Biomasa je v podstate zakonzervovaná slnečná energia, ktorú rastliny vďaka fotosyntéze premieňajú na organickú hmotu. Viažu pritom oxid uhličitý a pri horení ho zasa uvoľňujú. Moderné kotly na drevo poskytujú taký komfort, že sú jednou z alternatív pre takmer každý rodinný či bytový dom. V domoch s vyššou potrebou tepla bývajú často hlavným zdrojom kotly so systémom splyňovania dreva alebo kotly na spaľovanie drevných peliet či brikiet.
Popis Spaľovacej Komory a Funkcia Kotla
Zariadenie sa skladá z vodorúrkovej spaľovacej komory nad upraveným posuvným roštom a žiarotrubného vertikálneho výmenníka. Spaľovacia komora je vodorúrková membránová. Predná časť je vybavená vstupným otvorom pre celé balíky slamy, ktoré sú nad prednú časť roštu zasúvané do topeniska špeciálnym zariadením.
Alternatívne je predná časť vybavená vstupným hrdlom pre palivo, ktoré je nad prednú časť roštu pretláčané pomocou hydraulického podávača. Vstupné hrdlo je vyhrievané vykurovacou vodou z dôvodu predsušenia paliva. Kotol je dodávaný s kompletným výstrojom vrátane izolácie a oplechovania.
Na konci roštu je umiestnený vyhŕňacia závitovka pre odstraňovanie popola. Spaliny vystupujú zo spaľovacej komory, vstupujú dolu do vertikálneho spalinového výmenníka. Výstupný otvor pre spaliny z výmenníka sa nachádza hore a je možné ho prispôsobiť polohe podľa projektu kotolne.
Riadenie a Regulácia Výkonu s Dôrazom na Podtlak
Kľúčovým prvkom efektívnej a bezpečnej prevádzky kotla na biomasu je automatická regulácia. Automatická regulácia výkonu je skoková s plynulým prechádzaním a je určovaná hodnotou podtlaku v spaľovacej komore a počtom dávok paliva do topeniska v závislosti na výstupnej teplote vody z kotla.
Spalinový ventilátor na odťahu spalín s frekvenčným meničom otáčok reguluje nastavený podtlak v komore. Chod sekundárneho ventilátora je riadený podľa frekvenčného meniča otáčok v závislosti na % O2 v spalinách. Kamera v spaľovacej komore - optická kontrola spaľovacieho procesu - môže prispieť k optimalizácii. Podtlaková prevádzka kotla významne zvyšuje bezpečnosť pri spaľovaní peliet.
Regulácia klasického kotla na drevo možná nie je a pokusy „škrtiť horenie“ či „dusiť kotol“ zabraňovaním prívodu vzduchu, sú príčinou prílišnej tvorby sadzí v komíne, neraz končiacej až požiarom. Naproti tomu, moderné drevosplyňovacie kotly s vyššou účinnosťou (až okolo 85%) už reguláciu výkonu umožňujú. Takisto, výkon kotla na pelety je možné regulovať, práve vďaka existencii zásobníka a automatického zapaľovania.
Väčšina kotlov na biomasu má možnosť plynulej regulácie výkonu už od -50 % až do +130 % pri udržaní účinnosti nad 90 %, čo umožňuje udržiavať vo vykurovanom objekte stabilnú teplotu pomocou inteligentnej regulácie s izbovým termostatom a ekvitermikou.
Termochemická premena biomasy na biopalivá prostredníctvom splyňovania
Inovatívne Riadenie a Technológie
Obľúbenou novinkou na trhu sú kotly, ktoré dokážu pomocou inteligentnej detekcie (PATENTOVANÉ) udržiavať zostatkové množstvo pahreby aktívne až do 24 hodín a teda nie je potrebné na ďalší deň nové rozkurovanie, ale stačí len priložiť nové palivo.
