Zrębki drzewne i ich zastosowanie

Zrębki drzewne mają wiele zastosowań. W artykule opiszemy zastosowanie zrębek drzewnych do celów opałowych.

Co to są zrębki drzewne ?

Zrębki drzewne są to małe kawałki drewna o rozmiarach od kilku milimetrów do 10 cm, powstające w wyniku rozdrabniania w maszynach zwanych rębakami.

Zastosowanie zrębek drzewnych

W zależności od gatunku i jakości drewna, jego zanieczyszczenia np. piaskiem, poziomu wilgotności i wymiarów zrębek, zrębki drzewne mogą być wykorzystywane do różnych celów. W przypadku dobrych gatunków drewna oraz dobrej jego jakości, zrębki mogą być wykorzystywane do produkcji płyt pilśniowych i wiórowych, może być z nich wyodrębniana żywica i garbniki metodą ekstrakcji, do produkcji żelazostopów. Zrębki szeroko wykorzystuje się także w celach opałowych oraz w ogrodnictwie. Obsypując obszar uprawny zrębkami sprawiamy, że wilgoć z gleby tak szybko nie wyparowuje, a więc zrębki zapobiegają wysuszeniu gleby. Jako, że grządki czy rabaty pokryte są zrębkami, to te zasłaniają światło, a więc ziele wyrastające pod zrębkami szybko usycha. Co ważne, zrębki pozwalają glebie oddychać, dlatego chętnie stosuje się je np. na plantacjach truskawek. Zrębki nie wpływają negatywnie na glebę, a wręcz przeciwnie. Mają neutralny odczyn pH, więc nie reagują z glebą. Zrębki w ogrodnictwie mają także zastosowanie dekoracyjne, gdyż można je barwić i dzięki temu otrzymywać żądane wzory i kształty.

Zrębki opałowe

Zrębkami opałowymi określa się cząsteczki drewna o rozmiarach (frakcji) nie przekraczających 50 mm. Do celów produkcji zrębek opałowych mogą być zastosowane drewna zarówno iglaste jak i liściaste. Jednak zwykle jest tak, że do celów opałowych produkuje się zrębki z drewna gorszej jakości, jako odpad z tartaków czy lasu. O ile zrębki do celów produkcji płyt wiórowych i pilśniowych muszą posiadać określoną wilgotność (reguluje to norma PN-91/D-95009 - Zrębki drzewne), o tyle zrębki do celów energetycznych nie muszą posiadać żadnej określonej wilgotności.

Zrębki opałowe najczęściej pochodzą z:

• odpadów tartacznych
• z plantacji wierzby energetycznej
• z pozostałości po wyrębach drzew

Zrębki są dobrym surowcem energetycznym. Wartość opałowa zrębek drzewnych wynosi ok. 13 MJ/kg (zależy od wilgotności), a dla porównania wartość opałowa węgla kamiennego wynosi od 17 do 30 MJ/kg (w zależności od zanieczyszczenia). Mimo wszystko cena zrębek jest dość atrakcyjna w porównaniu do opału innego rodzaju, należy posiadać jedynie odpowiedni kocioł, aby palić tym paliwem.

Wilgotność zrębek

Jak powiedziano wyżej, wartość opałowa zrębek zależy od wilgotności cząsteczek drewna. Czym ta wilgotność jest mniejsza, tym większa jest wartość opałowa zrębek. Przyjmuje się, że poziom wilgotności względnej większy o 10% powoduje spadek wartości opałowej zrębek o 3-5%.

Zrębki z tartaków zawierają dużo wody i ich wilgotność waha się od 40-50%. Zrębki leśne są bardziej suche i ich wilgotność względna wynosi ok. 30%. W zależności od stopnia zanieczyszczeń glebą, piaskiem i kamieniami, zawartość popiołu po spaleniu stanowi od 0,6 do 1,5% suchej masy zrębek.

Masa i gęstość zrębek

Przy określaniu masy zrębek korzysta się z nieco innego sposobu obliczania gęstości, niż dla ciał stałych. Wiadomo, że w pojemniku ze zrębkami znajduje się dużo powietrza, zrębki są luźno nasypane i nie sprasowane. To wymusza konieczność posługiwania się inną miarą objętości, niż metr sześcienny. Do mierzenia objętości sprzedawanego luźnego surowca wykorzystuje się jednostkę umowną zwaną metr przestrzenny mp. Gęstość zrębek podaje się wprawdzie w kg/m3, ale sprzedając zrębkę do punktu skupu zmierzą nam, ile metrów przestrzennych surowca im dostarczyliśmy. Jako, że 1mp luźnych zrębek waży na pewno mniej niż 1 m3 sprasowanych zrębek, to aby przeliczyć ilość zrębek na m3 musimy znać przelicznik.

Lasy Państwowe stosują następujący przelicznik dla zrębek opałowych:

1 mp = 0,46 m3

Gatunki drzew europejskich mają gęstość od 350-1050 kg/m3. Dla przykładu drewno brzozowe ma gęstość 460 (w stanie suchym)-830 (po ścięciu) kg/m3, drewno dębowe 400 (w stanie suchym)-1000 (po ścięciu) kg/m3, a drewno świerkowe 300 (w stanie suchym)-800 (po ścięciu) kg/m3. Generalnie zależność jest taka, że im większa gęstość drewna, tym większa jego wartość opałowa. Z tabel jednoznacznie wynika, że gęstość drewna liściastego jest większa od drewna iglastego, co przekłada się na jego większą wartość opałową. Przy spalaniu drewna (a więc i zrębek) powstaje popiół, który jest doskonałym nawozem.

1 m3 zrębki sosnowej o wilgotności 20% będzie ważył 500-550 kg. Wraz z większą wilgotnością zrębek, ich masa rośnie i może osiągać nawet 1000 kg/m3 przy bardzo zamokłych zrębkach.

Suszenie zrębek

Aby zrębki nadawały się do palenia w piecu, powinny osiągnąć odpowiednią wilgotność. Nie jest to wymóg konieczny (brak zapisu w normie), ale zrębki posiadają większą wartość energetyczną, jeśli są bardziej suche (czyli posiadają mniejszą wilgotność). Dlatego zrębki trzeba odpowiednio wysuszyć, ale i odpowiednio składować. Zrębki nie powinny być składowane na gołej ziemi. Powinno się je zabezpieczyć od dołu folia lub usypać na powierzchni betonowej. Zrębki powinny mieć odpowiednią wentylację, dlatego najlepiej składować je pod dachem w pomieszczeniu, który ma boczne powierzchnie wentylowane. Jeśli punkty skupu surowca posiadają odpowiednie silosy do składowania surowca, to w podłogach takich pomieszczeń są usytuowane rury wentylacyjne, którymi wtłaczane jest ciepłe powietrze z dmuchawy. Bardzo duża jest skuteczność takiego systemu suszenia, gdyż w ciągu tygodnia można zmniejszyć wilgotność zrębek o 25%. Jednak ta metoda suszenia nie ma uzasadnienia ekonomicznego, gdyż koszty energii potrzebnej na wysuszenie są wyższe niż koszt energii pozyskanej ze spalonego surowca. Dlatego zrębkę suszy się w inny sposób. Jak powiedziano wcześniej, zrębkę usypuje się na podłożu betonowym lub na plandece w zadaszonym pomieszczeniu. Zrębki zaczynają fermentować, a wydzielane podczas fermentacji ciepło ogrzewa zrębki i wysusza je. Dzięki tej metodzie można wysuszyć zrębki w ciągu trzech miesięcy z poziomu wilgotności 70% do poziomu 35%. Należy zauważyć, że dobre właściwości energetyczne zrębek uzyskuje się, gdy ich wilgotność zawiera się w przedziale od 25% do 45% masy suchej. Przy tej metodzie suszenia zrębek nie trzeba obawiać się o samozapłon zrębek, gdyż temperatura samozapłonu drewna wynosi 230 st. C.

Gdzie spalać zrębki opałowe?

Najlepszym rozwiązaniem do tego celu są dedykowane kotły na biomasę. Kotły takie posiadają odpowiednio duży zasobnik surowca, te największe umożliwiają nawet mechaniczny przeładunek surowca z samochodu czy jego transport pneumatyczny za pomocą rur elastycznych. Kocioł taki musi mieć podajnik automatyczny z regulowaną prędkością podawania. Wszystkim zarządza sterownik elektroniczny, który reguluje szybkość podawania, reguluje strumień powietrza z wentylatora oraz automatycznie czyści palenisko. Nowoczesne kotły do spalania biomasy osiągają sprawność rzędu 87%, a zasobnik opału wystarcza na 1-3 dni nieprzerwanej pracy kotła. Tym samym znacząco wzrasta komfort obsługi kotła oraz niebanalny jest fakt czystej kotłowni.

Na koniec kilka zdań o tym, dlaczego kotły do spalania biomasy muszą być dedykowane. Nie mogą to być przerobione zasypowe kotły węglowe, które są mało efektywne w tym układzie. Muszą to być kotły, w których biomasa pozostaje całkowicie dopalona. Tylko dzięki spełnieniu tego warunku nie emitujemy do atmosfery dodatkowych tlenków i pyłów, a spalane paliwo dostarcza nam więcej energii, niż gdybyśmy spalali zrębki w atmosferze niecałkowitego spalania.