04.pdf

Kamil Boral

Inżynieria Energii

Wydział Inżynierii i Ochrony Środowiska

Politechnika Częstochowska

Analiza energetycznego wykorzystania biomasy

1. WSTĘP

Na całym świecie obywatele krajów rozwiniętych są w bardzo dużym stopniu uzależnieni od paliw

konwencjonalnych, takich jak: ropa, węgiel czy gaz ziemny i mogłoby się wydawać, że nie możemy

bez nich żyć, tak jak bez powietrza czy wody. Stwierdzenie to może zakrawać o przesadę, lecz jeśli

weźmiemy pod uwagę, że 80% zużywanej na świecie energii pochodzi z wykorzystania tych właśnie

źródeł nabiera sensu. Podkreślić należy, że zasoby tych źródeł są ograniczone i ulegają wyczerpaniu.

Dodatkowo pomiędzy zużyciem paliw kopalnych a zanieczyszczeniem powietrza, zmianami

klimatycznymi i coraz dalej postępującą degradacją środowiska istnieją ścisłe i niekorzystne

powiązania. Wiemy o tym, iż postęp technologiczny lub rozwój każdego kraju, związany jest

ze zwiększonym zapotrzebowaniem na energię. W kraju, w którym energetyka oparta jest

na pozyskiwaniu energii ze spalania węgla, ilość produkowanej energii ograniczona będzie

przez prawo UE, które jasno określa limity emisji, a także skład spalin wydobywających się z kominów

naszych elektrowni. Wyjściem z tej sytuacji jest ograniczenie emisji i poszukiwanie alternatywnych

paliw, pozwalających się spalać w istniejących już instalacjach energetycznych. Umożliwi

to ograniczenie wydobycia węgla i co za tym idzie na wydłużenie żywotności złóż tego paliwa

w Polsce.

2. BIOMASA

Na zrównoważony rozwój państwa istotny wpływ ma to, w jaki sposób ono gospodaruje

oraz w jakim stopniu wykorzystuje zasoby odnawialnej energii. Stopień wykorzystania zależy

od wielkości zasobów oraz technologii przetwarzania. Obecnie ocenia się , że największy potencjał

do wykorzystania w Polsce ma biomasa. Przez biomasę wg Unii Europejskiej rozumiemy: ”materiały

organiczne pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, jak też wszelakie substancje uzyskane

z transformacji surowców pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego”.

Rodzaje biomasy:

‐ Drewno odpadowe w leśnictwie i przemyśle drzewnym (trociny, zrębki zieleni miejskiej)

‐ Produkty uboczne i odpadowe rolnictwa i przemysłu rolno‐spożywczego, a także gospodarki

komunalnej (słoma, ziarno, wytłoczki roślin oleistych, osad ściekowy, biogaz, gnojowica)

‐ Produkcja, plantacje drzew i traw szybkorosnących, uprawy energetyczne ( wierzba Salix,

miskant chiński, miskant olbrzymi, palczatka Gererda, proso rózgowate, spartina preriowa)

Przykładowe formy przetwarzania biomasy:

Rys.1 Biomasa leśna a) i rolna b) w postaci peletu oraz biomasa rolna w formie

sprasowanych bloczków.

2.1 BIOMASA JAKO PALIWO

Skład pierwiastkowy węgla kamiennego stosowanego w energetyce i biomasy jakościowo taki sam.

Różnice występują w udziałach poszczególnych pierwiastków i związków chemicznych. Zawartość

średnia węgla w biomasie jest dwa razy mniejsza niż w węglu kamiennym, a tlenu jest w niej średnio

cztery razy więcej. Dużą zaletą biomasy jest mniejsza zawartość siarki i azotu.

Konsekwencją takiego składu biomasy jest wysoka zawartość części lotnych i jej wysoka reaktywność.

W tabeli poniżej przedstawione są różnice w procentowym składzie węgla i biomasy:

Tab. 1 Właściwości biomasy i węgla

Chcąc rozpatrywać biomasę jako paliwo dla energetyki musimy dostrzec bariery, jakie ograniczają

jej wykorzystanie, a następnie skupić się na rozwiązaniu problemów związanych z jej użytkowaniem.

Bariery należy podzielić na trzy podstawowe kategorie :

‐ Bariery wynikające z właściwości fizykochemicznych

‐ Bariery ekonomiczne

‐ Bariery techniczne

Bariery fizykochemiczne:

• Stosunkowo niskie i zróżnicowane ciepło spalania ( na jednostkę masy)

• Duże zróżnicowanie zawartości wilgoci zależne od rodzaju biomasy i okresu jej sezonowania

(do 50%)

• Wysoka zawartość części lotnych ‐ problemy w kontrolowaniu spalania, dokładnie

zmieniające się warunki zapłonu i spalania

• Trudności w dozowaniu paliwa wynikające z postaci biomasy

• Duża powierzchnia składowania i trudności z transportem wynikają z małej gęstości

nasypowej

• Trudności w utrzymaniu jakości paliwa na stałym poziomie

• Niższa wartość opałowa

• Duża zawartość związków alkaicznych takich jak: potas, fosfor, wapń, a w przypadku roślin

jednorocznych duża zawartość chloru może prowadzić do narastania agresywnych osadów

w kotle

Bariery ekonomiczne:

• Koszty pozyskiwania jednostki masy

• Koszty transportu

Bariery techniczne:

• Odpowiednie technologie i rozwiązania techniczne dla indywidualnego zużytkowania

biomasy

Większość tych problemów można uniknąć poprzez zwiększenie gęstości biomasy oraz poprzez

technologie ko przetwarzania z węglem jako stabilizatorem procesu.

3. ENERGETYCZNE PRZETWARZANIE BIOMASY

Głównymi sposobami przetwarzania biomasy na cele energetyczne są:

• spalanie,

• piroliza,

• zgazowanie.

Obecnie tylko kilka jednostek wytwórczych wytwarza energię spalając jedynie biomasę.

Większym zainteresowaniem podmiotów krajowej energetyki cieszy się współspalanie jej z węglem

w istniejących już kotłach energetycznych. Rozwiązanie to wydaje się najbardziej uzasadnionym

sposobem wykorzystania biomasy w jednostkach wytwórczych dużej mocy. Pozwala ono zapewnić

wysoka sprawność konwersji energii chemicznej zawartej w spalanym paliwie.

Obecnie współspalanie biomasy pod postacią trocin, zrębków, pyłu jest realizowane na skalę

przemysłową w kilkunastu krajowych elektrowniach i elektrociepłowniach. Spalany jest również

biogaz a także odpady z produkcji zwierzęcej i roślinnej (wytłoki z rzepaku, mączka zwierzęca).

Istnieją także instalacje do spalania gliceryny powstającej jako produkt uboczny w produkcji

biodiesla.

3.1 SPALANIE BIOMASY

Spalanie biomasy jako głównego paliwa odbywa się tylko w kilku jednostkach wytwórczych.

Oto kilka rozwiązań technologicznych stosowanych przy spalaniu samej biomasy:

• Paleniska rusztowe:

o Komorowe z okresowym załadunkiem

o Retortowe

o Z ruchomym rusztem schodkowym

o Komorowe okresowo zasilane belami

o Zasilane w sposób ciągły rozdrobnioną słomą

o Zasilane w sposób ciągły całymi belami podawanymi automatycznie

•

Systemy dwustopniowego zgazowania‐pirolizy i następczego spalania powstającego

gazu pizolitycznego‐ stosowane są w tej technologii przedpaleniska.

3.2 WSPÓŁSPALANIE ‐ rozwiązania technologiczne

Oto kilka wariantów realizacji współspalania biomasy z węglem:

1. Współspalanie bezpośrednie ‐ do procesu doprowadzany jest strumień węgla

i biomasy(lub biogazu) lub gotowa mieszanka węgla i biomasy(tzw. paliwo wtórne)

2. Współspalanie pośrednie ‐ zachodzi w przypadkach, gdy:

‐ spalanie biomasy (biogazu) zachodzi w tzw. przed palenisku, a entalpia

powstałych spalin zostaje wykorzystana w komorze spalania, w której zabudowane są

powierzchnie ogrzewalne bądź bezpośrednio jako czynnik grzejny w wymiennikach

ciepłowniczych,

‐ zgazowanie biomasy zachodzi w gazogeneratorze, a powstający gaz jest

doprowadzany do komory spalania, a tam jest spalany w palnikach gazowych.

3. Współspalanie w układzie równoległym ‐ paliwo konwencjonalne i odnawialne jest

spalane w osobnej komorze z zachowaniem wymogów każdego z procesów spalania.

Szczególnym przypadkiem współspalanie równoległego jest tzw. układ hybrydowy.

Pod tym pojęciem należy rozumieć układ jednostek wytwórczych pracujących

na wspólny kolektor parowy oraz zużywających w procesie spalania odpowiednio

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: