Niskoemisyjne spalanie drewna. Fakty i mity

Po pierwsze - rodzaj wybranego drewna w dużej mierze wpływa na niskoemisyjne spalanie. Dzieje się tak, z uwagi na specyfikę samego procesu, który należy podzielić na kilka etapów.

Drewno sezonowane - mniej dymu i  CO2

W początkowym stadium, tuż po zapłonie, następuje podgrzanie i odparowanie wody zawartej w biomasie. Ze względu na obniżanie wartości opałowej paliwa jest to oczywiście składnik niepożądany. Zbyt duża zawartość wilgoci w paliwie prowadzi także do zwiększonej emisji pyłów. Z drugiej strony, nie jest prawdą, że im bardzie suche paliwo tym lepiej - mocno wysuszony wsad spala się zbyt gwałtownie. Ponadto, efektywne dopalanie szkodliwego tlenku węgla jest możliwe tylko w obecności określonej ilości pary wodnej. To właśnie tzw. "rodniki" powstające w wyniku rozpadu wody wspomagają utlenianie CO do CO2. Udział wilgoci w paliwie zapewniający minimalny poziom emisji pyłów i efektywne dopalanie tlenku węgla to ok. 15%. W związku z tym należy stosować tylko drewno sezonowane.

Nieodpowiednie rozmiary i ułożenie kawałków drewna w komorze spalania także mogą wpływać na podwyższenie emisji zanieczyszczeń. Wynika to z utrudnionego dostępu powietrza do pewnych partii wsadu. Najprostsze, certyfikowane urządzenia z załadunkiem ręcznym mają określony w wyniku specjalistycznych badań nominalny zakres rozmiarów i sposób ułożenia paliwa, gwarantujący najniższy poziom emisji.

Po osuszeniu drewna i osiągnięciu odpowiednio wysokiej temperatury następuje tzw. piroliza, czyli rozkład pod wpływem temperatury substancji zawartych w drewnie bez dostępu tlenu. Powstają zarówno produkty stałe (tzw. karbonizat - czyli popiół), jak również ciekłe (smoły) i gazowe. W niewielkiej odległości od kawałka drewna składniki gazowe mieszają się z tlenem. Niektóre produkty pirolizy mogą od razu ulec spaleniu, jednak duża ich część bierze udział w bardzo złożonym procesie nazywanym "zgazowaniem". W wyniku tego złożone produkty pirolizy przekształcane są w o wiele prostsze związki (tlenek węgla, wodór niewielkie ilości najprostszych węglowodorów), które ulegają spaleniu tworząc płomień nad złożem paliwa.

Dostęp powietrza

W tym etapie kluczowe jest dostarczenie do paleniska wystarczającej ilości powietrza, ponieważ gaz drzewny może spalać się w pełni tylko przy jego odpowiednim nadmiarze. W urządzeniach małej mocy przyjmuje się wartość współczynnika nadmiaru powietrza ok. 1.5 - 2.0, aby zapewnić odpowiedni kontakt i poziom wymieszania cząsteczek palnych z utleniaczem. W tym celu stosuje się również rozdział powietrza na pierwotne i wtórne. Powietrze pierwotne wykorzystywane jest w dużej mierze w procesie zgazowania, ale także do spalania pozostałości stałej, natomiast powietrze wtórne zapewnia efektywne dopalenie związków palnych w fazie gazowej. Odpowiedni współczynnik nadmiaru powietrza to kolejny czynnik, który wraz ze stopniowaniem i właściwym paliwem gwarantuje niskoemisyjne spalanie drewna.

Oczywiście ostateczne produkty spalania biomasy to przede wszystkim dwutlenek węgla i para wodna. Dwutlenek węgla zaliczany jest do gazów powodujących efekt cieplarniany, przy czym w przypadku paliw biomasowych CO2 emitowany w czasie spalania jest pobierany przez roślinę z otoczenia w czasie jej wzrostu.

Dobre urządzenie to podstawa

Intensywność etapów spalania drewna jest zmienna w czasie cyklu pracy urządzenia. Z biegiem procesu uwalnianie wilgoci, jak i części lotnych ustaje, a w palenisku pozostaje tylko tlący się popiół powstały ze spalania stałych produktów pirolizy i zgazowania. W związku z tym konieczne jest stosowanie kontrolerów pracy jednostki, które w oparciu o dedykowany algorytm dostosowują ilość podawanego powietrza do warunków w komorze spalania. Wyklucza to możliwość nadmiernego spadku temperatury czy zbyt niską koncentrację tlenu w palenisku. Najczęściej sterowniki wykorzystują informacje przesyłane przez czujnik temperatury spalin i/lub sondę rejestrującą stężenie tlenu w spalinach. Możliwe jest rozszerzenie zakresu informacji przetwarzanych w kontrolerze, np. o wartość temperatury w wybranym punkcie komory spalania, co dodatkowo zwiększa możliwości kontroli emisji zanieczyszczeń.

Niskoemisyjne spalanie nie jest determinowane przez rodzaj paliwa, a raczej odpowiednie poznanie specyfiki spalania danego surowca i dostosowanie do niej cech jednostki grzewczej. W przypadku pieców czy kominków zasilanych drewnem, zastosowanie się do powyższych gwarantuje czyste spalanie.

Więcej informacji na temat kampanii Nie Rób Dymu można uzyskać odwiedzając stronę www.nierobdymu.com, a także na Facebook’u: https://www.facebook.com/NieRobDymu/

opr.: mgr inż. Mateusz Szubel, AGH w Krakowie, Wydział Energetyki i Paliw
źródło i zdjęcie: Nie Rób Dymu