Úsporné a ekologické vykurovanie: Všetko o kotloch na spaľovanie pilín

Kachle na piliny nie sú novým fenoménom, ale dnes sú stále žiadané. Každý rok tieto jednotky zvyšujú svoju popularitu iba vďaka významným výhodám. Kúrenie pilinami, lacný a ekologický materiál, vám umožňuje výrazne ušetriť peniaze nákupom lacných surovín na vykurovanie súkromného domu. Kachľové kachle na pilinách, ako sa tiež nazývajú, vynikajúco vykurujú skleníky, dielne, čerpacie stanice, garáže a nie príliš veľké obytné miestnosti. Pokiaľ vieme, piliny sú veľmi jemne nasekané drevo získané pri náraze rezných nástrojov: píl, obrábacích strojov. Z tohto dôvodu sa piliny spravidla označujú ako drevospracujúci odpad, náklady na suroviny na palivo sú minimálne a v niektorých prípadoch dokonca bezplatné.

Charakteristika pilín ako paliva

Aby ste mohli piliny používať ako palivo, musíte poznať ich technické vlastnosti. Zloženie pilín je až 70% sacharidov (jedná sa o celulózu a hemicelulózu), 27% lignínu. Množstvo uhlíka v pilinách dosahuje 50%, vodík 6% a kyslík 44%, obsah dusíka - 0,1%. Hlavné parametre, ktoré nás zaujímajú, sú premenné a konštanty. Variabilným, ale veľmi dôležitým parametrom pilín je vlhkosť W. S nárastom vlhkosti klesá zvyškový obsah kalórií, respektíve pri rovnakom objeme pilín s rôznou vlhkosťou je možné získať rôzne množstvo tepla a množstvo tepla sa môže výrazne líšiť. Obsah vlhkosti v pilinách je možné nielen regulovať, ale aj regulovať na požadovanú hodnotu. Druhým dôležitým parametrom je obsah popola - čím vyšší je obsah popola v pilinách, tým viac nečistôt v nich je vo forme piesku a kôry. Prítomnosť nečistôt v palive trochu znižuje jeho výhrevnosť, ovplyvňuje počet čistení za jednotku času.

Podiel pilín ovplyvňuje ich hustotu, zavesenie pilín v automatických kŕmnych systémoch. Po úprave zariadenia, ako to bolo pravidlom, sa piliny snažia odolávať rovnakému zlomku alebo v určitých medziach, aby nedošlo k ďalšiemu úprave zariadenia. Takže piliny rozdrvené na prach horia horšie s veľkým prúdom výbušného vzduchu ako piliny v štruktúre bližšie k hoblinám. Ak sa vyrábajú piliny, získavajú sa ako výsledok práce strojov na laminovaných drevotrieskových doskách, drevotrieskových doskách, MDF atď., to znamená, že z lepeného dreva budú v pilinách nevyhnutne prítomné živice a lepidlá. Použitie týchto pilín je možné len pri ďalších štúdiách o obsahu formaldehydov a najmä škodlivých látok. Pokiaľ ide o zvyšky popola škodlivých látok, musí sa zabezpečiť aj ich zneškodnenie.

Pri nákupe pilín na základe zmlúv a dohôd by sa malo dodržiavať GOST 33103.1 - 2014, ktorý podrobne uvádza všetky charakteristiky, ktorým by sa mala venovať pozornosť. GOST tiež reguluje metódy stanovenia obsahu vlhkosti v palive a spaľovacieho tepla, čo je dôležité, keďže v čase uzavretia dohody o vývoze pilín môže byť iba obsah vlhkosti a popola, ale v skutočnosti môže po určitom čase vývozu obsah vlhkosti pilín niekoľkonásobne vzrásť, napríklad na jar oproti jeseni.

Tabuľka: Všeobecné zloženie pilín

Skladovanie a sušenie pilín

Piliny môžu obsahovať veľa vlhkosti dostatočnej na proces rozpadu a rozkladu. Skladovanie pilín by preto nemalo dlho pokračovať pri atmosférických zrážkach. V procese tlejúcich pilín sa mení ich štruktúra a stráca sa spaľovacie teplo. Pred priamym spaľovaním musia byť piliny vysušené a uložené pod prístreškom. Sušenie pilín sa vykonáva v sušiacich bubnoch, na miestach chránených pred zrážkami musí byť vetrané. Ak chcete sušiť piliny, drevnú štiepku, obráťte sa z dolných vrstiev na horné. Okrem toho je možné organizovať nútený prívod vzduchu pod tlakom cez vzduchové kanály zo spodných vrstiev pilín. Pri skladovaní pilín by sa mali dodržiavať všetky pravidlá a predpisy požiarnej bezpečnosti. Ak sú piliny druhotnou surovinou po spracovaní dreva, je potrebné brať do úvahy ich vlhkosť a pri nízkej vlhkosti 20 - 30% je vhodné čo najskôr poslať piliny na spaľovanie do kotla alebo generátora tepla.

Princíp činnosti a konštrukcia kotlov na piliny

Konštrukčné vlastnosti zariadení pracujúcich na drevný odpad prispievajú k dlhodobému spaľovaniu paliva s maximálnym prenosom tepla. Kotly na kúrenie pracujúce na piliny a drevnú štiepku sú rovnako ako iné vykurovacie zariadenia jednokruhové a dvojkruhové. Prvé sú určené výhradne na vykurovanie miestnosti, druhé sú tiež schopné ohrievať vodu. Takéto jednotky sú žiadané medzi vlastníkmi súkromných domov, tk. umožniť nielen zabezpečiť dom teplom, ale aj vybaviť prívod vody v dome.

Základné prvky kotla na štiepky a piliny

Telo prístroja sa skladá z nasledujúcich prvkov:

• kúrenisko;
• popolník;
• cievka (výmenník tepla);
• komín;
• fúkalo (ventilátor pre prívod vzduchu);
• rozdeľovač tepla;
• senzory.

V peci na špeciálnom rošte prebieha proces spaľovania štiepok a pilín, vďaka čomu všetok popol a popol zostávajú v popolníku. Toto zariadenie by sa malo čistiť asi dvakrát mesačne. Vzhľadom na to, že štiepky a piliny sú drevný odpad a netvoria veľký plameň, výmenník tepla v takýchto kotloch sa ohrieva horúcimi plynmi, ktoré nimi prechádzajú. Výmenník tepla sa skladá z rúrok, ktoré sú spojené paralelne. Je vyrobený z materiálu, ktorý dobre odoláva vysokým teplotám a nehrdzavie. Má tiež takú kvalitu ako vysoká úroveň tepelnej vodivosti. Drevené piliny a drevná štiepka sú obzvlášť ekonomickým palivom, ak sa v ich blízkosti nachádza zdroj paliva: spracovanie dreva.

Pyrolýzne kotly

Na dosiahnutie vyššej produktivity sa používajú plynové kotly na kúrenie na drevnú štiepku a piliny, ktoré sa ohrievajú nielen teplom zo spaľovania paliva, ale aj pyrolýznym plynom uvoľňovaným pri spaľovaní dreva. Aby sa plyn spaľoval, kotlová pec pozostáva z dvoch samostatných komôr. V jednej spaľuje samotné palivo, v druhej horí plyn pochádzajúci z prvej komory.

