Na rynku obserwuje się wzrost zainteresowania urządzeniami do spalania biomasy połączony z jednoczesnym kształtowaniem się rynku pai iw odnawialnych, tj. zrębki i pelletu drzewnego. Oferowane urządzenia nie są jednak prostymi zamiennikami kotłów gazowych lub olejowych. Są to urządzenia przede wszystkim do spalania ciała stałego z całą swoją specyfiką, uwarunkowaniami i ograniczeniami. Wzrost poziomu życia oraz ogólny rozwój niesie ze sobą wzrost zapotrzebowania na energię cieplną i elektryczną. Znaczna część energii wytwarzana jest przez spalanie paliw kopalnych, takich jak węgiel kamienny, węgiel brunatny, paliwa ropopochodne oraz gaz.
Kotły na biomasę wymagają sporej wiedzy o skomplikowanych systemach
Zasoby naturalne poszczególnych paliw kurczą się, zaś w najbliższych dziesięcioleciach zostaną wyczerpane złoża, które uznawane są za łatwo dostępne. Zwiększające się zapotrzebowanie na energię oraz kurczące się zasoby paliw powodują stały wzrost ich ceny. Ponadto korzystanie z paliw kopalnych niesie różnego rodzaju niebezpieczeństwa, między innymi zachwiany został bilans w ekosystemie pomiędzy produkcją a pochłanianiem dwutlenku węgla, mogący wpływać na ogólne ocieplenie klimatu, zanieczyszczenie atmosfery itd. Alternatywą dla powyższego stanu w wybranym zakresie małych i średnich mocy jest wytwarzanie energii cieplnej ze źródeł odnawialnych, np. przez spalanie biomasy w specjalnie przeznaczonych do tego kotłach. Od pewnego czasu na rynku obserwuje się wzrost zainteresowania urządzeniami do spalania biomasy połączony z jednoczesnym kształtowaniem się rynku paliw odnawialnych, tj. zrębki i pelletu drzewnego. Producenci kotłów na biomasę z roku na rok oferują coraz to bardziej wyrafinowane urządzenia do ekologicznego spalania biomasy. Niestety, urządzenia te nie są jednak prostymi zamiennikami kotłów gazowych lub olejowych. Są to urządzenia przede wszystkim do spalania ciała stałego z całą swoją specyfiką, uwarunkowaniami i ograniczeniami.
Administratorzy budynków z kotłami na biomasę lub osoby pełniące bezpośredni nadzór nad pracą tych urządzeń muszą się liczyć z koniecznością zapoznania się z pracą skomplikowanych urządzeń oraz pewnymi niedogodnościami związanymi z ich eksploatacją i zabudową.
Miejsce na zabudowę
Kotłownia i magazyn na biomasę
W przypadku przewidywanej inwestycji, na etapie projektu należy przewidzieć zdecydowanie dużo więcej miejsca na zabudowę samego kotła oraz magazynu paliwa (fot. 1).
W przypadku kotłowni gazowych lub olejowych zapewnienie minimalnej kubatury na podstawie wskaźnika mocy jednostkowej 4,65 kW/m3, wynikającej z Prawa budowlanego, zapewnia odpowiednią powierzchnię dla zabudowy kotła i całej instalacji kotłowej, oczywiście, przy zachowaniu standardowej wysokości kotłowni.
W przypadku zabudowy kotła na biomasę konieczna powierzchnia jest zazwyczaj większa, zaś jej wielkość spowodowana jest większymi wymiarami samego kotła.
Budowa kotła na biomasę
Profesjonalne kotły na biomasę realizują bardziej skomplikowane procesy, związane z procesem wytwarzania ciepła, a więc mają bardziej skomplikowaną konstrukcję, przez co są urządzeniami mniej kompaktowymi (fot. 2). Warto zauważyć, iż w typowych kotłach na biomasę jest rozdzielona konstrukcyjnie komora spalania oraz wymiennik ciepła. Zazwyczaj są to dwa niezależne bloki, łączone na etapie zabudowy kotła. Taka konstrukcja odzwierciedla sposób pracy kotła oraz względy technologiczne związane z jego wytworzeniem, konserwacją, serwisowaniem i ewentualnymi naprawami.
Wymiary kotła i pomieszczenia kotłowni
Nie bez znaczenia są także względy związane z transportem kotła do budynków przez standardowe drogi komunikacyjne i drzwi. Gdyby kocioł stanowił jeden blok, wówczas do jego wprowadzania do budynku należałoby przewidywać specjalne włazy lub otwory technologiczne. Na ogólne wymiary pomieszczenia kotłowni ma wpływ także system doprowadzenia paliwa do kotła.
Podawanie opału ślimakiem do kotła
Należy pamiętać, iż w przypadku pelletu lub zrębki mamy do czynienia z paliwem stałym, które jest kłopotliwe w transporcie. Zasilanie kotłów paliwem odbywa się poprzez podajniki ślimakowe sztywne (lub elastyczne przy jednostkach do 50 kW). Taka forma podajnika narzuca pewne ograniczenia geometryczne, związane z mechaniką transportu oraz zabiera powierzchnię. Transport paliwa z magazynu paliwa do kotła podajnikami ślimakowymi jednoznacznie określa aranżacje kotłowni oraz mocno ogranicza swobodę w zakresie ustawiania kotła. W przypadku kotłów na gaz i olej lokalizacja kotła często determinowana jest lokalizacją komina i możliwością odprowadzenia spalin, w przypadku kotłów na biomasę zagadnienie odprowadzenia spalin często staje się drugorzędne.
