Typowe problemy w eksploatacji blokow gazowo-parowych zintegrowanych ze zgazowaniem biomasy

Spis tresci

1. Wprowodzenie do temotyki pracy

2. Biomoso

3. Blok gozowo-porowy w úkladoch BIGCC

4. Zgozowonie poliw stolych

5. Reoktory zgozowujqce biomosç - przeglqd technologii

6. Technologie oczyszczonio gozów

7. Došwiodczenio z projektów pilotožowych BIGCC no šwiecie

8. Wnioski

Bibliogrofio

Dodatek A - Klasyfikacja biomasy przy uwzglçdnieniu jej wtašciwošci jako paliwa

1. Wprowadzenie do tematyki pracy

W chwili obecnej wielu specjalistów podnosi w Polsce problem zbližajqcej siq wielkimi krokami smierci technicznej znacznej czqsci mocy produkcyjnych w sektorze elektroenergetycznym. Moce te trzeba bqdzie odbudowač w ten czy inny sposób, gdyž w przeciwnym wypadku w kraju mogq wystqpič powažne niedobory zaopatrzenia energii elektrycznej z catkowitym blackoutem Krajowego Systemu Elektroenergetycznego wtqcznie.

W dtužszym horyzoncie czasowym, w Polsce podobnie jak i na catym swiecie, na znaczeniu bqdq zyskiwač odnawialne žródta energii (w skrócie OZE). Do odnawialnych žródet energii zaliczyč možna takže biomasq. Odnawialne žródta energii muszq obecnie konkurowač z paliwami kopalnymi. Wsparciem dla ich wykorzystania jest prowadzona obecnie polityka promowania OZE. Jest ona wypadkowq dwóch czynników: teorii mówiqcej o antropologicznym charakterze majqcego miejsce obecnie ocieplenia klimatu oraz powolnego wyczerpywania siq zasobów paliw kopalnych na ziemi. Wptyw czynników antropologicznych na ocieplenie klimatu bywa przez niektóre srodowiska podwažany, zas nowe technologie wydobywcze pozwalajq ludziom uzyskiwač dostúp do zasobów do tej pory nieuwzglqdnianych w dotychczasowych zestawieniach. Paliwa kopalne zyskaty na popularnosci dziqki stosunkowo dužej gqstosci energii w przeliczeniu na jednostkq masy, co przektada siq na koszty wydobycia i transportu. Konwersja energii chemicznej zwiqzanej w tych paliwach jest stosunkowo tatwa, zas technologie sq bardzo dojrzate. Jest to spowodowane faktem wykorzystywania paliw kopalnych z coraz wiqkszq intensywnosciq przez wiele dziesiqcioleci (od czasu tzw. „rewolucji przemystowej") co spowodowato, že pod wzglqdem možliwosci optymalizacji dotarty one, odnoszqc siq do znanego w ekonomii pojqcia krzywej uczenia siq (krzywej doswiadczeň), w pobliže swojego maksimum. Polityka wsparcia dla OZE ma na celu przyspieszenie zmianytej krzywej w czasie dla technologii OZE aby osiqgnqč pewne korzysci srodowiskowe oraz ztagodzič majqcy wystqpič, pr^dzej czy póžniej, szok cenowy zwiqzany z istotnymi ograniczeniami w dostçpnosci paliw kopalnych.

Niezaležnie od perspektywy czasowej, w jakiej zrealizujq siç, w mniejszym bqdž wi^kszym stopniu, powyžsze zatoženia, wspomniane mechanizmy wsparcia istniejq i mogq mieč istotny wptyw w procesie decyzyjnym dla inwestycji w energetyce. Inwestycja taka musi uwzgl^dniač obecne realia i musi byč uzasadniona ekonomicznie.

Zarówno z ekonomicznego, ekologicznego, jak i termodynamicznego punktu widzenia celowym wydaje siç zastosowanie rozwiqzaň kogeneracyjnych.

Kogeneracjç možna zdefiniowač jako skojarzone wytwarzanie dwóch produktów - ciepta i energii elektrycznej - sq to formy energii užytecznej. Wytwarzanie to odbywa siç poprzez konwersjç pierwotnej energii chemicznej zawartej w paliwie. Najczçsciej energia elektryczna powstaje (najczçsciej) poprzez konwersjç energii mechanicznej przy užyciu generatora. Sama energia mechaniczna zas generowana jest przez cieplnq maszynq przeptywowq. Ciepto jest zas produktem ubocznym. Generowanie energii wtaki sposób nazywamy gospodarkq skojarzonq. Kogeneracja czqsto okreslana jest skrótem CHP (ang. Combined Heat and Power - Skojarzone ciepto i moc).

W odróžnieniu od gospodarki skojarzonej energie možna generowač takže przy pomocy gospodarki rozdzielonej. W takim wypadku wytwarzanie podporzqdkowanejest wytqcznie zapotrzebowaniu na jeden rodzaj energii užytecznej.

Podstawowq zaletq gospodarki skojarzonej, w stosunku do gospodarki rozdzielonej, jest oszczqdnosč energii pierwotnej (Wykres 1.1).

Wykres 1.1- Porównanie rozdzielonego i skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepta (R. Bartnik, 2011)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Na szczególnq uwagç zastuguje sformutowane w dyrektywie Unii Europejskiej pojçcie wysokosprawnej kogeneracji (Komisja Europejska - 2004/8/EC). Definiuje ona wysokosprawnq kogeneracjç jako takq formç gospodarki skojarzonej, która prowadzi przynajmniej do 10% oszczçdnosci energii pierwotnej w stosunku do gospodarki rozdzielonej wytwarzajqcej ΐς samq ilosc energii užytecznej.

2. Biomasa

Istnieje wiele rôznych definicji biomasy. Na potrzeby niniejszej pracy najwygodniej przyjqč oficjalnq definicji biomasy zamieszczonq w aktach prawnych RP. Naturalnym powodem przyjqcia takiej definicji jestjej pôžniejsze wykorzystanie w odniesieniu do obowiqzujqcych systemôw wsparcia.

Biomasa — (Ministerstwo Gospodarki, 2010) state lub ciekte substancje pochodzenia roslinnego lub zwierzqcego, ktôre ulegajq biodegradacji, pochodzqce z produktôw, odpadôw i pozostatosci z produkcji rolnej oraz lesnej, a takže przemystu przetwarzajqcego ich produkty, a takže czqsci pozostatych odpadôw, ktôre ulegajq biodegradacji, oraz ziarna zbôž niespetniajqce wymagah jakosciowych dla zbôž w zakupie interwencyjnym okreslonych w art. 4 rozporzqdzenia Komisji (WE) nr 687/2008 z dnia 18 lipca 2008 r. ustanawiajqcego procedury przejqcia zbôž przez agencje ptatnicze lub agencje interwencyjne oraz metody analizy do oznaczania jakosci zbôž (Dz. Urz. UE L 192 z 19.07.2008, str. 20) i ziarna zbôž, ktôre nie podlegajq zakupowi interwencyjnemu.

We wszystkich definicjach biomasy, tqcznie z powyžszq, wspôlnym mianownikiem dla biomasy jest jej organiczne pochodzenie oraz možliwosč jej degradacji przez inne organizmy žywe. Jest to wažne rozrôžnienie, zwtaszcza w kontekscie faktu organicznego pochodzenia paliw kopalnych.

Gtôwnq zaletq zastosowania biomasy na cele energetyczne jest jej neutralnosč pod wzglqdem emisji dwutlenku wqgla do atmosfery. Wprawdzie proces spalania biomasy generuje emisjq C02 do atmosfery, jednakže biomasa do swojego wzrostu wykorzystuje dwutlenek wqgla pobrany z atmosfery. Biomasa naležy do grupy zasobôw energetycznych typu kapitatowego (ONZ, 2000). Korzystanie z tego zasobu jest analogiczne do wykorzystywania odsetek z kapitatu ulokowanego w banku. Bilans jest zerowy tak dtugo, jak dtugo biomasa jest wykorzystywana wg. zasad gospodarki zrôwnowažonej, czyli gdy nie sq spalane wiqksze ilosci biomasy niž mogq w okreslonym okresie czasu wyrosnqč. W odrôžnieniu jednak od kapitatu w banku biomasa nie može rosnqč w nieskohczonošč i po pewnym czasie jej nadmiar staje siq sktadnikiem litosfery (wqgiel).

Biorqc pod uwagq przydatnosč biomasy do konkretnej technologii konwersji energii najwiqksze znaczenie majq jej parametry fizyko-chemiczne. Determinujq one možliwosč zastosowania konkretnych technologii, logistykq paliwowq (obejmujqcq zarôwno pozyskanie, transportjak i ew. pôžniejszq konwersjq paliwa w celu jego przystosowania lub polepszenia parametrôw na potrzeby konkretnej technologii) oraz kontroly wptywu danej technologii konwersji na srodowisko (emisja, scieki, odôr).

Najbardziej istotne z punktu widzenia stosowanych technologii sq:

• Wilgotnosc - jest to stosunek masy wody zawartej w biomasie do masy samej biomasy (wielkosč bezwymiarowa). Wyrôžnia siq dwa rodzaje (Sims, 2002):

> Wilgotnosč w odniesieniu do biomasy wilgotnej (ang. wet basis):

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

gdzie:

msucha - masa biomasy suchej m^0 - masa wody

> Wilgotnosč w odniesieniu do biomasy suchej (ang. dry basis):

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Czçsciej wykorzystywanq wielkosciq jest wilgotnosč w odniesieniu do biomasy masy wilgotnej. Jest ona takže wielkosciq bardziej intuicyjnq w užyciu. Parametr ten ma znaczenie zasadnicze w przypadku konwersji energii zawartej w biomasie, gdyž wodajest sktadnikiem niepalnym, zas przemiana fazowa z cieczy w gaz pochtania pewnq ilosč energii.

- Zawartosč czçsci lotnych - (wielkosč bezwymiarowa) mówi na o tym jaka cz^sč statej substancji organicznej jest w stanie, pod wptywem doprowadzonego ciepta, zamienič siç w gaz (palny). Parametr ten jest niezwykle istotny w przypadku reakcji zgazowania. Ma on tež swojq wagç w procesach spalania, gdyž róžnice w zawartosci czçsci lotnych paliw zmieniajq w pewnym zakresie obciqženia cieplne w komorze spalania.

Wykres 2.1 - Udziatmasowy wodoru i wçgla oraz czçsci lotnych dia biomasy (drewno), wçgla kamlennego oraz brunatnego (J.Richardson, 2002) oraz ich wplyw na cieplo spalania

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- Zawartosč popiotu (frakcja mineralna) - (wielkosč bezwymiarowa) jest to masa substancji nieorganicznych (niepalnych) zawartych w biomasie. Wysoka zawartosč popiotu obniža energiç chemicznq w przeliczeniu na jednostkç masy. Wysoka zawartosč popiotów znaczqco wptywa na emisjç pytów (czqstek statych).

Wykres 2.2 - Termogram przedstawiajqcy ubytek masy drewna na skutek odgazowania czqsci lotnych w zaleznosci od temperatury procesu (Rybak, 2006)

- Sklad pierwiastkowy - to zawartosč poszczególnych pierwiastków w biomasie. Substancje wchodzqce w sklad biomasy to w wiçkszosci polimery czqsteczek cukrów prostých (najczçsciej glukozy). Skladaj^ siç one z trzech pierwiastków: wçgla (C), wodoru (H) i tlenu (O). Wçgiel wchodzi zarówno w sklad czçsci lotnych jak i w karbonizat, który spala siç w postaci stalej. W sklad frakcji mineralnej wchodzq w wiçkszosci wypadków substancje odžywcze niezbçdne do žycia roslin (skladniki nawozów chemicznych) takie jak: potas (K), sód (Na), fosfor (P), wapň (Ca)oraz magnez (Mg). Zwykle frakcja mineralna ma udzial masowy znacznie mniejszy níž czçsc organiczna. Biomasa može zawierač takže pewne ilosci siarki (S) i azotu (N), chloru (CI) oraz stosunkowo niewielkie ilosci tzw. pierwiastków sladowych (np. želazo, rtçc, olów, itp.), których udzial rosnie w zanieczyszczonym srodowisku.

Sklad pierwiastkowy wplywa na wlasciwosci biomasy, niezwykle wažne w kontekscie konwersji energii takiejak:

- Temperatura miçkniçcia popioiów - jest to temperatura, w której substancja mineralna zbliža siç do stanu w którym zmienia stan skupienia ze stalego na ciekly. Može to prowadzič do nadmiernego szlakowania, popielenia lub aglomeracji (w skrajnych przypadkach defluidyzacji zloža) w zaležnosci od zastosowanej technologii.

- Emisje substancji szkodIiwych dia srodowiska - np. tlenków siarki i tlenków azotu.

- Osadzanie siq - sole eutektyczne (glównie chlorki) metali alkalicznych (sód i potas) przy temperaturach rzçdu 700 0C odparowujq zas gdy temperatura spalin nieco spada tworzq bialy osad (np. na powierzchniach ogrzewalnych kotla, lopatkach turbiny gazowej). Intensywnosč powstawania osadu zaležy od stosunku siarki do chloru w paliwie (S/Ci) (Kordylewski, 2008).

-Wtosciwoscikorozyjne (Kordylewski, 2008), (Rybak, 2006):

-niskotemperaturowa - spowodowana wykraplaniem siç zwiqzków siarki o wtasciwosciach silnie korozyjnych, gdy temperatura spalin spada ponižej punktu rosy.

- wysokotemperaturowa - spowodowana dziataniem metali alkalicznych. Sprzyjajqce warunki tworzy ww. powstawanie osadu oraz obecnosč atmosfery redukcyjnej (Rys 2.1 i 2.2):

- korozja siarczanowo-siarkowa
- korozja chlorkowa - mechanizm aktywnego utleniania

Rys. 2.1 - Mechanizm aktywnego utleniania w korozji chlorkowej (Kordylewski, 2008)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Rys. 2.2 - Oddzialywanie chloru ze zwiqzkami sodu i potasu na powierzchni rur (Rybak, 2006)

- Ciepto spalania i wartosc opatowa - te parametry zwiqzane sq z parametrami wymienionymi poprzednio.

- Ciepto spalania Qs to iloscenergiijakq možnauzyskač wwynikuprzeprowadzenia reakcji catkowitego i zupetnego spalania paliwa. Možna stwierdzič, že ciepto spalania zaležnejest od udziatu w biomasie substancji palnych i ich entalpii tworzenia. Wptyw ma takže udziat substancji niepalnych (substancja mineralna). Ich obecnosc sprawia, že w przeliczeniu na jednostke paliwa, udziat substancji palnych jest mniejszy. Ciepto spalania možna oszacowac na podstawie udziatów pierwiastków palnych, wykorzystujqc formute Milnego (Chmielniak, 2008):

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

gdzie:

fc - udziat masowy wegla

fH - udziat masowy wodoru

f0 - udziat masowy tlenu

fN - udziat masowy azotu

fH - udziat masowy siarki

fmin - udziat masowy substancji mineralnej

- Wartosc opatowa Wd takže mówi o ilosci energii jakq možna uzyskac w reakcji spalania. Uwzglednia ona jednak ciepto jakie zostanie pochtoniete w trakcie odparowania zawartej w paliwie wody.

Dla znacznej czesci typów biomasy (pochodzenia roslinnego) možna przyjqc uproszczony wzór na jej wartosc opatowq (Sims, 2002):

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

gdzie:

fw - wilgotnosc (udziat masowy wody)

Wzór ten ma ograniczonq stosowalnosc, jest on prawdziwy jedynie dla biomasy o znacznym udziale celulozy (18,0 MJ/kg - ciepto spalania celulozy).

Dužo wiekszq doktadnosc obliczeh možna osiqgnqc stosujqc wzór:

= Qs · (1 - fw ) - 2,447 · (fw - 9,01 •fH (1 - fw)) (2.5)

Parametry wymienione powyžej sq czesto bardzo zróžnicowane, nawet w obrebie okreslonego rodzaju biomasy. Jednak stosujqc klasyfikacje opartq na okreslonych zasadach možna znaležč wspólny mianownik pozwalajqcy zaklasyfikowac biomase do kilku grup. Na podstawie tej przynaležnosci možna przewidziec przedziat, w którego granicach bedq oscylowac parametry biomasy. Pewnym wyróžnikiem wydaje sie byc biocenoza, z której pochodzq organizmy žywe tworzqce dany typ biomasy.

Pochodzenie biomasy oraz wtasciwa logistyka paliwowa mogq mieč znaczqcy wptyw na jej na parametry pozyskanego surowca. Parametry te maja z kolei wptyw na dobór urzqdzeň dla bloku. Ponadto dtugotrwaty niedobór dostarczanego paliwa, ze wzglqdu na specyfikq obiektu tj. produkcjq ciepta na potrzeby (miqdzy innymi) gospodarstw domowych jest niedopuszczalny. Celowym jest zatem przeprowadzenie oceny dostqpnosci biomasy na cele energetyczne (Sims, 2002). Ze wzglqdu na wtasciwosci biomasy omówione wczesniej zasadnym wydaje siq przeprowadzenie analizy w odniesieniu do konkretnej proponowanej lokalizacji bloku a nie ogólnie dla catego kraju.

Na Dolnym Šlqsku najlepszym potencjalnym žródtem biomasy dla hipotetycznego bloku gazowo-parowego wydajq siq byč odpady pochodzqce z gospodarki lesnej. Biomasa tego typu pozyskiwana jest w sposób zrównowažony, pod warunkiem prowadzenia zrównowažonej gospodarki lesnej (Dodatek A). Warunek ten jest spetniony, gdyž pozyskanie grubizny na terenie województwa dolnoslqskiego wynosi 5,12 m /^α lasu (GUS, 2010), zas sredni przyrost grubizny wynosi ok.

6,95 m /^α lasu (Regionalna Dyrekcja Lasów Paňstwowych, 2003). Przy odpowiedniej logistyce paliwowej, zintegrowanej z innymi gatqziami gospodarki lesnej pozyskanie tego typu biomasy možna uznač za bezpieczne dla ekosystemu lasu takže pod wzglqdem utrzymania niezbqdnej ilosci sktadników odžywczych zawartych w humusie. Na pewien nadmiar wystqpujqcy obecnie w tym zakresie (nadmiar substancji organicznej) može wskazywač czqstotliwosč i skala požarów lasów. Bezpieczeňstwo dla ekosystemu lesnego mogtoby zostač podniesione takže poprzez implementacjq recyrkulacji popiotów pochodzqcych ze spalania (lub zgazowania) biomasy do systemu gospodarki lesnej (J.Richardson, 2002).

Innym žródtem, które cechuje siq wyžszq dostqpnosciq niž odpady z gospodarki lesnej jest stoma (Dodatek A). Nie jest to jednak ze wzglqdów technologicznych preferowane žródto biomasy, choč odpowiednia gospodarka rolna može prowadzič do czqsciowej poprawy sytuacji (stoma žótta pozostawiona na polu zamienia siq w stomq szarq o lepszych parametrach - nižszej zawartosci chloru).

Odpady komunalne sq interesujqcym žródtem energii z ekonomicznego punktu widzenia, gdyž koniecznosč ich utylizacji može prowadzič do osiqgniqcia ujemnych kosztów paliwa (Sims, 2002), (Rosillo-Calle, 2007). Niestety analiza wykazuje niedostatecznq ilosč paliwa dla zaktadanej mocy cieplnej bloku, choč istnieje možliwosč wykorzystania odpadów komunalnych wspólnie z innym žródtem biomasy. Istotna przeszkodq sq takže niekorzystne parametry tego paliwa (wysoka zawartosč metali ciqžkich) (DodatekA), co utrudnia kontroly emisji (wysoka zawartosč chloru promuje powstawanie dioksyn - (J. Rezaiyan, 2005)).

3. Blok gazowo-parowy w uktadach BIGCC

Uktady gazowo-parowe to uktady kombinowane. Oznacza to že uktad jako catosč realizuje (co najmniej) dwa obiegi termodynamiczne (Rys. 3.1). Uktady gazowo-parowe naležq do hierarchicznych uktadów energetycznych, tzn. obiegi muszq byč realizowane w okreslonej kolejnosci. Kolejnosč ta zdeterminowana jest w gtównej mierze wykorzystywanymi czynnikami obiegowymi, ich wtasciwosciami oraz parametrami stanu w poszczególnych punktach realizowanego obiegu.

Rys. 3.1 - Ogólna štruktúra technologiczna prostego, szeregowego uktadu gazowo-parowego oraz przedstawienie obiegu termodynamicznego na wykresie T-s (wykres ciepta): TG - turbina gazowa, S - sprçzarka, G - generator, TP - turbina parowa, KS - komora spalania, SK - skraplacz, OD - odgazowywacz, PZ - pompa wody zasilajgcej, KO- kociot odzyskowy, UTG - teoretyczny obieg turbiny gazowej (obieg Braytona- Armengauda), UTP - obieg Clausiusa-Rankina, Qp- strumieň ciepta przekazany w kotle odzyskowym do obiegu parowego, P-paliwo (Chmielniak, 2008)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Uktad gazowo-parowyjest potqczeniem otwartego uktadu gazowego i zamkniçtego uktadu parowego (Chmielniak, 2008):

- Uktad otwarty - czynnik roboczy pobierany jest z otoczenia i po wykonaniu wszystkich przemian w obiegu do tego otoczenia powraca (istnieje przeptyw masy przez ostonç bilansowq).
- Uktad zamkniçty - czynnik roboczy realizuje przemiany termodynamiczne w obrçbie zamkniçtego konturu (brak przeptywu masy przez ostonç bilansowq).

W przypadku uktadu gazowo-parowego w czçsci gazowej czynnikiem roboczym jest powietrze które realizuje przemiany termodynamiczne w turbinie gazowej. Gdyby ograniczyč uktad jedynie do czçsci otwartej (obieg turbiny gazowej) czçsc entalpii czynnika roboczego (entalpia spalin) bytaby bezpowrotnie tracona w momencie gdy powraca on z powrotem do otoczenia. Zastosowanie uktadu parowego jako drugiego uktadu w hierarchii sprawia, že istnieje možliwosč wygenerowania dodatkowej ilosci energii elektrycznej.

Ideálny silnik cieplny realizuje obieg Carnota co stanowi górne ograniczenie sprawnosci takiej maszyny. Potqczenie obiegu gazowego i parowego prowadzi do karnotyzacji obiegu czyli przybliženia obiegu maszyny do obiegu idealnego co oznacza w praktyce wiçkszq sprawnosč konwersji energii w takiej maszynie. Jest to požqdane zarówno ze wzglçdôw ekonomicznych jak i ekologicznych wspomnianych we wstçpie.

- Czesc gazowa (uktad turbíny gazowei) sktada sie z nastepuiacych urzadzeň (Rys. 3.1):

- sprçzarka (S)
- komora spalania (KS)
- turbina gazowa (TG)

W sktad turbozespotu turbiny gazowej wchodzi takže generator (G). Jest to jednak maszyna elektryczna stužqca do generowania energii elektrycznej i nie ma ona wptywu na przemiany czynnika roboczego a jedynie korzysta z pracy užytecznej przekazanej poprzez wat napçdowy.

Uktad turbiny gazowej realizuje obieg porównawczy Braytona-Armengauda. Obieg ten ztožony jest z nastçpujqcych przemian termodynamicznych (Szargut, 2010):

- adiabatyczne spr^žanie - spr^žarka (S)
- izobaryczne podgrzewanie (spalanie - doprowadzenie ciepta) - komora spalania (KS)
- adiabatyczne rozpršanie - turbina gazowa (TG)
- izobaryczne ochtadzanie (odprowadzenie ciepta)

W przypadku uktadu otwartego turbiny gazowej ochtadzanie spalin dokonuje siç dziçki ich wymieszaniu z chtodniejszym powietrzem zewnçtrznym. W przypadku uktadu gazowo parowego ochtadzanie spalin rozpoczyna siç w kotle odzyskowym (KO).

- Czesc parowa (uktad turbiny parowei) sktada sie z nastepuiacvch urzadzeň (Rys. 3.1):

- kociot odzyskowy (KO)
- turbina parowa (TP)
- skraplacz (SK)
- pompa wody zasilajqcej (PZ)

W sktad uktadu turbiny parowej (Rys. 3.1) wchodzi takže odgazowywacz (OD). Nie jest on niezbçdny dla funkcjonowania uktadu lecz jego stosowanie jest podyktowane wzglçdami technicznymi.

Uktad turbiny parowej realizuje obieg porównawczy Clausiusa-Rankina. Obieg ten sktada siç z nastçpujqcych przemian termodynamicznych (Szargut, 2010):

- izobaryczne podgrzewanie i parowanie (doprowadzenie ciepta) - kociot odzyskowy (KO)
- izentropowe rozpršanie - turbina parowa (TP)
- izobaryczne ochtadzanie (odprowadzenie ciepta) - skraplacz (SK)

W obiegu odbywa siç takže przemiana polegajqca na spršaniu cieczy w pompie zasilajqcej. Odbywa siç ona przy stosunkowo niewielkim przyroscie cisnieň i temperatury, wiçcjej wptyw uznawanyjest za pomijalnie maty (Szargut, 2010).

4. Zgazowanie paliw statych

Zgazowanie paliwa jest metodq jego konwersji z paliwa statego na gazowe {Rys. 4.1). Proces ten polega na przeprowadzeniu w reaktorze ciqgu reakcji chemicznych {Tab. 4.1), wwyniku ktorých powstajq m.in. gazy palne, mogqce nastqpnie stuzyč jako paliwo. Proces zgazowaniajako catosč jest endotermiczny tzn. do jego przeprowadzenia potrzebne jest dostarczenie ciepta. Ciepto moze byč dostarczone spoza reaktora {proces allotermiczny) lub uzyskane w reaktorze poprzez czqsciowe spalenie substratów {proces autotermiczny).

Rys. 4.1 -Zgazowanie paliw statych -schemat (J. Rezaiyan, 2005)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 4.1- Reakcje zachodzqce w trakcie procesu zgazowania paliwa statego (Kordylewski, 2008)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Proces zgazowania paliw statych odbywa siç w kilku etapach zas reagenty reagujú ze sobú w fazie gazowej búdž w tež reakcja zachodzi pomiçdzy fazú statú a gazowú (Rys.4.4). Proces suszenia nie zawsze realizowany jest wewnqtrz reaktora. Dostarczenie ciepta do reaktora powoduje zajscie reakcji pirolizy w wyniku ktorej paliwo state ulega rozpadowi na czçsci state, smoty (ciekte) oraz na gazy.

Powstawanie gazow zdeterminowane jest zawartosciú czçsci lotnych w paliwie statym. W zaležnosci od dostarczonego paliwa w sktad gazow mogú wchodzič miçdzy innymi: H20, H2, N2, 02, C02, CO, CH4, H2S, NH3, C2H6 oraz niewielkie ilosci acetylenu, olefin i wçglowodorôw aromatycznych (J. Rezaiyan, 2005).

Przebieg poszczegolnych reakcji oraz natçzenie zaležú od podstawowych parametrow procesu takichjak: stuženie czynnika zgazowujúcego (utleniacz, para wodna), temperatura procesu, cisnienie procesu, sktad paliwa. Od tych parametrow zaležy sktad gazu co pocilga za sobú možliwosci jego wykorzystania w okreslonych technologiach konwersji energii oraz poziom emisji zanieczyszczeň. Rožne technologie zgazowania dajú rožne možliwosci prowadzenia procesu i regulacji jego parametrow.

Kinetyka chemiczna reakcji zachodzqcych w trakcie procesow zgazowania nie jest jeszcze w sposob catkowity i ostateczny opisana i wyjasniona. Jednakže na podstawie przeprowadzonych eksperymentow oraz uzyskanych w nich danych dla rožnych stanow rownowagi možna stwierdzič istnienie nast^puj^cych zaležnosci (J. Rezaiyan, 2005):

- formowanie siç CH4 zmniejsza siç wraz ze wzrostem temperatury i wzrasta wraz ze wzrostem cisnienia procesu
- formowanie siç CO i H2 nasila siç wraz ze wzrostem temperatury i spadkiem cisnienia. Maksymalne stuženie CO i H2 možna osiúgnúč dla procesu przebiegajqcego przy cisnieniu atmosferycznym i temperaturze w granicach 800 T do 1000 T.
- stuženie C02 rosnie wraz ze wzrostem cisnienia i ostro maleje wraz ze wzrostem temperatury
- przy wykorzystaniu dwoch czynnikow zgazowujqcych (utleniacz + para wodna) wzrost ilosci pary wodnej w stosunku do utleniacza wspomaga powstawanie H2 i CH4 zas wzrost ilosci utleniacza wspomaga powstawanie CO i C02

Sprawnosč procesu zgazowania oblicza siç wg. nastupujúcej formuty:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5. Reaktory zgazowuj^ce biomasç - przegl^d technológii

Zasadyjakimi rzqdzi siq proces zgazowania (pkt. 4) sq takie same dia rôznych reaktorów. Jako czynnik zgazowujqcy moze zostač wykorzystane powietrze, tien lub para wodna (ew. ich kombinacja). Rôznice pomiqdzy poszczegôlnymi typami reaktorów polegajq przede wszystkim na dostarczeniu czynnika zgazowujqcego do strefy reakcji co wiqze siq przektada siq na sprawnosč konwersji w reaktorze oraz na parametry procesu a tym samym na sktad gazu. Poszczególne typy reaktorów oferujq rôzne mozliwosci kontroli procesu zas osiqgane przez nie parametry gazu okreslajq ich predyspozycje wzglqdem rôznych technologii oczyszczania gazu . Przebieg samego procesu zgazowania moze mieč takže znaczqcy wptyw na niektôre zanieczyszczenia obecne z gazie, w szczegôlnosci pyty i smoty.

Literatura wyrôznia trzy podstawowe typy reaktorôw zgazowujqcych (zgazowarek) (Kordylewski, 2008), (J. Rezaiyan, 2005), (F. Lettner, 2007), (Quaak, 1999):

> reaktory ze ztozem statym (ang. fixed bed)

> reaktory ze ztozem fluidalnym

> reaktory pytowe (ang. entrained flow)

Ztoze w reaktorach ze ztozem statym jest okreslane w ten sposôb, gdyz poszczegôlne jego strefy sq ulokowane wzglqdem siebie w statej kolejnosci oraz ich rozmiar jest wzglqdnie staty (istniejq drobne wahania w zaleznosci od konstrukcji i sposobu prowadzenia urzqdzenia). Materiat ztoza jest jednak ruchomy i przemieszcza siq wzglqdem zgazowarki poprzez kolejne jej strefy. Poszczegôlne rodzaje reaktorôw ze ztozem statym charakteryzowane sq na podstawie relatywnego kierunku w jakim przemieszcza siq gaz wzglqdem zgazowywanego paliwa statego (biomasy). Reaktory ze ztozem statym osiqgajq stosunkowo niewielkie moce (wyjsciowa moc gazu) rzqdu 1 MW, gdyz ich konstrukcja, przy zbyt duzym reaktorze, uniemozliwia efektywne dostarczanie czynnika zgazowujqcego w caty przekroju ztoza. Z tego wzglqdu duze instalacje miatyby zbyt niskie sprawnosci konwersji paliwa.

Gaz pochodzqcy wtasciwie z kazdego typu reaktora wymaga oczyszczenia jednak rôzne typy reaktorôw oferujq rôzne mozliwosci zarôwno w zakresie wytwarzanego gazu, poziomu zanieczyszczeh oraz ich kontroli.

Reaktory rôzniq siq pomiqdzy sobq takze pod wzglqdem mocy dostqpnych na rynku rozwiqzah oraz mozliwosci pracy pod niepetnym obciqzeniem.

REAKTORY ZE ZtOZEM STAtYM

Reaktory ze ztožem statym možná podzielic na kilka podtypów (F. Lettner, 2007), (Quaak, 1999):

- reaktor wspótprqdowy (ang. cocurent/downdraft)

Rys. 5.1 -Schemat zgazowarki ze ztozem statym - wspotprqdowej (Quaak, 1999)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Wymagania wzglçdem jakosci wsadu (biomasy) (F. Lettner, 2007):

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

* -áredniawielkoáčziarna

** - udziat frakcji drobnej (cz. podziarna)

*** - stan suchý

Parametrygazu (J. Rezaiyan, 2005), (Quaak, 1999):

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

W reaktorze tego typu biomasa i gaz przesuwajq siç wzglçdem siebie we wspótprqdzie. Zawartosc popiotów w gazie jest nieco wyžsza niž w przypadku zgazowarki przeciwpr^dowej, poniewaž gaz przechodzqc przez strefç oksydacji porywa drobný frakcjç popiotu (Quaak, 1999). Z tego wzglçdu gaz pomimo relatywnie niewielkiej zawartosci czçsci statych w stosunku do np. gazu z reaktora ze ztožem fluidalnym jest dosc trudny do oczyszczenia. Zawartosc smoty w gazie z reaktora tego typu jest niska ze wzglçdu na fakt že produkty pirolizy przeptywajq przez strefç oksydacji, gdzie ulegajq spaleniu bqdž dalszemu rozktadowi termicznemu. Typowa sprawnosc zgazowania wynosi 85% do 90% dla gazu gorqcego oraz 65% do 75% dla gazu zimnego (przy petnym obciqženiu) (Quaak, 1999). Typowa wartosc opatowa uzyskanego gazu wynosi od 4,5 do 5,0 M//mn. Reaktorjest bardzo wražliwy na zmiany obciqženia.

-reaktor przeciwprqdowy (ang. countercurrent/updraft)

Rys. 5.2 -Schemat zgazowarki ze ztozem statym - przeciwprqdowej (Quaak, 1999)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Wymagania wzglqdem jakosci wsadu (biomasy) (F. Lettner, 2007):

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

* -áredniawielkoáčziarna

** - udziat frakcji drobnej (cz. podziarna)

*** - stan suchý

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

W reaktorze tego typu biomasa i gaz przesuwajq siç wzglqdem siebie w przeciwprqdzie. Gaz powstaty w strefie redukcji przeptywa nastçpnie przez strefq pirolizy, na koňcu zas przez strefq suszenia. Dziqki temu wytworzony gaz ma dužo nižszq temperatura níž w przypadku zgazowarki przeciwprqdowej. Czqsč ciepta gazu powstatego w strefie redukcji wykorzystywane jest do pirolizy czqsci materiatu w strefie pirolizy oraz do wysuszenia materiatu w strefie suszenia. W obu strefach ztože petni tež rolq filtru i wytapuje z gazu znaczna czqsč popiotów lotnych. W rezultacie gaz ze zgazowarki tego typu cechuje siq niskq zawartosciq popiotów lecz wysokq zawartosciq smót.

