Výhrevnosť drevnej štiepky a jej ovplyvnenie obsahom vody

Výhrevnosť drevnej štiepky je kľúčovým parametrom pri jej využívaní ako paliva v energetike. Obsah vody v drevnej štiepke má zásadný vplyv na jej energetickú hodnotu, a teda aj na hospodárnosť jej využitia.

Vplyv obsahu vody na výhrevnosť

Obsah vody vo všeobecnosti v energetike vyjadrujeme na základe relatívnej vlhkosti. Zvýšenie obsahu vody v drevnej štiepke má progresívny vplyv na jej výhrevnosť. Napríklad, zvýšenie obsahu vody z 20 % na 40 % spôsobuje vyššiu spotrebu paliva o takmer polovicu. Pri 50 % obsahu vody v drevnej štiepke je spotreba paliva skoro dvojnásobná.

Časť drevnej hmoty sa spotrebuje iba na odparenie vody bez ďalšieho energetického efektu. Obsah vody výrazne ovplyvňuje výhrevnosť paliva nielen zmenšením obsahu sušiny, ale aj spotrebou energie na odparenie. Voda má vysoké skupenské teplo (2,3 GJ/t), čo znamená, že jej prítomnosť v drevnej štiepke významne znižuje celkovú výhrevnosť.

Obsah vody v drevnej štiepke vyrobenej priamo z ťažby môže dosahovať až 55 - 60 %.

Spôsoby znižovania obsahu vody

V bežnej praxi je možné znížiť obsah voľnej vody presušením drevnej hmoty alebo priamo drevnej štiepky, napríklad vonku na vzduchu. Viazanú vodu je možné odstrániť technologicky sušením pri vyšších teplotách, pričom sa často využíva odpadné nízkopotenciálne technologické teplo. Toto však predpokladá vybavenosť kotolne vhodnou technológiou.

Väčšina existujúcich kotolní na biomasu nie je vybavená potrebnou technológiou na sušenie a využíva drevnú štiepku v forme, v akej je dodávaná. Taktiež často chýbajú dostatočné kryté skladovacie priestory, kde by bolo možné dodanú drevnú štiepku dosúšať a zlepšovať tak kvalitu paliva na vstupe.

Zabezpečenie kvality dodávok

Aby prevádzkovatelia kotolní na biomasu mohli prevádzkovať kotly čo najhospodárnejšie, je nevyhnutné klásť dôraz na kvalitu drevnej hmoty a preniesť zodpovednosť na dodávateľov drevnej štiepky. Riešením je nákup drevnej štiepky so zohľadnením vlhkosti a skutočnej výhrevnosti dodávok, ideálne v kombinácii s nákupom na hmotnosť.

Objektívnym kritériom je prepočet nákupnej ceny na energetický obsah, teda cena v € za GJ. Vhodným riešením je zahrnúť do kúpnych zmlúv s dodávateľmi stanovenie kvalitatívnych parametrov palivových štiepok definovaných v normách STN 48 0057 (Ihličnaté štiepky a piliny) a STN 48 0058 (Listnaté štiepky a piliny).

Tieto normy obsahujú tabuľky na stanovenie výhrevnosti v závislosti od relatívnej vlhkosti. Uvedené riešenie vnáša do dodávateľsko-odberateľských vzťahov objektivitu pri posudzovaní kvality a kvantity dodávok.

Postup stanovenia vlhkosti a výhrevnosti

Potrebné technické vybavenie pre stanovenie kvality drevnej štiepky zahŕňa sušiareň s reguláciou teploty na 103±2 °C a laboratórne váhy. Náklady na zakúpenie tohto vybavenia sa pohybujú v rozmedzí 1,5 - 2,5 tis. €.

Odber vzoriek

Postup pre stanovenie vlhkosti štiepky je pomerne jednoduchý:

1. Vzorka drevnej štiepky od konkrétneho dodávateľa sa odoberá z každého auta po vysypaní na skládku.
2. Z vysypanej drevnej štiepky sa z minimálne troch miest odoberajú čiastkové vzorky s celkovou hmotnosťou cca 500 g do uzatvárateľného plastového vreca.
3. Do tejto nádoby sa vkladajú ďalšie vzorky z áut daného dodávateľa počas celého dňa.
4. Po ukončení dovozu sa celodenná hrubá vzorka drevnej štiepky vydelí ručným kvartovaním na plechu na laboratórnu vzorku o hmotnosti minimálne 500 g.

