Producenci kotłów na biomasę z roku na rok oferują coraz to bardziej wyrafinowane urządzenia do ekologicznego spalania biomasy, która jest jednocześnie na coraz szerszą skalę wykorzystywana do produkcji ciepła. Małe i średnie kotły na biomasę ogrzewają domy i przygotowują c.w.u. Kotły grzewcze o dużej mocy także produkują parę technologiczną do celów energetycznych.
Pellet to paliwo ekologiczne
Pellet jest paliwem ekologicznym, ponieważ produktami jego spalania są naturalne substancje występujące w przyrodzie w postaci pary wodnej (H2O) oraz dwutlenku węgla (CO2). Pellet wytwarzany jest z drewna, przez co jest paliwem odtwarzalnym, co korzystnie wpływa na pewność jego dostaw. Spalanie pelletu nie powoduje zachwiania bilansu CO2 w powietrzu, ponieważ wcześniej CO2 z powietrza zostało pobrane do wzrostu drewna w procesie fotosyntezy. W wyniku spalania uzyskuje się także niewielką ilość popiołu, który stanowi nawóz dla rolnictwa lub ogrodnictwa.
Proces i źródło surowca do produkcji pelletów
Pellety drzewne są paliwem uzyskiwanym ze sprasowania suchych kawałków drewna lub trocin w postaci naturalnej, bez kory. W procesie technologicznym nie stosuje się żadnych dodatków chemicznych. Przygotowany surowiec poddaje się prasowaniu z dodatkiem pary wodnej. Czasami dodawane są nieznaczne ilości 13% substancji organicznych, takich jak mąka ziemniaczana, mąka kukurydziana, odpady alkoholowe, odpady z przemysłu papierniczego lub melasa. Dla uzyskania dobrej jakości pelletu powinno się wykorzystywać naturalną spoistość drewna. Geometrię oraz pozostałe parametry fizyczne i energetyczne określają normy przedmiotowe, np. norma austriacka ONORM M7135. Wizualnie pellet występuje w postaci brykietów, jest to walec o średnicy 6 lub 8 mm i długości 2 do 3 cm. Do produkcji pelletu używa się specjalistycznych linii produkcyjnych. Obecnie na rynku są także pellety produkowane na bazie słomy, nasion słonecznika, rzepaku i innych naturalnych substancji palnych.
Produkcja zrębki a jakość surowca
Zrębki to drobne kawałki drewna o wymiarze liniowym 0,55 cm (mierzone po kierunku włókna), o przekroju poprzecznym do 3 cm2. Wśród nich dopuszcza się nieduży odsetek, do 10%, ścinek o większych wymiarach, będących nadfrakcją, jednak o długości nie większej niż 8,5 cm i przekroju nie przekraczającym 5 cm2. Analogicznie w zrębce mogą występować ścinki o mniejszych wymiarach, tzw. podfrakcja, jednak w ilości nie większej jak 10% udziału masowego. Zrębki wytwarzane są z gałęzi w postaci naturalnej lub z dużych kawałków okorowanego drewna. Jakość zrębków zależy od procesu produkcji i przede wszystkim od jakości surowca.
Jakość w sensie geometrycznym związana jest z procesem produkcji przy wykorzystaniu rębaka, czyli z ostrością noży tnących, skutecznością przesiewania, trwałością urządzenia. Jakość związana jest z zawartością wilgoci w drewnie, czystością surowca oraz wartością opałową poddanych przeróbce gatunków drewna. Zrębki i ścinki będące przetworzonym odpadem z przemysłu tartacznego, z uwagi na występującą czasami wysoką zawartość wilgoci (40 do 50%), mogą być spalane przy niskiej efektywności jedynie w kotłach o dużej mocy. Dla poprawienia walorów energetycznych winny być poddane suszeniu i dalszemu rozdrobnieniu. Zrębki pochodzenia leśnego, z drobnych kawałków drewna, mogą mieć niższą zawartość wilgoci na poziomie ok. 30% oraz ujednoliconą jakość i wymiary, mogą być spalane w typowych kotłach na zrębki.
Cechy wspólne kotłów na biomasę
Kotły na biomasę są to kotły wodne, zazwyczaj niskotemperaturowe, wyposażone w palniki wbudowane w korpusy kotłów, z wentylatorami regulowanymi falownikiem, z pełną automatyką. Są to kotły nowoczesne, które powstawały przez rozwój kolejnych jednostek, które projektowano w oparciu o gromadzone doświadczenia w zakresie spalania biomasy. Nowoczesność należy rozpatrywać w aspekcie automatyki i sterowania, sprawności, efektywności i różnorodności systemów doprowadzenia paliwa.
Automatyka i sterowanie procesem spalania
We wszystkich jednostkach zastosowano nowoczesne sterowniki, swobodnie programowalne, realizujące wszystkie funkcje związane z automatyką i sterowaniem. Jednostka centralna steruje wszystkimi procesami wewnętrznymi w kotle, związanymi ze spalaniem, tj. doprowadzeniem paliwa, doprowadzeniem powietrza w sposób płynny, odprowadzeniem spalin, automatycznym oczyszczaniem wymienników oraz palnika, pomiarami temperatur, pomiarami składu spalin za pomocą sondy lambda, regulacją, optymalizacją procesu spalania, automatycznym zapłonem, termicznym zabezpieczeniem ciągu oraz zabezpieczeniami.
Podajnik ślimakowy i wentylatory
Regulacja polega na doprowadzeniu w odpowiedniej ilości paliwa za pomocą podajnika ślimakowego, napędzanego silnikiem elektrycznym oraz sterowaniem ilością doprowadzonego powietrza do komory spalania w zależności od zapotrzebowania na ciepło. Optymalizacja realizowana jest przez sterowanie pracą wentylatorów, w zależności od temperatury i składu spalin. Nowoczesna konstrukcja sterownika pozwala na swobodną rozbudowę o dodatkowe moduły dla np. sterowania wieloma obiegami z mieszaczami, regulacją w układzie pogodowym, możliwością sterowania obiegiem ciepłej wody użytkowej, obiegiem solarnym, układem do podnoszenia temperatury powrotu, układem z buforem ciepła, z dodatkowym źródłem ciepła (kocioł gazowy, olejowy, grzałka elektryczna, odzysk ciepła), układem z wymiennikiem ciepła dla ciepłej wody użytkowej. Ponadto sterownik kontroluje poziom paliwa za pomocą specjalnych czujników, może sterować klapą na przewodzie spalinowym, komunikować się za pomocą modemu w telefonii sieciowej lub za pomocą esemesów w sieci komórkowej GSM.
Sterowniki z regulacją pogodową
Do komunikacji z użytkownikiem służy graficzny ekran ciekłokrystaliczny z klawiaturą. Płynna regulacja wentylatorów powietrza oraz szeroki zakres regulacji pozwalają na optymalne dopasowanie kotła do potrzeb użytkownika. Kotły pracują płynnie w zakresie mocy od .30 do 100%. Nowoczesne kotły na biomasę charakteryzują się wysoką sprawnością oraz niską emisyjnością substancji szkodliwych i pyłów, potwierdzoną atestami. Wysoką sprawność uzyskano przez zastosowanie nowoczesnego sterownika i skomplikowanych algorytmów sterujących pracą wentylatorów wyciągowych, regulacją podciśnienia oraz dzięki precyzyjnej regulacji strumieniem powietrza pierwotnego i wtórnego. Dla zmniejszenia strat postojowych stosuje się izolację termiczną kotła o grubości do 80 mm.
Możliwa jest zabudowa klap na przewodzie spalinowym (opcja) dla zmniejszenia strat postojowych. Stosowane sterowniki umożliwiają regulację pogodową, która w połączeniu z indywidualną regulacją obiegów grzewczych poprawia efektywność energetyczną całego systemu grzewczego. Wysoką funkcjonalność kotłów na biomasę uzyskano przez możliwość zautomatyzowania wszystkich procesów: od doprowadzenia paliwa, przez automatyczny rozruch, wyłączenie, oczyszczanie wymiennika i palnika do automatycznego odprowadzenia popiołu. W przypadku, gdy popiół odprowadzany jest do pojemnika, jego pojemność pozwala na gromadzenie go przez długi czas. Gdy stan paliwa jest zbyt niski, pojawia się sygnał ostrzegawczy.
Palniki przemysłowe w nowoczesnych kotłach
Palniki wykonane są ze stali stopowej, elementy szczególnie narażone na wysoką temperaturę są ze stali żaroodpornej, co gwarantuje ich wysoką trwałość. Ilość czynności serwisowych została ograniczona do minimum. Producenci przedstawiają bardzo bogatą ofertę w zakresie wyposażenia. Nowoczesne kotły integrują całościowo instalację grzewczą w obiekcie, współpracując z zasobnikami ciepłej wody użytkowej, buforami ciepła, kolektorami słonecznymi, zespołami wymiennikowymi, armaturą regulacyjną, odcinającą instalacji grzewczych i ciepłej wody użytkowej.
Podział kotłów ze względu na moc
Kotły o małej mocy grzewczej
Ze względu na moc grzewczą, kotły na biomasę można podzielić na trzy grupy. Kotły małej mocy (np. PelletStar BioControl) o zakresie od 10 do 60 kW opalane tylko pelletem drzewnym, do ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej dla domów jednorodzinnych, niedużych budynków, zakładów rzemieślniczych i małych gospodarstw rolnych.
Kotły małej mocy, ze względu na brak konieczności gromadzenia dużej ilości paliwa, mogą być stosowane także w miastach, w rejonach willowych oraz mało i średnio zurbanizowanych. Posiadają palniki z ruchomym, uchylnym rusztem. Kotły małej mocy mają budowę kompaktową i charakteryzują się małymi wymiarami geometrycznymi, przez co łatwe są w transporcie przez wąskie drogi komunikacyjne i typowe drzwi. Są wykonywane w wersji ze zintegrowanymi zasobnikami paliwa o pojemności .300l, gdy brak możliwości dodatkowego magazynowania paliwa w pomieszczeniach sąsiadujących z kotłowniami lub brak możliwości magazynowania w podziemnych silosach.
Gdy magazyn peletu znajduje się obok kotłowni, wówczas kotły wyposażane są w elastyczne ślimaki do transportu paliwa o zasięgu do 9 m. W przypadku magazynowania paliwa w większej odległości, na zewnątrz, przy różnicy wysokości, np. w podziemnym silosie, istnieje możliwość zastosowania pneumatycznego systemu zasilania kotła. Długość ścieżki paliwowej może wynosić nawet 25 m przy różnicy wysokości do 3 m. Taka ilość wariantów zasilania pozwala znaleźć optymalny system prawie dla każdego typowego obiektu w klasie mocy małych.
Kotły o średniej mocy grzewczej
Drugą grupę stanowią kotły średniej mocy (Firematic BioControl) o zakresie od 20 do 150 kW opalane pelletem drzewnym lub zrębkami. Kotły te mają zastosowanie do ogrzewania budynków o większym zapotrzebowaniu na ciepło, mogą to być budynki użyteczności publicznej, urzędy, szkoły, domy jednorodzinne w zabudowie szeregowej z lokalną siecią grzewczą. Mogą być stosowane na wsi, w małych miejscowościach, w miastach w części mało zurbanizowanej, przy osiedlach domów jednorodzinnych. Ograniczenie stanowi konieczność posiadania magazynu paliwa, odpowiedniego do mocy kotłów i możliwości logistycznych dostawy paliwa.
Jednostki o średniej mocy posiadają budową modułową dla zwiększenia elastyczności i możliwości dopasowania ich zabudowy do ciasnych pomieszczeń. Symetryczne wyprowadzenie króćców zasilających i powrotnych z jednostki głównej pozwala na zabudowę prawostronną lub lewostronną elementów pozostałych kotła, w zależności od możliwości doprowadzenia paliwa i/lub odprowadzenia spalin. Są to kotły wyposażone w palniki retortowe.
Kotły posiadają zunifikowany, wielowariantowy system doprowadzenia paliwa w zależności od potrzeb użytkownika. Tradycyjny, za pomocą przenośników ślimakowych w wersji poziomej i kątowej 45° oraz poziomokątowej o zmiennych długościach, co 0,5 m od 1 do 4 m. Dla większych jednostek długość przenośnika zmienia się co 1 m w zakresie od 3 do 6 m, z możliwością wydłużenia do 9 m. Kotły średniej mocy, w dolnym zakresie typoszeregu, do 50 kW opalane pelletem mogą być zasilane przez ślimakowe elastyczne systemy doprowadzenia paliwa o zasięgu do 9 m.
Kotły o dużej mocy grzewczej
Trzecią grupę stanowią kotły dużej mocy (np. Biomatic Biocontrol), nazywane inwestycyjnymi, o zakresie od 220 do 1000 kW Najczęściej znajdują zastosowanie do zasilania czynnikiem grzewczym obiektów o dużym zapotrzebowaniu na strumień ciepła, w budownictwie mieszkaniowym, przetwórstwie, przemyśle oraz do zasilania małych i średnich sieci ciepłowniczych w układzie kaskadowym. Ich zabudowa w miastach możliwa jest w rejonach przemysłowych i rzemieślniczych ze względu na spore potrzeby magazynowe i logistyczne związane z transportem kołowym.
Kotły dużej mocy, analogicznie jak jednostki średniej mocy, mają budowę modułową oraz prawie identyczne systemy doprowadzenia paliwa, oparte na sztywnych przenośnikach ślimakowych o geometrii jw. Kotły dużej mocy wyposażone są w palniki retortowe lub schodkowe. Ze względu na dużą moc oraz dla zapewnienia możliwości zabudowy ich w miastach i regionach o wysokich wymaganiach ekologicznych, dodatkowo dla zwiększenia skuteczności wychwytywania cząstek stałych kotły dużej mocy posiadają zewnętrzne multicyklony. Przy dużych jednostkach ekonomicznie uzasadnione jest stosowanie automatycznego odprowadzenia popiołu przenośnikami pneumatycznymi.
NASTĘPNY: Kotłownia na biomasę cz.7 - JAKOŚĆ PALIWA
POPRZEDNI: Kotłownia na biomasę cz.5 - MAGAZYN NA PELLET
