Nastavitve piškotkov

Piroliza

Piroliza je postopek razkroja snovi pri višjih temperaturah in v primeru gorljivih snovi tudi brez dostopa zraka, saj lahko sicer pride do sežiga snovi. Produkti pirolize so številne organske molekule, ki imajo nižjo molsko maso kot snov, ki jo piroliziramo.

Biomasa označuje obnovljive vire energije predvsem rastlinskega izvora, med katere prištevamo kot najbolj razširjen vir za pridobivanje energije les, slamo, hitrorastoče energijske rastline, bio plin ter bio-dieselsko gorivo.

Les je najstarejši energent, ki ga pozna človeštvo. S pojavom naftne krize in ob spoznanju, da je količina fosilnih goriv v naravi omejena, ter ob vedno večjem ekološkem zavedanju, da je onesnaževanje okolja zaradi pridobivanja energije postalo že zelo nevarno za obstoj civilizacije, ponovno posvečamo vedno večjo pozornost tudi lesu kot obnovljivemu viru energije. Prav tako pa zaradi vse večje onesnaženosti in emisij CO2 v našem okolju prav les predstavlja enega izmed naravnih materialov, ki je v Sloveniji v zelo velikih količinah, saj gozdovi pri nas pokrivajo približno 54% vseh površin, in se ga da uporabiti na več nivojih predelave in obdelave. Obnovljivi viri energije imajo pomembno vlogo pri povečanju deleža oskrbe z domačo energijo in zmanjševanju obremenjevanja okolja, izraba obnovljivih virov energije pa predstavlja tudi pomemben ukrep za zmanjševanje emisij toplogrednih plinov. In prav biomasa nam predstavlja enega izmed primarnih surovin, ki jih lahko neposredno ali z različnimi tehnološkimi procesi (anaerobno vrenje, piroliza, kurjenje, vrenje, iztiskanje ali briketiranje) pretvorimo v sekundarna goriva katera potem, odvisno od potreb, pretvorimo v druge oblike energije.

 

 

LES - HRANILNIK ENERGIJE

Drevo zbira energijo sonca s pomočjo fotosinteze in jo kot hranilnik energije shrani v lesni masi. Rastline s pomočjo sončne energije iz vode in CO2 tvorijo glukozo za kar potrebujejo približno 0.80 kWh/mol sončne energije. Stranski produkt tega procesa je tvorjenje kisika. Toplota, ki se sprošča pri zgorevanju glukoze v zaprtih sistemih, brez kondenzacijske toplote vode, znaša približno 0,78 kWh/mol. Sončno energijo, shranjeno v lesu, lahko tako v veliki meri ponovno pridobimo kot toplotno energijo z gorenjem lesa.

Obraten proces pridobivanja energije se vrši pri zgorevanju lesa. Ogljik in kisik v lesu reagirata s kisikom iz zraka. Če je tega dovolj, se ogljik s kisikom veže v ogljikov dioksid (CO2) pri čemer se sprošča toplota. Če je količina kisika premajhna, nastaja ogljikov monoksid (CO) kar ima za posledico občutno manj toplote. Les praktično ne vsebuje žvepla, pazljivi pa moramo biti na produkte gorenja lesnega oglja in večjih deležev letečih delcev pepela, ki so lahko okolju škodljivi in tudi nevarni. 

Sestava lesa

Les je sestavljen iz: 

  • 40 – 50% celuloze,
  • 20 – 30% lignina,
  • 20 – 30%  sestavine, kot so ogljikovi hidrati, maščobe, čreslovina in minerali.

 

100% suha lesna masa ima naslednjo kemijsko sestavo:

  • 51% ogljika (C),
  • 42% kisika (O),
  • 6% vodika (H),
  • 1% dušika (N) in mineralov.

Les je v naravi nevtralen, saj pri zgorevanju odda toliko CO2, kot ga je drevo v svoji rastni dobi prejelo.

Postopek gorenja lesa

Gorenje je proces kjer se odvija kontra proces kot pri rasti drevesa in ga  delimo v tri faze:

  • segrevanje in sušenje je faza, ki poteka v območju temperatur do 100°C. Bolj ko je les suh in drobnejši, krajša je faza segrevanja in sušenja, manj energije porabimo. Če je vlage v  dimnih plinih preveč, postane dim gost, težak in ga vleče proti tlom. Vlaga v dimnih plinih kondenzira na stenah hladnega dimnika in ga pri tem poškuduje;
  • uplinjanje in termični razpad lesa (piroliza). Les vsebuje med 70 in 80% plinastih sestavin. S povišanjem temperature se izločijo najprej plini (kisik, vodik), katerih vnetišče se giblje med 240 in 250°C. V nadaljevanju procesa gorenja razpadejo najprej trdni elementi, kot so npr. celuloza in lignin, v plinasto stanje. Piroliza je endotermični proces, ki potrebuje energijo, medtem ko je zgorevanje eksotermični proces, ki sprošča energijo. V fazi uplinjanja in termičnega razpada potekata oba procesa vzporedno. Pri termičnem razpadanju se lahko sproščajo tudi nekatere agresivne snovi (ocetna, mravljična kislina itd.), ki se posebno v začetni fazi gorenja in v primeru dušenega procesa (zmanjšana toplotna moč kotla), odlagajo na stene kotla ali dimnika v obliki saj. Razpadanje lesa označujemo  kot primarno zgorevanje. V fazi sekundarnega zgorevanja je potrebno dovajati dodatni zrak v področje dogorevanja. S tem dosežemo ob primerno visokih temperaturah popolno zgorevanje, ki sprošča največjo količino toplote;
  • zgorevanje lesnega oglja nastopa kot zadnja faza gorenja lesa. Lesno oglje dogori z mirnim svetlim plamenom. Minerali, ki jih vsebuje les, ostanejo po gorenju v obliki pepela, ki ga uporabljamo kot naravno gnojilo.

Nasveti za kakovostno zgorevanje lesa


Za optimalno zgorevanje lesa morajo biti izpolnjeni naslednji pogoji:

  • Vsebnost vlage v lesu mora biti minimalna, zato je zelo pomembno pravilno skladiščenje lesa.
  • Pri zgorevanju moramo zagotoviti zadosten dovod kisika. Količina zraka za zgorevanje mora biti pravilno uravnotežena. Prevelika količina zraka povzroči prevelik vlek, kar lahko povzroči, da del gorljivih plinov zgori izven kurišča v dimovodnih priključkih, kar privede tudi do previsokih  temperatur v dimniku. Poleg tega pa prevelika količina zraka lahko občutno zniža temperaturo v kurišču.
  • Da dosežemo popoln termični razpad lesa mora biti temperatura v kurišču med 700 in 1000oC.
  • Plini, ki nastanejo pri termičnem razpadu lesa, se morajo dobro in enakomerno pomešati z zgorevalnim zrakom.
  • Kurišče mora biti dovolj veliko (približno 4 litre na 1 kW  toplotne moči kurilne naprave) – na ta način ostanejo gorljivi plini dovolj časa v vročem področju (približno 2 sekundi).

Kako spoznamo dobro zgorevanje

Dobro zgorevanje spoznamo po naslednjih znakih:

  • Fina bela barva pepela kaže na dobro zgorevanje.
  • Temen in težak dim kaže na nepopolno in slabo zgorevanje.
  • Saje so ostanki nezgorelega lesa.
  • Bleščeče se sajaste obloge kurišča nastanejo, ko se nezgorele katranaste smole v dimnih plinih usedajo na hladne površine v kurišču in se tu zapečejo. Takšne obloge delujejo zelo izolativno in zmanjšujejo prestop toplote na ogrevalni medij. Za primer - obloga debeline 1 mm zmanjšuje izkoristek kotla za 10% in povišuje temperaturo dimnih plinov tudi do 60oC.
  • Na izstopu dima iz dimnika, mora le ta biti skoraj neviden. Bel dim, ki nam ob začetku kurjenja izstopa iz dimnika in postane viden nekaj centimetrov od vrhnjega dela dimnika, je posledica vlage v kurivu. Če pa imamo bel dim iz dimnika že na samem izstopu pomeni, da je vlaga v dimniku kondenzirala, kar ima lahko za posledico poškodbe dimnika.
  • Temperatura dimnih plinov mora biti na vstopu v dimnik minimalno 125oC, priporočeno pa je, da se te mejne vrednosti gibljejo med 140oC in 160oC. Prevroči dimni plini pomenijo večje toplotne izgube, prehladni pa lahko poškodujejo dimnik.

KURI

LNE NAPRAVE ZA CENTRALNO OGREVANJE

Kurilna naprava, ki izkorišča les za pridobivanje potrebne toplote za ogrevanje, je v osnovi sestavljena iz naslednjih delov:

  • zalogovnik za gorivo, kamor se shranjuje les za kurjenje,
  • zgorevalna komora, kjer zgorevajo plini nastali pri termičnem razpadu lesa,
  • izmenjevalnik toplote, v katerem odvzemamo toploto dimnim plinom in jo prenašamo na ogrevalni medij.

KOTLI NA KOSOVNI LES - POLENA

Kot kurivo v kotlih centralnega ogrevanja lahko uporabljamo polena različnih velikosti, v določenih primerih pa tudi zelo grobe lesne sekance. Pogoj za dobro delovanje kotla je, da uporabljamo vedno suh in zdrav les. Poznamo dva osnovna tipa kotlov:

Kotli s pregorevanjem spadajo med starejše tipe kotlov. Kurišče napolnimo s poleni in pri dovajanju primarnega zraka ogenj zajame celotno količino drv. Plini, ki se sproščajo ob tlenju, v teh kotlih praviloma slabo zgorijo.  Optimalno delovanje kotla je po navadi zagotovljeno samo nekajkrat v ogrevalni sezoni, to je ko je odjem toplote konstanten in odgovarja polni moči kotla, zato jih vgrajujemo skupaj z vmesnimi hranilniki toplote (bojlerji). Slabost teh kotlov je predvsem slaba možnost pravilnega doziranja goriva. Če regulator vleka zapre dovod zraka, zaradi zmanjšanega odjema toplote, pride do nepopolnega zgorevanja, s čimer dosežemo manjši izkoristek kotla in večje onesnaževanje okolja.

Kotli s spodnjim odgorevanjem so sestavljeni iz zalogovnika,  kurišča in izmenjevalnika toplote. Kurišče se nahaja v spodnjem delu kotla. Območje zgorevanja zajema samo spodnji del zalogovnika. Na ta način je mogoče dozirati gorivo in stopnjo odgorevanja. Pri boljših izvedbah je področje gorenja s tlenjem obzidano s šamotom. Na ta način je zagotovljena višja temperatura in s tem boljše zgorevanje plinov, nastalih pri tlenju lesnega oglja. Zato moramo v to območje kotla dovajati del sekundarnega zraka, ki naj bi preprečil, da bo del nezgorelih in z energijo bogatih plinov ušel v dimnik.

Kotli z nadtlačnim ventilatorjem

Kot nam že samo ime pove je v proces gorenja dodatno vključen ventilator, ki uravnana proces zgorevanja. Polena, običajno dolžine do 50 cm, naložimo v zgornji del kotla. Les leži na žerjavici, kjer nastopi termična faza  gorenja. V zalogovniku ustvarimo s pomočjo ventilatorja nadtlak, plini pa preidejo skozi odprtino v kurišču (gorilnik) v spodnjo vročo zgorevalno komoro. Z dovajanjem sekundarnega zraka dosežemo popolno zgorevanje plinov pri visokih temperaturah.  Pri kakovostnem zgorevanju dobimo svetel plamen in minimalni ostanek pepela. Ventilator uravnavamo s kotlovskim termostatom. Prednosti teh kotlov so sposobnost prilagajanja toplotne obremenitve kotla dejanskim potrebam, dolžina gorenja in udobnost pri posluževanju. Kljub temu pa je v primeru, ko obremenitev kotla močno niha (med 20 in 100%), zelo težko optimalno izbrati velikost za vse situacije in izključno s kotlovsko regulacijo zagotoviti dober izkoristek in okolju prijazno obratovanje. V tem primeru se za izboljšanje pogojev obratovanja poslužimo vgradnje dodatnega vmesne hranilnika toplote.

