Technologia wykorzystania biomasy w ciągu ostatnich lat gwałtownie zaczęła się rozwijać. Oprócz tradycyjnych wsadowych kotłów wszystkopalnych, nieposiadających rozbudowanej automatyki, zaczęły się pojawiać urządzenia zgazowujące drewno oraz kotły zautomatyzowane z podajnikami. Spalanie biomasy to nie tylko spalanie drewna, czy też pochodnych z jego przetwórstwa, ale także spalanie na przykład słomy i siana. Takie paliwo, o ile nie jest przetworzone, np. na pelety lub brykiety, musi być spalane w balotach w specjalnych kotłach. Słoma jest idealną alternatywą dla paliw kopalnych i drzewnych w gospodarstwach rolnych dysponujących nią, gdzie na koszt słomy składają się tylko koszty jej sprasowania i zwiezienia.

 

Kotły na drewno

 

Porównanie wartości opałowych

Kotły na drewno kawałkowe lub brykiety z załadunkiem ręcznym są popularne ze względu na stosunkowo niewysoką cenę oraz prostą konstrukcję i obsługę. Użytkowanie takich kotłów wiąże się z koniecznością uzupełniania ładunku paliwa co kilka godzin. Kocioł taki powinien pracować ze stałą mocą, tak aby proces spalania zachodził w sposób prawidłowy, tj. zupełny i całkowity. Moc osiągana przez kocioł zależy przede wszystkim od ilości załadowanego paliwa, jego wilgotności, ilości doprowadzonego powietrza i jego temperatury (Rybak, 2006). Kocioł przystosowany do spalania biomasy powinien charakteryzować się większą komorą załadowczą i większymi drzwiami zasypowymi niż kotły węglowe. Często na rynku spotykane są kotły przystosowane do spalania zarówno węgla i drewna. W takiej sytuacji warto wybrać ten, w którym częstotliwość wizyt w kotłowni nie będzie zbyt duża. Należy wziąć pod uwagę fakt, że drewno i inne stałe biopaliwa charakteryzują się niższą wartością opałową (tab. 1), a także gęstością energetyczną – a co za tym idzie w komorze zasypowej o danej objętości zmagazynujemy więcej energii z węgla niż z biomasy. W przypadku kotłów małej mocy (w artykule przyjęto, że są to kotły do 50 kW), możemy podzielić kotły wsadowe na te z górnym i dolnym spalaniem, spalające paliwo suche, tj. o wilgotności 25-30%, oraz spalające drewno mokre, tj. o wilgotności ponad 30%.

 

kocioł ze spalaniem dolnym i górnym schemat

 

zobacz także:

Słoma jako paliwo wykorzystywane do celów energetycznych

 

Kocioł z górnym spalaniem

 

Kocioł z paleniskiem retortowymNajprostszym, najtańszym, a zarazem najmniej efektywnym urządzeniem jest kocioł z górnym spalaniem. Posiada on prostą konstrukcję – komora zasypowa jest połączona z komorą spalania (rys. 1). Spalanie w takim kotle zachodzi w całej objętości paliwa (dlatego też często nazywane są kotłami ze spalaniem w całej objętości złoża), przebiega dosyć szybko i jest trudne w sterowaniu. Sterować kotłem można poprzez regulację ilościową dopływu powietrza- przymykanie klap wlotu powietrza, a także poprzez przydławianie wylotu spalin (zmniejszany jest w ten sposób ciąg kominowy). Często kotły zasypowe są wyposażone w termostatyczne regulatory ciągu. W przypadku wzrostu temperatury w kotle poza ustaloną wartość regulator przymyka dopływ powietrza do kotła, zmniejszając intensywność procesu spalania, a co za tym idzie moc kotła. Jednak przydławianie zmniejsza sprawność kotła, emitowanych przy tym jest więcej niedopalonych cząstek paliwa i groźnego tlenku węgla. Dodatkowo sterowanie pracy kotła stałopalnego, nieposiadającego automatyki, realizowane jest także poprzez przydławienie wylotu spalin – klapą umiejscowioną w czopuchu kotła (sterowaną manualnie) – lub poprzez zastosowanie prostego urządzenia, jakim jest ogranicznik ciągu kominowego zainstalowany w przewodzie kominowym. Ogranicznik ten jest zbudowany z ruchomej klapy z odpowiednio ustawionym obciążnikiem. W przypadku zbyt dużego podciśnienia w kominie siła podciśnienia przeważy siłę ciążenia obciążnika i klapa otwiera się wpuszczając powietrze do przewodu kominowego, a tym samym zmniejszając podciśnienie w kotle. Istnieje również możliwość sterowania procesem spalania za pomocą ilości dostarczanego powietrza (przymkniecie lub uchylenie klapy dopływu powietrza), Sprawność kotła z górnym spalaniem może wynosić maksymalnie około 75%, choć często zdarza się, że jest znacznie niższa. Częstotliwość zasypu kotła zwykle nie przekracza kilku godzin – zależy od pojemności komory załadowczej oraz od chwilowego zapotrzebowania na ciepło budynku. Kotły te są również dosyć często wyposażane w wentylatory nawiewu powietrza, a także w tzw. krótki obieg, który zapobiega powrotowi do kotła wody o zbyt niskiej temperaturze. Ze względu na duże spadki sprawności spowodowane sterowaniem ilościowym doprowadzanego powietrza najlepszym rozwiązaniem dla kotłów zasypowych byłaby praca z mocą nominalną. Jest to możliwe pod warunkiem zastosowania zbiornika akumulacyjnego. W przypadku kotłów z górnym spalaniem, jest to rzadko spotykana praktyka – ze względu na wysoką, w porównaniu z kotłem, cenę bufora ciepła.

 

Kocioł z dolnym spalaniem

 

Kocioł na zgazowanie drewnaNieco bardziej zaawansowanym technologicznie i droższym, w porównaniu z kotłem górno spalającym, jest kocioł z dolnym spalaniem. Charakteryzuje się on wydzielonymi dwoma komorami – komorą zasypową i komorą spalania. Paliwo nie spala się w całej jego objętości, lecz tylko w jednym obszarze, gdy się wypali, grawitacyjnie opada kolejna część, aż do momentu zużycia całego zasypu. Istnieje tutaj możliwość spalania ciągłego, tj. dosypywania kolejnej porcji paliwa, zanim wypali się całkowicie porcja poprzednia. Kocioł podczas procesu rozpalania, pracuje tak jak kocioł z górnym spalaniem (rys. 1), zamknięcie zasuwy powoduje przejście do systemu dolnego. Atutem takiego kotła w porównaniu z kotłem z górnym systemem spalania jest wyższa sprawność oraz mniejsze emisje szkodliwych substancji, np. tlenku węgla. Gazy powstałe podczas procesu spalania spalają i dopalają się w komorze paleniskowej. Sprawność kotła z dolnym spalaniem, dzięki dłuższemu obiegowi spalin, jest wyższa niż dla kotła z górnym spalaniem i wynosi ok. 80%. Kocioł ten charakteryzuje się również niższymi emisjami zanieczyszczeń niż kocioł z górnym spalaniem. Podobnie, jak w przypadku kotła z dolnym spalaniem, tak i tutaj występują wersje kotłów z wentylatorem nadmuchowym, dodatkowo z rozdziałem powietrza pierwotnego i wtórnego oraz krótkim obiegiem.

 

Kocioł zgazowujący drewno

 

Bardzo dobrą metodą pozyskania energii z drewna jest jego zgazowanie. Obecnie jest dostępnych sporo kotłów niewielkiej mocy pracujących w ten sposób (rys. 3). Wytwarzanie energii cieplnej w kotłach tego typu przebiega w czterech etapach, na które składa się:…..

 

Grzegorz Pełka
Wojciech Luboń
Redakcja GLOB Energia
AGH, KSE

 

Czytaj całość

Globenergia 2/2011

okladka-2-2011Image58