Drevosplyňovacie kotly

Ďalšou technológiou je drevosplyňovanie, pri ktorom sa pevné palivo, najčastejšie drevo, mení na plynné pri teplote okolo 1000 °C a následne sa spaľuje v horáku s núteným obehom vzduchu. Tento proces je dvojfázový. Drevosplyňovací kotol sa skladá z dvoch nad sebou uložených spaľovacích komôr. V primárnej spaľovacej komore dochádza k splyňovaniu, teda uvoľňovaniu plynných horľavých zložiek z dreva. Vznikajúce drevné plyny sa nasávajú do horáka sekundárnej spaľovacej komory, kde optimálne prehoria pri vysokej teplote s primiešaným sekundárnym vzduchom. Tento systém je ekonomickejší ako klasické spaľovanie pevného paliva, pričom úspora paliva dosahuje rádovo 40% a emisie sú nízke. Drevosplyňovacie kotly majú vysokú účinnosť (až do 90%), čo znamená nižšiu spotrebu paliva a menšiu tvorbu popola, čím sa znižujú nároky na údržbu. Vlhkosť v dreve znižuje teplotu horenia, preto je optimálne drevo spaľovať pri čo najnižších teplotách (pyrolýza) s minimálnym prístupom vzduchu. Vznikajúci oxid uhoľnatý následne prehorí na oxid uhličitý v druhotnom spaľovaní. Tento systém spaľovania môže zvýšiť účinnosť o 7 - 15% a kotly sa vyznačujú vysokou účinnosťou okolo 94%.

Kotly na pelety

Kotly na pelety používajú ako palivo pelety - univerzálny biomateriál, ktorý sa vyrába vo forme malých pevných valcových granúl. Nazýva sa univerzálny vďaka tomu, že ako surovina pre priemyselnú výrobu môže slúžiť široká škála odpadov z drevospracujúcej a poľnohospodárskej výroby. Pelety môžu byť vyrobené z drevnej štiepky, slamy, pilín, rašeliny, odpadu zo slnečnicových semien atď. Drvené suroviny sa lisujú, dôkladne vysušia a premení sa na vysoko kvalitné palivo. Samotná jednotka sa v inovácii nelíši. Jedná sa o liatinovú (v niektorých modeloch - oceľovú) komoru s výmenníkom tepla, ktorá je obklopená vodným plášťom. Interiér kotla je vyplnený rôznymi senzormi, ktoré nepretržite prenášajú informácie o procese spaľovania do hlavného regulátora.

Za oveľa kurióznejšie zariadenie možno považovať závitovkový dopravník pre kotly na tuhé palivá, ktorý je zodpovedný za automatické dávkovanie peliet do pece. Palivový článok sa naleje na závitovku z plniaceho zariadenia a jeho dávkovanie sa reguluje vzhľadom na aktuálnu teplotu chladiacej kvapaliny. Kotly na spaľovanie drevných peliet ponúkajú komfortnú prevádzku. Zásobníky paliva stačí naplniť raz denne alebo raz za niekoľko dní. Po spustení horáka sa peletky nasypú, zapália a horák sa rozbehne na požadovaný výkon. Prevádzka kotla je riadená priestorovým termostatom alebo kotlovým termostatom. Po vypnutí horáka peletky dohoria a spaľovanie sa utlmí. Na zvýšenie účinnosti spaľovania môže byť kotol vybavený.

Objem prevádzkových zásobníkov na pelety sa pohybuje od 100 litrov (denná potreba cca 65 kg) až do 1000 litrov (zásoba na 10 dní). Peletky je možné skladovať aj vo veľkých silách alebo skladoch, čo umožňuje využiť fúkanie paliva priamo z autocisterny. V niektorých prípadoch môže palivo vystačiť na celú vykurovaciu sezónu. Peletky sa do horáka premiestňujú automaticky dopravníkom, zvyčajne závitovkovým s flexibilnou spojovacou hadicou. Čistenie spaľovacej komory a vyberanie popola z popolníka je potrebné vykonávať raz za 1 až 30 dní.

Kotly na štiepku

Kotly na štiepku sa vyznačujú vysokou účinnosťou okolo 92% a sú vhodné pre väčšie prevádzky. Štiepka sa skladuje v silách alebo samostatných miestnostiach pri kotle. Na podlahe skladovacích priestorov sa nachádza miešadlo s plochými ramenami, ktoré zhŕňa štiepku do závitovkového podávača umiestneného pod miešadlom. Podávač dopravuje štiepku priamo do kotla.

