Nowoczesne kotły na zgazowanie drewna

Maciej Piwowski
26.07.2015

    Pierwszym paliwem, jakie wykorzystano w dziejach ludzkości jest drewno zaliczające się do biomasy. Od czasu, gdy człowiek zaczął panować nad ogniem (energią), drewno stanowiło cenny materiał wykorzystywany do ogrzewania, oświetlania oraz gotowania. Jednak wskutek postępu cywilizacji oraz wzrastającego zużycia energii drewno powoli traciło na popularności. W jego miejsce zaczęły pojawiać się paliwa o większej mocy: węgiel, gaz ziemny, ropa naftowa. Niestety, ich wydobycie powodowało, i nadal powoduje, szybką degradację środowiska, stąd powrót do przeszłości i wzrost zainteresowania biomasą.

                 Potrzeba bardziej efektywnego wykorzystania drewna jako paliwa spowodowała odkrycie procesu nazwanego zgazowaniem drewna. Niemały wkład w owo odkrycie ma rozwój motoryzacji i powstanie generatorów zgazowujących, wytwarzających gaz drzewny (halzgas). W czasie II wojny światowej Niemcy, poszukując innego niż trudno dostępna ropa naftowa źródła napędu mogącego zastąpić benzynę, zaczęli udoskonalać i montować takie generatory na swoich pojazdach. Zamiast więc pełnego baku należało zaopatrzyć się w zapas drewna. Około 3 kg drewna lub torfu zastępowało 1 litr benzyny.

            Działanie kotłów zgazowujących drewno przypomina działanie generatorów współprądowych, jednak te pierwsze są bardziej odporne na wysokie temperatury. Różnicę stanowią też parametry gazu. Generatory samochodowe wytwarzały gaz drzewny, płynący do silnika, gdzie spalanie się mieszanki wybuchowej i tlenu powodowało powstanie energii mechanicznej. W kotłach natomiast termiczny rozkład drewna przy ograniczonym dostępie tlenu (zgazowanie) powoduje spalanie gazu drzewnego (piroliza). Proces ten zachodzi w 5 - strefowej przestrzeni, a jego efektem jest wytworzenie energii termicznej. Skład chemiczny drewna w przybliżeniu wynosi: węgiel (C) - 44 - 52%, wodór (H) - 5 - 6,5%, tlen (O) 0 35 - 44%, para wodna - 15 - 60%, azot (N) - 0,2 - 0,5%, siarka (S) - 0,1%, popiół (Ca, K, Mg) - 0,5%.

Z punktu widzenia wykorzystania energii najważniejsze są węgiel, wodór i tlen, których wiązania pomiędzy sobą ulegają zmianie podczas trwania procesu. W kotłach na drewno rozróżnia się następujące strefy:

  • I strefa suszenia

Paliwo znajdujące się w komorze załadowczej rozpalone zostaje przy zwykłym dostępie tlenu. Potem drzwiczki górnej komory zostają zamknięte, otwiera się natomiast klapa komory dolnej. Podczas wstępnego spalania suszonego drewna powstaje dym, który odprowadzony zostaje przez klapę kominową do komina. W trakcie procesu wydziela się dużo pary wodnej, pogarszającej jakość powstałego potem gazu drzewnego. W związku z tym wilgotność paliwa nie powinna być wyższa niż 30%.

  • II strefa zgazowania (karbonizacji)

Gdy w kotle jest już rozpalone i powstaje żar, górna i dolna komora oraz klapa komina zostają zamknięte. Dym zmienia kierunek i płynie w dół. Temperatura wysuszonego drewna wzrasta, wytwarza się gaz i soki drzewne, które w skondensowanej formie tworzą gęsty ocet drzewny. W miarę wzrostu temperatury drewno, żarząc się, uwalnia kolejne składniki, samo stając się węglem drzewnym. Przepływ celowo skierowany jest w dół, aby reszta składników dopaliła się w kolejnych strefach.

