Brykiety i pelety ze słomy w energetyce.pdf

Inżynieria Rolnicza 9(97)/2007

BRYKIETY / PELETY ZE SŁOMY W ENERGETYCE

Wiesław Denisiuk

„EKOLOG” Zakład Energetyki Cieplnej i Usług Bytowych w Zielonkach

Streszczenie. W pracy zawarta jest ocena parametrów technicznych brykietów i peletów wy-

produkowanych ze słomy pozyskanej na polach Powiśla Sztumskiego. Pokazane zostały tak-

że przykłady urządzeń energetycznych (kotłów, pieców), w których jako surowiec energe-

tyczny mogą mieć zastosowanie brykiety lub pelety. Podjęta została próba wskazania

zasadności przetwarzania balotów sprasowanej słomy w brykiety lub pelety, by następnie te

były spalane w jednostkach energetycznych.

Słowa kluczowe: biomasa, brykiety, pelety, ciepło spalania, wartość opałowa, dioksyny

Wstęp

W globalnej świadomości przyjmujemy za prawdziwą tezę, że zasoby paliw kopalnych

są ograniczone. Wg prognoz Komisji Europejskiej szczyt wydobycia ropy naftowej zosta-

nie osiągnięty na przełomie lat 2015-2020 [Schleicher 2005], a jej zużycie będzie nadal

rosło. Wymagać to będzie podwojenia wydobycia ropy naftowej. Szacuje się, że zasoby

ropy naftowej i gazu są w stanie zabezpieczyć istniejącą konsumpcję do roku 2070-2080,

a zasoby węgla w skali globalnej wystarczą do 2200 roku. W Polsce 90% energii elek-

trycznej wytwarzane jest w wyniku procesów spalania węgla [Świerk 2007]. Szacuje się,

że obecnie eksploatowane złoża węgla wystarczą w Polsce do 2040 roku, a zasoby węgla

brunatnego do 2030 roku. Cała infrastruktura techniczna wytwarzania ciepła i prądu elek-

trycznego w Polsce przystosowana jest do spalania paliw kopalnych. Zarówno z pozycji

przeciętnego obywatela, jak i z pozycji każdego szczebla rządowego i samorządowego

w większości uważamy, że bezpieczeństwo energetyczne Polska jest w stanie utrzymać

poprzez istnienie dużej systemowej energetyki. Nie bacząc na tragedie katastrofy w Czar-

nobylu (1986 r.) w rozważaniach o polityce energetycznej naszego kraju powraca energe-

tyka jądrowa. Lekceważy się przy tym fakt potrzeby ogromnych nakładów finansowych.

Podaje się, że Polska poczyniła pierwsze kroki by uczestniczyć jako współwłaściciel

i inwestor budowy elektrowni jądrowej na Litwie w Ignalinie oraz odżywa problem rewi-

talizacji Żarnowca. Dzieje się to w sytuacji, kiedy z krajów takich jak Szwecja, Austria

i Dania płyną sygnały, że rosnącą konsumpcję energii z sukcesem realizuje się w 50%

działaniami oszczędności energii i w 50% wdrażaniem Odnawialnych Źródeł Energii

(OZE). OZE a zwłaszcza biomasa powinny być rozpatrywane w aspekcie:

– ekologicznym i problemu globalnych zmian klimatu,

– bezpieczeństwa energetycznego kraju poprzez bezpieczeństwo małych społeczności

typu gminy, powiatu,

– ekonomicznym i zrównoważonego rozwoju rolnictwa (nowa oferta produkcji rolniczej,

nowe miejsca pracy).

Wiesław Denisiuk

Sformułowanie problemu - diagnoza stanu istniejącego

W byłym województwie elbląskim, a zwłaszcza w gminach Stary Targ, Sztum, Miko-

łajki Pomorskie, Ryjewo, Gronowo Górne, Frombork i gminach w rejonie Braniewa słoma

jako surowiec energetyczny na trwale wpisała się w krajobraz ciepłowni tych społeczności.

Gmina Stary Targ 100% wytwarzanego ciepła, zorganizowanego w centralnych systemach

ciepłowniczych, produkuje wykorzystując jako opał słomę. W powiecie kwidzyńskim

w małych systemach centralnego zaopatrzenia w ciepło z sukcesem wdrożona została

wierzba energetyczna. Pozostaje jednak problem, zwłaszcza w strukturach samorządo-

wych, istniejących ciepłowni węglowych, które borykają się z trudnościami finansowymi

[Budny 2000]. W ciepłowniach lokalnych, dopóki ich węglowe kotły są sprawne, z sukce-

sem problemy surowcowe można przejściowo przezwyciężyć zastępując węgiel słomą.

W zależności od stanu technicznego dotychczasowych jednostek energetycznych możliwe

są następujące działania zastosowania brykietów i peletów ze słomy:

– współspalania z węglem w dotychczasowych konwencjonalnych urządzeniach. W ko-

tłach tych prowadzone są różne techniki spalania i wypełniania komory paliwem. Tech-

niki współspalania węgla z brykietami lub peletami ze słomy, ze względu na wątpliwy

stan techniczny kotłów możemy zastosować w kotłach:

- komorowych opartych na technice spalania dolnego węgla w całej objętości komory

lub w części objętości komory,

- komorowych opartych na technice spalania górnego węgla w części objętości komory,

- dwustopniowego spalania przy zastosowaniu wstępnego zgazowania paliwa [Zawi-

stowski 2003]. Należy przewidywać wzrost intensywności zużycia kotła, ze względu

na zawarte w słomie związki azotu.

– zastosowanie specjalnego palnika, jako przedpaleniska w dotychczasowych konwen-

cjonalnych urządzeniach energetycznych, umożliwiających zastosowanie jednorodnego

paliwa w formie brykietów i pelet ze słomy. W kotłach opalanych olejem lub gazem,

uzyskując wysoką efektywność, możemy w miejsce palnika tych paliw kopalnych za-

stosować palnik retortowy. Palnik retortowy, w którym występuje technika spalania

górnego części złoża, umożliwia zastosowanie peletów ze słomy. Paliwo w tym palniku

podawane jest od dołu, z boku lub z góry. W palniku retortowym w przypadku paliwa

podawanego od dołu wymagane jest jednorodne pod względem uziarnienia paliwo.

Palnik ten posiada zdolność samo czyszczenia. Także należy przewidywać wzrost in-

tensywności zużycia kotła, ze względu na zawarte w słomie związki azotu.

– wymiana zużytych technicznie konwencjonalnych urządzeń na specjalne konstrukcje

nowych kotłów spalających słomę, umożliwiające uzyskanie wysokich warunków ter-

miczno-dynamicznych prowadzenia ognia. Jesteśmy przez to w stanie uzyskać wysoką

sprawność kotła i wysoką efektywność ekologiczną, Należy jednak ze względów eko-

nomicznych rozważyć zasadność kosztochłonnego przetwarzania słomy w pelety lub

brykiety. W specjalnych kotłach do spalania słomy istnieje możliwość, bez ponoszenia

kosztów brykietowania/peletyzowania stosowanie słomy w formie całych balotów lub

słomy po uprzednim rozluźnieniu kostki.

W tym celu, poprzez lokalnego producenta brykietów lub peletów ze słomy, po

zainstalowaniu odpowiednich urządzeń dozujących-palnika przed kotłem, można na polu

rolnika zorganizować „kopalnie węgla”. Rozwija się przedsiębiorczość w obrębie gminy,

Brykiety / pelety...

powiatu i jest to w zgodzie z jedną z cech OZE, występowania tych zasobów lokalnie i na

lokalne potrzeby [Denisiuk 2003]. Pozytywnym przykładem zastąpienia drogiego oleju

opałowego brykietem ze słomy jest ciepłownia o mocy 200 kW w Górkach Sztumskich

gmina Sztum. Ciepłownia ta od lokalnego wytwórcy kupuje brykiet produkowany ze sło-

my, który jest przedmiotem niniejszej pracy.

Innym przykładem nieodpowiedzialnego zorganizowania brykietowej „słomiastej” bazy

surowcowej jest gmina Braniewo, gdzie dla pięciu kotłowni o łącznej mocy 1,125 MW,

zlokalizowanych w różnych miejscowościach tej gminy, zainstalowano linię brykietowania

słomy. Kotłownie te zużywają obecnie 7,5 tony brykietów na dobę. Stanowi to wsad ener-

getyczny 120 GJ na dobę. Jest to wsad energetyczny 4 razy większy od wsadu kotłowni

opalanej słomą w Zielonkach (powiat sztumski). Wydajność tej brykieciarni nie przekracza

3000kg brykietu na dobę. Za okres od października 2006 do końca stycznia 2007 spalono

w tych kotłowniach łącznie 392,8 ton brykietów ze słomy. We własnej brykieciarni wypro-

dukowano 186,8 ton brykietów. Jest to ilość stanowiąca 47% potrzeb opałowych tych ko-

tłowni. Jakość składowanej słomy, ze względu na zawartość wody nie spełnia wymogów

energetycznych kotłowni jak i technologicznych linii brykietowania. Gmina podejmując

decyzję likwidacji węgla na olej opałowy a następnie wdrażając w tych ciepłowniach bry-

kiety ze słomy nie zadbała o zorganizowanie zestawu własnych maszyn do pozyskania

słomy opałowej. Nie posiada też odpowiednich magazynów umożliwiających składowanie

ok. 2000 ton słomy sprasowanej do wielkogabarytowych kostek [Denisiuk 1998]. Słoma

dla potrzeb tej brykieciarni przywożona jest z magazynów elbląskiej firmy niekiedy z od-

ległości 70 km. Dzieje się to w sytuacji kiedy w sąsiedztwie tych pięciu kotłowni znajdują

się wystarczające ilości upraw zbóż i rzepaku. Niedobory surowcowe brykietów uzupeł-

niane są zakupami brykietów w gminie Sztum, co wymaga przebycia drogi łącznie 250 km.

Oddzielnym problemem w związku z energetycznym wykorzystaniem biomasy jest

sprawa dioksyn. W większości lokalne ciepłownie, choć niektóre zorganizowane w skraj-

nej nieznajomości słomy jako surowca energetycznego, pracują w reżimie niskich tempe-

ratur (75/95 o C). Występujący w słomie chlor nie jest, w związku z tym, źródłem powsta-

wania dioksyn, czego nie można powiedzieć o dużych elektrociepłowniach w aspekcie

zastosowania biomasy w formie brykietów, sieczki czy trocin do współspalania z węglem.

Pomysł współspalania biomasy, w tym brykietów i peletów ze słomy zrodził się w elektro-

ciepłowniach w związku z Rozporządzeniem Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Spo-

łecznej z 30.05 2003 w sprawie szczegółowego zakresu obowiązku zakupu energii elek-

trycznej i cieplnej z odnawialnych źródeł energii oraz energii elektrycznej wytwarzanej

w skojarzeniu z wytwarzaniem ciepła (Dz. U. Nr 104, poz. 971). Przepis ten noszący zna-

miona starej węglowej polityki energetycznej naszego kraju, spowodował gwałtowny

wzrost zapotrzebowania na biomasę przez poszczególne elektrociepłownie przekraczający

nierzadko 1mln ton rocznie. W związku z tym powstało nieprawdziwe twierdzenie braku

biomasy do celów energetycznych. Powstająca sieć rębaków, brykieciarni i peleciarni,

przerabiająca odpady drewna i słomę, zamiast być przyczyną powstawania małej lokalnej

biomasowej energetyki, poprzez dużą energetykę, jest przyczyną powstawania trucizny-

dioksyn.

Wiesław Denisiuk

Cel pracy

Celem pracy jest:

– określenie wybranych parametrów brykietów i peletów produkowanych ze słomy,

– podjęcie dyskusji na temat uwarunkowań uzasadniających przetwarzanie balotów sło-

my w brykiety i pelety do celów energetycznych.

Wybrane parametry brykietów i peletów

Brykiety i pelety do celów energetycznych produkowane są w większości z odpadów

drewna, tj wiórów, zrębków i trocin. Typowa linia technologiczna do brykietowania (pele-

tyzowania) składa się z następujących maszyn i urządzeń: magazyn i zasobnik surowca,

zbiornik retencyjny umieszczony przed młynem, młyn, suszarnia najczęściej bębnowa,

cyklony i cyklofiltry do odpylania ciągów transportowych, prasa z wymienną matrycą,

chłodnica gotowego produktu oraz system sit lub separatorów do prowadzenia ciągłej se-

gregacji produktu. W przypadku produkcji brykietów stosuje się ucinarkę. Linia peletyzo-

wania słomy w Górkach k/Sztumu nie posiada urządzenia do odpylania ciągów transportu

technologicznego i chłodnicy. Linia do brykietowania słomy zlokalizowana w Czerninie

k/Sztumu składa się s następujących elementów: magazyn słomy, stół podawczy zakoń-

czony szarpaczem słomy, szarpacz słomy, młyn bijakowy, prasa tłokowa, szyna prowadzą-

ca wałek brykietu, płócienny zasobnik brykietu. Przy pomocy bomby kalorymetrycznej

określono ciepło spalania i wartość opałową dla wymienionych w tabeli 1 brykie-

tów/peletów. Pozostałe parametry wymienione w tabeli 1 zostały określone w laboratorium

Elektrociepłowni w Elblągu. Laboratorium to posiada pełną akredytację.

Tabela 1. Wybrane parametry brykietów i peletów ze słomy, mączki (mk) i makuchu (mak)

Table 1. Selected parameters briquettes and pellets made of straw, flour (mk) and oil cakes (mak)

Brykiet

Pelety

Parametr

Jednostka

Słoma

pszenna

Ciepło spal.

MJ· kg -1

16,5

21,4

19,6

15,9

18,9

19,8

Wart. opał.

MJ· kg -1

15,2

20,1

18,5

13,1

16,7

18,2

Wilgotność % wag.

15,1

9,6

3,8

15,1

11,0

8,3

Gęst. usypowa

kg·m -3

320

310

350

338

325

540

Średnica

Chlor

% wag.

0,047

0,013

0,54

0,231

0,05

0,27

Siarka

% wag.

0,100

0,592

0,570

0,407

0,110

0,000

Węgiel

% wag.

45,3*

45,8**

50,0

45,0

47,7

46,8

45,3*

45,8**

Źrodło: badania własne

*słoma świeża, ** słoma szara

Brykiety / pelety...

W tabeli 1 podane zostały wybrane parametry uzyskane u producentów brykietu i pe-

letów wyprodukowanych ze słomy zebranej na polach Powiśla Sztumskiego. Z przeprowa-

dzonych badań wynika, że ciepło spalania i wartość opałową uzyskano w przedziale odpo-

wiednio od 15,9 -ciepło spalania i 13,1 -wartość opałowa MJ·kg -1 dla brykietów

stanowiących mieszaninę słomy rzepakowej, makuchu i paździerzy do 19,6-ciepło spalania

i 18,5 -wartość opałowa MJ·kg -1 dla brykietów z mączki mięsno-kostnej. Gęstość usypową

uzyskano w przedziale 310-540 kg·m -3 . Z badanych parametrów brykietów/peletów na

uwagę zasługuje chlor, który występował we wszystkich badanych próbkach. Pierwiastek

ten w procedurach wysokotemperaturowych jest sprawcą powstawania dioksyn. W cie-

płowniach krajów skandynawskich dla neutralizacji dioksyn stosowane są drogie procedu-

ry ich unieszkodliwiania. W związku z problemem BSE, w ciepłowni w Czerninie okreso-

wo ze słomą współspala się mączkę mięsno kostną (mk). Mączka ta wytwarzana jest

w lokalnym zakładzie utylizacji padłych zwierząt. W związku z tym u miejscowego produ-

centa brykietu okresowo produkowane są brykiety ze słomy z dodatkiem 30% mączki

mięsno kostnej.

Uwarunkowania przetwarzania sprasowanej słomy w brykiety/pelety

Przetwarzanie słomy sprasowanej z balotów różnego kształtu w brykiety lub pelety

związane jest z zastosowania dalszej techniki i poniesieniem znacznych nakładów energe-

tycznych. W związku z tym, w finalnym efekcie, powstaje surowiec energetyczny - pro-

dukt w ekonomice ciepłowni cenowo porównywalny z węglem. Na rynku polskim ofero-

wane są brykiety i pelety ze słomy w cenie 280-350 zł·tona -1 (cena słomy sprasowanej

w baloty o masie 150-250 kg wynosi 80-130zł·tona -1 ). Jak wykazały badania wartość ener-

getyczna nowego produktu odpowiednio sprasowanych brykietów ze słomy pszennej,

rzepakowej, makuchu, mączki mięsno kostnej, paździerzy i peletów ze słomy znajduje się

w przedziale 13,1-20,1MJ·kg -1 . Ze względów ekonomicznych, przy braku środków na

inwestycje związanych z zakupem nowego kotła, uzyskując efekt ekologiczny redukcji

emisji zanieczyszczeń, zasadne jest w istniejących jednostkach energetycznych pracują-

cych w niskich temperaturach:

– wdrożyć technologię współspalania brykietów lub peletów,

– dokonać zakupu specjalnego przedpaleniska umożliwiającego spalanie samodzielnie

brykiety/pelety.

Współspalanie biomasy, w tym brykietów i peletów ze słomy w elektrociepłowniach

w związku z wcześniej cytowanym Rozporządzeniem Ministra Gospodarki, Pracy i Polity-

ki Społecznej z 30.05 2003 r., ze względów ekonomicznych i ekologicznych (tworzenie

dioksyn) jest nieuzasadnione. Sprostanie zadaniu zaspokojenia potrzeb miliona i więcej ton

rocznie dla każdej elektrociepłowni, wiąże się z niewyobrażalnym przedsięwzięciem logi-

stycznym. Koszt przedsięwzięcia logistycznego zaopatrzenia elektrociepłowni w biomasę

podnosi jej cenę jednostkową.

Odrębnym problemem jest kwestia zawartości chloru w brykietach i peletach. W przy-

padku Powiśla Sztumskiego, wyprodukowane ze słomy tam zebranej brykiety/pelety po-

siadają chlor od 0,013% w przypadku słomy rzepakowej do 0,27% w przypadku słomy

pszennej. Technika prowadzenia spalania w elektrociepłowniach odbywa się w wysokich

temperaturach, przy których zawarty w brykietach i peletach chlor jest przyczyną powsta-

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: