Kotły na biomasę

Czym palimy?
Po pierwsze jest to paliwo krajowe i odnawialne. Poza tym tanie, ekonomiczne, proste w użyciu i bezpieczne w zastosowaniu. Różnorakie wyposażenie dodatkowe, poza samymi kotłami przystosowanymi do spalania różnych form biomasy, pozwala osiągnąć bardzo duży komfort, zarówno podczas przebywania w ogrzewanym budynku (utrzymywanie stałej zadanej temperatury), ale także podczas naszej nieobecności (automatyczne dozowanie paliwa lub regulacja temperatury poprzez zastosowanie dodatkowego zbiornika - wymiennika ciepła). Paliwem są na dziś zazwyczaj kawałki drewna, zrębki, słoma oraz trociny, a także trociny sprasowane w pelety.

Jak wiadomo spalanie biomasy wiąże się zwykle z dość małą emisyjnością spalin. Aby przebiegało ono we właściwych warunkach, bo tylko to gwarantuje czystość spalin, najważniejszy staje się dobór kotła. Na naszym rynku jest już w czym wybierać, ponieważ obecnych jest bardzo dużo firm oferujących bardzo dobre systemy ogrzewania.

Ceramika dobra na wszystko

Jedną z nich jest MetalERG. Budowane przez nią kotły mogą być zasilane różnymi rodzajami paliw stałych, jak słoma czy drewno w różnej postaci, najczęściej jednak duże kawałki i grube trociny. W przypadku konieczności spalania drobnych trocin należy je wymieszać z grubymi frakcjami lub kłaść na słomie. Kotły Ekopal - bo o nich mowa - mogą być opalane także innymi materiałami, jak paździerze lniane oraz odpady bawełniane. Choć kotły tego typu spalają paliwo szybko, nie oznacza to wcale, że ciepło ucieka w komin. Wraz z kotłem w układ grzewczy instalowany jest odpowiedniej wielkości zbiornik - wymiennik ciepła. Dla kotła RM-5 o mocy 40 kW powinien on mieć objętość co najmniej 2500 dm3. Dzięki niemu, nawet po całkowitym wypaleniu paliwa, ciepło jest dostarczane jeszcze przez długi czas, w którym możemy załadować kolejną porcję paliwa.

Kotły z MetalERG-u są wyposażone w komory wyłożone szamotem. W pierwszej z nich odbywa się spalanie paliwa z niedoborem tlenu. W drugiej gazy mieszają się z powietrzem wtórnym i tutaj zachodzi ich dopalanie. Kotły te przeznaczone są dla dużych domów, a większe z nich dla gorzelni, zakładów i osiedli mieszkaniowych. Dla ogrzewania domów jednorodzinnych zastosowanie mają także kotły Biowat. Kotły te opalane mogą być słomą i drewnem, nie mają one wymienników ciepła, ponieważ wielkość komory spalania dobrana jest tak, że nawet w ekstremalnych warunkach nie ma konieczności uzupełniania paliwa w nocy. Kocioł Biowat D-150, wyłącznie na drewno, jest urządzeniem, które spala paliwo powoli. Komora paliwa wyłożona jest całkowicie cegłami szamotowymi. Z niej gazy, mieszając się z wstępnie podgrzanym powietrzem wtórnym, przepływają do górnej, ceramicznej komory dopalania. Ceramiczna wykładzina komór powoduje całkowite wypalanie się osadów, nie trzeba ich więc czyścić. Kotły te występują w różnych wersjach, również z komorą przystosowaną do wsadu dłuższych kawałków drewna oraz mniejszych balotów słomianych. Nie mogą spalać samych trocin. Z uwagi na szkodliwe działanie spalin na zaprawę murarską konieczne jest zainstalowanie rur w przewodach kominowych.

