchodního obratu je výroba zastavena.

Se změnou autorských práv v České republice dochází k uvolnění autorské ochrany a systém spalování uhlí na válcovém roštu je rozvíjen ve Výrobním družstvu SLOKOV za podpory Mostecké uhelné společnosti a.s. Technologie dodávané v počátku z V.D. SLOKOV s výkonovým rozpětím 25 až 500 kW jsou označeny obchodní značkou VARIMATIK.

V závěru 90. let dochází k vytvoření společného výrobního podniku: VARIMATIK - SLOKOV a.s. Z tohoto, pro ekonomické problémy V.D. SLOKOV vystupuje, když celou vyvíjenou technologii spalování na válcovém otočném roštu za úplatu postupuje Mostecké uhelné společnosti a.s. Současně s tímto krokem zakládá Mostecká uhelná společnost a.s. výrobní společnost s obchodním označením VARIMATIK se sídlem v Mostě - Kopistech.

Zde se pak začíná psát nová stránka technologie VARIMATIK. Postupně jsou odstraňovány konfliktní místa jednotlivých vyráběných typů a podle požadavku trhu je rozšířen výkonový sortiment kotlů. V roce 2003 dochází k přesunu výroby kotlů do areálu KSK a.s. a začlenění do jedné společnosti.

Princip spalování paliva na válcovém, otočném roštu

Základní částí technologie je válcový otočný rošt o průměru cca 350 mm. Ten plní řadu funkcí nutných pro automatický průběh spalování:

• vynášení paliva ze zásobníku
• doprava paliva do pásma sušení a spalování
• vlastní spalování
• vynášení zbytků po spalování a pro jeho spolehlivé řízené

Průměr roštu je pro celý výkonový rozsah - s výjimkou minimálního a maximálního vyráběného výkonu zařízení - totožný. Rozdílně je řešena roštová plocha. U kotlů do výkonu 100 kW včetně je tvořena plochými roštnicemi, u kotlů vyšších výkonu specielně tvarovanými roštnicemi tvaru "T".

Principem této technologie spalování paliva je intenzivní hoření ze přesně stanoveného poměru spalovacího vzduchu k dodávanému palivu. Jsou tak nastaveny podmínky pro nízkou komínovou ztrátu a tím i vysokou účinnost kotle.

Kotle pracují v podtlakovém režimu. Ten je tvořen odtahem spalin sacím ventilátorem kdy veškeré otvory, ať pro přikládání paliva, čištění, kontrolu spalování a vybírání popelovin jsou zatěsněny s výjimkou otvoru pro přívod spalovacího vzduchu. Ten je přiváděn cíleně do horní, omezené části roštové plochy v takovém množství, aby bylo zajištěno plné vyhoření spalitelných látek v palivu při minimalizovaném přebytku vzduchu ve spalinách. Spalovací vzduch vstupuje do roštu z boční plochy s velkou rychlostí aby byly vytvořeny podmínky pro jeho rovnoměrný prostup roštovou plochou. Z tohoto důvodu je uspořádání roštové plochy vhodně řešeno.

Pro realizaci spalovacího procesu a uvažovaného výkonu kotle je omezena roštová plocha dráhou pohybu válce, musí tedy probíhat spalování s velkou intenzitou (připomíná kovářskou výheň). Omezená doba prodlevy paliva v pásmu hoření vyžaduje jeho vhodnou zrnitost. Limitujícím je velikost zrna do 20 mm (max. 25 mm) které je ještě možné spalovat s minimálním nedopalem (obsah spalitelných látek v popelovinách).

Vliv řízeného spalovaní na tvorbu emisí škodlivých plynů

Intenzivní průběh hoření s minimálním přebytkem vzduchu a uspořádání spalovacího prostoru který je vyložen keramickými tvarovkami omezuje tvorbu oxidu uhelnatého na minimální hodnoty. Následné intenzivní vychlazování spalin vede ke snížení jejich objemu. Krátké zdržení spalin v oblasti teplot nad 850 °C, omezuje tvorbu oxidů dusíku. Produkované emise při běžném seřízení kotle nedosahují ani 50 % emisního limitu pro kotle řazené do 3 třídy dle norem EU.

Provoz kotlů je řízen obdobným způsobem jako kotle spalující ušlechtilá paliva. Po prvotním seřízení - podle kvality dodaného paliva - řídí mikroprocesor cyklické pootáčení válcového roštu a spouští odtahový ventilátor. Kotel "dotápí" nastavenou požadovanou teplotu výstupní vody. Po jejím dosažení je vypnut odtahový ventilátor a proces spalování je přerušen. Odpor spalinové trasy uvnitř kotle je tak velký, že běžný tah komínového tělesa nestačí na jeho překonání.

Měření emisí

Za provozu - při spalování paliva - je tvorba škodlivých emisních plynů na nízké úrovni, při stavu přerušeného provozu z titulu natopené topné soustavy a kotle na stanovenou teplotu, kotel neprodukuje žádné další škodliviny. Specifickým stavem této technologie je dlouhodobé setrvání ve stavu tzv. teplé zálohy, kdy opětovným požadavkem na dodávku tepla je spuštěn odtahový ventilátor a obnoveno cyklické posouvání roštu při kterém dojde i k obnovení spalování.

Kotle VARIMATIK v celé vyráběné řadě od výkonu 15 kW až po výkon 500 kW byly Státní zkušebnou Brno zařazeny dle ČSN EN 303-5 do třídy 3 podle požadavku na emise. Plní rovněž podmínky stanovené touto evropskou normou pro třídu 3 z titulu dosahované úrovně účinnosti spalování.