Spolu-spalování biomasy (např. dřeva) s uhlím v atmosférické fluidní vrstvě snižuje obecně emise SO₂, snižuje emise oxidů dusíku. Spolu-spalování biomasy s uhlím přináší obvykle zvýšení nákladů na dopravu, manipulaci a dávkování paliva. Důležitá je vysoká výhřevnost biomasy spojená s její nízkou vlhkostí.

Tlakové spalování paliv ve fluidní vrstvě, které bylo předmětem našeho výzkumu, je technicky a provozně složitější než atmosférické spalování a hybnou silou k jeho výzkumu a zavádění je možnost dosahování vyšších účinností výroby elektrické energie využitím kombinace plynové a parní turbíny, v tzn. kombinovaném cyklu výroby elektrické energie. Velké provozní jednotky s tlakovým fluidním spalováním jsou dosud ve světě ojedinělé, v Evropě jsou pouze 3, všechny o tepelném výkonu 200 MW. Účinnost výroby elektrické energie je vyšší o 6-8% než u atmosférického spalování a dosahuje hodnot okolo 40%. Vyšší účinnost výroby elektrické energie vede ke snižování všech měrných emisí, tj. emisí vztažených na jednotku vyrobené energie. Dnes je to pravděpodobně také nejefektivnější cesta ke snižování emisí skleníkových plynů (hlavně CO₂) u energetických spalovacích procesů.

Zvýšený tlak při fluidním spalování tuhých paliv vede k rovnoměrnější fluidaci malých a velkých částic a omezení segregace částic ve vrstvě. Na druhou stranu zvýšený provozní tlak způsobuje zvýšení rozdílu teplot mezi hořícími částicemi paliva a okolní fluidní vrstvou, složenou z popela či inertního materiálu. Tento zvýšený rozdíl teplot spolu se zvýšeným podílem hořících částic v tlakové fluidní vrstvě ovlivňuje rychlost spalování paliv, emise oxidů dusíku, měknutí a lepivost částic ve fluidní vrstvě (tzn. aglomeraci).

Vlivem zvýšeného tlaku u fluidního spalování uhlí i spolu-spalování uhlí se dřevem, klesají jednoznačně a významně emise NO_x, hlavně v oblasti tlaků 0,1 - 0,6 MPa. Závislost emisí N₂O na provozním tlaku je relativně slabší, obvykle však dochází k poklesu emisí s provozním tlakem. Při nižších teplotách fluidního spalování stoupají současně emise CO i N₂O a klesají emise NO_x . Emise NO_x i N₂O jsou dále závislé na reaktivitě uhlí, obsahu katalyticky účinných látek (např. volného CaO) v popelu a na rozdělení dusíku mezi prchavou hořlavinou a koksík na počátku hoření částic uhlí. Spolu-spalování dřeva s uhlím v tlakové fluidní vrstvě dále snižuje emise NO_x zatímco emise N₂O zůstávají buď prakticky konstantní, nebo se snižují v závislosti na druhu uhlí a obsahu prchavé hořlaviny. Emise CO a oxidů dusíku jsou v případě spolu-spalování uhlí se dřevem citlivější na nerovnoměrnosti v dávkování paliva. rostoucí podíl dřeva při spolu-spalování může negativně ovlivňovat teplotu slepování částic.

Interakce popela ze dřeva s popelem z uhlí závisí na chemickém složení uhelného popela, zvláště na obsahu volného SiO₂ , kaolinitu, mulitu a volných alkalických sloučenin. V tomto směru, jak jsme zjistili srovnáním s jinými druhy uhlí, má velmi vhodné složení a vlastnosti popela pro spolu-spalování se dřevem uhlí z oblasti Sokolovska, obsahující relativně vysoké koncentrace kaolínu v popelovinách.

Další zvyšování účinnosti výroby elektrické energie při tlakovém fluidním spalování vyžaduje zvyšovat teplotu spalin při fluidním spalování, což je z různých důvodů obtížné. Proto jsme zkoušeli stupňovité tlakové spalování, kde v prvním stupni probíhá tzv. sub-stechiometrické tlakové fluidní spalování uhlí, s poměrem vzduch/palivo okolo 0,7. V prvním stupni se tímto procesem vyrobí za teplot vrstvy 830 - 900⁰ C chudý energo-plyn, který se po vysokoteplotním čištění spaluje ve druhém stupni čímž dosahují spaliny teplot asi 1100 - 1200⁰C, neboť to jsou teploty , které jsou schopny vydržet současné plynové turbíny. Tento proces, doposud pouze ve stádiu výzkumu, vyžaduje dostatečně reaktivní hnědá uhlí nebo lignity. Technické problémy, hlavně požadavky na rovnoměrnost dávkování a regulace teploty a tepelných výkonů, jsou ještě vyšší než u „obyčejného“ tlakového fluidního spalování. kromě toho je nutné dořešit a dále snížit uhlíkový nedopal v popelu a množství CaS v produktech odsiřování.

Pro zvyšování účinnosti výroby elektrické energie na úroveň blízkou tlakovému spalování zemního plynu s kombinovaným, paro-plynovým cyklem (tj. přes 50%), jsme navrhli a patentovali dvoustupňový tlakový spalovací proces a způsob tlakového sub-stechiometrického spalování biomasy a reaktivního uhlí, kde dalšího zvýšení účinnosti v kombinovaném cyklu se dosahuje částečnou recirkulací vyčištěných spalin.

V budoucnosti se jistě budou uplatňovat také kombinované hybridní procesy využívají vysokoteplotních palivových článků, ve kterých jako palivo se použije vyčištění energo-plyn ze zplyňování reaktivního, pokud možno obnovitelného a relativně čistého paliva - např. dřeva.

Související

Související témata Kotle vysoko a středotlaké