  • III strefa utleniania

Temperatura żarzenia się węgla drzewnego wynosi 700 - 1000°C. Podczas jego utleniania powstaje palny tlenek węgla (2 CO), wydziela się także wodór, metan oraz niepalny tlenek węgla (CO).

  • IV strefa redukcji

Gaz, który powstał w strefie utleniania, zawierający niepalny CO opływa węgiel drzewny żarzący się w temperaturze ok. 1300°C. CO w kontakcie z gorącym węglem powoduje redukcję do palnego 2 CO. Do utrzymania żaru nad dyszą w strefach II - IV wystarczy minimalna ilość powietrza.

  • V strefa spalania

Powstały gaz drzewny opuszcza komorę zgazowania przez dyszę. W zetknięciu z dużą ilością powietrza wtórnego tworzy mieszankę wybuchową z tlenem. Do zapłonu dochodzi w dyszy przy temperaturze 560°C. Ostateczne dopalanie ma miejsce w komorze spalania pod dyszą. Temperatura sięga tam 1300°C. Powstaje fioletowo - niebieski płomień. Spaliny oddają swe ciepło do wody znajdującej się w płaszczu kotła i płomieniówkowym wymienniku ciepła. Schłodzone spaliny poprzez komin wydostają się na zewnątrz.

            Wytworzenie wymuszonego ciągu jest niezbędne do zapewnienia potrzebnej ilości powietrza w komorze spalania. w tym celu stosuje się wentylatory wytwarzające nadciśnienie lub podciśnienie.

Producenci kotłów zgazowujących mówią o czterech etapach procesu powstawania energii cieplnej, zachodzącego w ich produktach:

  • Etap 1 - suszenie i zgazowanie drewna
  • Etap 2 - spalanie gazu drzewnego i odbiór ciepła ze spalin
  • Etap 3 - dopalanie gazu drzewnego i odbiór ciepła ze spalin
  • Etap 4 - wydalenie schłodzonych spalin przez komin

Proces ten emituje do atmosfery małą ilość związków szkodliwych. CO2 powstały podczas spalenia gazu drzewnego nie ma ani pozytywnego, ani negatywnego wpływu na środowisko. Śladowe ilości siarki w drewnie sprawiają, że emisja tlenków siarki jest również niewielka. Podobnie rzecz ma się z tlenkami azotu. Zatem pirolityczne spalanie drewna jest jednym z najbardziej ekologicznych sposobów pozyskiwania ciepła.

            Kotły zgazowujące nowej generacji są trzykrotnie bardziej wydajne, jeśli chodzi o wytwarzanie energii od tradycyjnych metod spalania drewna. W ofercie największych producentów nowoczesnych kotłów możemy znaleźć produkty w pełni zautomatyzowane, zapewniające energię do C.O. i C.W. Moc w granicach 15 - 80 kW skutkuje szerokim zastosowaniem urządzenia. Można w nim spalać nawet trociny i wióry (w takim przypadku należy dokładać również większe polana). Wytwarzanie ciepła przez nowoczesny kocioł od załadunku do załadunku oscyluje w granicach 12 godzin. Rozważając jego zakup należy dysponować odpowiednią powierzchnią potrzebną do jego funkcjonowania. Dla przykładu dom o powierzchni 150 m² potrzebuje do ogrzania na jeden sezon ok. 10 - 15 m³ paliwa. Mimo zróżnicowanych cen drewna można przyjąć, że koszt ogrzewania i przygotowania c.w.u. w jednym sezonie z użyciem kotła zgazowującego drewno będzie zbliżony do kosztów działania instalacji z gruntową pompą ciepła. Ostatecznym argumentem, który powinien przekonać klienta do pozyskiwania energii ze zgazowanego drewna, jest niska i wciąż atrakcyjna cena kotłów tego typu. Jego zakup wart jest rozważenia.

Kocioł na drewno

Zgłoś swój pomysł na artykuł

Więcej w tym dziale Zobacz wszystkie

Ważne: Użytkowanie Witryny oznacza zgodę na wykorzystywanie plików cookie. Szczegółowe informacje w Polityce prywatności.