Typowa sprawnosč zgazowania wynosi 90% do 95% dla gazu gorqcego oraz 40% do 60% dla gazu zimnego (przy petnym obciqženiu) (Quaak, 1999). Typowa wartosč opatowa uzyskanego gazu wynosi od 5,0 do 6,0 M//m;. Reaktor jest mato wražliwy na zmiany obciqženia w porównaniu z reaktorem wspótprqdowym.

-reaktor krzyžowy (ang. cross draft)

Rys. 5.3 -Schemat zgazowarki ze ztozem statym - krzyzowej (Quaak, 1999)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

W reaktorze tego typu biomasa i gaz przesuwajq siç prostopadle wzglçdem siebie. Zgazowarka tego typu wykorzystywana jest do zgazowania wçgla drzewnego (Quaak, 1999). Cechuje siç možliwosciq zastosowania w bardzo niewielkiej skalí, dla mocy ponižej 10 kWel (moc na wale silnika). Charakterystycznq cechq jest wysoka temperatura w strefie oksydacji siçgajqca 1 500 T, co stwarza problemy pod wzglçdem doboru materiatów do produkcji tych zgazowarek oraz czçsci zamiennych.

-inne:

- otwarty (ang. open core)
- dwustrefowy (wielostrefowy) - posiada kilka stref oksydacji
- Delacotte'a
- ztožone (kilka oddzielnych reaktorów z róžnymi strefami)

REAKTORY ZE ZtOŽEM FLUIDALNYM

W obszarze zgazowarek fluidalnych technológia reaktorów przypomina do ztudzenia technologie kottów fluidalnych. Róžnica tkwi jedynie w nadmiarze podawanego powietrza, który jest w przypadku reaktorów zgazowujecych mniejszy od 1.

W reaktorze fluidalnym nie ma wyodrebnionych stref suszenia, pirolizy, oksydacji i redukcji. Strefy te wystepuje w tej samej przestrzeni a rozgraniczenie jest možliwe jedynie lokalnie (Quaak, 1999).

Wyróžnič možna trzy rodzaje reaktorów fluidalnych (Rys.5.4):

- bebelkowe
- cyrkulacyjne
- przeptywowe

Róžnie sie one pomiedzy sobe predkoscie przeptywu czynnika fluidyzujecego (w przypadku zgazowarki takže czynnika zgazowujecego) przez ztože. W przypadku reaktora bebelkowego predkosc ta nieznacznie przewyžsza predkosc porywania dla materiatu ztoža, co sprawia že spadek cisnienia na ztožu jest w stanie wprowadzic je w stan fluidyzacji. Nie jest jednak možliwe porywanie znaczecej czesci ztoža.

W przypadku reaktorów cyrkulacyjnych predkosc czynnika a tym samym spadek cisnienia na ztožu jest na tyle dužy že znaczeca czesc ztoža jest porywana i musi zostac zawrócona do reaktora przy pomocy cyklony. Predkosc przemieszczajecego sie paliwa jest mniejsza od predkosci czynnika i powstajecego w reaktorze gazu - tzn. istnieje dužy poslizg miedzy nimi (Rys.5.4).

Rys 5.4- Reaktory ze ztozem fluidalnym (F. Lettner, 2007)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

W przypadku reaktora przeptywowego predkosci czynnika se wysokie zas predkosci materiatu ztoža se do nich zbližone. Materiat ztoža jest zawracany do reaktora przy pomocy cyklonu.

Tvpowe parametrv dia fluidalnego reaktora zgazowuiacego (Quaak. 1999).,_(J. Rezaiyan, 2005):

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Gtówne zaletv tego typu zgazowarek :

- dostupne duze zakresy mocy reaktorów (moc w wytworzonym paliwie gazowym)
- wzglçdnie niskie temperatury procesu umožliwiaja wykorzystanie paliwa o niskiej temperaturze miçkniçcia popiotów
- duza elastycznosc co do wilgotnosci paliwa i zawartosci czçsci mineralnych
- duza elastycznosc w przypadku pracy pod niepetnym obciaženiem
- možliwosci prowadzenia procesu pod wysokim cisnieniem i osiagania wysokich cisnieň wytwarzanego gazu (brak potrzeby sprçzania gazu przed turbina gazowa)
- mozliwosc zastosowania katalizatorów lub absorbentów jako czçsc materiatu ztoža

Gtówne wadv tego typu zgazowarek :

> zapotrzebowanie na moc elektryczna (stosunkowo wysokie) zwtaszcza w reaktorach wysokocisnieniowych (sprçzanie czynnika fluidyzujacego/zgazowujacego)

> duža ztožonosc uktadu (koszty inwestycyjne, koszty utrzymania)

> relatywnie wysoka zawartosc czastek statych (popiotów) w wytwarzanym gazie

6. Technologie oczyszczania gazów

W przypadku gázu pochodzqcego ze zgazowania biomasy dobór odpowiedniej technológii oczyszczania gazu zalezy od:

- parametrów biomasy wykorzystywanej jako wsad do reaktora
- wykorzystywanej technologii zgazowania
- wymagah systemu wykorzystuj^cego gaz

Tab. 6.1 - Wymaganeparametrygazu dia turbinygazoweji silnika ttokowego (Quaak, 1999), (F. Lettner, 2007), (J. Rezaiyan, 2005)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

* - przed komory spalania/cylindrem

Technologie oczyszczania gazu swoim w zdecydowanej wiçkszosci wywodzq siç z uktadów oczyszczania spalin stosowanych w energetyce klasycznej.

Rys. 6.1 - Separator cyklonowy z tangencjalnq iosiowq generacjq wiru (F. Lettner, 2007)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- separatory cyklonowe

Odpylacze cyklonowe stuzq do odpylania gazów i stanowiq one zwykle pierwszy etáp procesu oczyszczania gazu. Ich skutecznosč ograniczona jest do czqstek statych o srednicy aerodynamicznej wiqkszej niz 10 pm (J. Rezaiyan, 2005). Cyklony wykorzystujq inercjq czqstek aby usunqc je ze strumienia gazów. W ich wnqtrzu tworzy siq podwójny wir (Rys.6.1). Wir zewnqtrzny kieruje czqstki i gaz na dót, zas wewnqtrzny unosi gaz ku górze. W przypadku dostatecznie duzych czqstek ich moment bezwtadnosci po wykonaniu kilku okrqžeh wewnqtrz komory (w wirze zewnqtrznym) przewyzsza sity aerodynamiczne zwiqzane z porywaniem czqstki przez gaz. Czqstki te opadajq na sam dót komory cyklonu skqd usuwane sq do pojemnika zbiorczego (przy uzyciu np. podajnika slimakowego).

Sprawnosč odpylania jest w przypadku cyklonów funkcjq rozmiaru odpylanych czqstek (srednica aerodynamiczna) i konstrukcji urzqdzenia.

Sprawnosč odpylania cyklonu rosnie wraz ze wzrostem: (J. Rezaiyan, 2005)

- rozmiarem i gqstosciq odpylanych czqstek
- prqdkosciq gazów na wejsciu do komory separacyjnej
- dtugosciq komory separacyjnej
- natqženiem zawirowania gazu (ilosc petnych okrqžeh jakq czqstka gazu wykona w cyklonie)
- stosunkiem srednicy komory cyklonu do srednicy kanatu wylotowego gazu
- stopniem zapylenia gazu
- spadkiem chropowatosci scian wewnqtrznych komory

Sprawnosč odpylania cyklonu spada wraz ze wzrostem: (J. Rezaiyan, 2005)

- lepkosci oczyszczanych gazów
- srednicy komory separacyjnej
- srednicy kanatu wylotowego
- pola przekroju kanatu na wejsciu do komory cyklonu
- gqstosci oczyszczanych gazów

Temperatur^ gazów w cyklonie ograniczajq jedynie zastosowane materiaty konstrukcyjne.

Zwykle cyklony mogq operowaC przy temperaturach gazu osiqgajqcych nawet 540°C.

Wyzsza sprawnosč odpylania cyklonu idzie zwykle w parze z wiqkszymi spadkami cisnienia gazu na cyklonie. Dlatego konstrukcja cyklonu czqsciej jest ograniczona poprzez maksymalny dopuszczalny spadek cisnienia niz przez wymagana sprawnosč odpylania (J. Rezaiyan, 2005).

Wyzsze sprawnosci odpylania osiqgane sq przez tzw. multicyklony, czyli zestaw cyklonów potqczonych ze sobq kaskadowo. Mogq one osiqgač skutecznosč odpylania wahajqcq siq pomiqdzy 80% az do 95% dla czqstek o srednicy aerodynamicznej do 5 pm.