Laboratórne skúšanie

Laboratórna vzorka sa použije na stanovenie relatívnej vlhkosti a následný výpočet výhrevnosti podľa príslušných STN noriem.

Stanovenie relatívnej vlhkosti (Wr) skúšobnej vzorky

1. Laboratórna vzorka drevnej štiepky sa vysype na zvážený plechový podnos a opäť sa preváži. Váženie sa vykonáva s presnosťou na 0,1 g.
2. Podnos so vzorkou sa suší v teplovzdušnej sušiarni pri teplote 103 °C ± 2 °C.
3. Po 4 hodinách sa vzorka prevažuje v 1-hodinových intervaloch do konštantnej hmotnosti pri teplote sušenia.

Výpočet vlhkosti

Výpočet relatívnej vlhkosti (Wr) sa vykoná podľa nasledujúceho vzorca:

Wr = ( m1 - m2 ) x 100 / ( m1 - m3 ) [%]

kde:

• m1 je hmotnosť podnosu so vzorkou pred vysušením v g
• m2 je hmotnosť podnosu so vzorkou po vysušení v g
• m3 je hmotnosť podnosu

Ďalšie formy biomasy a ich vlastnosti

Okrem drevnej štiepky existujú aj ďalšie formy biomasy využívané na energetické účely, ako sú kusové drevo, brikety, pelety, slama či plodiny ako Miscanthus.

Drevná štiepka

Drevná štiepka je jednou z foriem pevnej biomasy, využiteľná hlavne pre energetické účely. Je to ekologické palivo, ktoré je z pohľadu emisií CO2 neutrálne. V porovnaní s fosílnymi palivami sa pri jej spaľovaní uvoľní iba toľko CO2, koľko rastlina počas svojho rastu prijala.

Energetická štiepka sa vyrába z odpadu drevovýroby, zostatkovej drevnej hmoty z ťažby, alebo z hmoty vzniknutej pri čistení vodných tokov či sadov. Je cenovo dostupná, najmä pre väčšie spoločnosti, ktoré chcú znížiť náklady na vykurovanie. Jej výhrevnosť sa dá prirovnať k uhliu.

Pelety

Pelety sú relatívne novou formou drevného paliva. Sú to granule s priemerom 6 - 8 mm a dĺžkou 10 - 30 mm, vyrábané z odpadového materiálu (pilín a hoblín) bez chemických prísad lisovaním pod vysokým tlakom. Majú malú vlhkosť (8 - 10 %), relatívne vysokú hustotu (min. 650 kg/m3) a vysokú energetickú hustotu (až 20 MJ/kg). Výhrevnosť peliet je približne 17,5 MJ/kg a priemerný obsah vody do 10 %.

Slama

Slama má vyššiu mernú výhrevnosť ako hnedé uhlie (4,9 kWh/kg suchej hmoty alebo 4,0 kWh/kg slamy s vlhkosťou 15 %). Účinnosť spaľovania slamy v kotloch je relatívne vysoká (80 - 85 %). Nevýhodou slamy ako zdroja energie je jej nehomogénne zloženie a veľký objem. Obsahuje tiež niektoré chlórové zlúčeniny, ktoré môžu spôsobovať koróziu.

Miscanthus

Miscanthus je vysoká trváca tráva, ktorá sa pestuje aj na energetické účely. Pri 5% podiele vlhkosti má výhrevnosť asi 17 MJ/kg. Rastliny s cyklom C4, ako je Miscanthus, dokážu optimálne využívať vodu, živiny a svetlo na asimiláciu a môžu sa pestovať na menej kvalitných pôdach.

Biomasa ako zdroj energie

Biomasa vzniká vďaka slnečnej energii a z energetického pohľadu slúži ako jej akumulátor. Je dlhodobo stabilný energetický zdroj s menšou závislosťou na krátkodobých výkyvoch počasia a sezónnej premenlivosti klímy. Jej využívanie si vyžaduje relatívne nízke investičné náklady a predstavuje potenciál pre rozvoj regionálnej a lokálnej ekonomiky.

Spaľovanie biomasy je takmer neutrálne z hľadiska emisií oxidu uhličitého, pretože množstvo CO2 uvoľneného pri spaľovaní sa rovná množstvu uhlíka, ktoré rastliny počas svojho života prijali z atmosféry.

tags: #drevna #stiepka #vyhrevnost