Kotły spalające biomase

Kotły na drewno i słomę mają już swoich licznych zwolenników. Szczegóły dotyczące charakterystyki kotłów oraz doświadczenia związane z ich eksploatacją zainteresują być może i innych.

Pierwszy polski kocioł na biomasę – Moderator, opisywany w innych artykułach wzbudził bardzo duże zainteresowanie. Po­mimo upływu dwóch lat ciągle na­pływają listy z pytaniami o szcze­góły.

■   Biomasa

Ceny węgla i koksu zastraszająco szybko rosną. Szybciej niż inflacja rosną też ceny gazu, oleju opalo­wego i elektryczności. Już teraz stanowi to barierę dla rozwoju wielu energochłonnych gałęzi przemysłu i rzemiosła. Ten wzrost cen jest również barierą przy ogrzewaniu domów, szczególnie tych starszych, zwykle źle i niera­cjonalnie ocieplonych. Sposobem przezwyciężenia tego stanu może być wykorzystywanie potencjału energii odnawialnych. Według ocen ekspertów w Polsce istnieje nie wykorzystany dotych­czas potencjał, który odpowiada 30-40 milionom ton dobrego wę­gla rocznie (30-40 Mtpu). Jednym z takich źródeł jest bioma­sa, którą może stanowić drewno, trociny, bele słomy, słoma rzepako­wa, grochowiny, łuski z gryki, ga­łęzie, a nawet makulatura. Jest więc ona powszechnie dostępna. W ostatnich latach nastąpił znacz­ny postęp technologiczny w kon­strukcji kotłów, które tanio i z du­żą sprawnością spalają biomasę.

■   Kotły

Pierwszymi kotłami tego typu w Polsce były właśnie Moderatory o sprawności 90-93%. Wyproduko­wano już 7 tys. takich kotłów (od 20 kW do 600 kW) o łącznej mocy blisko 560 MW. Wartość ta odpowiada mocy dużego jądrowego reaktora energetycznego, który kosztowałby przeszło miliard dolarów.

Obecnie na rynku dostępne są ulepszone wersje kotłów na bioma­sę. Wśród nich typ (ściślej typosze­reg) ŻUBR, produkowany w woje­wództwie opolskim, charakteryzu­jący się szybszym – w porów­naniu z Moderatorem – przepły­wem nośnika, prostą i tanią auto­matyką oraz estetycznym wyglą­dem.

Sprawność współczesnych kotłów spalających słomę i trociny jest bardzo duża – ponad 90%. Przysto­sowane są one do jednoczesnego wykorzystywania różnych paliw niskokalorycznych. Można na przykład równocześnie wrzucać kawałki drewna wielkości o 20 x 60 cm, do tego paczki gazet i zasypywać to trocinami. Można też sypać same trociny lub korę. Zmiany w budowie kotłów na bio­masę, które pozwoliły uzyskać ich ogromną sprawność, dotyczą przede wszystkim:

♦    znacznego zwiększenia po­wierzchni wymiany ciepła mię­dzy spalającymi się gazami i wodą,

♦    specyficznej geometrii odbior­ników ciepła, wykorzystującej między innymi osiągnięcia technologii reaktorów jądro­wych,

♦    wykorzystania ciepła konden­sacji pary wodnej (540 cal/g, czyli 2,26 MJ/kg), które w zwy­kłych kotłach marnuje się, uchodząc przez komin.

Kotły takie mogą być stosowane zarówno w instalacjach grzejniko­wych, jak i przy ogrzewaniu podło­gowym, gdzie niska temperatura czynnika grzewczego zwiększa efekt kondensacji. Wodę kondensa­cyjną, która powstaje przy niskich temperaturach nośnika, można zbierać i wylewać lub bezpośrednio odprowadzać do kanalizacji. Laików często zadziwia podawana dla nowoczesnych kotłów konden­sacyjnych sprawność rzędu 105-110%. Jest to rezultat wykorzy­stania energii kondensacji pary wodnej, która nie została uwzględ­niona w definicji sprawności prze­miany. Sprawność kotła jest to sto­sunek ciepła użytecznego, czyli ilo­ści ciepła przekazanego wodzie, do wartości opałowej paliwa, która – w przeciwieństwie do wartości ciepła spalania – nie uwzględnia utajonego ciepła kondensacji. Efekt kondensacji zwiększa sprawność kotła o 10-15%.

Kotły na biomasę wymagają łado­wania paliwa trzy razy na dobę, a w wypadku trocin luzem albo ko­ry – do czterech razy na dobę. Moż­na zastosować specjalny blaszany zasyp (lejek), który może wykonać każdy blacharz, co zmniejszy czę­stość zasypywania nawet do jedne­go razu na dobę. Śrubowy podajnik trocin jest opłacalny tylko dla du­żych powierzchni ogrzewanych (600-1000 m²). I to nie zawsze! Przy mocach ponad 450 kW można stosować podajnik zgrzebłowy.

