0
Techniki spalania drewna

Techniki spalania drewna

Techniki spalania drewna w kotłach na paliwa stale

Drewno jest paliwem odnawialnym tak jak słońce, spiętrzenie wód czy siła wiatru. Są to źródła energii, które nie ulegają wyczerpaniu. W odróżnieniu od innych źródeł energii drewno jest paliwem, które może być zmagazynowane i przechowywane bez jakichkolwiek strat energetycznych.

Magazynowanie obniża wilgotność drewna i jednocześnie podwyższa jego wartość opałową (ilość energii, którą można wykorzystać w trakcie spalania). Drewno jest również jedynym paliwem, które posiada zerowy bilans dwutlenku węgla (CO2) tzn., że w trakcie wzrostu w procesie fotosyntezy pobiera taką ilość dwutlenku węgla, jaka powstaje w trakcie spalania.

Obecnie można zastosować szereg metod spalania drewna w kotłach na paliwa stałe, zróżnicowanych pod względem formy wykorzystania drewna jako paliwa, jak i istoty samego procesu spalania. Należy zauważyć, że pomimo tego, że drewno traktowane jest jako paliwo stałe, to około 83% jego faktycznej wagi spala się jako gaz drzewny.

Przygotowanie drewna

W każdym przypadku, w celu przeprowadzenia prawidłowego spalania zgodnie z założeniami, drewno wymaga przygotowania. Klasyfikacja rozwiązań technologicznych, według stopnia przetworzenia drewna na wsad paliwowy kotła, dzieli je na dwie podstawowe grupy: spalanie drewna nieprzetworzonego oraz spalanie drewna przetworzonego mechanicznie. Pod pojęciem drewna nieprzetworzonego rozumiemy takie paliwo, którego obróbka odbywa się na etapie pozyskania (ścięcie, łupanie polan drewna). Drewno przetworzone mechanicznie to paliwo, które wymaga dodatkowych zabiegów i/lub jest odpadem postprodukcyjnym (zrębki, wióry, prasowane granulaty).

Na ruszcie

Najprostszym i zarazem najmniej wydajnym sposobem spalania drewna jest spalanie atmosferyczne na ruszcie. Najczęściej ta forma wykorzystania drewna jako paliwa stosowana jest w prostych kotłach wielopaliwowych. Niewątpliwymi zaletami tej metody jest zachowanie niezależności paliwowej i stosunkowo niska cena zakupu kotła. Istotą wielopaliwowości jest zachowanie możliwie uniwersalnych warunków spalania, co w przypadku stosowania drewna, jako paliwa podstawowego, stanowi ogromną wadę. Efektywne spalanie drewna wymaga zachowania ściśle określonych warunków, które nie mogą być zapewnione w takich kotłach, za czym idzie spadek sprawności i utrata energii. 

 

 


Pod kontrolą

Aby zapewnić warunki efektywnego spalania, potrzebny jest ściśle kontrolowany proces zgazowania. Zgazowanie drewna jest to termiczny rozkład drewna przy znacznym niedomiarze powietrza (tlenu), w wyniku czego powstaje palny gaz (gaz drzewny) oraz popiół.

Nowoczesne kotły c.o., spalające drewno w procesie zgazowania, wykorzystują energię zawartą w drewnie z trzykrotnie większą sprawnością niż urządzenia z tradycyjnym paleniskiem oraz pracują z emisjami zbliżonymi do kotłów gazowych.

Proces zgazowania drewna w kotłach c.o. można podzielić na cztery zasadnicze etapy: 1. Suszenie i odgazowanie drewna w temperaturze ok. 4S0°C. 2. Spalanie mieszaniny gazu drzewnego i powietrza wtórnego w temperaturze ok. S60°C. 3. Dopalanie płomienia i oddawanie ciepła temperatura ok. 1200°C. 4. Wyrzut spalin o temperaturze ok. 160°C przez czopuch kominowy.

Jedną z metod spalania przetworzonej masy drewna jest spalanie paliwa w formie sypkiej, drobnych kawałków zwanych zrębkami. Takie paliwo znajduje szerokie zastosowanie w kotłach zautomatyzowanych wyposażonych w podajniki ślimakowe, które zasilają palenisko. Ponadto zrębki drewniane, ze względu na swoją strukturę, łatwiej uwalniają gaz drzewny, co przy utrzymaniu wilgotności paliwa na poziomie 20% zapewnia wysoką sprawność spalania. Jednak zapewnienie takich parametrów paliwa wiąże się zapewnieniem odpowiednich warunków przygotowania i magazynowania. Zrębki mogą być przygotowane z odpadów stolarskich lub komunalnych, np. podczas wycinki przydrożnych gałęzi czy sadów. Przygotowanie zrębek najlepiej przeprowadzić, gdy masa drewna jest jeszcze wilgotna, co stwarza problem z późniejszym magazynowaniem paliwa. Naturalnie można przygotować zrębki z już suchego drewna, lecz wiąże sitt to z radykalnym podniesieniem nakładu pracy na przetworzenie masy. Unikając potrzeby magazynowania, można spalać mokre zrębki, lecz pomimo ułatwionego spalania duża część energii przeznaczona będzie na wysuszenie paliwa. Mniejsza granulacja paliwa niesie za sobą spadek stosunku objętości do masy, co z kolei wiąże się z niską akumulacją ciepła.

W formie sypkiej

Odpad drewniany w formie sypkiej (trociny, wióry) to paliwo charakteryzujące się podobnymi cechami jak zrębki, z tą różnicą, że powstaje on najczęściej z suchego drewna stolarskiego. Ze względu na granulację jest jednak bardziej podatny na zawilgocenie i utratę swoich właściwości energetycznych. Takie odpady można dalej przekształcić na konglomeraty drewniane. Produkcja konglomeratu polega na prasowaniu sypkiego surowca pod wysokim ciśnieniem i formowanie go w bryły, co znacznie podnosi wartość opałową paliwa. Najczęściej stosowane konglomeraty to brykiet i pelet. Brykiet najczęściej produkowany jest w formie kostek o wymiarach 30 x 20 cm o dużym zagęszczeniu. Poprawnie przygotowany brykiet z suchych surowców posiada wartość energetyczną zbliżoną do węgla brunatnego. Choć brykiet sam w sobie jest paliwem uniwersalnym, do jego spalania doskonale nadają się opisywane powyżej kotły na zgazowanie drewna, które zapewniają wysoką sprawność spalania.

Spalanie peletu

Podobnym paliwem pochodzenia naturalnego jest pelet, inaczej mówiąc materiał pochodzący ze sprasowanych pod ciśnieniem naturalnych odpadów drzewnych, głównie trocin i wiórków, odpadów stolarskich i tartacznych, ale czasem z wykorzystaniem kory drzewnej, słomy, słonecznika i innych materiałów organicznych. Dzięki wykorzystaniu takich materiałów mamy do czynienia z ekologiczną biomasą. Pelety występują w formie granulatów: kuleczek lub walców o różnych średnicach i długości. Pelety mają niską wilgotność (najlepsza 8-12%), a po ich spaleniu powstaje niewielka ilość popiołu, dzięki czemu ich użytkowanie jest wygodne i czyste.

Sama technika spalania diametralnie różni się jednak od pozostałych wymienionych w artykule. Do spalania peletu wymagane jest zastosowanie zautomatyzowanych palników peletowych. Paliwo w takich palnikach jest precyzyjnie dawkowane, podobnie jak ilość powietrza potrzebna do spalania. W ostatnich latach obserwuje sitt przyspieszony rozwój technologii spalania peletu. Produkuje się kotłyo mocach od kilkunastu kW do kilkuset MW do ogrzewania domów jednorodzinnych, osiedli i miast. Sprawności tych kotłów często przekraczają 90%, a emisje gazów szkodliwych i pyłów są porównywalne z emisjami najlepszych kotłów olejowych i gazowych, z tą przewagą, że dla biomasy bilans CO2 jest równy lub zbliżony zeru. Stopień automatyzacji nawet małych kotłów pozwala je uznać za niemal bezobsługowe, ponieważ wyposażone są w układy automatycznego podawania paliwa, usuwania popiołu i sterowania procesem spalania. Ceny kotłów spadają i zaczynają być porównywalne z cenami instalacji olejowych. Koszty eksploatacyjne, w przypadku biomasy, nie przekraczają 30% kosztów eksploatacyjnych związanych z olejem opałowym i są porównywalne z kosztami opalania gazem ziemnym.

Reasumując, pośród szeregu proponowanych na rynku metod spalania drewna uznać można, że z punktu widzenia ekonomii i ekologii najlepszym rozwiązaniemjest zgazowanie drewna w dedykowanych dla niego kotłach lub zastosowanie zautomatyzowanych kotłów peletowych dla ceniących sobie wygodę.

Grzegorz Pilarczyk
Źródło:
"Magazyn Instalatora"
http://www.instalator.pl
Czerwiec/Lipiec 2011

Nasza strona używa plików cookies. Jeśli chcesz możesz w każdej chwili wyłączyć je w opcjach swojej przeglądarki. OK, zamknij pasek lub dowiedz się więcej.