Magazyn biomasy
Magazynowanie biomasy
Kolejnym istotnym względem wpływającym na ogólną powierzchnię związaną z zabudową kotłowni na biomasę jest zagadnienie zmagazynowania paliwa. W przypadku kotłowni gazowej na GZ50, zasilanej z sieci, nie występuje problem magazynowania paliwa. Kotłownie opalane gazem ciekłym (LPG) lub olejem wymagają relatywnie niedużej powierzchni na zabudowę zbiorników na gaz lub olej. W przypadku kotłowni na biomasę powierzchnia ogólna oraz kubatura magazynu jest nieporównanie większa w stosunku do magazynu oleju. Wynika to z relatywnie niskiej wartości opałowej paliwa i malej gęstości nasypowej.
Kubatura magazynowania: pellet i zrębka
Wartość opałowa dla pelletu wynosi od 16 do 18 MJ/kg, przy gęstości nasypowej ok. 650 kg/m3. W przypadku zrębki sytuacja jest jeszcze gorsza, za sprawą niższej wartości opałowej, spowodowanej większą zawartością wilgoci w paliwie oraz mniejszą gęstością nasypową, spowodowaną relatywnie dużą kubaturą przestrzeni wolnej (pustka powietrzna) pomiędzy kawałkami drewna.
Efektywna kubatura magazynowania
Dodatkowo warto zwrócić uwagę na fakt efektywnej kubatury magazynowania. W przypadku pelletu i zrębki, gdy mamy do czynienia z prostym systemem zasilania paliwem składającym się z nagarniacza sprężynowego i podajnika ślimakowego ukośnego (fot. 3), efektywna kubatura magazynowania jest powyżej „ukośnej podłogi”. Przestrzeń ta jednak nie obejmuje całej kubatury do sufitu magazynu, ponieważ w praktyce zarówno przy ręcznym lub tym bardziej automatycznym załadunku paliwa nie ma możliwości wypełnienia jej w całości.
W trakcie załadunku magazynu tworzy się w górnej jego części bryła na kształt stożka, który powstaje z usypującego się paliwa. Gdy poziom paliwa osiągnie sufit, bryła z usypanego paliwa przyjmuje postać stożka ściętego z wolnymi przestrzeniami między pobocznicą stożka a ścianami. Wynika to ze struktury paliwa i naturalnego kąta zsypu, który dla pelletu wynosi ok. 40°. Ponadto przestrzeń poniżej „ukośnej podłogi” jest przestrzenią martwą z punktu widzenia magazynowania paliwa, analogicznie jak przestrzeń pomiędzy obrysem okręgu zataczanego przez nagarniacz sprężynowy i ścianami magazynu.
System doprowadzenia paliwa do kotła
Kolejnym ograniczeniem przy stosowaniu kotłów na biomasę jest zachowanie odpowiedniej relacji pomiędzy magazynem paliwa, pomieszczeniem kotła i ścianą zewnętrzną. Pomieszczenie kotła musi być w bezpośrednim sąsiedztwie magazynu paliwa ze względu na mechaniczne systemy doprowadzenia paliwa. Wskazane jest, aby magazyn paliwa znajdował się na tej samej wysokości lub jedna kondygnacja powyżej pomieszczenia kotłowni. W szczególnych warunkach magazyn paliwa może się znajdować o jedną kondygnację poniżej pomieszczenia kotła, ale jest to okupione skomplikowanymi systemami doprowadzenia paliwa, drogimi inwestycyjnie i zajmującymi sporo przestrzeni. W przypadku transportu pneumatycznego pelletu, przy jednostkach o małej mocy, możliwe jest niezbyt duże oddalenie kotła od magazynu paliwa, do kilkudziesięciu metrów w poziomie i różnicy wysokości jednej kondygnacji. Magazyn paliwa musi posiadać jedną przegrodę zewnętrzną, ze względu na konieczność jego załadunku, zazwyczaj jest to ściana zewnętrzna w przypadku zabudowy na poziomie gruntu lub strop z otworem załadunkowym, w przypadku magazynu zagłębionego w gruncie, analogicznie jak w tzw. bunkrze węglowym przy kotłowniach węglowych.
Otwory załadunkowe w ścianie zewnętrznej magazynu
Ściana zewnętrzna, w której znajduje się otwór zasypowy paliwa, musi posiadać duże wymiary dla dogodnego załadunku paliwa, szczególnie gdy paliwem będzie zrębka. W przypadku pelletu, gdy załadunek jest pneumatyczny, wymiary załadunkowe ograniczają się do dwóch króćców Dn100. Otwory załadunkowe dla kotłowni o średniej lub dużej mocy muszą być w takim miejscu, aby była możliwość dojazdu samochodu ciężarowego lub ciągnika z przyczepą. W przypadku załadunku pneumatycznego pelletu musi być możliwość dojazdu samochodu ciężarowego, na którym zabudowana jest cysterna lub samochodu z cysterną na naczepie. Dla kotłowni na pellet z dostawą cysterną samochodową wielkość efektywna magazynowania powinna być co najmniej 30-50% większa niż pojemność największej cysterny dostawcy paliwa. Nadwyżka pojemności magazynu wynika z konieczności załadunku przed całkowitym opróżnieniem magazynu zimą, natomiast załadunek pełnej pojemności cysterny podyktowany jest minimalizacją kosztów transportu paliwa.
Warto wiedzieć przed podjęciem decyzji o zabudowie
Na etapie podejmowania decyzji o wykorzystaniu do celów grzewczych kotłowni opalanej biomasą należy bardzo starannie przygotować koncepcję zabudowy i zasilania paliwem kotłowni oraz należy przeprowadzić analizę pojemności magazynu paliwa, wraz z możliwością pozyskania i dowozu paliwa. Staranne przeprowadzenie procesu przygotowawczego przed podjęciem decyzji o zabudowie gwarantuje korzystanie ze wszystkich zalet, które niesie eksploatacja kotłowni na biomasę.