Kotli s sesalnim ventilatorjem

Pri kotlih s sesalnim ventilatorjem je le ta vgrajen v kanal za odvod dimnih plinov pred vstopom v dimnik. Z ustvarjanjem podtlaka v kurišču vleče pline, nastale pri termičnem razpadu lesa, skozi plast žerjavice, kjer v spodnji zgorevalni komori zgorijo. V teh kotlih lahko brez večji problemov kurimo tudi ostanke lesa in večje sekance.

Slaba stran, do sedaj predstavljenih naprav za zgorevanje lesa, je rokovanje in vzdrževanje kotlov, saj je potrebno dnevno, včasih pa tudi večkrat na dan dodajati energente in čistiti naprave. Pogostnost tega dela je odvisna od tipa in kakovosti peči ali kotla.

Prilagajanje moči kotla potrebam po ogrevanju

Največji problem predhodno predstavljeni kotlov je prilagajanje njihove moči, kadar sistem za ogrevanje hiše ne potrebuje toplote. Vmesni hranilnik toplote pomaga pri izravnavanju obremenitev kotla in izboljšuje kakovost gorenja lesa. Orientacijsko velikost hranilnika lahko enostavno izračunamo po formuli:

volumen hranilnika = 40 × količina goriva za eno polnjenje zalogovnika

V primeru kotla moči 20 kW, ki ima polnjenje 20 kg drv, znaša volumen hranilnika: V = 40 × 20 = 800 l.

Skozi kurilno sezono je stopnja obremenjenosti kotla zelo spreminjajoča in je le v izjemnih primerih (nekaj dnevih) popolnoma obremenjena, tako da je potrebno pri dimenzioniranju naprav izbrati ustrezno moč naprave. Ta naj nikakor ne bo predimenzionirana, tako da je priporočljivo, da se odločimo rajši za manjšo vrednost. Glede na diagram obremenjenosti lahko izberemo moč, manjšo tudi do 20%.

KOTLI NA LESNE SEKANCE

V zadnjem času se je, posebej v sosednji Avstriji, zelo uveljavila vgradnja avtomatiziranih kotlov na lesne sekance. Avtomatsko nalaganje goriva s tehničnimi napravami s polžem, vijakom in podobnim rešitvami, omogočajo večjo udobnost pri rokovanju. Velikost lesnih sekancev narekuje velikost kotla ter vrsto in konstrukcijo kotla. Prednosti kotlov na lesne sekance so: optimalno zgorevanje, dobri izkoristki kotlov, natančna regulacija odjema toplote in visoka stopnja udobja pri rokovanju ter majhne obremenitve okolja.

Slabe strani so predvsem visoki investicijski stroški in sorazmerno velik prostor za skladiščenje lesnih sekancev.

Na tržišču lahko najdemo različne izvedbe kotlov - za uporabo v enodružinskih hišah sta največkrat uporabljeni dve izvedbi.

  • Z neposrednim gorenjem sekancev v kurišču kotla oziroma v  tako imenovani retortni zgorevalni komori. Lesne sekance nam iz zalogovnika dovaja po cevi polž, ki je izveden stopničasto. Le-ti na poti do komore padajo prosto iz ene stopnje v drugo. S tem preprečimo možnost povratnega gorenja goriva. Z ventilatorjem dovajamo kontrolirano količino primarnega in sekundarnega zraka v komoro ter tako reguliramo optimalno gorenje lesnih sekancev. Ta sistem zahteva enakomerno granulacijo suhih lesnih sekancev (maksimalno do 35% vlage).
  • Z gorenjem v predkurišču ali podkurišču, kjer  poteka zgorevanje v dveh fazah. V prvi fazi se v predkurišču začenja gorenje in sproščanje gorljivih plinov, medtem ko v drugi fazi plini dokončno dogorijo v kurišču kotla.

