Kotły na drewno i biomasę: przegląd źródeł opału
Drewno i biomasa wykorzystywane do ogrzewania nie są u nas tak bardzo popularne jak węgiel, ale mają swoich zwolenników. Tak samo jak kotły na drewno i biomasę, którymi warto się zainteresować i rozważyć taki zakup. Mają bowiem wyraźną przewagę nad kotłami na węgiel – nie są aż tak uciążliwe dla środowiska.
Drewno można spalać w takich samych kotłach jak węgiel. Ale warto wiedzieć, że są też urządzenia o specjalnej konstrukcji umożliwiającej efektywne spalanie tańszej biomasy:
- odpadów drzewnych,
- ziaren zbóż,
- kukurydzy,
- pestek owoców,
- słomy.
Dość popularnym paliwem stały się w ostatnich latach pelety – granulat o średnicy od 8 do 10 mm produkowany z rozdrobnionych części drewna, słomy czy też krzewów wierzby energetycznej.
Drewno - ekologiczne paliwo
Po co zastępować węgiel drewnem? Za główną zaletę takiego paliwa uważa się zerowy bilans emisji dwutlenkuwęgla, a także wielokrotnie mniejszą niż w węglu kamiennym zawartość siarki, emitowanej do atmosfery jako SO2, oraz popiołu. Pod względem emisji zanieczyszczeń do atmosfery drewno jest najmniej szkodliwym paliwem. A przy tym jest paliwem odnawialnym.
Autor: Thermostahl
Po co palnik do spalania drewna? Oczywiście spali się je nawet w ognisku, ale ruchomy palnik retortowy służy do tego, by rozdrobnione paliwo w kotle było uzupełniane automatycznie. Doprowadzone do palnika powietrze nadmuchiwane przez wentylator ma zapewnić spalanie całkowite, a deflektor nad palnikiem powoduje dopalanie unoszących się lotnych substancji
Rośliny energetyczne i drewno - najtańsze paliwa
Ważną zaletą paliw takich jak drewno i rośliny jest niska cena. Wynika ona z ich dostępności. By je znaleźć, wystarczy się rozejrzeć dookoła... Oczywiście dziś nieczęsto się zdarza, by ktoś miał czas samodzielnie zbierać chrust na opał, ale łatwość pozyskiwania takiego paliwa przekłada się na jego cenę. Do palenia najczęściej wykorzystuje się drewno opałowe, czyli pocięte na kawałki pnie, gałęzie i korzenie – są dobrym paliwem, ale to najdroższa biomasa – za ogrzewanie nimi płaci się mniej więcej tyle samo, ile za ogrzewanie węglem.
Tańsze są choćby zrębki paliwowe uzyskiwane z drewna rozdrobnionego na kawałki wielkości od 5 do 50 mm. Tanie paliwo uzyskuje się także ze specjalnie hodowanych tak zwanych roślin energetycznych, które w krótkim czasie uzyskują duży przyrost biomasy. Popularna jest zwłaszcza wierzba wiciowa. Wydajność jej krzewów jest dość duża – przyrost wynosi do 25 ton masy suchej na 1 hektar rocznie. Wartość opałowa suchej masy wierzby wynosi 18 MJ/kg. Inne z bardziej znanych roślin polecanych do celów energetycznych to ślazowiec pensylwański, słonecznik bulwiasty, róża wielokwiatowa, miskant olbrzymi, miskant cukrowy, spartina preriowa i topola.
Ważnym źródłem energii odnawialnej jest słoma. Wartość opałowa jej suchej masy wynosi około 15 MJ/kg. Przy spalaniu słomy powstaje tyle samo dwutlenku węgla, ile przy przy jej mineralizacji. Niestety, trudno jest ją spalić ze względu na kłopotliwe dozowanie powietrza. W rezultacie jej spora część nie ulega spaleniu (sprawność procesu wynosi od 35 do 70%). Najważniejszym kryterium kwalifikującym słomę jako paliwo jest zawartość wilgoci. Duża wilgotność jest przyczyną trudności w przechowywaniu słomy, zwiększenia kosztów transportu, niewłaściwego działania instalacji i obniżenia wydajności kotła.
Jako paliwo do kotłów mogą być stosowane także ziarna zbóż oraz pestki owoców. Najpopularniejsze jest palenie ziarnem owsa, z którego 3 kg można uzyskać mniej więcej tyle ciepła, ile z 1 litra oleju opałowego. Zaletą wszystkich tych paliw są niskie koszty ich pozyskiwania i brak konieczności obróbki, by nadawały się do palenia w kotłach.
Brykiety i pelety, czyli drewno przetworzone
Wartość opałowa drewna nie jest wysoka. Ponadto, do składowania go potrzeba więcej miejsca w porównaniu z węglem kamiennym. Zrębki drzewne zajmują mniej więcej sześć razy większą objętość niż węgiel, z którego można uzyskać tyle samo ciepła. Wiąże się z tym także konieczność częstszego uzupełniania paliwa w kotle.
Lepsze pod tym względem są brykiety wytwarzane przez sprasowanie rozdrobnionego drewna oraz drobniejsze pelety – granulat o średnicy od 8 do 10 mm produkowany z rozdrobnionych części drewna, słomy, roślin energetycznych, siana, ziaren zbóż, a nawet osadów pościekowych, bez udziału innych substancji chemicznych – przez przepychanie pod ciśnieniem przez matrycę z otworami. Najważniejsza zaleta tego typu paliw to wyższa wartość opałowa niż drewna nieprzetworzonego, co wynika z zagęszczenia masy i niewielkiej zawartości wilgoci. Jeśli brykiety i pelety są dobrej jakości, spalają się niemal w całości, a powstały z nich popiół można wykorzystać jako nawóz mineralny.