❖ filtry workowe

Filtry workowe cechuje wysoka skutecznosč odpylania mieszczqca siq w przedziale od 95% do 99,9% dla czqstek o srednicy aerodynamicznej 2,5 pm (J. Rezaiyan, 2005). Istotnym ograniczeniem jest materiat, z którego wykonywany jest filtr. Filtry workowe z bawetny i poliestrów mogq pracowač w temperaturach ponizej 100 C. Tkaniny wykorzystywane obecnie w nowoczesnych filtrach workowych pracujq w zakresie temperatur pomiqdzy 260 C a 290 C. Istniejq filtry workowe tkane linek stalowych, jednak ich wrazliwosč na korozjq wyklucza je z zastosowania do oczyszczania gazów pochodzqcych ze zgazowarek.

Rys. 6.2 -Filtry workowe, tryb filtracji i regeneracji (F. Lettner, 2007)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- elektrofiltry

Wychwyt czqstek w elektrofiltrach dziata w oparciu o zjawiska elektrostatyczne. Proces wychwytywania czqstek odbywa siç w trzech etapach (F. Lettner, 2007):

- indukcja tadunków elektrostatycznych na czqstkach pytów
- separacja natadowanych czqstek dziçki wykorzystaniu sít elektrostatycznych (sity przyciqgania) dziatajqcych w wytworzonym polu elektrycznym
- usuniçcie odseparowanych czqstek z elektrod

Ostatnia z wymienionych operacji može byč wykonywana mechanicznie lub przy pomocy cienkiego filmu wodnego. Konstrukcje wykorzystujqce wodq mogq pracowač w przedziale stosunkowo niskich temperatur (najlepiej w pobližu punktu pçcherzykôw, w temperaturze zbližonej do temperatury otoczenia). Zaletq elektrofiltru mokrego jest možliwosč usuwania zanieczyszczeň innych niž pyty które w odpowiednio niskiej temperaturze kondensujq na drobinach pytu.

Rys. 6.3 -Zasada dziatania elektrofiltra - schemat (F. Lettner, 2007)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Elektrofiltry suche (zgromadzony pyt usuwanyjest mechanicznie lub akustycznie) mogq pracowač w bardzo wysokich temperaturach, dochodzqcych nawet do 700°C (J. Rezaiyan, 2005). Generalnie elektrofiltry suche wykazujq najwiçkszq skutecznosč odpylania dla pytów o rezystywnosci pomiçdzy 5 · 104 Ω/cm a 2 · 1010 Ω/cm. Typowe skutecznosci odpylania dla elektrofiltrów wahajq siç pomiçdzy 99,0% a 99,9% (J. Rezaiyan, 2005).

Sposród czynników determinujqcych skutecznosč odpylania elektrofiltra zdecydowanie najwiçksze znaczenie ma jego rozmiar. Rozmiar elektrofiltra decyduje o czasie który drobina spçdza przebywajqc w obszarze dziatania elektrofiltra. Im jest on wiçkszy tym wiçksza jest szansa že czqstka zostanie odfiltrowana. Na czas ten ma wptyw takže pr^dkosč przeptywu gazu przez elektrofiltr. Wsród pozostatych czynników majqcych wptyw na skutecznosč odpylania znaczenie majq: sktad chemiczny gazu, temperatura gazu oraz dystrybucja rozmiaru czqstek i stopieh zapylenia gazu. Z tego wzglçdu korzystnym jest zastosowanie elektrofiltra kolejnego po cyklonie stopnia odpylania gazu.

Elektrofiltry sq bardzo czute na fluktuacje parametrów gazu (strumieh objçtosci, temperatura, sktad i zapylenie).

Rys. 6.4 - Budowa elektrofiltra (J. Rezaiyan, 2005)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- skrubery

Skrubery to grupa urzqdzeh stužqcych do oczyszczania gazów, które wykorzystujq rozpylone krople wody. Rozpylona woda wyptukuje z gazu zanieczyszczenia.

Zaletq tego typu urzqdzenia jest možliwosč usuniçcia zanieczyszczeh innych niž pyty, które kondensujq w zakresie temperatur operacyjnych urzqdzenia.

Wadq jest niski zakres temperatur pracy uwarunkowany odparowywaniem wody. Drugq zasadniczq wadq jest koniecznosč oczyszczania wody ze skrubera przed jej ponownym wykorzystaniem.

Rys. 6.2- Przeglqdskruberow rdznych typdw i ich parametry (F. Lettner, 2007)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Skrubery mogq wykorzystywač substancje inne niž woda. Ma to miejsce np. przy wykorzystaniu systému oczyszczania gazów gorqcych typu OLGA (Dahlman, 2009). Maksymalna temperatura na wejsciu do systemu wynosi 450oC zas temperatura gazu na wyjsciu waha siq pomiqdzy 70C a 90C (temperatura musi bye powyžej punktu rosy dla pary wodnej). Zaletq tego typu systemu jest oczyszczanie gazu nie tylko z pytów lecz takže ze smót.

- porowate bariéry

Jest to bardzo szeroka kategoria, w której miesci siq wiele róžnych rodzajów filtrów. Cechq wspólnq wszystkich urzqdzeň tego typu jest ich zasada dziatania. Každy z nich stanowi przepuszczalnq bqdž pótprzepuszczalnq barierq przez którq jest w stanie przedostač siq gaz natomiast zanieczyszczenia state pozostajq na jej powierzchni.

Najpopularniejszym rozwiqzaniem sq tzw. filtry swiecowe (Rys.6.5). Porowatymi elementami sq w tym wypadku swiece (elementy filtrujqce). Urzqdzenia tego typu cechujq siq dužq wražliwosciq na zmiany parametrówgazu i na pracq pod niepetnym obciqženiem. Najwiqkszym zagroženiem sq fluktuacje temperatur gazu które prowadzq do powstawania uszkodzeň na powierzchni swiec (J. Rezaiyan, 2005).

Porowate bariery maja róžne ksztatty i najczqsciej sq zbudowane z materiatów ceramicznych (Rys.6.6). Istotnq zaletq tego typu filtrówjest možliwosč nanoszenia na ich powierzchniq róžnego rodzaju katalizatorów co pozwala na usuwanie innych niž pyty zanieczyszczeň.

Rys. 6.5 - Filtr swiecowy - budowa (F. Lettner, 2007)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Rys. 6.6 -Filtrceramicznyo przeptywie krzyzowym (F. Lettner, 2007)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bariéra môže mieč tez postač upakowanego ztoža {Rys.6.7). Zaletq stosowania takiego typu filtra jest tatwošč jego wymiany oraz možliwošč stosowania róžnego rodzaju adsorbentów (np. wçgiel aktywny) jako materiatów ztoža co pozwala usuwač z gazu zanieczyszczenia inne niž pyty (smoty) (J. Rezaiyan, 2005). Usuwanie zanieczyszczeh ze ztoža može odbywač siç takže poprzez ich wyptukiwanie przez ciecz (wodç) co upodabnia niektóre z filtrów do skruberów i naktada na nie podobne ograniczenia.

Rys. 6.7 -Filtrz upakowanym ztozem (J. Rezaiyan, 2005)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Rôzne urzqdzenia stosowane do oczyszczania gazów naktadajq na proces rôzne ograniczenia (pkt.5). Zwykle uktad oczyszczania gazu nie sktada siq z jednego urzqdzenia lecz kilku utožonych kaskadowo. Niektôre urzqdzenia jak np. cyklony sq proste i nie naktadajq žadnych ograniczeô co do parametrów oczyszczanego gazu lecz ich skutecznosč oczyszczania jest ograniczona i pozwalajq pozbyč siqjedynie czqsci zanieczyszczeô. Inne urzqdzenia mogq prowadzič do istotnego obniženia sprawnosci uktadu gazowo-parowego zintegrowanego ze zgazowaniem biomasy, poniewaž trzeba istotnie obnižyč parametry gazu przed ich zastosowaniem. W przypadku skruberôw jest to temperatura zas w przypadku elektrofiltrów cisnienie gazu.

Czqsč urzqdzeô jest w stanie pracowač bez znacznego obnižania parametrów gazu, jednak sq one wražliwe na zmiennosč tych parametrów i fluktuacje obciqžeô. Ich awaryjnosč može prowadzič do znacznego wzrostu kosztów utrzymania instalacji.

W przypadku uktadu gazowo-parowego najbardziej istotne jest odpylanie gazów. Najczqstsza przyczynq awarii jest oblepianie topatek turbiny. Dzieje siq to na skutek kondensacji soli chloru i potasu oraz smót które sprawiajq že czqsteczki pytów „klejq siq" do topatek turbiny (J. Rezaiyan,

2005) i powodujq zmianq wywaženia jej watu oraz utratq wytrzymatosci topatek (korozjq - pkt. 2). Wytrzymatosč topatek turbiny gazowej jest obnižana takže poprzez fizyczne oddziatywanie pytów (erozja topatek).

Usuwanie smót odbywa siq poprzez reforming termiczny, polegajqcy na wykorzystaniu pary wodnej lub plazmy (K. Pikoô, 2010), (J. Rezaiyan, 2005), reforming katalityczny lub poprzez kondensacjq w skruberach.

Oczyszczanie gazów pochodzqcych ze zgazowania biomasyjest procesem problematycznym. Z jednej strony stosowane technologie mogq prowadzič do obniženia parametrów gazu (temperatura, cisnienie) co przektada siq na spadek sprawnosci a tym samym stawia pod znakiem zapytania sensownosč koncepcji BIGCC. Z drugiej strony technologie nie prowadzqce do istotnego obniženia sprawnosci nie sq wystarczajqce aby dostatecznie oczyscič gaz lub ich awaryjnosč w istotny sposób ogranicza dostqpnosč uktadu, elastycznosč jego pracy i podwyžsza koszty eksploatacyjne.

7. Doswiadczenia z projektów pilotažowych BIGCC na swiecie

Prowadzone do tej pory projekty BIGCC wykazaty liczne problémy eksploatacyjne. Byty to projekty o charakterze pilotažowym, zas raporty sporzqdzone w oparciu o doswiadczenia zdobyte w trakcie tych projektów nie zachçcaty do ich wprowadzenia na skalç komercyjnq.

Sposród tych projektów warto wymienič:

- instalacja BIGCC w Värnamo (Szwecja) (K. Stähl, 2004)

Instalacja BIGCC w Värnamo zostata zbudowana w latach 1991-1993. Instalacja pracowata w fazie pilotažowej w latach 1993-1999. W roku 2000 powstat raport podsumowujqcy pracç uktadu, któryjasno stwierdzat brak uzasadnienia ekonomicznego dla dalszego funkcjonowania instalacji. Obiekt funkcjonuje dalej jako instalacja testowa na potrzeby programu CHRISGAS (ang. Clean Hydrogen RIch Synthesis GAS - czysty bogaty w wodór gaz syntezowy).

Tab. 7.1 - Podstawowe parametry dla instalacji BIGCC w Värnamo (K. Stahl, 2004)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Rys. 7.1 - Instalacja BIGCCw Varnamo - schemat blokowy (K. Stahl, 2004)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Instalacja w Värnamo pracowata wg. schematu przedstawionego na Rys. 2.5. Wtascicielem instalacji jest spótka Sydkraft AB. Rolç inzyniera kontraktu petnita firma Foster Wheeler. Ona tez dostarczyta reaktor zgazowujqcyc ze ztozem cyrkulacyjnym fluidalnym, uktad schtadzania gazu oraz kociot odzyskowy. Ceramiczny filtr gazów gorqcych dostarczyta firma Schumacher GmbH zas metalowy filtr dostarczyta firma Mott Corporation. Turbina gazowq wyprodukowata firma European Gas Turbines. Dodatkowq sprçzarke powietrza przed zgazowarkq dostarczyta firma Ingersol-Rand. Producentem turbiny parowej byta firma Turbinenfabrik Nadrowski GmbH zas automatykç sterujqcq wykonata firma Honeywell.

W trakcie dziatania instalacji wypróbowano rózne rodzaje paliw, m.in: zrçbki drzewne, odpady (zrçbkowane) gospodarki lesnej, korç i pelety z kory, pelety z pytu drzewnego, zrçbki wierzby, stomç oraz RDF. Jako rezerwowe paliwo dla turbiny gazowe w razie awarii zgazowarki miato stuzyc paliwo dieslowskie.

Rozruch uktadu trwat ok. 6 godzin i po tym czasie (Rys. 2.6) uktad osiqgat stabilne parametry pracy.

Rys. 7.2 -Rozruch instalacji BIGCC w Varnamo (K. Stahl, 2004); (1) otwarcie zaworu do Turbiny Gazowej; (2) strumieh masy gazu na wyjsciuze zgazowarki; (3) cisnienie wzgazowarce; (4) wartosc opatowa gazu

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Niska wartosč opatowa powodowata niske temperature spalania gazu w turbinie gazowej, czego skutkiem byta stosunkowo niski poziom emisji tlenków azotu z racji niewielkiej ilosci tlenków azotu wygenerowany poprzez mechanizm termiczny (K. Stahl, 2004), (Kordylewski, 2008).

Instalacja jako catosč przepracowata czas 3 600 godzin zas czçsé elementów z których kluczowy byt uktad zgazowania pracowat przez 8 500 godzin. Stabym punktem instalacji okazat sie uktad oczyszczania gazów gorecych. Skutecznosč oczyszczania gazu byta wysoka lecz zainstalowane na poczetku ceramiczne filtry swiecowe ulegty awarii po 1 200 godzinach pracy. Wstawione na ich miejsce porcelanowe filtry swiecowe o nieco innej budowie ulegty awarii po ok. 350 godzinach pracy. Jako przyczyne awarii zidentyfikowano fluktuacje temperatury gazu spowodowane zmiane obcieženia zgazowarki. Dla uzyskania nižszej awaryjnosci uktadu zastosowano wspornik dla swiec w postaci kratownicy oraz wymieniono filtry ceramiczne na metalowe. Uktad dziatat przez kolejne 2 500 godzin do zakohczenia prac projektu pilotažowego. Nie stwierdzono uszkodzeh mechanicznych filtra jednak zauwažono aglomeracje osadów na powierzchni kratownicy.

Godnym zauwaženia jest fakt že uktad przepracowat w ciegu 6 lat tylko 3 600 godzin, co može swiadczyč, že prowadzenie tego typu instalacji nastreczato wielu trudnosci.

- instalacja ARBRE w Selby (hrabstwo North Yorkshire, Wielka Brytania) (Maniatis, 2002)

Instalacja rozpoczeta prace w 1998 roku a zostata ostatecznie zamknieta w 2002 roku. Paliwem dla instalacji byty zrebki wierzby oraz suszona gnojowica i osady sciekowe.

Uktad osiegat moc elektryczne rzedu 8 MWe. Ciepto odpadowe byto wykorzystywane do suszenia biomasy. Instalacja (Rys. 2.7) posiadata zgazowarke TPS z cyrkulacyjnym ztožem fluidalnym, która pracowata wzakresie temperatur 850 ^ 900°C.Gazzezgazowarki jest oczyszczanyze smoty w krakerze. Czesč ciepta z gazu jest odzyskiwana w do podgrzania wody, z której w kotle odzyskowym wytwarzana jest para wykorzystywana w turbinie parowej. Gaz o temperaturze ok. 180C jest nastepnie odpylany przy užyciu filtrów workowych. Nastepnie trafia on do skrubera, gdzie jest oczyszczany z pozostatych soli metali alkalicznych, amoniaku i weglowodorów o niskiej temperaturze kondensacji. Gaz na wyjsciu ze skrubera ma temperature ok. 25C - zostaje on sprežony i trafia do komory spalania turbiny gazowej.

Instalacja zostata zamknieta w 2002 roku z przyczyn ekonomicznych.

Rys. 7.3 - Schemat blokowy instalacji ARBRE w Selby (Wlk. Brytania) (Maniatis, 2002)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

8. Wnioski

Jak zostato to pokazane w pkt. 7 próby wykorzystania biomasy do wytwarzania energii elektrycznej w cyklu gazowo-parowym zintegrowanym ze zgazowaniem biomasy zakoóczyty siç niepowodzeniem. Wskazuje na to fakt, že do chwili obecnej ani jedna tego typu instalacja nie dziata na swiecie na zasadzie projektu komercyjnego.

Dominujúce w tym przypadku okazaty siç problemy w trakcie eksploatacji tj. zbyt czçste awarie instalacji oczyszczania gazówgor^cych. Awarie byty spowodowane czçstymi zmianami parametrów gazu uzyskiwanego w procesie zgazowania. Kluczowe wydajú siç tu byč fluktuacje temperatury i zwiúzane z tym napr^ženia termiczne. Struktura powierzchni filtrów jest porowata i przepuszczalna. Przepuszczalnosč realizowana jest przez wiele drobnych kanalików. Efektem takiej struktury jest wysoka podatnosč materiatu na powstawanie i rozszerzanie siç p^kni^č. Dodatkowe wzmacnianie struktury prowadzito zas do zbytniej aglomeracji osadu na powierzchni filtrów.

Eksploatacja zgazowarki samej w sobie nie nastrçczata až tak wielkich trudnosci i w przypadku gdy uktad wykorzystywatby gaz zimny, mógtby on prawdopodobnie pracowač bez napotkania wiçkszych problemów natury eksploatacyjnej. Jednak w takim wypadku zasadnicza kwestiú staje siç sprawnosč uktadu, gdyž dla gazów zimnych proces zgazowania cechuje siç dužo nižszú sprawnosciú, co sprawia že korzysč zwiúzana z maksymalizacjú wytwarzania energii elektrycznej traci na znaczeniu. Stawia to zasadnicze pytanie co do optacalnosci ekonomicznej takiego uktadu.