Kotly BLAZE HARMONY sú na rozdiel od väčšiny iných vybavené unikátnym horákom s rotačnou spaľovacou komorou, čo umožňuje bezproblémové spaľovanie peliet aj nižšej kvality. Spaľovacia komora rotačného horáku je samočistiaca a teda nevyžaduje počas vykurovacej sezóny žiadne zásahy, čistenie či údržbu. Spoločnosť BLAZE HARMONY uvádza na trh nový jedinečný kotol na pelety ROTARY PELL - PEREMIUM, ktorý je osadený novým rotačným horákom, pracujúcim na báze podtlaku (nie pretlaku). Podtlaková prevádzka kotla významne zvyšuje bezpečnosť pri spaľovaní peliet.
Medzi najobľúbenejšie kotly patrí kombinovaný kotol HYBRID BIOMASS, ktorý dokonale spája výhody drevosplyňujúceho kotla a rotačného peletového horáku BLAZE HARMONY. HYBRID BIOMASS je prvý kotol na trhu s trojpásmovým prívodom vzduchu do splyňovacej komory (PATENTOVANÉ), ktorý zaisťuje rovnomerné odháranie paliva a umožňuje kvalitné spaľovanie palív rôznych rozmerov (štiepku, piliny, brikety aj nižšej kvality). Predsúšací vzduch, ktorý je privádzaný (v prípade potreby) do hornej časti komory, vysúša prípadné vlhké palivo, aby bolo možné ho kvalitne spáliť, a pritom zachovať vysokú účinnosť kotla a nízke emisné hodnoty. Kotol HYBRID BIOMASS sa po dohorení drevnej hmoty dokáže automaticky sám prepnúť do režimu vykurovania peletami a kúrenie plynulo pokračuje bez potreby zásahu obsluhy. Na rozdiel od iných kotlov sa u kotlov BLAZE HARMONY dá jednoducho riadiť rozloženie vzduchu vstupujúceho do paliva (predsúšacieho vzduchu privádzaného nad vrstvu paliva). Kotol je preto možné prispôsobiť rôznorodejším palivám. Inovatívne kotly a horáky BLAZE HARMONY sú riadené efektívnymi riadiacimi jednotkami a dajú sa pripojiť a ovládať aj na diaľku cez internet.
Vplyv Paliva na Prevádzku a Účinnosť
Pre účinné spaľovanie je potrebné používať suché drevo. V opačnom prípade dochádza k „prepáleniu“ čiže korózii kotla, jeho dechtovaniu a zanášaniu, podobne ako pri komíne. Tieto negatívne efekty následne zbytočne zaťažia Vaše financie. V podstate si treba uvedomiť, že vlhké drevo neposkytne predpísanú výhrevnosť a zníži účinnosť kotla. Vlhkosť v dreve znižuje teplotu horenia. Požadovaná nízka vlhkosť (ideálne 15%) sa dosiahne až po približne dvoch rokoch sušenia dreva.
Kúrenie drevom je dôležité, aby bolo drevo patrične vysušené a vykazovalo čo najnižšiu zvyškovú vlhkosť. Pri správnom spaľovaní a optimálnej vlhkosti horí drevo takmer bez dymu, ľahko sa zapaľuje a tvorí málo popola. Ak je kotol určený na spaľovanie suchých polien, nie je vhodné v ňom spaľovať čerstvo narezané drevo, ktoré obsahuje vysoký podiel vody. Dobre skonštruovaný moderný kotol na biomasu musí mať tiež dobre vyriešenú ochranu voči nízkotepelnej korózii spaľovacej komory a tiež ochranu spiatočky, aby bola dosiahnutá vysoká prevádzková bezpečnosť a životnosť kotla bola čo najdlhšia.