Špecializované kotly na drevný odpad (napr. VESKO-B, KWH+AZSD)

Spaľovanie biomasy, vrátane pilín a iných drevných odpadov, sa stáva čoraz populárnejším riešením pre vykurovanie. Hoci sa moderné palivá ako peletky a brikety tešia veľkej obľube vďaka svojej nízkej vlhkosti a vysokej výhrevnosti, ich cena po prepočte na výhrevnosť sa často približuje cene zemného plynu. Odberateľ tak neplatí len za samotnú surovinu, ale aj za energiu vynaloženú na jej spracovanie do finálnej podoby.

Jednou z takýchto alternatív môžu byť špeciálne vyvinuté kotly, ktoré sú určené na spaľovanie rôznych druhov drevného odpadu, ktorý nie je možné inak priemyselne využiť. Medzi takéto kotly patria napríklad kotly radu VESKO-B. Kotly VESKO-B sú navrhnuté špeciálne na spaľovanie drevného odpadu, ako sú kôry, odrezky, drevný odpad, piliny, slama či štiepky. Bez problémov zvládajú spaľovanie netriedeného odpadu, čo umožňuje ich mimoriadne priechodné dopravné cesty. Tieto kotly sa vyznačujú aj vysokou toleranciou voči vlhkosti paliva, pričom sú dimenzované na vlhkosť až 50% a bez problémov spaľujú aj palivo s vlhkosťou 70%.

Konštrukcia kotla VESKO-B je samonosná s celozváranou skriňovou konštrukciou. Spodnú časť tvorí ohnisko s posúvacím šikmým roštom, ktorý je ovládaný hydraulickým mechanizmom a chladený primárnym vzduchom. Na ohnisku je umiestnený tlakový diel. Kotol je vybavený tepelnou izoláciou a krytom z oceľového plechu s plastovým povlakom. Palivo sa do kotla dopravuje pomocou hydraulického zavážacieho lisu, ktorý ho pretláča vyhrievaným tunelom (vykurovanou vykurovacou vodou), čím dochádza k predsušeniu paliva pred vstupom na spaľovací rošt. Kotly VESKO-B sú určené predovšetkým pre výhrevne centrálneho zásobovania teplom a priemyselné kotolne. Spaľovanie biomasy na posuvnom rošte je optimalizované vďaka vhodne tvarovanej klenbe, ktorá vytvára protiprúdne usporiadanie spalín a skracuje dobu vysušenia paliva. Táto konštrukcia ohniska spolu s hydraulickým vyhrňovačom s veľkou prestupnosťou umožňuje spaľovať aj menej kvalitné drevné hmoty vznikajúce pri spracovaní dreva, ťažbe dreva či prácach v lese.

Systém zavážania paliva je komplexne riešený podávačmi s priamočiarym vratným pohybom. Dopravné cesty paliva majú veľkú priechodnosť (minimálny prierez 1 200 x 280 mm) a nie sú náchylné k upchávaniu, na rozdiel od závitovkových podávačov alebo turniketov, ktoré majú problém s prepravou nedrtenej kôry. Roštový popol padá do kontajnera, ktorý je špeciálnym mechanizmom spojený priamo s kotlom, čím tvorí s kotlom jeden priestor. Spaľovanie je optimalizované na základe podtlaku v spaľovacom priestore a prebytku kyslíka v spalinách. Okrem kotlov VESKO-B existujú aj ďalšie systémy určené na spaľovanie drevného odpadu. Napríklad zariadenie KWH + AZSD je určené na spaľovanie drevného odpadu s vlhkosťou 30-55% a zrnitosťou do 30mm. Jeho špecifický dizajn umožňuje osadenie aj do priestorov s obmedzenými rozmermi. Ochranu proti prehoreniu paliva smerom k zásobníku zabezpečuje dvojitý termoregulačný ventil. V prípade zvýšenej teploty na dopravnom kanále šneku nad 50°C sa spustí voda do kanála a zamedzí vzniku požiaru. Palivo zo zásobníka sypkých drevných odpadov sa pomocou závitkového dopravníka a vyhŕňacieho zariadenia dostáva do spaľovacej komory (retorty), kde dochádza k spaľovaniu na prevzdušnenom pevnom rošte pomocou ventilátora spaľovacieho vzduchu. Spaľovacia komora je okrúhleho tvaru s obdĺžnikovou šamotovou výmurovkou a predhrievacím kanálom vzduchu. Tepelná regulácia je zabezpečená regulačnými a poistnými prvkami - termostatmi.

