Oto przykładowe sposoby pozyskiwania energii cieplnej z drewna i słomy:


Rys.1 Sposoby pozyskiwania energii w procesie spalania drewna

Do spalania biomasy najczęściej stosuje się piece z paleniskami rusztowymi lub fluidalnymi (komorami).

Spalanie fluidalne w dużym uproszczeniu polega na zawieszeniu rozdrobnionego ciała stałego w płynącym do góry strumieniu gazu, czyli na zetknięciu się fazy stałej z fazą gazowa. Warstwę fluidalna stanowi paliwo wraz z popiołem, powietrze i spaliny. Pod tą warstwę z odpowiednia prędkością wdmuchiwane jest powietrze. Powstające podczas spalania spaliny są przepuszczane przez filtr, a otrzymany pył kierowany jest do warswy.

Spalanie fluidalne ma liczne zalety:

• proste przygotowanie paliwa do spalania oraz proste doprowadzenie paliwa do komory paleniskowej
• znaczna redukcja (80%) emisji SO2 do atmosfery poprzez doprowadzenie do złoża związków wiążących siarkę (wapń)
• niska emisja dwutlenku azotu z uwagi na niska temperaturę złoża (850oC) i etapowe spalanie
• niska emisja węglowodorów
• bardzo dobry współczynnik wymiany ciepła w komorze paleniskowej
• wysoka sprawność spalania ze względu na mieszanie turbulentne i długi czas przebywania cząstek e złożu cyrkulacyjnym
• temperatura spalania nie przekracza temperatury mięknięcia popiołu zawartego paliwie, co wpływa na niewielkie zabrudzenie powierzchni kotłów.

Geometria komór została zoptymalizowana, w piecach wydzielono przestrzenie zgazowania drewna i spalania gazów. Często stosowane jest także automatyczne sterowanie procesem spalania. Piece mogą mieć różną wielkość i moc cieplną, np. piece do spalania zrębków drewna są budowane w wielkościach od 1,5*103W mocy cieplnej aż do instalacji o mocy cieplnej powyżej setek MW.

Najprostszym piecem na zrębki jest piec z przepływowym systemem spalania, gdzie paliwo dostarczane jest przenośnikiem śrubowym od spodu. Powietrze doprowadzane jest odrębnymi kanałami do komory spalania. Spaliny natomiast odprowadzane są do wymiennika ciepła, a stamtąd dalej do komina. (Rys.5 )Podobnie wszystko odbywa się w piecach przystosowanych do spalania słomy, z tą różnicą ze słoma w postaci sprasowanej wiązki wkładana jest do wnętrza komory.

Urządzenia przepływowe charakteryzują niskie sprawności cieplne, nie przekraczające 40%. Emitują one także dość duże ilości tlenku węgla i pyłów (zwłaszcza ze słomy).Piece takie budowane są o niewielkich mocach cieplnych i dlatego wydzielane przez nie spaliny nie stanowią zagrożenia ekologicznego.

Rys. b przedstawia spalanie w przeciwprądzie powietrza. Kotły takie posiadają dwie szeregowe komory spalania służące do odgazowania i do spalania wytworzonego gazu z doprowadzeniem powietrza wtórnego. Rys przedstawia piec z rusztem podwieszanym. W takim przypadku paliwo dostarczane jest od góry co ułatwia usuwanie gromadzącego się popiołu, ale pogarsza równomierność zasilania paliwem. Sprawności cieplne urządzeń z komorami przeciwprądowymi dochodzą do 75-85% i emitują mniej produktów spalania.

W piecach wyżej przedstawionych spalane mogą być także pelety i brykiety.

W piecach rusztowych spalanie słomy przebiega podobnie jak spalanie drewna. Początkowo ze słomy wydziela się woda i substancje lotne, a następnie odbywa się bezpłomieniowe spalanie związków węgla. Fazy te przebiegają wolniej niż w przypadku spalania drewna (przy spalaniu luźnej słomy wymaga to ciągłego dokładania materiału). Spalanie słomy powoduje także konieczność do rozwiązywania problemów jakimi są: duża ilość popiołu oraz tendencja do aglomeracji, czyli spiekania już w temperaturze 700-1100oC ( wymaga to stosowania ruchomego rusztu).

Słoma w zależności od formy w jakiej jest zbierana, może mieć postać: małych bel prostopadłościennych, wielkowymiarowych bel prostopadłościennych, wielkowymiarowych bel cylindrycznych lub luzem.

Przedstawiony wyżej kocioł posiada system pneumatycznego podawania sieczki do paleniska. Zastosowana została śluza dozująca w celu regulacji ilości dozowanej sieczki. Taki proces spalania charakteryzuje wysoka sprawność ponieważ spalanie odbywa się w postaci zawiesiny.

Często stosowane w sieciach ciepłowniczych i elektrociepłowniach są kotły do spalania całych bel podawanych automatycznie. Masa takich bel dochodzi do 500 kg. Bele mogą być spalane "cygarowo" czyli spalanie następuje od czoła lub mogą być ładowane do przdpaleniska i następnie spalane na rusztach. Energia cieplna ze spalonej słomy magazynowana jest w zasobnikach ciepła. W takiej instalacji potrzebny jest obieg wodny oraz wymiennik ciepła aby umożliwić regulacje temperatury wody w instalacji grzewczej.

Obecnie badania przeprowadzane w kotłowniach opalanych słomą wskazują, iż nowoczesne kotły emitują niewielkie ilości dioksan i sytuacja ta stale się poprawia.

schematy ........