Co do kotła? Biomasa! (1). Efektywne spalanie

———————————————————————————————-——————-—————————————————————

zobacz artykuł w formacie pdf >>> | str. 42 | str. 43 |
———————————————————————————————-——————-—————————————————————

Biomasa drzewna służąca jako paliwo kotłów grzewczych małej mocy pozyskiwana jest z różnych źródeł, z gospodarki leśnej czy gospodarki przemysłowej. Najczęściej reprezentowaną gospodarką przemysłową jest pozyskiwanie paliwa jako odpady poprodukcyjne z przemysłu meblowego i tartaków. Jeśli chodzi o paliwo drzewne, to zwykle jest ono w postaci większych kawałków drewna, trocin, zrębków oraz pyłów drzewnych, z których po ich osuszeniu i sprasowaniu powstają pelety i brykiety. Do takich paliw producenci przystosowują kotły grzewcze, aby ich spalanie było jak najbardziej efektywnym procesem ekologicznym oraz ekonomicznym. Ostatnio często stosowanym ekologicznym paliwem, oprócz biomasy drzewnej, są także ziarna zbóż, głównie owies. Owies jest cenionym paliwem głównie przez rolników mających swoje złoża tego paliwa, co umożliwia im ogrzewanie domów małym nakładem finansowym.

Spalanie biomasy cieszy się swoją popularnością nie tylko ze względu na to, iż jest odnawialnym źródłem energii, ale również ze względu na tak zwany zerowy bilans CO2. Roślina w czasie fotosyntezy pochłania CO2 i w oparciu o taką formę węgla buduję swoje tkanki wydalające tlen, którym oddychają ludzie, zwierzęta oraz który potrzebny jest do procesów spalania. Po ścięciu rośliny i jej spaleniu do atmosfery emitowana jest taka ilość CO2, jaka jest pochłaniana przez rosnące rośliny. Wynikiem spalania biomasy jest ograniczenie zwiększania emitowania gazów cieplarnianych.

Wartość opałowa

Na jakość spalanej biomasy ogromny wpływ ma jej wartość opałowa oraz gęstość (głównie w przypadku takich paliw jak słoma). Osuszenie paliwa, głównie poprzez składowanie paliwa przez określony czas w suchym miejscu, zwiększa nawet dwukrotnie jego kaloryczność. Wilgotność świeżo ściętego drzewa osiąga około 50%, czemu odpowiada wartość opałowa Qir=7 MJ/kg. Zmniejszenie wilgotności w procesie suszenia do poziomu 15-20% powoduje wzrost kaloryczności do Qir=14 MJ/kg (w zależności od gatunku drzewa). Kaloryczność drewna w zależności od jego wilgotności względnej można wyznaczyć za pomocą równania1:

Wdw=(100-Ww)*Wds/100 – 6Ww [MJ/kg]

gdzie:

Wdw – wartość opałowa drewna wilgotnego;

Ww – wilgotność względna drewna;

Wds – wartość opałowa drewna zupełnie suchego.

Spalanie biomasy w kotle jest także korzystne z powodu jego zwiększonej trwałości na skutek braku lub znikomej ilości związków siarki w paliwie, za wyjątkiem słomy żółtej (świeżej), której nie należy spalać. Słoma żółta zawiera związki chloru i potasu, które działają korodująco na wymiennik kotła tak samo jak związki siarki. Bezpieczna eksploatacja kotła i zwiększona trwałość wymiennika są oczywiście uwarunkowane prawidłowo przeprowadzonym procesem spalania paliwa. W przypadku spalania słomy zaleca się odczekać do momentu jej zwiędnięcia. Warunki atmosferyczne sprzyjają słomie w wypłukiwaniu przez deszcze szkodliwych związków w niej zawartych, co umożliwia bezpieczne późniejsze jej spalenie.

Wykorzystanie biomasy

Do najpopularniejszych procesów wykorzystania biomasy należy spalanie, piroliza oraz zgazowanie. Samo spalanie łączy w sobie w pierwszej kolejności suszenie, podczas którego wskutek wysokiej temperatury odparowana zostaje wilgoć w niej zawarta, wydzielanie i spalenie części lotnych oraz dopalanie pozostałego paliwa. Stopień zawilgocenia ma ogromny wpływ na proces suszenia. Im paliwo jest bardziej zawilgocone, tym więcej energii cieplnej zużywane jest na odparowanie, co w rezultacie prowadzi do nieefektywnego spalania. Sprawność spalania to stosunek ciepła uzyskanego podczas spalania do energii chemicznej doprowadzonej.

Proces pirolizy zdefiniować można jako termiczny rozpad paliwa w warunkach podstechiometrycznych. Produktami pirolizy drzewnej są węgiel drzewny, gaz drzewny oraz substancje smoliste. Piroliza jest często wykorzystywana podczas utylizacji odpadów.

Często prowadzonym i efektywnym procesem wykorzystania biomasy jest zgazowanie, na które składa się suszenie paliwa, piroliza oraz samo zgazowanie, którego produktami jest palny gaz. Zgazowanie przeprowadzane jest zwykle w odrębnych komorach paleniskowych. W pierwszej, na skutek podstechiometrycznych warunków spalania, powstaje gaz, który kolejno spalany jest w drugiej komorze poprzez doprowadzenie powietrza dopalającego. Wykorzystując podczas zgazowania czysty tlen zamiast powietrza, uzyskany gaz syntezowy może mieć aż dwukrotnie większą wartość opałową niż w przypadku zgazowania powietrzem. Czynnikiem zgazowującym, oprócz powietrza i tlenu, może również być para wodna. Przykład kotła zgazowującego paliwo pokazany jest poniżej:

Procesowi zgazowania towarzyszy wydzielanie się substancji smolistych osadzających się w górnej komorze paleniskowej, czemu towarzyszyć powinno jej regularne oczyszczanie.

Emitowanie substancji szkodliwych podczas spalania biomasy jest ściśle uwarunkowane samym sposobem spalania. Najlepsze wyniki po spaleniu drewna osiągamy w kotłach retortowych lub szufladkowych, w których temperatura spalania jest w miarę stabilna. Zwiększona emisja tlenków węgla, a także węglowodorów i sadzy wywołana głównie chłodzeniem rusztu, występować może w kotłach z załadunkiem ręcznym. Efektywność spalania biomasy związana jest z powierzchnią wymiany ciepła. Zalecane jest spalanie biomasy w kotłach współpracujących z buforami wodnymi. Wynika to głównie ze zbyt szybkiego prowadzenia procesu spalania biomasy w stosunku do węgla.

Kończąc niniejszą dygresję na temat spalania biomasy, warto wyszczególnić różnice wynikające ze spalania węgla-groszku i biomasy (pelet drzewnych).

Emisja

Wartości emisyjne, średnie arytmetyczne, opracowane zostały na przykładzie certyfikatów wybranych kotłów retortowych polskich producentów kotłów. W zasadzie wszystkie elementy spalin są znacznie niższe w przypadku spalania biomasy drzewnej. Sprawność cieplna kotłów spalających biomasę, jak i węgiel eko-groszek w zasadzie są przybliżone i sięgają do około 90%.

Z pokazanego w tabeli zestawienia dla paliwa eko-groszek i pelet wynika, iż nieco wyższą sprawność energetyczną uzyskujemy podczas spalania biomasy. Wartość sprawności dla biomasy to 91%, dla węgla-groszku 87%.

Marcin Kupka

1. Źródło: „Kominki część IV” nr 2/2002 (lipiec-wrzesień), „Kominiarz Polski”.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij