Przegląd kotłów na drewno i biomasę


Coraz więcej się mówi o konieczności zastępowania tradycyjnych paliw kopalnych energią ze źródeł odnawialnych. Kojarzy się to z drogimi urządzeniami i instalacjami. Ale na szczęście są także tanie źródła ciepła umożliwiające wykorzystanie łatwo dostępnej energii biomasy. 

Jeszcze kilkanaście lat temu, gdy ktoś chciał ogrzewać dom, paląc drewnem, kupował po prostu kocioł na paliwo stałe – urządzenie konstruowane przede wszystkim z myślą o paleniu w nim węglem lub koksem, ale tak naprawdę umożliwiające spalenie praktycznie wszystkiego, co się pali. Producenci stale udoskonalają konstrukcję kotłów, by w jak największym stopniu wykorzystywały energię poszczególnych paliw. W tym celu uwzględnia się specyfikę każdego z nich. Dlatego dziś mamy do wyboru inne kotły do palenia węglem typu orzech, inne do spalania miału węglowego, jeszcze inne do palenia węglem typu eko-groszek i zupełnie inne kotły na drewno, na słomę, na pelety, czy wreszcie na ziarna zbóż, kukurydzy lub pestki owoców.

Paliwo nowoczesne
O biomasie zrobiło się głośno stosunkowo niedawno, mimo iż od tysięcy lat człowiek ogrzewał się, paląc drewno, gałęzie czy chrust, czyli nic innego jak właśnie biomasę. W tej chwili staje się ona coraz popularniejszą alternatywą dla węgla i innych paliw kopalnych. Jej wykorzystanie jako paliwa jest atrakcyjne z powodów ekologicznych i ekonomicznych. Biomasa jest organicznym produktem fotosyntezy. Jej spalanie nie powoduje tak dużej emisji dwutlenku siarki jak spalanie węgla, a bilans dwutlenku węgla jest równy zeru – podczas spalania biomasy powstaje go tyle, ile wcześniej spalane rośliny zużyły w procesie fotosyntezy. Biomasą powszechnie stosowaną jako paliwo do kotłów jest przede wszystkim drewno i jego odpady oraz słoma, pelety i specjalnie uprawiane rośliny energetyczne. Najpopularniejszym z tych paliw w gospodarstwach domowych jest drewno. Może być to po prostu drewno opałowe (pocięte na kawałki pnie, gałęzie i korzenie) albo rozgniatane (rozdrobnione w zgniataczu drewno, a także kora i liście) lub zrębki paliwowe uzyskane z drewna poddanego rozdrobnieniu narzędziami nożowymi na kawałki wielkości od 5 do 50 mm. Drewno może być też przetworzone. Są to brykiety powstające przez sprasowanie rozdrobnionego drewna, pelety, czyli drobniejsze granulki, a także pył drzewny z wysuszonego materiału surowego poddanego mieleniu na cząstki. Pelety powstają w wyniku przepychania pod ciśnieniem przez matrycę z otworami rozdrobnionych części drewna, słomy, wierzby energetycznej. W wyniku tego powstaje granulat o średnicy od 8 do 10 mm. Produkcja peletów odbywa się bez udziału substancji chemicznych. Brykiety to sprasowane pod wysokim ciśnieniem odpady drewna, słomy, zrębków itp. Podobnie jak pelety nie zawierają dodatków chemicznych. Pelety i brykiety nie brudzą, spalają się niemal w całości, a powstały z nich popiół można wykorzystać jako nawóz mineralny. Dzięki zagęszczeniu masy i niskiej zawartości wilgoci mają wyższą wartość opałową niż drewno nieprzetworzone. Brykiety mogą być używane w zastępstwie drewna, węgla lub innego paliwa stałego, a więc nie tylko w kotłach, ale też w kominkach. Do efektywnego spalania peletów służą kotły z odpowiednimi palnikami. Biomasę uzyskuje się także ze specjalnie hodowanych roślin nazywanych energetycznymi. W ten sposób określa się rośliny, które w relatywnie krótkim czasie uzyskują duży przyrost biomasy. Za najlepszą w polskich warunkach jest uznawana wierzba wiciowa. Wydajność krzewów jest dość duża – przyrost wynosi do 25 ton masy suchej z 1 ha rocznie. Inne z bardziej znanych roślin hodowanych do celów energetycznych to ślazowiec pensylwański, słonecznik bulwiasty, róża wielokwiatowa, miskant olbrzymi, miskant cukrowy, spartina preriowa i topola. Warto wiedzieć, że od 2007 roku Agencja Restrukturyzacji i Modernizacji Rolnictwa przyznaje dopłaty do upraw roślin energetycznych finansowane z budżetu Unii Europejskiej. Ważnym źródłem energii odnawialnej w Polsce jest też należąca do grupy biopaliw słoma. Przy jej spalaniu wytwarza się taka sama ilość dwutlenku węgla jak przy jej mineralizacji. Słoma jest paliwem trudnym do spalenia ze względu na kłopotliwe dozowanie powietrza, wskutek czego jej część nie ulega spaleniu. Przy tradycyjnym spalaniu sprawność procesu wynosi od 35 do 70%. Warunkiem całkowitego spalenia słomy jest utrzymanie jej wilgotności na poziomie 15%. Zawartość wilgoci w słomie jest najważniejszym kryterium kwalifikującym ją jako paliwo. Wysoka wilgotność może spowodować trudności w przechowywaniu słomy, zwiększenie kosztów transportu, niewłaściwe działanie instalacji i obniżenie wydajności kotła. Jako paliwo do kotłów mogą być stosowane także ziarna zbóż. Najpopularniejsze jest palenie ziarnem owsa, z którego 3 kg można uzyskać mniej więcej tyle ciepła co z 1 l oleju opałowego. Do ogrzania przeciętnego domu potrzeba około 7 ton owsa na sezon grzewczy (owies w tym roku podrożał do tego stopnia, że stosowanie go jako paliwa przestało być atrakcyjne). Spalać można zboże nienadające się do celów spożywczych.
 

