Kotły stałopalne i paliwa stałe (4). Wielopaliwowy strumień

zobacz artykuł w formie pdf zobacz pdfa   zobacz pdfa  

Polska należy do krajów o nierównomiernie rozbudowanej sieci przesyłowej gazu ziemnego, co oznacza, że dostęp do tego paliwa jest technicznie ograniczony. Związane jest to z głównymi kierunkami sieci tranzytowych gazu ziemnego, co pokazuje mapa systemu przesyłowego. Kolejną przyczyną braku dostępu do gazu ziemnego jest uboga infrastruktura w zakresie sieci gazu, co pokazuje mapa infrastruktury gazu w poszczególnych województwach (rys. 1).


Brak sieci gazowych dotyczy szczególnie małych miejscowości i wsi. Brak dostępności gazu ziemnego w przypadku nowych inwestycji oznacza szukanie alternatywy w innych nośnikach energii, takich jak ciepło z sieci ciepłowniczych, gaz ciekły olej opałowy, pompy ciepła, paliwa stałe, energia elektryczna. W przypadku sieci ciepłowniczych sytuacja jest jeszcze mniej korzystna niż sieci gazowych, ponieważ sieci cieplne występują najczęściej w dużych miastach, przy elektrowniach, elektrociepłowniach lub dużych zakładach przemysłowych. Przestawione powyżej wskaźniki ekonomiczne najbardziej korzystne są dla paliw stałych, takich jak węgiel i drewno opałowe, co potwierdzają dane statystyczne. W przypadku tych dwóch paliw stałych już istnieją kotły dwupaliwowe, konieczna infrastruktura jest bardzo podobna, tj. magazyn paliwa, system transportu, logistyka. Obserwowany trend w zakresie wzrostu cen węgla kamiennego będzie w przyszłości przesuwał środek ciężkości balansu pomiędzy udziałem w spalaniu węglem kamiennym a drewnem opałowym w stronę drewna opałowego, nie wywołując konieczności zmiany kotła oraz jego uzbrojenia, przy wykorzystaniu lub nieznacznej rozbudowie magazynu paliwa.
W pewnym zakresie powyższe założenie potwierdza zmiana struktury kotłów stałopalnych w okresie od 2002-2009 r. [1]. W wyżej wymienionym okresie nastąpiła redukcja udziału ilości mieszkań zużywających gaz ziemny o 1,5% za sprawą lokalizacji nowych budynków poza obszarami zgazyfikowanymi. W tym okresie nastąpił wzrost udziału gospodarstw wykorzystujących paliwa stałe. Dla węgla kamiennego ten wzrost wyniósł 0,7% (pomimo 68% wzrostu ceny paliwa), natomiast dla drewna opałowego 3,1%. W tym czasie nastąpiło także przesunięcie w kierunku stosowania bardziej komfortowych kotłów stałopalnych dwufunkcyjnych z 11,9% do 20,7%, przy redukcji ilości gospodarstw korzystających z pieców z 19,6% do 11,4%. Ilość stałopalnych kotłów uległa nieznacznej redukcji z 16,1 do 15,1%. W przypadku gospodarstw domowych na obszarach wiejskich drewno opałowe wykorzystywało aż 54,1% gospodarstw, przy czym aż 90% gospodarstw wykorzystywało paliwa stałe [1].Infrastruktura gazowa wg województw w 2010 r.