Brykiety mogą być używane w zastępstwie drewna, węgla lub innego paliwa stałego, a więc nie tylko w kotłach, ale też w kominkach.Natomiast do efektywnego spalania peletów służą urządzenia wyposażone w specjalne palniki z podajnikami automatycznie dozującymi to paliwo.
Piece na zwykłe drewno
Najprostsze kotły na paliwa stałe są nazywane kotłami spalania górnego. Pali się w nich od razu cała porcja załadowanego paliwa rozpalanego od spodu, a spaliny są odprowadzane kanałem znajdującym się w górnej części komory paleniskowej. W takim kotle można spalić praktycznie wszystko, a więc także drewno czy brykiety. Spalają się one jednak stosunkowo szybko, a jednocześnie nieefektywnie. Nie cała energia jest przekazywana do instalacji grzewczej, duża część ulatuje z dymem... W kotłach spalania górnego drewno lepiej stosować jedynie jako dodatek do paliwa takiego jak koks czy węgiel.
Bardziej odpowiednie do palenia drewnem są kotły spalania dolnego, w których wylot spalin znajduje się u dołu komory paleniskowej, co sprawia, że intensywnie pali się jedynie dolna część załadowanej do kotła porcji paliwa. Dzięki temu łatwiej steruje się w nich procesem spalania. Mają dwa lub trzy ciągi spalinowe, co umożliwia dopalanie w nich substancji lotnych, zanim trafią do komina. Ułatwia to wentylator nadmuchującypowietrze do paleniska, pokonujący zwiększone w ten sposób opory przepływu. Specjalny elektroniczny regulator sterujący intensywnością nadmuchu powoduje automatyczne dostosowywanie intensywności palenia do zapotrzebowania na moc grzewczą. Kotły spalania dolnego osiągają wyższą sprawność niż górnego, dzięki czemu zużywają mniej paliwa i emitują mniej zanieczyszczeń do atmosfery, a ich obsługa jest nieco mniej kłopotliwa.
Piece na gaz z drewna
Specjalnie w celu optymalnego spalania drewna konstruuje się kotły nazywane zgazowującymi. Od opisanych wcześniej odróżniają je jeszcze wyższa sprawność i mniejsza emisja zanieczyszczeń. Osiągnięto je przez prowadzenie procesu spalania w taki sposób, że powietrze dopływające z górnej części komory zasypowej suszy palące się w niej drewno i powoduje zgazowanie zawartej w nim celulozy. Tworzące się w ten sposób gazy palne dzięki pracy wentylatora przepływają do drugiej komory znajdującej się pod spodem i łączą z doprowadzonym tam powietrzem, spalając się w temperaturze osiągającej 1000°C. To umożliwia dopalenie spadających z rusztu cząstek stałych i powoduje zmniejszenie emisji tlenku węgla i węglowodorów. Powietrze wtórne wykorzystywane do spalania substancji lotnych nie miesza się z pierwotnym, potrzebnym do spalania i zgazowania węgla drzewnego.
Komora spalania zwykle jest wyłożona odpornym na wysoką temperaturę materiałem ceramicznym. Do spalania paliw suchych są przeznaczone kotły z rusztami stałymi, a do wilgotnych – wyposażone w ruchome ruszty schodkowe. Umożliwiają one w pierwszej fazie odparowanie wody z paliwa, a następnie, w miarę przesuwania w głąb paleniska, jego całkowite spalenie.
Piec na pelety
Do spalania peletów, zrębków oraz trocin służą kotły z automatycznym systemem podawania paliwa. Nie wymagają stałej obsługi, mogą współpracować z automatyką pogodową. Paliwo umieszcza się w specjalnym zasobniku, skąd jest pobierane przez podajnik z napędem elektrycznym, sterowany automatycznie w zależności od temperatury w pomieszczeniu lub na zewnątrz (regulacja pogodowa). Automatyka steruje także wentylatorem dozującym powietrze do spalania.
Paliwo uzupełnia się co kilka dni, tym rzadziej, im większy jest zasobnik. Możliwe jest automatyczne transportowanie paliwa z dużego silosa, w którym mieści się jego zapas na cały sezon grzewczy (około 10 m3 dla domu o powierzchni 150 m2).Kotły tego typu mają palniki retortowe i podajniki ślimakowe. Są skonstruowane tak, by można było palić w nich węglem ekogroszkiem, a jeśli jest taka potrzeba, zastąpić go brykietami lub peletami.
Piece na pelety mają podajniki pneumatyczne z długim przewodem, które mogą zasysać paliwo z silosa oddalonego nawet o kilkadziesiąt metrów od kotła. Niewątpliwie największą zaletą kotłów na pelety jest praktycznie całkowite zautomatyzowanie ich działania. Są w nich zwykle montowane zapalarki (świeceżarowe) umożliwiające samoczynne zapalenie paliwa po wcześniejszym całkowitym wygaszeniu, sondy lambda kontrolujące poziom tlenu w spalinach i pozwalające na automatyczne sterowanie pracą podajnika, wentylatora nadmuchującego powietrze do paleniska oraz pomp obiegowych – zależnie od temperatury w pomieszczeniu lub na zewnątrz. By kocioł był bezpieczny, można go wyposażyć w samoczynny system gaszenia płomienia i zabezpieczający przed jego cofnięciem do zasobnika paliwa.
Obsługa tak wyposażonego kotła jest mniej uciążliwa niż urządzeń na inne paliwa stałe. Zapewnia on podobną wygodę jak kocioł na olej opałowy.
