Kotłownia na biomasę (7). Jakość paliwa

Obserwowany obecnie stały wzrost cen tradycyjnych nośników energii w postaci gazu ziemnego, gazu płynnego (LPG), oleju napędowego, węgla kamiennego, energii elektrycznej zmusza do poszukiwania tańszych paliw. Ważnym aspektem przy poszukiwaniu nowych paliw na cele grzewcze jest także ich dostępność, pewność dostaw, stabilna i przewidywalna cena. Istotne jest, aby paliwo było ekologiczne, czyli nie powinno wprowadzać zanieczyszczeń do środowiska naturalnego oraz musi być odnawialne. Wszystkie te kryteria spełnia pelet drzewny. Jego cena od kilku lat jest stabilna, jej wahania mają charakter sezonowy. Pelet tanieje w okresie wiosny oraz lata, drożeje jesienią i zimą. W przypadku podpisania umowy długoterminowej z dostawcą paliwa, jego cena w ciągu roku może być niezmienna, z jednoczesną gwarancją pewności dostaw. W cenę dostawy paliwa może być także wliczony transport. Pelet jest paliwem ekologicznym, ponieważ produktami jego spalania są naturalne substancje występujące w przyrodzie w postaci pary wodnej (H2O) oraz dwutlenku węgla (CO2). Pelet wytwarzany jest z drewna, przez co jest paliwem odtwarzalnym, co korzystnie wpływa na pewność jego dostaw. Spalanie peletu nie powoduje zachwiania bilansu CO2 w powietrzu, ponieważ wcześniej CO2 z powietrza zostało pobrane do wzrostu drewna w procesie fotosyntezy 6CO2+6H2O->C6H12O6+6O2. W wyniku spalania uzyskuje się także niewielką ilość popiołu, który stanowi nawóz dla rolnictwa lub ogrodnictwa.

Przytoczone powyżej argumenty jednoznacznie wskazują, iż jest to jeden z właściwych kierunków rozwoju średniej i małej energetyki rozproszonej. Do spalania peletu wykorzystuje się specjalistyczne kotły stałopalne, będące urządzeniami nowoczesnymi, zaawansowanymi technologicznie, z bogatą automatyką. Kotły te nie wymagają bieżącej obsługi, charakteryzują się wysoką sprawnością energetyczną i wysokimi walorami użytkowymi. Pelet jest jednak paliwem stałym, przez co jego spalanie niesie ze sobą pewną specyfikę w zakresie palników do spalania peletu oraz jakości dostarczanego paliwa.

Spalanie w kotle Kotły na pelet w zakresie średnich i dużych mocy wyposażone są w palniki retortowe (fot. 1). Zasada ich działanie jest stosunkowo prosta, paliwo dostarczane jest podajnikiem ślimakowym do komory spalania z magazynu pośredniego. Podajnik ślimakowy, zwany stokerem, znajduje się w dolnej części palnika, komora spalania znajduje się zaś w jego górnej części. Paliwo jest wypychane do komory spalania od dołu przez otwór w podstawie palnika, tworząc charakterystyczny kopiec. Spalanie odbywa się na pobocznicy, powierzchni zewnętrznej kopca, zasilanie zaś odbywa się od wewnątrz kopca. W podstawie palnika oraz jego górnej części (fot. 2) znajdują się dysze doprowadzające powietrze do spalania. W podstawie palnika, tzw. talerzu, znajdują się dysze powietrza pierwotnego, w górnej części po obwodzie, tzw. garze, znajdują się od dołu dysze powietrza wtórnego pierwszego, zaś powyższej dysze powietrza wtórnego drugiego.