Kierunek rozwoju
Na podstawie przeprowadzonych badań [1] wiadomo, że średni wiek dla kotłów stałopalnych jednofunkcyjnych wynosi 10,4 lat, zaś dla kotłów stałopalnych dwufunkcyjnych – 9,3 lat.
Jeśli wziąć pod uwagę, że badania były przeprowadzane w 2009 roku, to przy pewnym uproszczeniu kocioł w „wieku średnim” jednofunkcyjny oraz dwufunkcyjny został wyprodukowany w 1999 r.
Brak jest  szczegółowych danych co do typów obecnie eksploatowanych kotłów stałopalnych oraz ich rozwiązań konstrukcyjnych. Jeśli jednak przeanalizować produkowane kotły krótko przez przed oraz po 1999 roku, to można stwierdzić, że obecnie najczęściej eksploatowanymi kotłami w gospodarstwach domowych są kotły stałopalne, wielopaliwowe o prostej konstrukcji z nieruchomym rusztem z korpusem stalowym, spawanym lub odlewanym z żeliwa, wyposażone w prostą automatykę lub bez automatyki. Można stwierdzić, że średni poziom zużycia eksploatowanych kotów w 2009 r. był na poziomie 50-65%, przy założonej trwałości 15-20 lat. W tym momencie prawdopodobnie cześć z tych kotłów została zastąpiona nowymi jednostkami, reszta jest w trakcie wymiany.
Analizując trend w okresie 2002-2009 r. w zakresie wykorzystania paliw stałych, nowe jednostki to będą także kotły stałopalne, opalane węglem kamiennym. Wymagania, jakie obecnie stawia się nowym jednostkom, to wyższy poziom automatyzacji w zakresie regulacji temperatury oraz prowadzenia procesu spalania, mechanizacja doprowadzenia paliwa (zamiast załadunku ręcznego). Wyższy poziom automatyzacji procesu spalania oznacza zastosowanie wentylatora nawiewnego lub wyciągowego oraz wykorzystanie sterownika elektronicznego. Zastosowanie sterownika elektronicznego oznacza także możliwość swobodnego sterowania temperaturą czynnika grzewczego. Mechanizacja oznacza konieczność stosowania węgla przetworzonego i sortowanego, na przykład ekogroszku. Stały wzrost cen węgla kamiennego oznacza konieczność lepszego wykorzystania paliwa, a więc podniesienie sprawności kotła.
Poza wymienionymi zmianami w zakresie automatyzacji kotłów konieczne staje się zwiększenie powierzchni wymiany ciepła oraz wprowadzenie mechanizmów umożliwiających skuteczne czyszczenie wymiennika ciepła oraz palnika. Wymaganie wyższej sprawności oznacza także zmianę filozofii spalania. Zamiast prymitywnego spalania górnego na nieruchomym ruszcie, gdzie spaliny z dolnej części komory spalania omywają zgromadzone paliwo w palenisku, stosuje się nowoczesne palniki retortowe.

Wprowadzenie palnika retortowego oznacza redukcję największej bolączki kotłów stałopalnych starego typu, tj. wysokiej emisji zanieczyszczeń oraz dużego udziału niedopalonych części lotnych paliwa uchodzących ze spalinami w postaci tlenku węgla oraz sadzy. Zmiana konstrukcji palnika systemowo redukuje emisje zanieczyszczeń przez kotły stałopalne wielopaliwowe. Dużym problemem związanym z eksploatacją kotłów z nieruchomym rusztem jest spalanie substancji palnych, które nie są paliwami. W szczególności dotyczy to nagminnego zjawiska spalania śmieci, tworzyw sztucznych, zużytych opon, plastikowych foli, butelek z tworzyw sztucznych, kolorowych kartonów, różnego rodzaju odpadów itd. W przypadku nowych kotłów stałopalnych wciąż aktualny jest postulat spalania biomasy stałej w postaci drewna opałowego. Przy wykorzystaniu palników retortowych nie jest już możliwe spalanie drewna opałowego w dużych kawałkach w postaci polan lub szczap. Drewno opałowe musi zostać przetworzone do zrębki drzewnej lub peletu. W przypadku zrębki drzewnej drewno opałowe wciąż jest ekonomicznie atrakcyjnym paliwem. Przy wykorzystaniu palników retortowych pojawia się możliwość spalania biomasy stałej, rozdrobnionej w postaci peletów nie pochodzenia drzewnego, pestek, łusek, ziaren. Zastosowanie biomasy stałej pozwala na dalszą automatyzację pracy kotła przez wprowadzenie zapalarki elektrycznej, która umożliwia automatyczne rozpalanie kotła.

Polityka w opozycji
W opozycji do węgla jako podstawowego paliwa, które jest spalane w kotłach o małej mocy (systemy rozproszone), pozostaje europejska polityka klimatyczna. W grudniu 2008 roku Europa przyjęła Pakiet Klimatyczno-Energetyczny [4], tzw. Pakiet 3 x 20%, który zakłada do 2020 roku redukcję gazów cieplarnianych o 20%, zwiększenie efektywności energetycznej o 20% oraz udział energii odnawialnej w energii końcowej do 20%. Dla osiągnięcia 20% udziału odnawialnych źródeł w energii końcowej w Unii Europejskiej została przyjęta dyrektywa, która promuje stosowanie energii ze źródeł odnawialnych. Zgodnie z dyrektywą wszystkie kraje członkowskie mają zobowiązanie w zakresie stosowania odnawialnych źródeł energii. Zgodnie z Dyrektywą OZE Polska jest zobowiązana do osiągnięcia wyniku pozyskania energii ze źródeł odnawialnych na poziomie 15% w 2020 r. oraz dalszy wzrost tego wskaźnika w latach następnych. O węglu kamiennym, jako paliwie, w żaden sposób nie możemy mówić, że jest paliwem odnawialnym. Stosowanie zaś kotłów dwupaliwowych na przetworzony węgiel kamienny oraz biomasę stałą pozwala na elastyczne przejście z wykorzystaniem węgla jako paliwa na biomasę w zależności od potrzeb i koniunktury. W przypadku nieosiągnięcia założonego celu 15% OZE w 2020 r. państwo polskie może stymulować balans pomiędzy udziałem spalanego węgla do udziału spalanej biomasy.
Gospodarstwa domowe, korzystające z kotłów stałopalnych, charakteryzują się relatywnie małym zapotrzebowaniem na strumień ciepła, co doskonale obrazuje rozkład empiryczny zużycia węgla w ciągu roku (wykres). Zaprezentowane roczne zużycie węgla w przedziałach 1001-2000 kg, 2001-3000 kg, 3001-4000 kg, 4001-5000 kg będzie możliwe dla kotłów małej mocy w zakresie mocy nominalnej od 10 do 25 kW. Zakres zużycia węgla kamiennego od 1001 do 5000 kg obejmuje około 75% gospodarstw domowych opalanych paliwami stałymi. Średnie zużycie węgla dla gospodarstwa domowego wynosi 3 tony [1], przy średniej powierzchni gospodarstwa domowego 101,2 m2 [1], średnia moc kotła przy takim zużyciu węgla kamiennego oraz średniej powierzchni gospodarstwa jest na poziomie ok. 15 kW. Jeśli uwzględnić, że 40% budynków na wsi zostało wybudowanych do 1961 roku [1], to spora część z nich jest jeszcze przed termomodernizacją, ponieważ termomodernizacja domów jednorodzinnych na wsiach nie była tak powszechna jak termomodernizacja w miastach budynków wielorodzinnych po 1995 roku. Oznacza to, że w przyszłości kocioł stałopalny o mocy 15 kW będzie w stanie zapewnić dostawę czynnika grzewczego do sporej części istniejących gospodarstw domowych poddanych termomodernizacji i wymianie kotła.
Przedmiotem następnego artykułu będą rozwiązania w zakresie istniejących kotłów wielopaliwowych oraz kierunki ich rozwoju.
Grzegorz Ojczyk

Literatura:
[1] Zużycie energii w gospodarstwach domowych w 2009 r. Główny Urząd Statystyczny – Warszawa 2012 r.
[2] Mapa systemu przesyłowego Gaz-System S.A.
[3] Infrastruktura komunalna w 2010 r. Informacje i opracowania statystyczne. Główny Urząd Statystyczny.
[4] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych, zmieniająca i w następstwie uchylająca dyrektywy 2001/77/WE oraz 2003/30/WE.

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