Na trgu je danes velika in pestra ponudba sodobnih in modernih kotlov predvsem med tujimi ponudniki, medtem ko so domači proizvajalci za enkrat še redkost. Izkoristki kotlov na lesne sekance dosegajo med 80% in 90%, zgorevanje pa je popolno tako, da je v plinih samo še desetina po normah dovoljenih škodljivih snovi v dimnih plinih.

 

Priprava in skladiščenje lesa za kujavo

Les, ki ga uporabljamo dandanes za kurjavo, se pojavlja v različnih oblikah in velikostih. Pri nas se v glavnem uporabljajo lesni sekanci v obliki žaganih, cepljenih in sekanih polen, okleščkov, butar in klad. Oblika kuriva mora biti prilagojena vrsti in obliki kurišča, kjer les zgoreva. Največkrat iz 1m dolgih polen nažagamo 33 ali 25 cm dolga drva, ki jih potem cepimo na manjše kose. Ročna priprava enoletne zaloge sekancev za kmečko gospodinjstvo je v preteklosti znašala po nekaterih ocenah od 10 do 12 dni. Kakovost lesa za kurjenje je zelo odvisna tudi od vsebine vlage v lesu.

Pripravljena polena zložimo v skladovnice in jih prekrijemo tako, da so zaščitena pred padavinami in zunanjimi vplivi. Priporočljivo je skladovnico nekoliko dvigniti od tal, da zagotovimo enakomerno kroženje zraka in preprečimo gnitje polen na zemlji.

Lesne sekance, ki so nasekani oziroma narezani delci lesa različnih dimenzij, delamo iz sečnih in drugih lesnih ostankov s pomočjo posebnih sekalnih strojev, ki so izdelani v obliki traktorskih priključkov. V glavnem delimo sekance po velikosti v dve skupini.

  • Drobni sekanci dolžine od 4 do 25 (30) mm in debeline nekaj mm. Omogočajo kurjenje v popolnoma avtomatiziranih kotlih, ki dosegajo udobje rokovanja z oljnimi ali s plinskimi kotli.
  • Grobi ali veliki sekanci, dolgi od 25 do 80 mm in debeli približno 20 mm, so primerni le za ročno polnjenje kotlov in peči. Zaradi večjih  medprostorov lažje gorijo, prav tako pa jih lahko uporabljamo tudi v klasičnih kuriščih. Njihovo skladiščenje in sušenje je enostavnejše in učinkovitejše.

Strojna priprava sekancev  za potrebe kmečkega gospodinjstva za obdobje 1 leta traja približno 1 do 2 dni. Pripravljamo jih neposredno na mestu nastanka sečnih ostankov ali na mestu skladiščenja sekancev. Pred izdelavo sekancev zberemo sečne ostanke na kupe in jih primerno posušimo. Najbolje je zbrati že osušene ostanke. Naravno sušenje ostankov v gozdu je uspešnejše od sušenja pripravljenih sekancev. Poleg tega pa obstaja pri skladiščenju svežih sekancev zaradi večje primesi zelene mase (vejice, listje, iglice) večja nevarnost gnitja, samovžiga ali zmrzovanja. Sekance skladiščimo v posebnih, za ta namen zgrajenih skladiščih, kjer je zagotovljena zadostna zračnost, da se sekanci lahko primerno osušijo. Za ogrevanje povprečne enodružinske hiše je potrebno na leto med 40 in 50 m3 sekancev.

Nekaj idej za izbiro prostora za skladiščenje lesnih sekancev

V sprejeti Resoluciji o strategiji učinkovite rabe in oskrbe Slovenije z energijo je uporaba biomase zapisana kot ena od prednostnih nalog pri spodbujanju uporabe obnovljivih virov. Slovenija razpolaga z ogromnimi količinami naravnih gozdnih površin, saj je po nekaterih podatkih več kot 54% Slovenije pokrite z gozdovi. Raba lesa za ogrevanje je učinkovita in smiselna predvsem v kmečkih gospodinjstvih in z gozdovi bogatimi področji.