tel.:  787 062 313   e-mail: kontakt@berskikepno.pl

PROCES ZGAZOWYWANIA DREWNA W KOTŁACH

Od setek lat wiadomo, że drewno i jego pochodne stanowią niezwykle cenny surowiec zapewniający ogrzewanie, światło oraz ciepły posiłek. Rozwój cywilizacyjny oraz coraz większe globalne zużycie energii sprawiły, że wraz z biegiem czasu drewno zaczęło tracić swą popularność na rzecz bardziej kalorycznych paliw, czyli węgla, a potem ropy naftowej i gazu ziemnego. Degradacja środowiska, jaką przyniosło ze sobą wykorzystanie paliw kopalnych, a także widmo ich wyczerpania spowodowały ponowne zainteresowanie biomasą. Chęć efektywniejszego wykorzystania drewna jako paliwa doprowadziły do odkrycia procesu zwanego zgazowywaniem drewna. Jest to proces znany od drugiej wojny światowej, kiedy to auta napędzane były gazem drzewnym. Jeszcze długo po wojnie nawet w Polsce jeździły autobusy na to paliwo. Zatem jest to technologia zweryfikowana, a obecnie powszechnie używana również w technice grzewczej.

Kotły zgazowujące drewno „wytwarzają” gaz drzewny, który następnie jest spalany. Wykorzystują zjawisko pirolizy, czyli spalają gazy, które powstały w trakcie termicznego rozkładu drewna z niedoborem tlenu. Początkowo w górnej części komory kotła zachodzi zagazowanie drewna, następnie wytworzony gaz przedostaje się przez warstwę żaru i w efekcie trafia do dyszy palnikowej gdzie miesza się z powietrzem. Mieszanina ta zapala się już w dyszy, a dopalana jest w ceramicznej komorze w dolnej części kotła.

Cały proces zachodzi w jednej przestrzeni podzielonej na pięć stref, a końcowym efektem jest wytworzenie energii termicznej.

I – strefa suszenia. W górnej części komory załadowczej (inaczej: komora zgazowania) drewno zostaje rozpalone jak w zwykłym kotle przy normalnym dostępie tlenu. Następnie zamykane są drzwiczki górnej komory, a otwarta zostaje klapa dolnej komory. Dym powstały w wyniku wstępnego spalania suszonego drewna zostaje odprowadzony do komina przez klapę kominową.

II – strefa karbonizacji (zgazowania). Po rozpaleniu w kotle i powstaniu warstwy żaru zamknięte zostają obie komory (górna i dolna) oraz klapa komina, w związku z czym  następuje zmiana kierunku przepływu dymu (w dół). Cały czas wzrasta temperatura wysuszonego drewna, dzięki czemu wytwarza się gaz oraz soki drzewne. Mieszanina ta ulega kondensacji do postaci smolistego octu drzewnego.

III – strefa utleniania. Węgiel drzewny żarzy się w temperaturze 700–1000 ºC, czyli znacznie przewyższającej temperaturę spalania drewna w normalnych warunkach. W wyniku utleniania węgla drzewnego powstaje bardzo ważny składnik gazu drzewnego, palny tlenek węgla (2C + O2 = 2CO). Wydziela się wodór H2, który również staje się częścią składową gazu drzewnego oraz metan CH4. Ostatnim gazem, który wytrąca się w tej strefie, jest niepalny tlenek węgla CO2 (C + O2 = CO2).

IV – strefa redukcji. Powstały w strefie III gaz zawierający niepalny CO2 omywa węgiel drzewny żarzący się w temperaturze dochodzącej do 1300 ºC. W wyniku kontaktu CO2 z gorącym węglem dochodzi do redukcji: (niepalny) CO2 + C + wysoka temperatura = 2CO (palny). Im wyższa temperatura, tym więcej CO.  W strefach II, III i IV dostęp powietrza jest minimalny, potrzebny jedynie do utrzymywania żaru nad dyszą.

V – strefa spalania. Wytworzony gaz drzewny opuszcza komorę zgazowania poprzez dyszę. W wyniku dostępu dużej ilości powietrza wtórnego gaz tworzy mieszankę wybuchową z tlenem (od 4,5 do 35% powietrza). Zapłon następuje już w dyszy (temperatura zapłonu 560 ºC), jednak pełne dopalenie przebiega w komorze spalania pod dyszą. Powstaje fioletowo-niebieski płomień, a temperatura dochodzi do 1300 ºC.


Sam proces wytwarzania energii cieplnej w kotłach zgazowujących zazwyczaj opisuje się jednak w czterech etapach:

 

 

Etap I – suszenie i zgazowanie drewna,

 

Etap II – spalanie gazu drzewnego w palniku,

 

Etap III – dopalanie gazu drzewnego w komorze spalania i odbiór ciepła ze spalin,

 

Etap IV – wyrzut schłodzonych spalin przez komin.

Cały proces zagazowywania charakteryzuje się bardzo niską emisją szkodliwych związków. Wytworzony w wyniku spalenia gazu drzewnego CO2 ma zerowy bilans w przyrodzie. To znaczy, że rośliny podczas wzrostu, w wyniku fotosyntezy pobierają tyle samo CO2, ile później emitowane jest do atmosfery w wyniku spalania. Znikoma zawartość siarki w drewnie powoduje, że również emisja tlenków siarki jest praktycznie niezauważalna w porównaniu np. ze spalaniem węgla. Zawartość tlenków azotu jest także niższa niż dopuszczalna granica. Pirolityczne spalanie drewna jest więc jednym z najczystszych ekologicznie pozyskiwaniem ciepła.

Nowoczesne kotły zgazowujące wytwarzają energię z trzykrotnie wyższą sprawnością niż tradycyjne spalanie drewna. Zazwyczaj są w pełni zautomatyzowane i zapewniają energię dla centralnego ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej. Zakres mocy od 15 do 80kW, sprawia że urządzenia te znajdują coraz szersze zastosowanie nie tylko w gospodarstwach domowych. Możliwe jest spalanie w nich drewna o różnym stopniu granulacji od trocin po polana. W przypadku wykorzystania wiór, ścinków, szczap należy spalać je z większymi polanami. Czas pracy pomiędzy załadunkami paliwa wynosi nawet do 12 godzin.