ABC urządzeń grzewczych na biomasę. Zrzutka na palnik

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. Często stosowanym ekologicznym paliwem, oprócz biomasy drzewnej, są także ziarna zbóż, głównie owies.

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).

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.

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.

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.

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.

Spalanie biomasy w kotłach jest korzystne ze względów 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, zwiększona trwałość wymiennika, jest oczywiście uwarunkowania prawidłowym spalaniem paliwa.

W przypadku niektórych konstrukcji kotłów lub nawet samego paleniska spalanie biomasy może być bardzo niebezpiecznym procesem dla elementów wymiennika ciepła, szczególnie w pobliżu pasa palnika.

Główne przyczyny korozji kotłów to:
* stopień agresywności środowiska, określonego przez skład paliwa i warunki spalania;
* temperatura pracy materiału wymiennika i temperatura spalin, które zasadniczo wynikają z konstrukcji samego kotła,
* własności materiału wymiennika, tzn. składu chemicznego i przebiegu pracy elementu w trakcie trwania eksploatacji.

Stopień intensywności powstawania korozji zwiększa się w przypadku spalania podstechiometrycznego, głównie w kotłach wyposażonych w taki system spalania lub nawet złą regulację palnika i ilości powietrza nadmuchowego, co ma miejsce między innymi w kotłach grzewczych – korozja niskotlenowa. Podczas spalania biomasy zawierającej związki chloru może dojść to tak zwanej wysokotemperaturowej korozji chlorkowej, w której chlor jest szczególnie korozyjny względem stali w wysokiej temperaturze.

Korozja niskotemperaturowa grzewczych kotłów retortowych zwykle powstaje przy zbyt dużej różnicy temperatur spalin i wody kotłowej. W przypadku, gdy temperatura wody kotłowej wpływającej do kotła ma temperaturę poniżej ok. 50oC (w zależności od ciśnienia składnikowego) spaliny, powstałe na palniku retortowym, są bardzo szybko chłodzone, co powoduje roszenie się ich na elementach komory paleniskowej. Roszenie spalin zawierających chlor powoduje, iż na wymienniku osadza się kwas chlorowy, który niszczy warstwę wymiennika. Warunkiem prawidłowej, nieszkodliwej eksploatacji tego rodzaju kotłów jest podniesienie temperatury wody wpływającej do kotła do opisanej wyżej temperatury, gdzie proces skraplania się substancji szkodliwych na wymienniku jest znacznie ograniczony.

Sposobów „podbicia” temperatury powrotu kotła jest kilka. Do najbardziej popularnych metod należy stosowanie zaworu mieszającego czterodrogowego, umożliwiającego poprzez ręczną nastawę lub pracę mechaniczną siłownika zamontowanego na zaworze uzyskanie wymaganej przez producentów temperatury powrotu. Zwykle proces ten odbywa się w sposób automatyczny montując na rurze powrotnej do kotła czujnik temperatury powrotu, który jest poziomem odniesienia dla regulatora kotłowego, na którym zadajemy wartość temperatury wody powrotnej.

Temperatura ta jest okresowo mierzona po czym siłownik ustawia się w prawidłowym położeniu – stopień otwarcia zaworu – który zapewnia całkowite eliminowanie roszenia się spalin. Do innych metod zabezpieczenia kotła przez niskotemperaturową korozją paleniska należy montowanie pomp kotłowych lub wymienników ciepła. W przypadku pomp kotłowych należy również wyposażyć instalację w termostat z czujnikiem przylgowym, który za pomocą mierzonej temperatury włącza lub wyłącza pracę pompy.

Metody zapobiegania korozji koncentrują się na modyfikacji procesu spalania, prowadzących do zmniejszenia korozyjnych własności spalin i osadów kotłowych. Podstawowe przedsięwzięcia dotyczące następujących obszarów:

* paliwa – optymalizacja jakości paliwa, zmniejszenie udziału szkodliwych związków takich jak siarka czy chlor np. przez odpowiednie mieszanie paliw przed wprowadzeniem do kotła;
* powietrza – wyrównywanie strumieni powietrza do palników, właściwy dobór stopnia zawirowania powietrza;
* spalin – prawidłowy dobór stosunku nadmiaru powietrza w palenisku, utrzymywanie właściwego stosunku O2/CO w pobliżu ścian (tak zwane powietrze zaporowe),

Jeśli chodzi o roczne zużycie materiałowe w przypadku kotłów retortowych, to przyjmuje się, że przecienienie eksploatacyjne ścianki wymiennika stalowego kotła w ciągu roku to 0,1-0,15 mm.

Marcin Foit

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