Pellet Barlinek - efektywny, ekologiczny pellet drzewny
Kotłownia na biomasę cz.7 – JAKOŚĆ PALIWA

Kotłownia na biomasę cz.7
– JAKOŚĆ PALIWA

Palnik kotła na pellet, dzięki swej skomplikowanej konstrukcji, umożliwia prowadzenie spalania z wysoką sprawnością w szerokim zakresie mocy w sposób płynny. Aby jednak mógł pracować zgodnie z oczekiwaniami, dostarczane paliwo musi być odpowiedniej jakości. Szczególnie dotyczy to zawartości substancji mineralnych, które nie ulegną spaleniu.

Jakość paliwa

Obserwowany obecnie stały wzrost cen tradycyjnych nośników energii w postaci gazu ziemnego, gazu płynnego (LPG), oleju napędowego, węgla kamiennego, energii elektrycznej zmusza do poszukiwania tańszych paliw. Ważnym aspektem przy poszukiwaniu nowych paliw na cele grzewcze jest także ich dostępność, pewność dostaw, stabilna i przewidywalna cena. Istotne jest, aby paliwo było ekologiczne, czyli nie powinno wprowadzać zanieczyszczeń do środowiska naturalnego oraz musi być odnawialne. Wszystkie te kryteria spełnia pellet drzewny. Jego cena od kilku lat jest stabilna, jej wahania mają charakter sezonowy.

Pellet tanieje w okresie wiosny oraz lata, drożeje jesienią i zimą. W przypadku podpisania umowy długoterminowej z dostawcą paliwa, jego cena w ciągu roku może być niezmienna, z jednoczesną gwarancją pewności dostaw. W cenę dostawy paliwa może być także wliczony transport. Pellet jest paliwem ekologicznym, ponieważ produktami jego spalania są naturalne substancje wy-stępujące 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 pro-cesie fotosyntezy 6CO2 + 6H2O- ->C6Hi2O6+6O2. W wyniku spalania uzyskuje się także niewielką ilość popiołu, który stanowi nawóz dla rolnictwa lub ogrodnictwa.

Przytoczone powyżej argumenty jednoznacznie wskazują, iż jest to jeden z właściwych kierunków rozwoju średniej i małej energetyki rozproszonej. Do spalania pelletu wykorzystuje się specjalistyczne kotły stałopalne, będące urządzeniami nowoczesnymi, zaawansowanymi technologicznie, z bogatą automatyką. Kotły te nie wymagają bieżącej obsługi, charakteryzują się wysoką sprawnością energetyczną i wysokimi walorami użytkowymi. Pellet jest jednak paliwem stałym, przez co jego spalanie niesie ze sobą pewną specyfikę w zakresie palników do spalania pelletu oraz jakości dostarczanego paliwa.

Spalanie w kotle

fot.1

Palnik kotła na pellet, dzięki swej skomplikowanej konstrukcji, umożliwia prowadzenie spalania z wysoką sprawnością w szerokim zakresie mocy w sposób płynny. Aby jednak mógł pracować zgodnie z oczekiwaniami, dostarczane paliwo musi być odpowiedniej jakości. Szczególnie dotyczy to zawartości substancji mineralnych, które nie ulegną spaleniu. Kotły na pellet w zakresie średnich i dużych mocy wyposażone są w palniki retortowe (fot. 1).

Zasada ich działanie jest stosunkowo prosta, paliwo dostarczane jest podajnikiem ślimakowym do komory spalania z magazynu pośredniego. Podajnik ślimakowy, zwany stokerem, znajduje się w dolnej części palnika, komora spalania znajduje się zaś w jego górnej części. Paliwo jest wypychane do komory spalania od dołu przez otwór w podstawie palnika, tworząc charaktery-styczny kopiec. Spalanie odbywa się na pobocznicy, powierzchni zewnętrznej kopca, zasilanie zaś odbywa się od wewnątrz kopca. W podstawie palnika oraz jego górnej części (fot. 2) znajdują się dysze doprowadzające powietrze do spalania. W podstawie palnika, tzw. talerzu, znajdują się dysze powietrza pierwotnego, w górnej części po obwodzie, tzw. garze, znajdują się od dołu dysze powietrza wtórnego pierwszego, zaś powyższej dysze powietrza wtórnego drugiego.

 

Uwaga na substancje mineralne

Palnik kotła na pellet, dzięki swej skomplikowanej konstrukcji, umożliwia prowadzenie spalania z wysoką sprawnością w szerokim zakresie mocy w sposób płynny. Aby jednak mógł pracować zgodnie z oczekiwaniami, dostarczane paliwo musi być odpowiedniej jakości. Szczególnie dotyczy to zawartości substancji mineralnych, które nie ulegną spaleniu. Niestety, w Europie występuje kilka norm ujmujących wymagania w zakresie pelletu, a co gorsza, istnieją znaczne różnice w zakresie wymagań jakościowych.