Typy paliva, ktoré sa používajú v kotloch na biomasu, sa líšia svojimi vlastnosťami a požiadavkami na spaľovanie:
| Typ paliva | Popis a vlastnosti | Max. vlhkosť | Orientačná účinnosť kotla |
|---|---|---|---|
| Hranaté balíky slamy | Slama repková, pšeničná, energetický šťaveľ Uteuša; max. prierez 1250 x 1200 mm a dĺžky max. 2400 mm; stredne zlisované. Obsah nespáliteľných látok (prach, piesok) max. 0,4%, popolnatosť max. 6%. Musia byť celé zviazané a nedeformované, vlhkosť musí byť homogénna. | 20% | N/A |
| Drevná biomasa | Zmes pilín, odrezkov, kôry, drevnej štiepky, hoblín; min. výhrevnosť 10,1 MJ/kg; veľkosť do max. Ø 40 mm, dĺžky do 100 mm. | 40% | N/A |
| Drevené pelety | Granule s priemerom 6 až 8 mm a dĺžkou 10 až 30 mm; vyrobené z odpadového dreva (piliny, hobliny); lisovaním pod vysokým tlakom sa dosahuje vyššia merná hmotnosť paliva (min. 650 kg/m3). | N/A | Nad 90% až 94% |
| Rastlinné pelety | Pripravené zo slamy a zvyškov obilnín. | N/A | N/A |
| Drevené brikety | Valce s dĺžkou 15 až 25 cm; z odpadovej biomasy drvením, sušením a lisovaním bez chemických prísad; vysoká merná hmotnosť paliva (1200 kg/m3). | N/A | N/A |
| Kusové drevo (polená) | Polená dlhé 30 až 50 cm, prípadne do 100 cm; rôzne kusové odpady z drevospracujúceho priemyslu. | 15% - 55% | Až 85% (drevosplyňovacie kotly) |
Doprava Paliva a Čistenie Kotla
Doprava paliva je zabezpečovaná pomocou pásového dopravníka a posuvného stola, ktoré sú umiestnené v sklade paliva. Balíky slamy obsluha kladie na pásový dopravník napr. vysokozdvižným zariadením s vidlami. Dopravník tieto balíky slamy nesie a ukladá na posuvný stôl. Posuvný stôl je osadený sledovaním prítomnosti balíku slamy, ktorý v okamihu naplnenia dáva pokyn na zastavenie posunu na dopravníku.
Vyprázdňovanie sila je vykonávané pomocou striedavého pohybu axiálne vedenej posúvacie tyče, ktorá je vybavená väčším počtom vynášacích klinov. Posúvacia tyč je poháňaná pomocou hydraulického valca. Palivo sa tak dostáva k priečne sa nachádzajúcemu hydraulickému podávaču, kde je zbierané a ďalej dopravované do topeniska kotla. Hydraulický podávač funguje na rovnakom princípe ako vynášanie zo sila a je začlenený do regulačného okruhu kotla, to znamená, že je zapínaný alebo vypínaný v závislosti od odberu tepla z kotla.
Popol je z topeniska vynášaný automaticky pomocou priečneho závitového dopravníka umiestneného v zadnej časti topeniska. Čistenie výhrevných plôch je mechanické pomocou špeciálnych kief a pre vyberanie popola sú tu zabudované ľahko demontovateľné dvierka a vráta. Prevádzka kotla na biomasu tiež vyžaduje neustále vynášanie popola, hoci pri automatických kotloch na pelety tak stačí učiniť spravidla raz za 1 až 3 mesiace. Bežne treba rátať aj s čistením výmenníka a plniacej komory kotla, avšak automatické kotle na pelety Vás zbavia aj tejto starosti. Spaľovaciu komoru treba čistiť a popol z popolníka vyberať raz za 1 až 30 dní, podľa kvality peliet a veľkosti popolníka.
Účinnosť Spaľovacieho Procesu
Zastarané kotle na tuhé palivá majú spravidla účinnosť okolo 60 - 70%, moderné kotle na pelety prevyšujú účinnosť aj 90% a drevosplyňujúce kotle dosahujú aj 85%. Takže náklady na palivo sa kúpou nového kotla môžu znížiť až o 15-30% ročne. Dosiahnuť vysokú účinnosť kotla možno len s tým palivom, ktoré je výrobcom určené na použitie.