Požiadavky na kotolňu a skladovanie paliva

Prvým pravidlom každej kotolne je - nehorľavé steny, strecha. K pilinám sa pridávajú aj požiadavky na umiestnenie hlavného skladu paliva, ktoré by nemali byť umiestnené v tej istej miestnosti ako kotol alebo tepelný generátor. U vybavenia sa predpokladaný bunker nazýva funkčný, pretože jeho objem je dostatočný iba na niekoľko hodín prevádzky, je to predovšetkým kvôli požiadavkám požiarnej bezpečnosti. Kotolňa musí mať prívodné a odvodné vetranie alebo možnosť vetrania miestnosti. Pretože vzduch pre proces spaľovania je odoberaný z vnútra kotolne, mal by byť k dispozícii prívod.

Rozmery kotolne závisia aj od spôsobu plnenia prevádzkového bunkra. Pri použití dopravníka alebo šneku sú rozmery kotolne menšie, ako keď do nich vnikne špeciálne zariadenie na vykladanie pilín. Prevádzkový zásobník kotla je možné umiestniť do samostatnej miestnosti, aby sa zmenšila veľkosť hlavnej kotolne. Pri výrobe nábytku sa často používajú uzavreté zásobníky, čo je veľmi pohodlné a čo najbezpečnejšie. Pre kotly na piliny s kapacitou do 50 - 400 kW si vystačíte s jedným zásobníkom paliva, pričom nie je potrebné organizovať dopravný systém z hlavného skladu paliva do prevádzkového zásobníka. Pri kapacitách zariadení nad 1 MW by sa mal použiť hlavný sklad paliva so systémom „pohyblivého dna“, ktorý sa plní čelným nakladačom alebo sklápačmi. Z hlavného skladu sa piliny dopravujú dopravníkmi do prevádzkového zásobníka kotla. Je potrebné poznamenať, že palivo vo forme štiepok je prakticky nemožné dodávať so štandardnými dopravníkmi a šnekami, čo je veľmi vysoký stupeň vznášania sa týchto štiepok. Z tohto dôvodu sú v počiatočnej fáze všetky charakteristiky paliva, vrátane geometrického tvaru, mali by sa zvoliť. Na prepravu sú vynikajúce nasledujúce typy: obr. 1 - B - K.

Konkrétne modely a inovácie kotlov na piliny GRV

Spoločnosť GRV vyvinula a vyrába univerzálne kotly na všetky druhy dreveného paliva. Charakteristickým znakom univerzálnych kotlov na piliny je, že zásobník paliva sa používa s miešadlom pilín, aby sa zabránilo zaveseniu. Všetky univerzálne kotly GRV majú rošt, ktorý je rovnako ako steny pece chladený tepelným nosičom. Ďalej majú zvýšené rozmery pece univerzálnych kotlov a priestrannú popolovú časť kotla, pričom plocha popolovej časti úplne zakrýva plochu pece. Výmenník tepla je iba s prietokom produktov spaľovania mimo rúrok, a nie naopak, čo výrazne zvyšuje intervaly medzi čistením od usadenín uhlíka, vodný kameň. Univerzálne kotly na piliny tiež pracujú na plný výkon pri ručnom nakladaní, zatiaľ čo rozmery (dĺžka a šírka pece) umožňujú horenie, palety, likvidáciu veľkých konárov atď.

Na spaľovanie na dreve je nainštalovaný samostatný fúkací ventilátor, zatiaľ čo horák na piliny má vlastný fúkací ventilátor. Táto konštrukcia je spoľahlivejšia, kedykoľvek môžete prepnúť na rezervu paliva bez zmeny nastavenia a konštrukcie kotla na piliny. Použitie ocele od 5 do 12 mm zaisťuje dlhú životnosť zariadenia. Technológia GRV pre kotly na výrobu pilín so systémom ohrievania prúdom vzduchu pre spaľovací proces zabezpečuje stabilnú prevádzku kotla na pilinách s vlhkosťou 50 - 55%, čo výrazne šetrí náklady na prípravu paliva. Takéto systémy sa používajú vo veľkých zariadeniach na kombinovanú výrobu elektriny a tepla, ktoré na výrobu elektriny používajú kúrenie. Využitie tepla z odchádzajúcich produktov spaľovania na ohrev výfukového vzduchu v tomto prípade zaisťuje stabilnú prevádzku. Použitie suchých pilín s obsahom vlhkosti W <20% umožňuje použitie kotlov série GRV, v ktorých nie je predbežný ohrev vzduchu. Tieto kotly majú o 7 - 8% nižší aerodynamický odpor a je možné ich namontovať na prirodzený ťah. Požiadavky na komín sú v tomto prípade až 10 - 12 metrov, s výnimkou kotlov s výkonom nad 400 kW.

Domáca konštrukcia a optimalizácia spaľovania

Výroba takýchto bežných kotlov sa dá vykonať bez akýchkoľvek zvláštnych ťažkostí vlastnými rukami, po prehliadnutí výkresov a štúdiu montážneho procesu. Ako východiskový materiál môžete použiť akékoľvek improvizované nádoby, ako sú staré kovové sudy, rúry, plynové fľaše, samozrejme bez obsahu, a iné podobné nádrže. Keď sme teda prišli na zariadenie a princíp fungovania priemyselného dizajnu, môžeme začať makať s domácou mini jednotkou, ktorá je podobná v akcii. Najskôr je potrebné doplniť zásoby potrebného náradia a materiálov, z ktorých sa kachle zostavia, a to konkrétne:

• zváračka;
• rúrka dostupného priemeru (32 - 56 mm);
• výstupné potrubie plynu (100 mm);
• sada nastaviteľných a plynových kľúčov;
• brúska;
• ruleta;
• hodinové relé;
• tepelný senzor;
• ventil proti výbuchu;
• vodné čerpadlo;
• guľové ventily (3 ks) a skrutkové spojky;
• kŕmny šnek;
• skrutka na odstránenie popola (voliteľné);
• kovový roh.

Optimalizácia spaľovania pre zvýšenie účinnosti

Pre dosiahnutie efektívneho spaľovania a úspor paliva je možné implementovať rôzne úpravy a vylepšenia. Patria sem napríklad predohrev sekundárneho vzduchu, ktorý prispieva k bezpečnosti a znižuje dechtovanie. Ďalšie vylepšenia sa týkali usmernenia prúdu spalín - tzv. turbulátorov. Je to podobné piliňákom, kde je stredom vedený vzduch a palivo postupne vyhorí. Pri správnom nastavení plamene končia pred dymovými ťahmi a ich vrcholy sa len chvíľu dostávajú ďalej. Ťah totiž zaostruje a skracuje plameň, kotol potom duní a to dunenie sa mení podľa objemu horiacich plynov.

Pokiaľ dôjde k zasypaniu celého roštu pri otvorenej dusivke, môže nastať tvorba dymu, kým piliny nezačnú horieť aj zhora. To platí pre palivo, ktoré je pre plamene neprestupné. Ak sa piliny zapália zhora, majú dlho malý výkon, preto sa s nimi topí prehorením s prívodom horúceho vzduchu. Pravidelná údržba, ako čistenie spaľovacej komory a odstraňovanie popola, je kľúčová pre zachovanie efektivity. Na udržanie optimálnej prevádzky kotla je dôležité mať suché palivo s nízkou vlhkosťou.

tags: #kotol #spalovanie #pilin