Dodatkowo należy uwzględnić zmieniające się w czasie parametry paliwa, za sprawą absorpcji wilgoci z powietrza podczas magazynowania u użytkownika. Dużo poważniejszym problemem jest niestosowanie się niektórych producentów pelletu do jakichkolwiek norm i technologii. Dotyczy to dwóch zagadnień, pierwsze to kiepskiej jakości surowiec, drugie to niskie parametry pracy urządzeń, w których jest formowany pellet. Niska jakość surowca oznacza, iż do procesu pelletyzacji zostaje doprowadzone drewno nieokorowane lub zawierające duży udział procentowy kory w stanie wolnym, rozproszonej pomiędzy drewnem okorowanym. Kolejnym za-nieczyszczeniem jest kwarc, minerał zaabsorbowany w korze lub w stanie wolnym pobrany z gruntu w trakcie pozyskiwania drewna. Kora drzewna spala się w wyższej temperaturze niż czyste drewno, co powoduje podniesienie ogólnej temperatury w komorze spalania. Podwyższona temperatura spalania powoduje proces zeszklenia popiołu, czego objawem jest szlaka. Zawartość kwarcu w paliwie powoduje powstawanie szlaki już w normalnej temperaturze spalania w kotle na pellet. Szlaka pojawia się jako wydzielina na elementach palnika lub w obszarze występowania wysokich temperatur. Małe zarodki zeszklenia na elementach palnika lub jako rozproszone cząstki rozrastają się w czasie.

Szlaka utrudnia spalanie, ponieważ pomniejsza kubaturę komory spalania oraz zatyka mechanicznie dysze doprowadzające powietrze (fot. 3). Zawartość szlaki lub wydzielin żużlowych wewnątrz komory spalania w stanie wolnym znacznie utrudnia doprowadzenie powietrza do podstawy płomienia. Niezachowana stechiometria spalania w wybranych częściach płomienia wraz z brakiem nadwyżki powietrza powodują w efekcie końcowym podwyższenie zawartości CO w spalinach. Niedopalone części pelletu powodują nierównomierne rozrastanie się kopca paliwowego, co w dalszej części wywołuje blokowanie dysz powietrznych mieszaniną paliwa, szlaki i żużla. Objawia się to „przerośniętym” kopcem o nieregularnych kształtach, występującym w trakcie pracy kotła. Po wyłączeniu kotła i wypaleniu palnych części w komorze spalania pozostają złogi żużlu (fot. 5) na podstawie palnika.

Produkcja pelletu

fot.2
fot.3
fot.4

Kolejnym problemem jest produkcja pelletu z wykorzystaniem urządzeń, które nie są w stanie osiągnąć odpowiednich ciśnień przy pelletyzacji.

Przyczyną tego może być naturalne ich zużycie, oszczędność energii elektrycznej do ich napędu lub wyko-rzystanie do produkcji pelletu urządzeń do produkcji pasz, gdzie nie są konieczne tak wysokie ciśnienia. Wysokie ciśnienie przy paletyzacji jest konieczne dla spojenia wewnętrznego drewna, z wykorzystaniem naturalnego lepiszcza w postaci flizeliny. Dla obniżenia ciśnienia przy formowaniu pelletu stosuje się dodatkowe lepiszcza w postaci odrobiny melasy lub chemikaliów.

W przypadku dodatków chemicznych oprócz dodatkowej, niekontrolowanej emisji zanieczyszczeń do atmosfery, pojawiają,się problemy ze spalaniem, żużlem oraz wydzielaniem się szlaki. Często przyczyną takiego stanu są substancje chemiczne zawarte w surowcu, który jest odpadem poprodukcyjnym lub z odzysku.

Szczególnie dotyczy to przemysłu meblarskiego, gdzie występują kleje, żywice i barwniki. W przypadku spalania pelletu wzbogaconego o powyższe substancje, należy się liczyć z szybkim zabrudzeniem palnika (fot. 3) oraz koniecznością jego okresowego ręcznego czyszczenia. Oprócz obowiązku czyszczenia palnika kotła na pellet należy pamiętać o jego regeneracji lub naprawach (fot. 4). Zawarte w paliwie substancje szkodliwe mogą powodować korozję wżerową elementów palnika, pracujących przy wysokiej temperaturze. Zbyt wysoka temperatura pracy w komorze spalania powoduje dodatkowe naprężenia w płaskich elementach palnika. Efektem ich występowania mogą być pęknięcia (fot. 4) po obwodzie tzw. małego talerza, przy wejściu paliwa do komory spalania. Najbar-dziej narażone są miejsca perforowane u podstawy palnika, które pełnią rolę dysz powietrza pierwotnego, wokół których kumulują się naprężenia obwodowe. Niewłaściwa jakość paliwa powoduje znaczne skrócenie żywotności palnika oraz problemy związane z eksploatacją. Utrudniona jest analiza chemiczna zjawiska korozji wżerowych bez dokładnej analizy chemicznej dodatków występujących w paliwie.

Częstym dodatkiem do pelletu jest szkło wodne. Należy zwracać uwagę podczas eksploatacji kotła na pellet, na znacznie podwyższoną temperaturą spalania w stosunku do spalania klasyfikowanego pelletu. Najczęstsze problemy związane z eksploatacją kotłów na pellet oraz konieczność dodatkowego serwisowania (poza standardowymi przeglądami sezonowymi) związane są z jakością paliwa. Nie sposób ocenić jakość paliwa organoleptycznie, bez analizy chemicznej oraz badania wartości opałowej. Ale każdy, kto eksploatuje kocioł na pellet lub uważnie się przygląda jego pracy, jest w stanie wyrobić sobie namiastkę zdania o jakości pelletu po kilku godzinach pracy kotła, szczególnie przy nowej dostawie. Wysokie wymagania stawiane urządzeniom do spalania pelletu w zakresie niezawodności, sprawności oraz komfortu użytkowania muszą iść w parze z analogicznymi wymaganiami w zakresie jakości dostarczanego paliwa.