Wyklad 5 Biomasa

background image

PROBLEMY WSPÓŁSPALANIA

PROBLEMY WSPÓŁSPALANIA

BIOMASY W KOTŁACH

BIOMASY W KOTŁACH

ENERGETYCZNYCH

ENERGETYCZNYCH

background image

WSTĘP

WSTĘP

Wypalanie pól – 10 mln ton słomy /

Wypalanie pól – 10 mln ton słomy /

rok

rok

background image

Wstęp

Wstęp

Polska energetyka odnawialna:

Polska energetyka odnawialna:

ELEKTROWNIE WODNE

ELEKTROWNIE WODNE

Obecnie: 2%,

Obecnie: 2%,

Wariant optymistyczny: 8%.

Wariant optymistyczny: 8%.

Elektrownia
Wodna
Porąbka

(Międzybrodzie)

background image

Elektrownia wodna

Elektrownia wodna

Mała Elektrownia Wodna Toruń,

moc zainstalowana 2 kW;  

turbina śmigłowa o średnicy wirnika 162
mm  

przełyk instalowany Q = 0,073 m

3

/s;  

spad znamionowy H = 3 m;

background image

Spalanie i pozyskiwanie

Spalanie i pozyskiwanie

biogazu

biogazu

background image

BIOMASA

BIOMASA

Stopień metamorfizmu paliw kopalnych i biomasy drzewnej

background image

ŚWIATOWA PRODUKCJA

ŚWIATOWA PRODUKCJA

BIOMASY

BIOMASY

Nazwa

Roczna produkcja

10

6

Mg

Trawa

750

Odpady roślinne (słoma)

475

Zboża

353

Zwierzęce odchody

175

Drewno

149

Odpady miejskie

136

Odpady przemysłowe

100

Rośliny wodne

20

Odpady przetw.

spożywczego

15

Ścieki

13

background image

PRODUKCJA BIOMASY W

PRODUKCJA BIOMASY W

POLSCE

POLSCE

background image

PRODUKCJA BIOMASY W

PRODUKCJA BIOMASY W

POLSCE

POLSCE

background image

Wykorzystanie biomasy

Wykorzystanie biomasy

Współspalanie uważane jest obecnie

Współspalanie uważane jest obecnie

za najprostszy i najtańszy sposób

za najprostszy i najtańszy sposób

zwiększenia produkcji

zwiększenia produkcji

energii

energii

elektrycznej z paliw odnawialnych

elektrycznej z paliw odnawialnych

.

.

background image

Zalety współspalania

Zalety współspalania

prawie natychmiastowe wykorzystanie

prawie natychmiastowe wykorzystanie

biomasy w dużej skali (duże kotły),

biomasy w dużej skali (duże kotły),

background image

Zalety współspalania

Zalety współspalania

proces spalania jest stabilizowany przez

proces spalania jest stabilizowany przez

spalanie węgla,niższe emisje SO

spalanie węgla,niższe emisje SO

2

2

, NO

, NO

x

x

, CO

, CO

2

2

(w części odnoszącej się do paliw

(w części odnoszącej się do paliw

kopalnych),

kopalnych),

elastyczność kotła i brak zależności

elastyczność kotła i brak zależności

produkcji energii elektrycznej od

produkcji energii elektrycznej od

dostępności biomasy (problemy

dostępności biomasy (problemy

logistyczne) co jest korzystne dla operatora

logistyczne) co jest korzystne dla operatora

systemu energetycznego (np. w

systemu energetycznego (np. w

porównaniu z energią wiatru).

porównaniu z energią wiatru).

background image

Wady współspalania

Wady współspalania

trudności z dostawą i przygotowaniem

trudności z dostawą i przygotowaniem

(suszenie, rozdrobnienie) wystarczającej

(suszenie, rozdrobnienie) wystarczającej

ilości biomasy oraz jej cena

ilości biomasy oraz jej cena

,

,

ograniczenie wydajności i sprawności kotła

ograniczenie wydajności i sprawności kotła

efekty uboczne współspalania związane ze

efekty uboczne współspalania związane ze

składem substancji mineralnej biomasy.

składem substancji mineralnej biomasy.

background image

PODSTAWOWE UWARUNKOWANIA TECHNICZNE

PODSTAWOWE UWARUNKOWANIA TECHNICZNE

WSPÓŁSPALANIA NA PODSTAWIE

WSPÓŁSPALANIA NA PODSTAWIE

DOTYCHCZASOWYCH

DOTYCHCZASOWYCH

DOŚWIADCZEŃ ELEKTROWNI I ELEKTROCIEPŁOWNI

DOŚWIADCZEŃ ELEKTROWNI I ELEKTROCIEPŁOWNI

background image

ELEMENTY KRYTYCZNE

ELEMENTY KRYTYCZNE

własności biomasy w porównaniu z

własności biomasy w porównaniu z

własnościami węgla

własnościami węgla

pozyskiwanie znacznej ilości biomasy

pozyskiwanie znacznej ilości biomasy

i jej przygotowanie do współspalania

i jej przygotowanie do współspalania

sposób podawania biomasy i paliwa

sposób podawania biomasy i paliwa

do komory paleniskowej,

do komory paleniskowej,

background image

ELEMENTY KRYTYCZNE

ELEMENTY KRYTYCZNE

CD

CD

przebieg spalania w komorze

przebieg spalania w komorze

paleniskowej kotła

paleniskowej kotła

zmiana rozkładu obciążeń cieplnych

zmiana rozkładu obciążeń cieplnych

powierzchni ogrzewalnych

powierzchni ogrzewalnych

zachowanie się substancji mineralnej

zachowanie się substancji mineralnej

biomasy i jej wpływ na parametry

biomasy i jej wpływ na parametry

eksploatacyjne kotła

eksploatacyjne kotła

wykorzystanie odpadów paleniskowych

wykorzystanie odpadów paleniskowych

background image

WŁASNOŚCI BIOMASY

WŁASNOŚCI BIOMASY

Własności fizykochemiczne biomasy powodują, że jest ona

Własności fizykochemiczne biomasy powodują, że jest ona

paliwem trudnym technologicznie, znacznie różniącym się

paliwem trudnym technologicznie, znacznie różniącym się

od węgla spalanego w kotłach energetycznych.

od węgla spalanego w kotłach energetycznych.

Podstawowe różnice między tymi paliwami, to:

Podstawowe różnice między tymi paliwami, to:

niska wartość opałowa w przeliczeniu na jednostkę

niska wartość opałowa w przeliczeniu na jednostkę

objętości — konieczność operowania kilkakrotnie większymi

objętości — konieczność operowania kilkakrotnie większymi

objętościowo ilościami biomasy w celu dostarczenia do

objętościowo ilościami biomasy w celu dostarczenia do

procesu takiej samej ilości energii jak z węgla

procesu takiej samej ilości energii jak z węgla

wysoka zawartość wilgoci w surowej biomasie (45 — 60%),

wysoka zawartość wilgoci w surowej biomasie (45 — 60%),

która wpływa negatywnie na efektywność procesu spalania

która wpływa negatywnie na efektywność procesu spalania

background image

WŁASNOŚCI BIOMASY

WŁASNOŚCI BIOMASY

CD

CD

wysoka zawartość części lotnych (2,5-krotnie wyższa niż w

wysoka zawartość części lotnych (2,5-krotnie wyższa niż w

węglu kamiennym) drastycznie zmieniająca warunki zapłonu i

węglu kamiennym) drastycznie zmieniająca warunki zapłonu i

spalania

spalania

zawartość popiołu w energetycznie przydatnej słomie jest

zawartość popiołu w energetycznie przydatnej słomie jest

podobnego rzędu jak dla węgla kamiennego, natomiast dla

podobnego rzędu jak dla węgla kamiennego, natomiast dla

roślin energetycznych mieści się w zakresie 2 — 6%, a jedynie

roślin energetycznych mieści się w zakresie 2 — 6%, a jedynie

dla odpadów drzewnych jest bardzo niska i wynosi < 1 %

dla odpadów drzewnych jest bardzo niska i wynosi < 1 %

zawartość azotu i siarki w biomasie jest niska, ale duża jest

zawartość azotu i siarki w biomasie jest niska, ale duża jest

zawartość chloru szczególnie w przypadku słomy, co stwarza

zawartość chloru szczególnie w przypadku słomy, co stwarza

duże ryzyko występowania korozji urządzeń

duże ryzyko występowania korozji urządzeń

głównymi składnikami popiołu z węgla kamiennego są Si0

głównymi składnikami popiołu z węgla kamiennego są Si0

2

2

,

,

AI

AI

2

2

O

O

3

3

i Fe

i Fe

2

2

0

0

3

3

, natomiast dla biomasy oprócz dużej ilości K

, natomiast dla biomasy oprócz dużej ilości K

2

2

O i

O i

Si0

Si0

2

2

stwierdzono duże ilości CaO

stwierdzono duże ilości CaO

większość rodzajów biopaliw stałych wykazuje stosunkowo

większość rodzajów biopaliw stałych wykazuje stosunkowo

niskie temperatury mięknięcia i topnienia popiołu w

niskie temperatury mięknięcia i topnienia popiołu w

porównaniu z węglem, głównie z powodu dużej zawartości

porównaniu z węglem, głównie z powodu dużej zawartości

związków metali alkalicznych.

związków metali alkalicznych.

background image

background image

Wprowadzenie współspalania w dużej skali wymaga

Wprowadzenie współspalania w dużej skali wymaga

znacznej podaży biomasy o stabilnej jakości, w

znacznej podaży biomasy o stabilnej jakości, w

odpowiedniej cenie oraz w uzasadnionej

odpowiedniej cenie oraz w uzasadnionej

ekonomicznie odległości od źródła ciepła.

ekonomicznie odległości od źródła ciepła.

POZYSKIWANIE BIOMASY I

POZYSKIWANIE BIOMASY I

PRZYGOTOWANIE DO

PRZYGOTOWANIE DO

WSPÓŁSPALANIA

WSPÓŁSPALANIA

background image

POZYSKIWANIE BIOMASY I

POZYSKIWANIE BIOMASY I

PRZYGOTOWANIE DO

PRZYGOTOWANIE DO

WSPÓŁSPALANIA

WSPÓŁSPALANIA

Rozproszony charakter występowania biomasy

Rozproszony charakter występowania biomasy

stwarza poważne problemy w przypadku

stwarza poważne problemy w przypadku

energetyki zawodowej, którą charakteryzuje

energetyki zawodowej, którą charakteryzuje

koncentracja produkcji energii w dużych zakładach.

koncentracja produkcji energii w dużych zakładach.

Niska wartość opałowa jednostki objętości biomasy

Niska wartość opałowa jednostki objętości biomasy

(~6-krotnie niższa od węgla kamiennego) znacznie

(~6-krotnie niższa od węgla kamiennego) znacznie

zwiększa koszty transportu, co ogranicza

zwiększa koszty transportu, co ogranicza

możliwości wdrożeniowe. Niekorzystna lokalizacja

możliwości wdrożeniowe. Niekorzystna lokalizacja

zakładu energetycznego w stosunku do źródeł

zakładu energetycznego w stosunku do źródeł

biomasy, brak dostatecznych rezerw magazynowo-

biomasy, brak dostatecznych rezerw magazynowo-

transportowych i produkcyjnych będzie przeszkodą

transportowych i produkcyjnych będzie przeszkodą

w stosowaniu nawet niewielkich ilości biomasy.

w stosowaniu nawet niewielkich ilości biomasy.

background image

POZYSKIWANIE

POZYSKIWANIE

BIOMASY

BIOMASY

Dodatkowym niekorzystnym aspektem będzie konkurencja o

Dodatkowym niekorzystnym aspektem będzie konkurencja o

paliwo z aktualnym lokalnym wykorzystaniem biomasy na

paliwo z aktualnym lokalnym wykorzystaniem biomasy na

cele grzewcze i w przyszłości z energetyką rozproszoną.

cele grzewcze i w przyszłości z energetyką rozproszoną.

Główne źródła biomasy

Główne źródła biomasy

to:

to:

leśnictwo

leśnictwo

rolnictwo:

rolnictwo:

odpady i półprodukty z produkcji rolnej

odpady i półprodukty z produkcji rolnej

uprawy energetyczne,

uprawy energetyczne,

przemysł:

przemysł:

drzewny,

drzewny,

spożywczy

spożywczy

papierniczy

papierniczy

biomasa z przemysłu jest w większości wykorzystywana na własne

biomasa z przemysłu jest w większości wykorzystywana na własne

cele energetyczne.

cele energetyczne.

background image

SKŁADOWANIE

SKŁADOWANIE

BIOMASY

BIOMASY

background image

Wytwarzanie granulatów

Wytwarzanie granulatów

background image

PELLETY

PELLETY

background image

BRYKIETY

BRYKIETY

Brykiet: a) z odpadów drzewnych, b) ze słomy

background image

SPOSÓB PODAWANIA

BIOMASY I PALIWA DO

KOMORY PALENISKOWEJ

KOTŁA ENERGETYCZNEGO

background image

OBJĘTOŚĆ PALIWA

OBJĘTOŚĆ PALIWA

/

/

1MW

1MW

h

h

ENERGII

ENERGII

ELEKTRYCZNEJ

ELEKTRYCZNEJ

background image

współspalanie bezpośrednie:

mieszanie biomasy z węglem przed układem
dozowania węgla do kotła (młynami),

niezależne przygotowanie biomasy

rozdrobnienie i spalanie na ruszcie pod kotłem lub
dozowanie do palników ewentualnie nad palnikami
węglowymi niezależnym strumieniem

w tym przypadku możliwe jest użycie biomasy jako
paliwa reburningowego

współspalanie pośrednie:

przedpalenisko — do komory paleniskowej kotła
wnoszone jest ciepło spalin ze spalania biomasy

wstępne zgazowanie biomasy — do komory
paleniskowej wprowadzany jest wilgotny gaz
palny.

background image

RODZAJE PALENISK

RODZAJE PALENISK

Stosowanie różnych
technologii spalania
biopaliw stałych w
zależności od mocy
systemu i rozmiarów
paliwa; palenisko:

C – cygarowe,

R – z rusztem
mechanicznym,

S – ze stosem paliwowym,

PS – posuwowe,

FB – ze złożem
fluidalnym,

P -pyłowe

background image

KOTŁY RUSZTOWE

KOTŁY RUSZTOWE

Kierunki przepływu paliwa i spalin w różnych systemach
rusztowych:
a) współprądowy, b) krzyżowy, c) przeciwprądowy

background image

ZMIANA PRZEBIEGU SPALANIA I

ROZKŁADU OBCIĄŻEŃ

CIEPLNYCH POWIERZCHNI

OGRZEWALNYCH

background image

ZACHOWANIE SIĘ SUBSTANCJI MINERALNEJ

BIOMASY I JEJ WPŁYW NA PARAMETRY

EKSPLOATACYJNE KOTŁA

background image

TEMPERATURA

TEMPERATURA

TOPNIENIA POPIOŁÓW

TOPNIENIA POPIOŁÓW

background image

Współspalanie biomasy z węglem może powodować:

rosnące zagrożenie tworzenia się osadów w

palenisku oraz na konwekcyjnych powierzchniach

ogrzewalnych

aglomerację złóż kotłów fluidalnych

szybszą korozję wysokotemperaturową po stronie

spalin,

redukcję sprawności układów odpylania,

interferencję ze standardowym systemem kontroli

emisji NOx i SO

2

, wykorzystania odpadów

paleniskowych ze względu na zmieniający się skład.

background image

AGLOMERACJA

AGLOMERACJA

Zdjęcia z mikroskopu elektronowego
zaglomerowanych cząstek piasku przy spalaniu
biomasy w złożu fluidalnym

background image

KOROZJA POWIERZCHNI

OGRZEWALNYCH KOTŁA

PODCZAS WSPÓŁSPALANIA

BIOMASY

background image

Korozja

Korozja

w komorze paleniskowej podczas niskoemisyjnego

w komorze paleniskowej podczas niskoemisyjnego

spalania

spalania

KOROZJA NISKOTLENOWA

KOROZJA NISKOTLENOWA

lub

lub

NISKOEMISYJNA rur ekranowych

NISKOEMISYJNA rur ekranowych

,

,

KOROZJA WYSOKOTEMPERATUROWA w rejonie

KOROZJA WYSOKOTEMPERATUROWA w rejonie

przegrzewaczy pary

przegrzewaczy pary

,

,

w strefie końcowych powierzchni konwekcyjnych

w strefie końcowych powierzchni konwekcyjnych

(I stopień podgrzewacza wody lub

(I stopień podgrzewacza wody lub

podgrzewacz powietrza) oraz w usytuowanych za

podgrzewacz powietrza) oraz w usytuowanych za

nimi elementach ciągu spalinowego

nimi elementach ciągu spalinowego

KOROZJA

KOROZJA

NISKOTEMPERATUROWA

NISKOTEMPERATUROWA

background image

Korozja

Korozja

3

3

Na

Na

2

2

SO

SO

4

4

+ Fe

+ Fe

2

2

O

O

3

3

+ 3

+ 3

SO

SO

3

3

= 2 Na

= 2 Na

3

3

Fe(SO

Fe(SO

4

4

)

)

3

3

Fe + 2

Fe + 2

HCl

HCl

= FeCl

= FeCl

2

2

+ H

+ H

2

2

Fe

Fe

2

2

O

O

3

3

+ 2

+ 2

HCl

HCl

+

+

CO

CO

= FeO + FeCl

= FeO + FeCl

2

2

+ H

+ H

2

2

O

O

background image

Nowa forma korozji

Nowa forma korozji

K

K

orozja w obecności stopionych soli,

orozja w obecności stopionych soli,

którymi są najczęściej chlorki i siarczany

którymi są najczęściej chlorki i siarczany

alkaliczne, chociaż potwierdzono również

alkaliczne, chociaż potwierdzono również

udział

udział

w

w

p

p

rocesach korozyjnych związków

rocesach korozyjnych związków

cynku i ołowiu.

cynku i ołowiu.

Korozja ta

Korozja ta

zachodzi w temperaturach

zachodzi w temperaturach

wyższych od temperatury topnienia i

wyższych od temperatury topnienia i

niższych od temperatury nasycenia soli, w

niższych od temperatury nasycenia soli, w

zakresie ok. 400–700°C.

zakresie ok. 400–700°C.

background image

Nie ma dotąd wiarygodnych informacji na temat wpływu współspalania

biomasy na zmiany intensywności korozji ekranów w stosunku do występującej przy
niskoemisyjnym spalaniu węgla.

Współspalanie biomasy, a także paliw z odpadów, może natomiast

spowodować wzrost zagrożenia korozją chlorową przegrzewaczy pary.

W efekcie za najbardziej niebezpieczne zjawisko należy uznać korozję

wysokotemperaturową związaną ze wzrostem udziału chloru w paliwie. Korozja ta
jest nierozerwalnie związana z osadami popiołowymi
pokrywającymi rury.

Paradoksalnie stwierdzono, że współspalanie zawierającej chlor biomasy z

paliwami zawierającymi siarkę korozję tę znacznie zmniejsza, ponieważ powstająca
zwarta warstwa K

2

SO

4

stanowi dla rury ochronę. Pojawiły się badania, z których

wynikało, że niebezpieczny jest dopiero stan, kiedy w paliwie stosunek S

r

/Cl

r

spada

poniżej 2,0. W rzeczywistości problem jest jednak bardziej skomplikowany i
późniejsze

prace wykazały, że wspomniane ochronne działanie siarczanów występuje tylko w

warunkach utleniających.

background image

MOŻLIWOŚCI WYKORZYSTANIA

ODPADÓW PALENISKOWYCH I

UBOCZNYCH PRODUKTÓW ZE

WSPÓŁSPALANIA BIOMASY

background image

Przy współspalaniu mieszanki o udziale do 10% wagowo
biomasy, skład chemiczny próbek popiołu i żużla ze
współspalania biomasy drzewnej jest zbliżony do składu
chemicznego popiołu i żużla ze spalania węgla
kamiennego. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem
obciążenia kotła rosły straty prażenia, które
spowodowały niewielkie różnice w składzie chemicznym
pomiędzy analizowanymi próbkami

Z przeprowadzonych analiz wynika, że popiół i żużel ze
współspalania nie powodują skażenia środowiska
metalami ciężkimi, substancjami promieniotwórczymi i
zanieczyszczeniami biologicznymi, stąd mogą być
składowane na powierzchni terenu lub gospodarczo
wykorzystane na podobnych warunkach jak popiół i żużel
uzyskiwane ze spalania węgla kamiennego bez dodatków

background image

Nieco inaczej przedstawia się sytuacja w

przypadku współspalania mączki zwierzęcej.

Odmienny skład popiołu z mączki i węgla

wpływa na skład popiołu pojawiającego się w

kotle podczas współspalania tych paliw. Wysokie

zawartości fosforu, wapnia i sodu w mączce

wpływają na skład popiołu i mogą oddziaływać

na jego dalszą przydatność

Istnieje również możliwość wykorzystania

popiołu lotnego wzbogaconego związkami

fosforu jako dodatku do nawozów.

Podobne problemy mogą wystąpić przy utylizacji

popiołów ze spalania osadów ściekowych, w

których zawartość fosforu także jest znaczna

background image

ASPEKTY

ŚRODOWISKOWE

background image

Względna efektywność emisyjna współspalania węgla i zrębków
wierzby energetycznej w kotle OP-230

background image

Względna efektywność emisyjna współspalania węgla i tzw. trocin

pofiltracyjnych (odpadu z przemysłu spożywczego) w kotle OP-230

background image

Względna efektywność emisyjna współspalania
węgla i wytłoków z produkcji kawy zbożowej
(odpadu z przemysłu spożywczego) w kotle OP-
230

background image

WYKORZYSTANIE

WYKORZYSTANIE

BIOMASY

BIOMASY

background image

WYKORZYSTANIE

WYKORZYSTANIE

BIOMASY

BIOMASY

UE + ROSJA

UE + ROSJA

background image

CENY

CENY

2005/2006

Trend 2010

€/t

€/GJ

Przemysłowe pellety drzewne
-pellety z pozostałości przetwarzania
drewna
-pellety z pozostałości z procesu
pozyskiwania drewna

95 ÷ 170

130 ÷

150

95 ÷ 170

5,3 ÷ 9,4
7,2 ÷ 8,3

5,3 ÷ 9,4

120 ÷ 200 €/t (6,6 ÷ 11,1 €/GJ)

słabo rosnący, spowodowany

wzrostem zainteresowania

pelletami „niedrzewnymi”

słabo rosnący, spowodowany

wzrostem liczby pelletów

pochodzących z pozostałości z

procesu pozyskiwania drewna

Słoma zbożowa
- pellety ze słomy pszenicznej

90 ÷ 160
120 ÷
140

6,2 ÷ 11,0

8,3 ÷ 9,7

-

słabo rosnący, ponieważ maleje

zainteresowanie surowym

materiałem

Biopellety z alternatywnych
nieprzetworzonych źródeł
-uzyskane z peletów z rzepy
-pellety z łusek słonecznika

105 ÷

350

175 ÷

196
105

5,3 ÷ 66,0

11,0 ÷ 12,3

5,3

-

spadek, spowodowany

zwiększającym się dostępem

surowego materiału

słabo rosnący, spowodowany

ograniczonymi zasobami


Document Outline


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Kotły wykład biomasa i paliwa alternatywne1
biomasa wyklad na odnawialna 2011 mat
BIOMASA WYKŁADY 1 i 2
Napęd Elektryczny wykład
wykład5
Psychologia wykład 1 Stres i radzenie sobie z nim zjazd B
Wykład 04
geriatria p pokarmowy wyklad materialy
ostre stany w alergologii wyklad 2003
WYKŁAD VII
Wykład 1, WPŁYW ŻYWIENIA NA ZDROWIE W RÓŻNYCH ETAPACH ŻYCIA CZŁOWIEKA
Zaburzenia nerwicowe wyklad
Szkol Wykład do Or
Strategie marketingowe prezentacje wykład
Wykład 6 2009 Użytkowanie obiektu
wyklad2

więcej podobnych podstron