Dlaczego zgazowujące

Nazwa zgazowujące wzięła się od intensywnie zachodzącego w kotłach tego typu zjawiska pirolizy, czyli suchej destylacji drewna prowadzącej do uzyskania gazu drzewnego. Ma to miejsce przy szczelnie zamkniętej komorze załadowczej kotła, zamkniętym przewodzie kominowym i ograniczonym dopływie powietrza dostarczanego przez wentylator o automatycznie sterowanej wydajności. Powstały gaz jest kierowany do dyszy, do której doprowadzone jest także powietrze, tak zwane wtórne. Proporcje powietrza i gazu drzewnego są dobierane automatycznie w taki sposób, aby doszło do pełnego dopalenia produktów pirolizy. Aby spalanie drewna w kotle przebiegało w opisany sposób, wyposaża się go w odpowiedni układ automatycznej regulacji, a jego elementy muszą być odporne na szczególnie wysoką temperaturę. W takich kotłach można palić kawałkami drewna o dowolnej wielkości, nawet ścinkami i wiórami, z tym że drobne kawałki powinny być spalane razem z większymi. Pełny załadunek opału wystarcza na kilka, a nawet kilkanaście godzin pracy kotła. Aby osiągnąć najlepsze efekty, do palenia trzeba używać suchego drewna. Jego wilgotność nie powinna przekraczać 35, a najlepiej 20%.


