ABC kotłów na biomasę. Żar peletu

Zasoby kopalnych surowców energetycznych na świecie nieuchronnie się kurczą, a ich niekorzystny wpływ na stan środowiska naturalnego oraz spowodowane tym wprowadzanie coraz bardziej rygorystycznych dopuszczalnych wartości emisyjnych spowodowały zwrócenie uwagi na OZE (Odnawialne Źródła Energii). Światowa produkcja energii z OZE sięga 20%, przy czym w Polsce nieco ponad kilka procent. Głównymi i najbardziej rozpowszechnionymi źródłami OZE są energia słoneczna, energia wiatru, energia geotermalna pochodząca z ziemi oraz biogaz i paliwa z biomasy. Prężnie rozwijającym się od lat źródłem energii, wykorzystywanej do ogrzewania budynków mieszkalnych, jest spalanie biomasy. Z definicji biomasa to substancja pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, która ulega biodegradacji, czyli biochemicznemu rozkładowi pod wpływem naturalnych czynników, takich jak światło, tlen z powietrza, woda, działalność organizmów żywych, np. bakterii. Biomasa pochodzi z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, a także z przemysłu drzewnego. Obecnie biomasa jest najbardziej rozpowszechnionym źródłem energii odnawialnej. Szacunkowo aż 17% światowej energii pierwotnej pochodzi właśnie z biomasy, przy czym ponad 80% tej wartości służy do wcześniej wspomnianego ogrzewania domów, hal produkcyjnych, magazynów czy podgrzewania wody. Jeśli zaś chodzi o zastosowanie biomasy w kotłach grzewczych, to do znaczących paliw zaliczyć można pelety drzewne, pelety innego pochodzenia, np. ze słomy, oraz drewno kawałkowe, w tym szczapy drewna. Do cieszącego się popytem paliwa pochodzenia roślinnego zaliczyć można również brykiet dowolnej granulacji. Mając na myśli produkcję peletu, czyli sprasowanego granulatu z trocin, zwykle o średnicy 6 mm i 8 mm, należy pamiętać, że źródłem trocin są wszelkiego rodzaju wycinki drzew, tartaki, przemysł meblarski oraz drewno pozyskiwane z plantacji roślin energetycznych. Można w tym miejscu zadać pytanie, dlaczego właśnie biomasa stała się tak popularna? Odpowiedź jest bardzo prosta. Najważniejszym argumentem stosowania biomasy drzewnej jest zerowy bilans CO2. Oznacza to, iż ilość wyprodukowana podczas procesu spalania gazu CO2 jest równa ilości gazu pochłanianego podczas „życia” rośliny, która w oparciu o pochłanianie CO2 wydala tlen potrzebny do życia ludzi i zwierząt. Przy intensywnym spalaniu paliw kopalnych, głównie stałych, powstają duże ilości CO2 i jego udział w atmosferze ziemskiej zwiększa się, powodując tzw. efekt cieplarniany.
Biorąc pod uwagę możliwości wykorzystania peletu, należy brać pod uwagę, że jest to paliwo o olbrzymim potencjale, który wynika ze stabilnej wartości opałowej i granulacji. Składa się to wszystko na coraz to bardziej zaawansowane i wydajne konstrukcje kotłów grzewczych, których regulatory oraz palniki zapewniają spalanie niemal tak samo bezobsługowe jak kotły gazowe, przy zapewnieniu niższych kosztów ogrzewania oraz niezależności od istniejących sieci przesyłowych paliwa. Znikoma ilość produktów odpadowych po spaleniu peletu pozwala na komfortowe ogrzewanie domu bez konieczności stałego nadzoru nad kotłownią. Do równie częstych sposobów ogrzewania budynków paliwami z biomasy zaliczyć należy kominki z płaszczem wodnym lub kominki podgrzewające powietrze wdmuchiwane do wewnątrz pomieszczeń mieszkalnych, opalane drewnem kawałkowym czy brykietem.
Do grupy urządzeń przystosowanych do przetwarzania biomasy na ciepło wykorzystywane do ogrzewania budynków czy podgrzewu wody użytkowej zaliczyć można kotły peletowe, kotły na zrębki, kotły na drewno, w tym również wykorzystujące proces zgazowania oraz kotły spalające słomę. Oczywiste jest, iż drewno kawałkowe można również spalać w kotłach komorowych, które nie realizują procesu zgazowania, co jednak jest znacznie mniej korzystne pod względem ekonomicznym w stosunku do kotła przystosowanego do wstępnego zgazowania paliwa. Najczęściej stosowane w domostwach urządzenia grzewcze to kotły z palnikami peletowymi oraz zgazowujące drewno. Duży wybór różnego rodzaju konstrukcji palników peletowych wyklucza możliwość opisania tutaj