■ Paliwo

Kocioł mocy 44 kW potrzebuje – w zależności od pogody i tempe­ratury – od 0,2 do 0,4 m³ trocin na dobę. W wypadku instalacji kotła na biomasę powinno się więc prze­widzieć odpowiednią wiatę do pod­suszania, szczególnie w lecie, tro­cin, drewna i gałęzi. Zużycie pali­wa jest proporcjonalne do wykorzystywanej mocy, a więc każ­dy użytkownik może sam oszaco­wać niezbędną dla siebie objętość wiaty. Z mojego czteroletniego do­świadczenia wynika, że do podsu­szenia gałęzi i trocin na 2-3 miesią­ce wystarcza daszek o wymiarach 3 x 5 m. Z najbliższej okolicy przy­wożę pnie uschłych drzew, gałęzie i trociny uzupełniające zapas pali­wa. Zużycie drewna jest znacznie mniejsze niż w poprzedniej gene­racji kotłów.

Należy zadbać, aby obieg wody w kotłach na biomasę był szczelny, czyli nie wymagał ciągłego jej uzu­pełniania. Nie wytrąca się wtedy kamień kotłowy.

Kocioł może współpracować z wy­miennikiem ciepła, podgrzewając wodę użytkową. W celu uzyskania ciepłej wody do wanny i kuchni na­leży zainstalować standardowy zbiornik wody z wężownicą. W większych obiektach (np. szko­łach, szpitalach) często dwa kotły ogrzewają budynek w sezonie grzewczym, a trzeci cały rok służy do produkcji wody użytkowej oraz wspomaga pozostałe podczas naj­większych mrozów. Zatrudnienie palacza jest tańsze, niż inwestowa­nie w kocioł na olej opałowy i w drogą automatykę.

■ Parametry

Koszt kotłów na biomasę dla bu­dynków powierzchni 100-200 m² wynosi obecnie 1100-1300 zł, a dla bardzo dużych hal – 9000 zł. Są to więc ceny trzy-, a nawet czterokrotnie niższe od cen po­dobnych kotłów duńskich czy cze­skich (!!!). A kotły duńskie spalają tylko słomę.

Orientacyjne wymiary kotłów róż­nej mocy podane są w tabeli na przykładzie Moderatorów.

■ Zalety dla środowiska

Ekspertyzy Ośrodków Techniki Ciepl­nej wykazały, że emisje gazów szko­dliwych w odpowiednio eksploato­wanych kotłach są bardzo małe.

♦     Ilość tlenku węgla (CO) w spali­nach wynosi około 0,02%. W stan­dardowych kotłach węglowych wy­nik 0,5-1% uważany jest za dobry.

♦     Ze względu na niską temperatu­rę spalania ilość emitowanych tlen­ków azotu NO_x wynosi tylko 0,002%.

♦     Zawartość siarki (w postaci S0₂) w spalinach nie przekracza 0,05-0,09%, w zależności od rodza­ju spalanej biomasy. Jest to szcze­gólnie istotne dla miejscowości uzdrowiskowych, które obecnie du­szą się z powodu dymów pochodzą­cych ze spalania węgla (szczególnie „taniego” i podłej jakości) i koksu oraz od kwaśnych deszczów.

♦     Emisja netto dwutlenku węgla jest zerowa, gdyż w wypadku pa­liw odnawialnych – po roku – rośli­ny przez fotosyntezę absorbują tę samą ilość CO2, która powstała w poprzednim roku. To samo doty­czy emisji siarki – emisja netto również jest zerowa. Ma to ogromne znaczenie dla ochrony środowiska, gdyż dzięki temu hamowany jest efekt cieplar­niany!

Nie bez znaczenia są również spra­wy finansowe. W wielu krajach wprowadzono wysoki podatek za zanieczyszczanie atmosfery dwu­tlenkiem węgla. Inwestorzy stosu­jący kotły na paliwa odnawialne unikają więc tego podatku. W Polsce wszyscy, którzy insta­lują kotły większej mocy, mogą sta­rać się o dofinansowanie z wojewódzkiego funduszu ochrony środowiska. Dotychczas wyprodukowane w Pol­sce wysoko sprawne kotły na bio­masę pozwoliły na oszczędności:

♦    300 tys. ton węgla kamiennego na rok,

♦    6 tys. ton siarki na rok (przy założeniu 2% zawartości siarki w węglu).

■ Większe kotłownie

W małych miastach czy nawet w dzielnicach miast, które są usy­tuowane blisko dużych źródeł biomasy, powstają większe kotłownie – o mocy cieplnej 5-50 MW. Dla nieufnych jeszcze gmin zaprojektowano dwa rozwią­zania cząstkowe, które zdały egza­min:

♦    do istniejących kotłów na miał węglowy dodano równolegle je­den lub dwa kotły na biomasę,

♦    po niewielkich modyfikacjach w standardowych kotłach na miał węglowy o sprawności 75-80% wypróbowano spalanie w nich mieszanki trocinowo- -miałowej w proporcjach 1:1.

Takie rozwiązania pozwoliły obni­żyć koszty ciepła dla mieszkańców. Poza tym powstały dodatkowe miejsca pracy dla ludzi dowożą­cych do kotłowni odpady drewna z najbliższej okolicy.