Nie tylko słoma i drewno

Biomasa to także pelety. W zasadzie niczym nie ustępują one wartością opałową drewnu. Za stosowaniem kotłów opalanych peletami przemawia możliwość automatycznego załadunku tego paliwa w zależności od aktualnych potrzeb. Poza tym cechuje je znikoma zawartość popiołu w procesie spalania oraz łatwość magazynowania. Produkcją peletów zajmuje się m. in. Bio-Pellet. Ta sama firma posiada w swojej ofercie kotły i palniki do spalania peletów. Najbardziej przydatnym do wykorzystania w domkach jednorodzinnych może być kocioł Biomatic+ z palnikiem Thermia BeQuem o mocy od 6 do 20 kW. Jest to dobrany zestaw, gwarantujący bezawaryjne działanie, ekonomiczne spalanie i łatwą obsługę. Sam palnik posiada dwa pojemniki. Za każdym razem w przypadku zapotrzebowania dostarczana jest ograniczona ilość paliwa do górnego zasobnika. Z niego dopiero poprzez przenośnik ślimakowy opał dostaje się do przenośnika dostarczającego pelety bezpośrednio do palnika. Z uwagi na wyższą prędkość przenośnika przy palniku, powstaje strefa bezpieczeństwa, która zapobiega płomieniowi zwrotnemu i ewentualnemu zapaleniu się peletów poza palnikiem. Aby uzyskać ciągłą i wyrównaną ilość ciepła, podajnik ślimakowy równomiernie "nagarnia" wypraski do palnika. Podobnie działa palnik Arimax 540 o mocy od 20 do 50 kW w kotle Arimax 340 Bio, montowany zwykle z zasobnikiem peletów o 540 litrach pojemności.

Magazynowanie ciepła

Rozwiązania techniczne zastosowane w kotłach zgazowujących drewno pozwalają na wykorzystanie go do ogrzewania w sposób maksymalnie wygodny i nowoczesny. Takie kotły produkuje m. in. Vigas, obecny w Polsce od 10 lat. Zgazowują one drewno i różnią się od innych urządzeń na paliwa stałe zasadą spalania. Są tak skonstruowane, że podczas procesu spalania dochodzi w nich do destylacji pirolitycznej, tzn. wszystkie składniki powstałe w wyniku spalania mają formę gazu. Proces spalania przebiega w trzech etapach w oddzielnych strefach kotła. Są to:

Bardzo istotnym elementem kotłowni na drewno są układy akumulacji ciepła. Zbiorniki te są używane wszędzie tam, gdzie generowanie i użycie ciepła nie odbywa się jednocześnie. Jeżeli np.: kocioł spala paliwo, a wytworzona temperatura mogłaby doprowadzić do uszkodzenia instalacji, to nadwyżka ciepła podgrzewa wodę w zbiorniku akumulacyjnym. W momencie kiedy paliwo zostanie wypalone, zmagazynowane ciepło może być "wywoływane" ze zbiornika nawet kilkanaście godzin później.

Zastosowanie układu grzewczego z właściwie połączonym zbiornikiem akumulacyjnym o pojemności wynoszącej 10 litrów wody na 1 m kw. powierzchni ogrzewanej, umożliwia pracę kotła z mocą nominalną, osiąganie wysokiej sprawności oraz gromadzenie nadwyżki ciepła. Praca kotła z optymalną mocą nie powoduje dymienia, smołowania i obniża zużycie drewna. Kiedy zbiornik akumulacyjny jest naładowany, przejmuje rolę urządzenia ogrzewającego dom. Czas rozładowania zbiornika będzie zależny od jego wielkości, kubatury budynku i temperatury zewnętrznej. Wynosi on przeciętnie 10 - 20 godzin. Kotły opalane drewnem wykorzystujące jego zgazowanie osiągają sprawność 80-90-procentową, jeżeli p sprawność 80-90-procentową, jeżeli pracują z mocą optymalną. Domek jednorodzinny o powierzchni ok. 150 m kw. w okresie zimowym potrzebuje przeciętnie do ogrzania 5 - 8 kW. Kocioł eksploatowany bez zbiornika akumulacyjnego, w którym moc zostaje obniżona do 5 kW narażony jest na tworzenie się substancji smolistych, a sprawność kotła spada do około 30 procent, wzrasta zużycie drewna opałowego. W prawidłowo zamontowanym zbiorniku akumulacyjnym o pojemności 1000 litrów możemy jednorazowo zmagazynować około 60 kWh energii.

Spalanie precyzyjne
Kotły zgazowujące drewno produkuje także Heitzmann Holzkessel. Sonda lambda i czujniki podłączone do mikroprocesora, w który są wyposażone, rozpoznają rodzaj paliwa, jaki się znajduje w kotle i podlega właśnie zgazowywaniu. Precyzyjnie regulowany dopływ powietrza do pierwotnej i wtórnej strefy spalania, powoduje, że w każdym momencie w spalaniu uczestniczy optymalna ilość tlenu. Głównym elementem "pracującym" takiego kotła jest palnik gazowy w kształcie plastra miodu. Zastosowane dysze iniektorowe wywołują ruch wirowy, mieszając gaz drzewny z powietrzem dostarczanym do komory spalania wtórnego. Dzięki temu następuje rozdzielenie gazu na pojedyncze płomienie i spalanie zachodzi we właściwych warunkach, przez co kocioł uzyskuje wysoką sprawność. Taka konstrukcja pozwala spalać gaz drzewny bez zakłóceń i uzyskiwać bardzo małą emisję zanieczyszczeń. Aby wykorzystać do maksimum walory kotła dobrze jest zaopatrzyć się i zainstalować akumulatory ciepła. Urządzenia te w systemie grzewczym pracują w pełni automatycznie, najczęściej w połączeniu z innymi źródłami ciepła, a także podgrzewaczami ciepłej wody użytkowej.

Utrzymanie zadanej temperatury
Do bogatej oferty skierowanej do budownictwa jednorodzinnego należy również zaliczyć kotły HDG Bavaria. Jednymi z nich są kotły SL ładowane ręcznie. Paliwo dla nich stanowi drewno w szczapach, odpady drzewne, wióry, trociny i brykiety drzewne oraz węgiel. Kotły te mają moc 12 i 14,9 kW. Są to kotły ze spalaniem dolnym, o ciągu naturalnym. Optymalne warunki spalania różnych paliw uzyskuje się poprzez regulację dopływu powietrza. Dla osiągnięcia wyższej sprawności kotła zaleca się podłączenie 800-litrowego zbiornika akumulacyjnego. Nieco większymi i bardziej sprawnymi są kotły Bavaria o mocy od 15 do 250 kW. Jest to kocioł pozwalający na normalne spalanie także węgla. Przed rozpaleniem tego paliwa należy przestawić przepustnicę powietrza z palenia drewnem na palenie węglowe. Paliwo zapala się ręcznie. W wersji kombi zapłon paliwa następuje za pomocą przyłączanego palnika gazowego lub olejowego. Montowanie palników ma na celu utrzymanie zadanej temperatury w przypadku wypalenia się drewna lub podczas naszej dłuższej nieobecności w domu. Wtedy po wypaleniu się wsadu, palnik automatycznie podejmuje pracę. Podczas normalnego spalania drewna jest on osłonięty i zabezpieczony przed zabrudzeniem.

HDG Euro, to kolejny typ kotłów, również wykorzystujących proces pirolizy z dolnym spalaniem i zgazowywaniem drewna. Długość kawałków drewna może wynosić do 0,50 m. Tutaj sterowanie wydajnością ciepła regulowane jest za pomocą automatycznego sterowania dopływem powietrza pierwotnego i wtórnego. Zastosowany regulator Lambda Control, pozwala na kontrolę emisji spalin oraz steruje ładowaniem zbiornika buforowego. Poza tym pozwala regulować płynnie moc kotła w zakresie 50 - 100 procent. W kotłach ręcznie ładowanych procesu spalania jest wspomagany poprzez wentylator wyciągowy, co ułatwia rozpalanie i podtrzymuje proces spalania.

HDG produkuje także kotły opalane peletami. Pelletmaster to kocioł przeznaczony szczególnie dla budownictwa jednorodzinnego, jako alternatywa dla kotłów na gaz lub olej. Z uwagi na to, że spalane są w nich wyłącznie pelety, zastosowano ruchomy ruszt schodkowy, aby ograniczyć powstawanie szlaki. Poza tym ułatwia to usuwanie popiołu do pojemnika. Kocioł wyposażony jest w sondę Lambda, aby na bieżąco kontrolować jakość spalania i parametry spalin. Płynna regulacja mocy kotła w zakresie 30 do 100 procent jego mocy znamionowej następuje za pomocą wentylatora nadmuchowego o zmiennej prędkości obrotowej. Aby kocioł był w pełni wydajny i nie angażował zbytnio naszego czasu, wyposażono go w mikroprocesorowy regulator z przejrzystym wyświetlaczem. Kocioł powinien pracować z akumulatorem ciepła. W kotłach tego typu rozpalanie następuje automatycznie za pomoca dmuchawy gorącego powietrza.

Automatyka i niskie koszty
Kotłami opalanymi peletami, a także ścinkami drewna, są kotły austriackiej firmy EN-TECH, której jedynym przedstawicielem w Polsce jest PPUH Ecomark. Kotły produkowane są o mocach od 10 do 500 kW. Są one w pełni zautomatyzowane, tzn. automatycznie pobierają biomasę z pomieszczenia za pomocą urządzenia podającego lub ze zbiornika ustawionego przy kotle; również automatycznie czyszczone są płomieniówki, jak i usuwany popiół z palnika i z kotła na zewnątrz. Kotły posiadają wszystkie zabezpieczenia pozwalające współpracować z instalacjami c. o., układu zamkniętego, a także z automatyką regulacyjną umożliwiającą ustawienie temperatury pomieszczeń i automatyką pogodową. Ze względu na pracę o sprawności około 94 procent, niskie koszty eksploatacyjne, kotły te znajdują szerokie zastosowanie w budownictwie mieszkaniowym, jak i obiektach handlowych. Ilość popiołu powstająca w procesie spalania wynosi około 1,5 procent spalonej biomasy. Uzależniona jest ona, oczywiście, od parametrów spalanego paliwa. Obecnie biorąc pod uwagę wartość energetyczną 1 tony oleju opałowego (której cena wynosi około 1600 zł), odpowiada ona 2 tonom peletu o wartości 800 zł. Średnie godzinowe zużycie tego paliwa (przy ciągłej pracy) wynosi dla kotła o mocy 25 kW około 4,5 kg/h. Przy czym przyjmuje się, że w okresie zimowym kocioł pracuje około 10 h/dobę. Wynika z tego, że koszt ogrzewania wraz z przygotowaniem ciepłej wody w sezonie dla domku o powierzchni około 120 m kw. kształtuje się na poziomie 2500 zł.

Palniki dla leniwych
Niektóre z firm poza kotłami oferują również palniki zasilane peletami. Palnik EcoTec D1 to palnik na pelety oferowany przez firmę Toreco. Palnik zaopatruje dom także w ciepłą wodę. Zestaw przeznaczony jest dla osób, które nie mają w swoich domach zbyt wiele miejsca na zapasy peletów. To dobry wybór dla leniwych lub zapominalskich, ponieważ jednorazowy wsad wystarcza na około 3 dni jego pracy. EcoTec D1 jest bardzo łatwy w obsłudze, w pełni zautomatyzowany. Palnik ten jest w zasadzie kompatybilny z większością kotłów. Jego moc to 14 kW, sprawność około 90-95 procent. Pojemnik na paliwo mieści około 170 litrów. Popiół stanowi około 0,5 procent. Dostępne są także w pełni zautomatyzowane palniki EcoTec A3, o mocach 15, 20 i 25 kW o sprawności również rzędu 90-95 procent.

Dwukulista komora ceramiczna
Suche drewno to najlepsze paliwo do zasilania kotłów Atmos z firmy Atmopol. Jak twierdzi producent, tylko te kotły mają dwukulistą komorę zgazowania drewna. Są to niskoemisyjne jednostki grzewcze, o różnej mocy. Ich wielkość mieści się w przedziale od 18 do 100 kW. Kotły te charakteryzują się automatyczną regulacją temperatury wody i mocy kotła. Proces zgazowania drewna i spalania wytworzonego gazu zachodzi w komorze ceramicznej, co pozwala na pozbycie się szkodliwych substancji. W kotłach Atmos można spalać, w nich w zależności od typu, kawałki drewna o długości od 35 do 75 cm. Równomierne i efektywne spalanie zależne jest od zasilania powietrzem. Odpowiedzialna za to dmuchawa jest sterowana termostatem cieczowym lub spalinowym. Załadunek paliwa odbywa się zazwyczaj dwa razy na dobę. Zasobnik z popiołem opróżniany powinien być co kilka tygodni.

Tomasz Bujak
W artykule wykorzystano
materiały promocyjne wymienionych firm