Drevosplyňovací kotol sa skladá z dvoch nad sebou uložených spaľovacích komôr. Najprv dôjde v primárnej spaľovacej komore k primárnemu spaľovaniu - splyňovaniu, čiže 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 (vzduch sa obvykle predohrieva). Tento systém spaľovania je ekonomickejší, ako spaľovanie pevného paliva klasickým horením. Úspora paliva dosahuje rádovo 40%, pričom je nízka emisia spalín, čím majú menší negatívny dopad na životné prostredie. Kotly majú vysokú účinnosť (až do 90%). Vyššia účinnosť má za následok nižšiu spotrebu paliva.
V kotloch na splyňovanie dreva prichádza k spaľovaniu dreva bez prebytku vzduchu a následne k spaľovaniu vytvoreného drevoplynu, čo má zásadný vplyv na lepšiu využiteľnosť paliva. Oproti klasickým roštovým kotlom na spaľovanie dreva zostávajú v kotloch na splyňovanie dreva minimálne tuhé zvyšky. V druhotnom spaľovaní prehorí oxid uhoľnatý na oxid uhličitý. Takéto spaľovanie má vyššiu účinnosť, pretože časť okruhu neobsahuje vodu, spomaľujúcu horenie. Tento systém zvýši účinnosť o 7 - 15%.
Vyznačujú sa vysokou účinnosťou okolo 94% pre kotly na pelety a okolo 92% pre kotly na štiepku. Najefektívnejšia prevádzka splyňovacích kotlov je od 50 do 100 % ich menovitého výkonu. Pri prevádzke kotla s výkonom pod 50 % menovitého výkonu je horenie nedokonalé, čo spôsobuje nízku účinnosť výroby tepla, zvýšenú produkciu škodlivín vypúšťaných do ovzdušia a zanášanie kotla aj komína sadzami. Taktiež môže dochádzať ku korózii teplovýmenných plôch kotla.
S akumulačnou nádržou, v ktorej sa ukladá prebytok vyrobeného tepla, možno kotol prevádzkovať efektívnejšie. Ak je nádrž plne „nabitá”, kotol sa automaticky odstaví a vykuruje sa naakumulovaným teplom.
Bezpečnosť a Údržba Kotlov na Biomasu
S prevádzkou vykurovacích kotlov na alternatívne palivá sú spojené rôzne bezpečnostné riziká. Riziká môže používateľ z veľkej časti minimalizovať dodržiavaním pokynov výrobcu kotla. Kotly na biomasu musia byť ohňovzdorné a bezpečné pre prevádzku. Mali by byť vyrobené z nehorľavých materiálov a odolné voči deformáciam. Iba tak môžu čeliť tlakom vznikajúcich v bežnej prevádzke.
Aby nedošlo k spätnému zapáleniu peliet v zásobníku, dávkovače musia disponovať bezpečnostnými zariadeniami. Práve kvôli zaisteniu bezpečnosti a lepšej účinnosti je potrebné kotly na biomasu, ale aj pripojené komíny nechávať pravidelne po vykurovacej sezóne kontrolovať. Rovnako je odporúčané inštalovať bezpečnostný systém spiatočky so zmiešavacím ventilom. Ten zabezpečí, aby sa do kotla vracala voda o teplote zabraňujúcej kondenzácii spalín a tým aj korózii a dechtovaniu výmenníka. Kotol na biomasu by mal tiež zabrániť nebezpečnému hromadeniu horľavých plynov v spaľovacej komore a dymovodoch.
Neodmysliteľnou súčasťou kotlov je tepelná izolácia. Tá musí odolávať bežným teplotným aj mechanickým tlakom, preto sa vyrába z nehorľavých materiálov. Kritickú úlohu zohráva aj komín kotla, ktorý musí byť navrhnutý tak, aby umožňoval voľný pohyb paliva a jeho bezpečné spaľovanie. Zabudovaný termostat s nastavenou teplotou a špeciálna konštrukcia zmiešavania v telese kotla zaisťujú ochranu kotla. Možné je aj samotiažné zapojenie do akumulačnej nádrže, bez nutnosti čerpadiel, čo značne znižuje náklady pri inštalácii a zabezpečuje bezpečnú prevádzku.
