Kotłownia na biomasę cz.3 – ZRĘBKA DO ZRĘBKI

Poprzedni artykuł poświęcony był definicji biomasy, systematyce biopaliw oraz ogólnej analizie pelletu. Ten artykuł jest kontynuacją tematyki związanej z biopaliwami i poświęcony jest charakterystyce zrębki drzewnej.

Zrębka drzewna, czyli biopaliwo stałe pochodzenia drzewnego

Zrębka drzewna należy do grupy biopaliw stałych pochodzenia drzewnego. Biomasą wg Dz. U. 156 poz. 969, czyli materiałem wyjściowym do jej wytworzenia może być drewno naturalne lub drewno z modyfikowanych roślin w postaci wierzby energetycznej. Zrębka może być wytwarzana z litego drewna lub odpadów drzewnych z przemysłu związanego z przeróbką drewna, takich jak: tartaki, zakłady meblarskie, wytwórnie podłóg, parkietów lub paneli drewnianych.

Popularność zrębki

Na rynku znajduje się zrębka wytwarzana z odpadów leśnych przy pozyskiwaniu drewna do celów przetwórczych, wiatrołomów, z wycinki drzew przy drogach, z wierzby energetycznej. Jest to najbardziej popularne biopaliwo stałe zaraz po pellecie.

Produkcja zrębki drzewnej

Zrębka drzewna jest paliwem niskoprzetworzonym, przez co charakteryzuje się małą stabilnością w sensie geometrycznym (podstawowy wymiar liniowy jest stochastyczny), zmiennym składem fizycznym i chemicznym, zmiennymi parametrami technicznymi, wysoką zawartością zanieczyszczeń. Podstawowymi zanieczyszczeniami w zrębce są drobiny gleby, piasku oraz pyłu, absorbowane w trakcie pozyskiwania drewna. Ze względu na niski stopień przetworzenia zrębka charakteryzuje się relatywnie niską ceną oraz możliwością wytworzenia w warunkach pozaindustrialnych, w gospodarstwach rolnych, leśnych, zakładach przetwórstwa drewna, przedsiębiorstwach oczyszczania zieleni miejskiej oraz utrzymania dróg. Zrębka drzewna występujące w stanie prawie naturalnym, dlatego w porównaniu do pelle- tu drzewnego ma mniejszą wartość opałową, większą i zmienną zawartość wilgoci oraz zawiera korę.

Ponieważ zawiera dużo zanieczyszczeń oraz korę, trudniej wytworzyć z niej energię cieplną. Do przygotowania zrębki wykorzystuje się drewno sezonowane, zwierające mniejszą ilość wilgoci od drewna w stanie świeżo ściętym. Do rozdrobnienia drewna wykorzystuje się specjalne urządzenia, zwane rębakami, posiadające zintegrowany napęd w postaci silnika elektrycznego lub spalinowego. Mogą to być urządzenia stacjonarne lub mające możliwość przemieszczania za pomocą ciągników. Rębaki przewoźne zazwyczaj mają własny napęd w postaci silnika elektrycznego lub spalinowego. Mogą także wykorzystywać silnik napędowy urządzenia transportuj ącego, gdy rębak jest zintegrowany w sposób rozłączny z ciągnikiem rolniczym. Rębaki mają możliwość ustawiania stopnia rozdrobnienia oraz segregacji wytworzonej zrębki za pomocą specjalnych sit. W każdym przypadku mamy stochastyczny rozkład wymiarów geometrycznych zrębki. Ustawialna jest wielkość średnia, sita zaś pozwalają na wstępną segregację i eliminację nadfrakcji jak i podfrakcji.

Etapy produkcji zrębki

Podstawowe etapy produkcji to suszenie surowca drzewnego np. przez sezonowanie na otwartej, przewiewnej, zadaszonej przestrzeni magazynowej. Kolejny etap to rozdrobnienie za pomocą rębaka oraz klasyfikacja za pomocą sit. Tak wytworzona zrębka podlega dalszemu suszeniu i magazynowaniu z dostępem powietrza zewnętrznego. Suszenie końcowe może odbywać się w magazynie docelowym przy kotłowni na biomasę. W przypadku drewna do przygotowania zręb- ki, szczególnie w przypadku wierzby energetycznej, korzystne jest ścinanie w okresie późnej jesieni lub zimy. Gdy opadną liście, nastąpi naturalne obniżenie wilgoci w drewnie. Zrębka przypomina kształtem porozrywane kawałki drewna z korą.

Parametry fizyczne a normy

Geometrię oraz pozostałe parametry fizyczne określają normy przedmiotowe, np. norma austriacka ONORM M-7133 lub polska norma PN91/D-95009. Polska norma PN91/D-95009 klasyfikuje tylko zrębkę leśną pod kątem wykorzystania przemysłowego, nieenergetycznego, np. jako paliwo do kotłów na biomasę. W praktyce do klasyfikacji zrębki do celów energetycznych pozostaje norma austriacka ONORM M-7133.

W Europie brak jednej wspólnej normy dla jednoznacznej klasyfikacji zrębki pochodzenia drzewnego w zakresie cech fizycznych oraz energetycznych. Dla określenia wartości opałowej należy się oprzeć na normie niemieckiej DIN 51900. Taki stan rzeczy nieco komplikuje egzekwowanie parame-trów jakościowych paliwa i każdorazowo wymaga deklarowania zgodności z konkretnymi normami. Ze względu na brak jednej spójnej normy, można ogólnie określić parametry modelowe i cechy zrębki. Przykładowe parametry zrębki wg literatury podano w tabeli, dla porównania wraz z parametrami pelletu.

Jakość surowca i procesu produkcji zrębków

Zrębka drzewna to drobne ścinki drewna o wymiarze liniowym 0,5-5,5 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 nie dłuższych 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 niż kilka procent. 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, skuteczności przesiewania, trwałości urządzenia. Jakość w sensie energetycznym związana jest z zawartością wilgoci w drewnie, czystością surowca oraz wartością opałową poddanych przeróbce gatunków drewna.

Efektywność spalania a miejsce pozyskania surowca

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.

Spalanie zrębki

W praktyce, ze względu na brak możliwości ścisłej kontroli wilgotności surowca oraz jakości w procesie wytwarzania, trudno jest zagwarantować wysoką oraz stabilną jakość paliwa. Zrębka drzewna jest paliwem od-nawialnym, ekologicznym. Podstawowymi produktami jego spalania są dwutlenek węgla (CO2) i woda (H2O). Spalanie zrębki nie powoduje zachwiania bilansu CO2 w powietrzu, ponieważ wcześniej CO2 z powietrza zostało pobrane do wzrostu drewna w procesie fotosyntezy 6CO2 + 6H2O- ->CóH120ó+602. Spalanie zrębki drzewnej powoduje niską emisję SO2 i NOx do atmosfery, gdyż paliwo nie zawiera żadnych szkodliwych substancji chemicznych, takich jak kleje lub lakiery.

W wyniku spalania uzyskuje się większą ilość popiołu w stosunku do pelletu, który jest odprowadzany z palnika kotła do zbiornika magazynowego. Część jego unoszona ze spalinami osadza się w komorach osadczych kotła. W kotłach o średniej i dużej mocy są specjalne urządzenia dla wychwytywania popiołu ze spalin (cyklony, multicyklony). Ponadto popiół ze spalenia zrębki stanowi doskonały nawóz dla rolnictwa lub ogrodnictwa.

Transport zrębki

Zrębka, ze względu na stosunkowo niską gęstość nasypową, transportowana jest luzem bez konfekcjonowania, na uchylnych, samowyładowczych przyczepach, platformach naczep ciągników siodłowych lub przyczepach rolniczych z przenośnikiem taśmowym do transportu materiałów włóknistych o małej gęstości. Załadunek odbywa się za pomocą podajników taśmowych do materiałów sypkich lub elewatorów do materiałów włóknistych. W przypadku magazynu z rampą załadowczą, załadunek może odbywać się za pomocą ciągnika rolniczego z pługiem z przodu przez zgarnianie na przyczepę. Wyładunek zazwyczaj odbywa się przez zsypanie z uchylnej platformy lub zgarnianie, analogicznie do innych materiałów sypkich.

Załadunek do magazynu odbywa się zazwyczaj przy „wykiprowaniu” przy magazynie lub zsypie poprzez zgarnięcie. Zrębka zwykle magazynowana jest luzem, w pomieszczeniach przeznaczonych wyłącznie jako magazyn zrębki. Odporna jest na samozapłon, dlatego nie stwarza problemów przy magazynowaniu. Wysokość składowania może wynosić do 6 m. Jest także odporna na procesy gnilne, pod warunkiem magazynowania w suchym i wentylowanym naturalnie magazynie. Wskazany jest zadaszony magazyn z częściowo ażurowymi ścianami, dla poprawy wentylacji i skutecznego suszenia. Dzięki nieregularnej budowie i naturalnej „zawiesistości” zrębka jest materiałem trudnym w pobieraniu z magazynu i transporcie.

System poboru paliwa musi posiadać tzw. nagarniacz sprężynowy, aby „wzruszać” zrębkę, w przeciwnym razie tworzą się zwisy, poniżej których są nisze powietrzne uniemożliwiające pobór paliwa. W przypadku zrębki z młodej wierzby energetycznej o cienkich i długich łodygach, szczególnie gdy nie było skutecznej klasyfikacji, tworzą się włókniste sploty z tzw. witek, przypominających dno koszyka. W takim przypadku nieodzowna jest ingerencja człowieka. Magazyny zrębki mają od 3 do 4 razy większą kubaturę od magazynów pelletu, ze względu na niską wartość opałową z jednostki objętości zrębki. Ze względu na małą gęstość nasypową spalanie zrębki jest ekono-micznie uzasadnione lokalnie, ze względu na kosztowny transport. Jest to ważny aspekt ekonomiczny, lokalnie odbywa się produkcja i konsumpcja, co pobudza lokalny rynek pracy. Ze względu na to, iż często zrębka jest przetworzonym odpadem i nie wymaga skomplikowanych urządzeń do jej wytworzenia, jej cena jest konkurencyjna w stosunku do paliw ko-palnych, przy zachowaniu walorów ekologicznych środowiska lokalnego.
Tematem następnego artykułu będzie omówienie parametrów zrębki wg normy austriackiej ONORM M 7136.

NASTĘPNY: Kotłownia na biomasę cz.4 - AUTOMAT NA PELLET

POPRZEDNI: Kotłownia na biomasę cz.2 - BIOPALIWA STAŁE