Uwaga na substancje mineralne Palnik kotła na pelet, dzięki swej skomplikowanej konstrukcji, umożliwia prowadzenie spalania z wysoką sprawnością w szerokim zakresie mocy w sposób płynny. Aby jednak mógł pracować zgodnie z oczekiwaniami, dostarczane paliwo musi być odpowiedniej jakości. Szczególnie dotyczy to zawartości substancji mineralnych, które nie ulegną spaleniu. Niestety, w Europie występuje kilka norm ujmujących wymagania w zakresie peletu, a co gorsza, istnieją znaczne różnice w zakresie wymagań jakościowych. Dodatkowo należy uwzględnić zmieniające się w czasie parametry paliwa, za sprawą absorpcji wilgoci z powietrza podczas magazynowania u użytkownika. Dużo poważniejszym problemem jest niestosowanie się niektórych producentów peletu do jakichkolwiek norm i technologii. Dotyczy to dwóch zagadnień, pierwsze to kiepskiej jakości surowiec, drugie to niskie parametry pracy urządzeń, w których jest formowany pelet. Niska jakość surowca oznacza, iż do procesu peletyzacji zostaje doprowadzone drewno nieokorowane lub zawierające duży udział procentowy kory w stanie wolnym, rozproszonej pomiędzy drewnem okorowanym. Kolejnym  zanieczyszczeniem jest kwarc, minerał zaabsorbowany w korze lub w stanie wolnym pobrany z gruntu w trakcie pozyskiwania drewna. Kora drzewna spala się w wyższej temperaturze niż czyste drewno, co powoduje podniesienie ogólnej temperatury w komorze spalania. Podwyższona temperatura spalania powoduje proces zeszklenia popiołu, czego objawem jest szlaka. Zawartość kwarcu w paliwie powoduje powstawanie szlaki już w normalnej temperaturze spalania w kotle na pelet. Szlaka pojawia się jako wydzielina na elementach palnika lub w obszarze występowania wysokich temperatur. Małe zarodki zeszklenia na elementach palnika lub jako rozproszone cząstki rozrastają się w czasie. Szlaka utrudnia spalanie, ponieważ pomniejsza kubaturę komory spalania oraz zatyka mechanicznie dysze doprowadzające powietrze (fot. 3). Zawartość szlaki lub wydzielin żużlowych wewnątrz komory spalania w stanie wolnym znacznie utrudnia doprowadzenie powietrza do podstawy płomienia. Niezachowana stechiometria spalania w wybranych częściach płomienia wraz z brakiem nadwyżki powietrza powodują w efekcie końcowym podwyższenie zawartości CO w spalinach. Niedopalone części peletu powodują nierównomierne rozrastanie się kopca paliwowego, co w dalszej części wywołuje blokowanie dysz powietrznych mieszaniną paliwa, szlaki i żużla. Objawia się to „przerośniętym” kopcem o nieregularnych kształtach, występującym w trakcie pracy kotła. Po wyłączeniu kotła i wypaleniu palnych części w komorze spalania pozostają złogi żużlu (fot. 5) na podstawie palnika.

Produkcja peletu Kolejnym problemem jest produkcja peletu z wykorzystaniem urządzeń, które nie są w stanie osiągnąć odpowiednich ciśnień przy peletyzacji. Przyczyną tego może być naturalne ich zużycie, oszczędność energii elektrycznej do ich napędu lub wykorzystanie do produkcji peletu urządzeń do produkcji pasz, gdzie nie są konieczne tak wysokie ciśnienia. Wysokie ciśnienie przy paletyzacji jest konieczne dla spojenia wewnętrznego drewna, z wykorzystaniem naturalnego lepiszcza w postaci flizeliny. Dla obniżenia ciśnienia przy formowaniu peletu stosuje się dodatkowe lepiszcza w postaci odrobiny melasy lub chemikaliów. W przypadku dodatków chemicznych oprócz dodatkowej, niekontrolowanej emisji zanieczyszczeń do atmosfery, pojawiają się problemy ze spalaniem, żużlem oraz wydzielaniem się szlaki. Często przyczyną takiego stanu są substancje chemiczne zawarte w surowcu, który jest odpadem poprodukcyjnym lub z odzysku. Szczególnie dotyczy to przemysłu meblarskiego, gdzie występują kleje, żywice i barwniki. W przypadku spalania peletu wzbogaconego o powyższe substancje, należy się liczyć z szybkim zabrudzeniem palnika (fot. 3) oraz koniecznością jego okresowego ręcznego czyszczenia. Oprócz obowiązku czyszczenia palnika kotła na pelet należy pamiętać o jego regeneracji lub naprawach (fot. 4). Zawarte w paliwie substancje szkodliwe mogą powodować korozję wżerową elementów palnika, pracujących przy wysokiej temperaturze. Zbyt wysoka temperatura pracy w komorze spalania powoduje dodatkowe naprężenia w płaskich elementach palnika. Efektem ich występowania mogą być pęknięcia (fot. 4) po obwodzie tzw. małego talerza, przy wejściu paliwa do komory spalania. Najbardziej narażone są miejsca perforowane u podstawy palnika, które pełnią rolę dysz powietrza pierwotnego, wokół których kumulują się naprężenia obwodowe. Niewłaściwa jakość paliwa powoduje znaczne skrócenie żywotności palnika oraz problemy związane z eksploatacją. Utrudniona jest analiza chemiczna zjawiska korozji wżerowych bez dokładnej analizy chemicznej dodatków występujących w paliwie. Częstym dodatkiem do peletu jest szkło wodne. Należy zwracać uwagę podczas eksploatacji kotła na pelet, na znacznie podwyższoną temperaturą spalania w stosunku do spalania klasyfikowanego peletu. Najczęstsze problemy związane z eksploatacją kotłów na pelet oraz konieczność dodatkowego serwisowania (poza standardowymi przeglądami sezonowymi) związane są z jakością paliwa. Nie sposób ocenić jakość paliwa organoleptycznie, bez analizy chemicznej oraz badania wartości opałowej. Ale każdy, kto eksploatuje kocioł na pelet lub uważnie się przygląda jego pracy, jest w stanie wyrobić sobie namiastkę zdania o jakości peletu po kilku godzinach pracy kotła, szczególnie przy nowej dostawie. Wysokie wymagania stawiane urządzeniom do spalania peletu w zakresie niezawodności, sprawności oraz komfortu użytkowania muszą iść w parze z analogicznymi wymaganiami w zakresie jakości dostarczanego paliwa.

Grzegorz Ojczyk
Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf

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