W czym palić
Kotły na paliwa stałe o najprostszej budowie to tak zwane kotły ze spalaniem górnym. Ich wadą jest praktycznie zupełny brak kontroli nad procesem spalania. Pali się w nich od razu cała porcja załadowanego paliwa. Spaliny są odprowadzane kanałem znajdującym się w górnej części komory paleniskowej, przepływając przez całą objętość załadowanego paliwa. Moc kotła zmienia się wraz ze zmianą grubości warstwy paliwa. W praktyce nie bardzo się nadają do palenia drewnem, bo spala się ono w nich zbyt szybko i nieefektywnie – niewiele ciepła jest przekazywanego do instalacji grzewczej, większość ulatuje z dymem. Kotły ze spalaniem górnym są przeznaczone przede wszystkim do palenia koksem lub węglem. Bardziej odpowiednie do palenia drewnem są kotły ze spalaniem dolnym. Są nowocześniejszą odmianą kotłów na paliwa stałe. Nadają się do spalania węgla i drewna opałowego, a także zrębków, wiórów i różnego rodzaju odpadów bioorganicznych. Są nieco droższe od urządzeń ze spalaniem górnym, ale ich sprawność podczas palenia drewnem jest znacznie wyższa, więc zużywają mniej paliwa i ich zakup okazuje się opłacalny. Kotły ze spalaniem dolnym mają dwa lub trzy ciągi spalinowe, dzięki czemu możliwe jest dopalanie cząstek paliwa, które w kotłach ze spalaniem górnym od razu wylatują do komina. Ich zaletą jest nie tylko mniejsze zużycie paliwa, ale i mniejsza emisja zanieczyszczeń do atmosfery. Spalanie dolne umożliwia sterowanie procesem spalania i regulację wydajności kotła przez dozowanie powietrza dopływającego do paleniska za pomocą miarkownika ciągu lub – w droższych modelach – wentylatora ze sterownikiem. Regulacja nie jest oczywiście tak doskonała jak w kotłach gazowych czy olejowych, ale daje efekty w postaci zmniejszenia zużycia paliwa i stabilniejszej temperatury. Od pewnego czasu są produkowane kotły przeznaczone do palenia wyłącznie drewnem i biomasą. Są to urządzenia nazywane powszechnie zgazowującymi. Od opisanych wcześniej odróżnia je wyższa sprawność (czyli mniejsze zużycie paliwa), mniejsza emisja zanieczyszczeń i większa trwałość samego kotła, który ze względu na sposób działania musi być wyprodukowany z materiałów wysokiej jakości. Wyraźna jest też różnica w cenie – kotły zgazowujące są zdecydowanie droższe. Proces spalania w takich kotłach przebiega w kilku fazach. Najpierw dopływające z górnej części komory paliwowej podgrzane powietrze suszy drewno i pomaga w częściowym zgazowaniu zawartej w nim celulozy. Następnie w dolnej komorze na skutek połączenia gazów palnych z powietrzem wtórnym następuje spalanie zupełne w temperaturze ponad 1000°C i spalanie całkowite – dopalanie cząstek stałych spadających z rusztu. Niski poziom emisji tlenku węgla i węglowodorów utrzymuje się dzięki wysokiej temperaturze, dostępowi tlenu (kocioł jest wyposażony w wentylator nadmuchujący powietrze do spalania) i długiemu czasowi spalania. Powietrze do spalania jest dostarczane jako pierwotne i wtórne. Pierwotne miesza się z paliwem i jest wykorzystywane w procesie zgazowania i spalania węgla drzewnego. Powietrze wtórne jest wykorzystywane do spalania substancji lotnych i nie miesza się z pierwotnym. Tylko 20% masy drewna stanowią jego nielotne związki, które w kotłach o prostej budowie są spalane na ruszcie. Reszta to związki lotne, spalające się nad rusztem, ale tylko w stosunkowo wąskim zakresie temperatury. Dlatego do ich spalenia potrzebna jest odpowiednia technologia. Typowe palenisko kotła na drewno i biomasę składa się z komory spalania (wyłożonej zwykle odpornym na wysoką temperaturę materiałem ceramicznym) oraz rusztu stałego, albo mechanicznego płaskiego lub schodkowego. Do spalania paliw suchych (zawartość wilgoci 20-25%) są stosowane kotły z rusztami stałymi lub mechanicznymi płaskimi. Do spalania paliw wilgotnych (40-60%) są przeznaczone kotły z ruchomymi rusztami schodkowymi. Umożliwiają one w pierwszej fazie odparowanie wody z paliwa, a następnie – w miarę przesuwania w głąb paleniska – jego całkowite spalenie. Stosowane są także kotły z paleniskami fluidalnymi, które umożliwiają efektywne spalanie biopaliw niskiej jakości (wilgotnych) przy zachowaniu emisji zanieczyszczeń na niskim poziomie. Są to na ogół kotły przemysłowe dużej mocy.

Czym palić

Większość kotłów do spalania drewna jest wykonanych ze stali. Jeśli nie jest to stal kwasoodporna – stosowana w droższych modelach, to trzeba pamiętać, że są one bardzo podatne na korozję. Z tego względu nie zaleca się spalania w nich drewna o dużej zawartości żywicy, która ma właściwości żrące. W kotłach ze zwykłej stali powinno się spalać tylko drewno drzew liściastych o znikomej zawartości związków żywicznych. Paliwem w żadnym wypadku nie może być drewno lakierowane, klejone, zabezpieczone środkami chemicznymi, głównie ze względu na szkodliwość dla środowiska, a także możliwość zniszczenia kotła na skutek reakcji substancji chemicznych ze stalą. Do szybkiego zniszczenia kotła prowadzi też spalanie w nim odpadów i śmieci. Powodem jest przede wszystkim duża zawartość wilgoci, która powoduje przyspieszoną korozję elementów stalowych. Dodatkowo spaliny powstające podczas spalania śmieci szybko i silnie zanieczyszczają kanały konwekcyjne kotła. Istotne jest też zanieczyszczenie środowiska – podczas spalania śmieci w tradycyjnych kotłach w domach jednorodzinnych nie da się w żaden sposób kontrolować emisji substancji szkodliwych. Prowadzi to do zanieczyszczenia atmosfery trującymi substancjami, często bardzo niebezpiecznymi dla zdrowia. Należy zwracać uwagę na wilgotność drewna, którym chcemy palić w kotle, bowiem od niej w dużym stopniu zależy, ile ciepła uzyskamy ze spalenia określonej ilości paliwa. Jeśli drewno jest dobrze wysuszone, czyli zawiera 15-20% wody, to można uzyskać z niego prawie dwa razy więcej ciepła niż z tej samej porcji drewna o wilgotności 50%. To dlatego, że na odparowanie wody z paliwa jest zużywana duża ilość ciepła.

Jak obsłużyć
Obsługa kotłów małej mocy na biomasę ogranicza się do trzy-czterokrotnego-krotnego załadunku paliwa w ciągu doby. Ważną zaletą niektórych konstrukcji kotłów na drewno i biomasę jest możliwość zastosowania automatycznego podajnika paliwa. Wówczas nie wymagają one tak częstej obsługi. Paliwo (pelety, zrębki, wióry) umieszczone w specjalnym pojemniku jest pobierane przez podajnik, który może być sterowany automatycznie w zależności od warunków atmosferycznych. Automatyka steruje także wentylatorem dozującym powietrze do spalania. Większość kotłów małej mocy, a więc przeznaczonych do domów jednorodzinnych, jest sprzedawanych w komplecie z podajnikiem i zasobnikiem paliwa. Tylko czasami zdarza się, że zasobnik trzeba dokupić osobno – można wtedy dobrać jego wielkość do indywidualnych potrzeb. Zasobnik na pelety, w którym zmieści się zapas paliwa dla domu o powierzchni 150 m2 na cały sezon grzewczy, musi mieć pojemność około 10 m3. Podajniki mogą być mechaniczne – ślimakowe, do kotłów wyłącznie na pelety stosuje się także podajniki pneumatyczne. Możliwe jest wykonanie instalacji do transportu paliwa umożliwiającej jego podawanie ze zbiornika oddalonego od kotła nawet o kilkadziesiąt metrów. Wówczas magazyn paliwa można zorganizować na przykład w budynku gospodarczym. Są także kotły z automatycznymi podajnikami paliwa zoptymalizowane pod kątem spalania ziaren zbóż, kukurydzy lub pestek na przykład wiśni. Konstrukcja tych palników zapobiega spiekaniu popiołu powstającego w wyniku spalania tych niekonwencjonalnych paliw. Sterowniki kotłów mają programy optymalizujące ich pracę w zależności od zastosowanego paliwa. Ceny najbardziej zaawansowanych technologicznie kotłów sięgają kilkudziesięciu tysięcy złotych. Mają one automatyczne zapalarki paliwa (świece żarowe), automatyczne przepustnice powietrza pierwotnego i wtórnego, sondy lambda kontrolujące poziom tlenu w spalinach, automatykę regulującą moc kotła zależnie od temperatury zewnętrznej, funkcje ochronne kotła i jego czujników przyczyniające się do zwiększenia ich trwałości, wspomaganie pomiarów kominiarskich, samoczynne systemy gaszenia płomienia i zabezpieczenie przed jego cofnięciem do zasobnika. Mając tak zautomatyzowany kocioł, można prawie zapomnieć o jego obsłudze. Pozostaje tylko uzupełnianie w nim paliwa co kilka dni i usuwanie popiołu kilka razy w sezonie grzewczym.

Poznaj swoją przyszłość

Jedna z najlepszych wróżek w Polsce Wróżka Mira Elżbieta Sobczyk odpowiada na pytania na swoim Facebooku  lub przez e-mail. Problemy ze zdrowiem lub w sprawach "miłosnych" ? A może interesują Cię kwestie finansowe?  Sprawdź swoją przyszłość. Jej odpowiedzi pomogły już tysiącom ludzi w Polsce. Można się z nią skontaktować Jej profil na Facebooku lub http://twojawrozka24.pl
Podobne posty