w krótkiej formie ich budowy, konstrukcji i działania. Ogólnie, pod względem sposobu dostarczania paliwa do spalania, można sklasyfikować je jako palniki zrzutkowe (narzutowe), a także z wewnętrznym transportem paliwa wprost do paleniska. Biorąc pod uwagę pracę palników peletowych, można podzielić je na palniki z samozapłonem lub wykorzystujące proces podtrzymania żaru, który wpływa negatywnie na ekonomię wykorzystania opału. Wynika to z częstego dozowania paliwa w celu utrzymania żaru. Żar peletu szybko wygasa, np. po czasie 10-20 min, w porównaniu do palnika retortowego w stosunku do samego węgla, gdzie czas ten maksymalnie może być ustawiony do 60-120 min (w nielicznych przypadkach nawet więcej). Palniki samozapłonowe to elementy kotłów całkowicie odizolowanych od zbiornika z paliwem lub wyposażone w przegrody zabezpieczające przed cofaniem się płonącego paliwa lub żaru.
Mówiąc o najbardziej efektywnych kotłach spalających pelet, należałoby wyszczególnić urządzenia samozapłonowe oraz samoczyszczące, które produkują energię cieplną tylko i wyłącznie na potrzeby chwilowego zapotrzebowania. Samoczyszczące palniki pozwalają na komfortową obsługę kotła. W celu osiągnięcia wysokich sprawności, czyli między innymi ograniczając największą stratę kotła – fizyczną – palniki, dzięki zaawansowanym algorytmom regulatorów kotłowych, umożliwiają płynną modulację mocy kotła. Aby zbliżone efektywnie zużycie paliwa uzyskać w procesie spalania w kotłach z zasypem ręcznym, opalanych drewnem kawałkowym, brykietami czy szczapami, należy zastosować zbiorniki akumulacyjne magazynujące energię wytworzoną podczas pełnego wypalenia się paliwa, nawet w momencie braku zapotrzebowania na ciepło. Zbiornik taki, zwany popularnie buforem, jest często stosowany w kotłowniach, w których nie zainstalowano jednostki zapewniającej modulację mocy palnika, chociażby ze względu na to, że w niektórych rozwiązaniach konstrukcyjnych kotłów lub samych palników sprawność jest maksymalna przy spalaniu na wysokiej, niejednokrotnie najwyższej, mocy, zwanej mocą znamionową.
Przy okazji omawiania palników peletowych warto by wspomnieć o popularnych na naszym rynku palnikach retortowych. Palniki te w wielu przypadkach nie są dedykowane do efektywnego spalania peletu. Zapewniają one jednak możliwość spalania wielu paliw, co jest przyczyną ich bardzo dużej popularności wśród kotłów z automatycznym dozowaniem paliwa. Wielu użytkowników przez okres eksploatacji tego typu kotłów zmienia rodzaj paliwa, uzależniając jego wybór od chwilowej ceny oraz dostępności danego opału. Prostej konstrukcji kotły retortowe, z palnikami bez samozapłonu oraz blokadą mechaniczną przeciw cofaniu się żaru, zmuszone są do pracy w trybie nagrzewania (normalnej pracy kotła) oraz trybie postoju (podtrzymywania żaru). Jak wcześniej wspomniano, żar z peletu utrzymywany jest bardzo krótko, z czego wynika dość częste dawkowanie peletu do palnika, głównie by wyrównać poziom paliwa względem palnika oraz nie dopuścić do samoistnego wygaszenia paleniska. Łatwo stąd wywnioskować, że sezonowe spalanie w trybie „Lato”, czyli podgrzewanie samej wody użytkowej z zastosowaniem paliwa typu pelet może okazać się problemem. Szczególnie wtedy, kiedy zastosowano podgrzewacze wody o małej pojemności oraz gdy pomiędzy zwiększonymi poborami ciepłej wody użytkowej występują duże przerwy, w czasie których podgrzewacz wody nie jest schładzany. Kocioł w trybie podtrzymania stale wytwarza moc cieplną szczątkową, w związku z czym możliwe jest przegrzanie kotła i automatyczny wyrzut nadmiaru ciepła na instalację grzewczą, co nie jest pożądanym zjawiskiem w trybie „Lato”.
Marcin Kupka

Fot. 1. Sposób magazynowania biomasy, transportu oraz dopełniania silosa kotła (rura podajnika).
Fot. 2. Podłączenia do instalacji, zabezpieczenia, instalacje otwarte, zamknięte, systemy mieszane (wymiennik płytowy).
Fot. 3. Sterowanie główne i wspomagające, przeciwpożarowe, przeciw cofaniu w stronę zasobnika przykotłowego.
Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf pdf

Prenumerata Magazynu Instalatora

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