Spalovací procesy v průmyslu a energetice

Čistý plamen: Efektivní spalování a technologie pro ochranu ovzduší

Bez hořáků bychom dnes neměli tepelnou ani elektrickou energii, představují v našich podmínkách nejdůležitější zařízení pro každodenní život i chod ekonomiky. Spalování paliv nenachází uplatnění pouze v energetice, ale napříč všemi průmyslovými odvětvími – je nezbytné například pro ohřev procesních látek, jako je voda či ropa, nebo pro zpracování kovových i nekovových materiálů. S ohledem na stále větší celospolečenský zájem o životní prostředí je však v současnosti naprosto klíčové věnovat se také vývoji inovativních technologií, které omezují škodlivé emise a efektivně čistí odpadní plyny a spaliny z těchto procesů. Zlepšováním spalovacích procesů a zamezováním úniku škodlivých látek do atmosféry se tak budete podílet na řešení vysoce aktuálních problémů, které mají přímý dopad na ochranu ovzduší a udržitelnost průmyslu.

Výzvy do budoucna

Energetika i průmysl v současnosti čelí obrovskému tlaku na snižování koncentrací vypouštěných znečišťujících látek do ovzduší. Všechny provozy, od velkých uhelných elektráren až po střední a malé zdroje tepla, se musí modernizovat, aby plnily nové, mimořádně přísné emisní limity stanovené globální environmentální politikou Evropské unie. Jako konkrétní příklad z praxe lze uvést program „kotlíkové dotace“, v jehož rámci musí i běžné domácí kotle pro ústřední vytápění splňovat celou řadu přísných norem. Obor se musí také dynamicky vyrovnat s přechodem od konvenčních fosilních paliv (zemní plyn, topný olej) k palivům z obnovitelných zdrojů, jako je například bioplyn nebo řepkový olej. Odlišné vlastnosti těchto „biopaliv“ však představují zcela nová technologická úskalí při jejich výrobě, zpracování i efektivním energetickém využití.

Jak probíhá řešení v praxi

Představte si uhelnou elektrárnu, která musí radikálně snížit své emise, nebo novou výrobní jednotku zvažující přechod na bioplyn. Ve své práci budete navrhovat, testovat a optimalizovat technologie, které těmto zařízením umožní efektivní provoz při splnění přísných ekologických limitů nebo zajistí zvýšení jejich tepelné účinnosti minimalizací tepelných ztrát. Své postupy budete opírat o jedinečné zkušenosti z reálných průmyslových aplikací a vhodně je kombinovat se simulačními a teoretickými výpočty. Stále větší roli přitom hraje i strojové učení, které umožňuje z provozních dat detekovat anomálie spalování a plánovat prediktivní údržbu hořákových systémů.

V rámci tohoto okruhu se budete podílet na konkrétních úkolech, jako jsou například:

• Návrh technologií pro odsíření (odstranění oxidů síry), odstraňování tuhých znečišťujících látek (prachu) nebo snižování oxidů dusíku (deNOx) pomocí zkoušení průmyslových katalyzátorů.
• Výzkum hořáků (např. kyslíkové hořáky nebo hořáky s recirkulací spalin) s cílem zvýšit tepelnou účinnost a umožnit dosažení vysokých provozních teplot (i nad 1 500 °C) při současném dodržení emisních limitů.
• Čištění odpadních plynů ze specifických průmyslových technologií (např. oxidace těkavých látek, jako je toluen, na katalyzátoru) nebo řešení environmentálních rizik, jako je záchyt čpavku po havárii na zimním stadionu.
• Vývoj a ověřování sond pro měření koncentrací znečišťujících látek přímo ve spalinách a experimentální i numerické (CFD) hodnocení mísicích prvků hořáků pro optimalizaci spalovacího procesu a tlakových ztrát.

S čím budete pracovat

Během řešení práce využijete široké spektrum profesionálních nástrojů a technického zázemí:

• Unikátní experimentální základna v ČR i v zahraničí, zahrnující zkušebnu hořáků, sušící a sintrovací pece.
• Poloprovozní laboratoře ÚPI a specializovaná Laboratoř BRO a čištění plynů.
• Komerční inženýrský software: Chemcad, Matlab, Minitab, AutoCAD, SolidWorks a nástroje pro CFD simulace.
• Vlastní aplikace pracoviště a reálné katalyzátory pro odstraňování znečišťujících látek.

Co získáte pro svou budoucí kariéru

Vzhledem k silnému tlaku na modernizaci spalovacích zařízení a dodržování přísné environmentální politiky je poptávka po odbornících v této oblasti trvalá a poroste. Získáte praxí ověřené know-how díky přímému napojení na aktuální výzkumné projekty našeho pracoviště. Rovněž nabudete cenné zkušenosti ze spolupráce s průmyslovými partnery v oblastech, které dnes z hlediska ochrany ovzduší naléhavě vyžadují nová, aplikovatelná řešení. Schopnost navrhovat inovativní nízkoemisní zařízení a čistit průmyslové plyny je vysoce ceněná kompetence napříč celou energetikou a zpracovatelským průmyslem.

Pro koho je okruh vhodný

Tento spojený okruh zaujme studenty, kteří rádi hledají reálná technická řešení s přímým dopadem na ochranu životního prostředí a baví je propojovat teoretické a simulační metody s prováděním reálných experimentů v laboratoři. Okruh je pro vás ideální, pokud se zajímáte o inovativní přístupy v energetice, testování nových technologií, optimalizaci tepelných procesů a čištění odpadních plynů.

Kontakt

Garant: Ing. Pavel Skryja, Ph.D., Sekce termické procesy a čištění plynů