Odpowiedž nasuwa siç sama gdy porówna siç doswiadczenia innych krajów zarówno w dziedzinie wykorzystywania energetycznego biomasy jak i wçgla. Instalacje IGCC dziatajúce w dužej skali, po przeprowadzeniu projektów pilotažowych wciúž sú uwažane za jeden z gtównych kierunków w dziedzinie tzw. czystych technologii wçglowych. Jednoczesnie wykorzystanie biomasy w tak scentralizowanej strukturze nastrçcza dužych problemów. Biorúc za przyktad kraje skandynawskie možna zaobserwowač že wykorzystanie biomasy ma charakter bardziej lokalny i skupia siç gtównie na dostarczeniu ciepta, energia elektryczna wytwarzana w skojarzeniu powstaje gtównie w elektrocieptowniach parowych o mocy kilkudziesiçciu MW. Jest to zgodne z natura samej biomasy (DodatekA) którú cechuje dužo wiçksza róžnorodnosč (co do wtasciwosci) niž ma to miejsce w przypadku paliw kopalnych, oraz dužo mniejsza g^stosč nasypowa, co stawia pod znakiem zapytania sensownosč transportu biomasy na duže odlegtosci.

Na tej podstawie možna wnioskowač že wykorzystanie biomasy može byč cennym uzupetnieniem krajowego miksu energetycznego, w przypadku gdy bçdzie ona wykorzystywana poprzez mate žródta kogeneracyjne. Technologia zgazowania biomasy može zostač wykorzystana w potúczeniu z oczyszczaniem gazów zimnych i silnikami ttokowymi, które wykorzystujú paliwa o temperaturze oscylujúcej w podobnym przedziale.

Nie do przecenienia wydaja siç technologie bioreaktorów, które doskonale nadajú siç do wykorzystania paliwa o wysokiej zawartosci wody. Biogaz wytworzony w ten sposób jest bardzo czysty i može stanowič podstawç do rozwoju matych uktadów gazowo-parowych w oparciu o mikroturbiny.

Bibliografia:

Bartnik, R. 2009. Elektrownie i elektrocieptownie gazowo-parowe. Warszawa : Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2009. ISBN 978-83-204-3558-0.

Biomax. Gospodarstwo Agro-energetyczne. [Online] [Zacytowano: 17 listopad 2011.] www.biomax.com.pl.

Chmielniak, T. 2008. Technologie energetyczne. Warszawa : Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2008. ISBN 978-83-204-3387-6.

Dahlman. 2009. OLGA - technologia usuwania smofy. 2009. (prospekt informacyjnyt producenta).

Dinwoodie, J.M. 2000. Timber: Its nature and behaviour. London :E. &F. N. Spon, 2000. ISBN: 0419255508.

F. Lettner, H. Timmerer, P. Haselbacher. 2007. Gasification Guide. Biomass gasification - State ofart description. Graz : Inteligent Energy Europe - Komisja Europejska, 2007. Tomy - Deliverable 8, 06/078/SI2.447511. EIE.

GUS. 2010. RocznikStatystycznyRzeczypospolitejPolskiej. Warszawa : GUS, 2010. ISSN: 1506-0632.

J. Rezaiyan, N.P. Cheremisinoff. 2005. Gasification Technologies -Aprimer for engineers. Boca Raton : CRC Press - Taylor & Francis Group, 2005. ISBN-13: 978-0-8247-2247-0.

J.M. Dinwoodie, H.E. Desh. 1996. Timber:structure, properties, conversion and use. London : Macmillan Press Ltd, 1996. ISBN 0-333-60905-0.

J.Richardson, R. Bjorheden, P. Hakkila, A.T. Lowe, C.T. Smith. 2002. Bioenergyfrom sustainable forestry. 2002. ISBN: 1-4020-0676-4.

J. Skorek, J.Kalina. 2005. Gazowe ukfady kogeneracyjne. Warszawa : Wydawnictwa Naukowo- Techniczne, 2005. ISBN 83-204-3103-4.

K. Pikoň, Z. Czekalska, S. Stelmach, W. Scierski. 2010. Archiwum gospodarki odpadami i ochrony srodowiska. Zastosowanie metod plazmowych do oczyszczania gazu procesowego ze zgazowania biomasy., 2010. Tom ,. ISSN 1733-4381.

Kofman, P.D. 2005. Woodforenergyproduction. Dublin : COFORD, 2005. ISBN: 1 902696 43 3.

Komisja Europejska - 2004/8/EC. Dyrektywa 2004/8/EC o promowaniu kogeneracji opartej o zapotrzebowanie na ciepto uzyteczne.

Komisja Europejska. 2003. Refuse Derrived Fuel - currentpractice and perspectives. 2003. WRc Ref: CO 5087-4.

Kordylewski, W. 2008. Spalanie i paliwa -skrypt PWR. Wroctaw : Oficyna Wydawnicza PWR, 2008. ISBN 978-83-7493-378-0.

Ministerstwo Gospodarki. 2010. Rozporzqdzenie Ministra Gospodarki. zmieniajqce rozporzqdzenie w sprawie szczegótowego zakresu obowiqzków uzyskania i przedstawienia do umorzenia šwiadectw pochodzenia, uiszczenia opfaty zastqpczej, zakupu energii elektrycznej i ciepta wytworzonych w odnawialnych zródtach energii. 23 luty 2010.

Nikolaisen, L. 1998. Strawforenergyproduction. Aarhus : DanishTechnological Institute, 1998.

ISBN: 87-90074-20-3.

ONZ. 2000. World Energy Assessment. NowyJork : United Nations Developement Programme, 2000. ISBN: 92-1-126126-0.

Pastre, O. 2002. Analysis of the technical obstacles related to the production and utilisation offuel pellets madefrom agriculturalresidues. : EUBIA, 2002. ALTENER 2002-012-137-160.

Quaak, P. 1999. Energyfrom biomass - A review ofcombustion and gasification technologies. Waszyngton : Bank Šwiatowy, 1999. ISSN: 0253-7494.

R. Bartnik, A. Duczkowska-Kqdziel. 2011. Analiza porównawcza skojarzonej pracy bloku 370 MW w uktadzie gazowo-parowym dwupaliwowym z jednopaliwowq elektrocieptowniq gazowo-parowq o takiej samej mocy cieplnej. styczeh 2011.

Regionalna Dyrekcja Lasów Pahstwowych. 2003. RegionalnyProgram Operacyjny Polityki Lešnej Paňstwa. Wroclaw : Regionalna Dyrekcja Lasów Pahstwowych we Wroctawiu, 2003.

Rosillo-Calle, F. 2007. Biomass assessmenthandbook. brak miejsca : Earthscan, 2007. ISBN 13: 978­1-84407-285-9.

Rybak, W. 2006. Spalanie i wspótspalanie biopaliw statych. Wroctaw : Oficyna wydawnicza PWR, 2006. ISBN: 83-7085-938-0.

Sims, R. 2002. Brilliance of bioenergy. brak miejsca : Earthscan Publications Ltd., 2002. ISBN 13: 9781902916286.

Szargut, J. 2010. Termodynamika techniczna. Gliwice : Wydawnictwo Politechniki Šlqskiej, 2010.

ISBN: 978-83-7335-667-2.

Urzqd Regulacji Eneretyki. [Online] www.ure.gov.pl.

Verma, Shefali. 2002. Anaerobic digestion of biodegradable organics in municipal solid waste. Columbia : Columbia University, 2002.

DODATEK A - Klasyfikacja biomasy przy uwzglçdnieniu jej wtasciwosci jako paliwa

Uzasadnionym wydaje siç podziat biomasy na nastupujúce grupy:

A) drewno

W sktad tego typu biomasy zaliczyč možna wszystkie rosliny, dia których najwiçkszy udziat w jej masie catkowitej (w stanie suchym bez popiotu) majú celuloza i lignina (Tab. A.l). Najwiçksza ilosc tego typu biomasy wchodzi w sktad biocenozy lasu (drzewa). Zasadniczo rozróžnia siç dwa rodzaje drewna twarde i miçkkie (do twardych w wiçkszosci naležú drzewa lisciaste do miçkkich zas iglaste).

Gtównym žródtem drewna jest gospodarka lesna. Podstawowy warunek neutralnosci tego typu biomas jest spetniony, gdy drewno pozyskiwane jest w sposób zrównowažony, tzn. gdy jego przyrost jest wiçkszy lub równy pozyskanej ilosci. Može to byč zrealizowane na podstawie róžnych sposobów. Podstawowym jest wyrúb lasów, jednakže w tym wypadku sektor energetyczny musi konkurowač o drewno z przemystem drzewnym i papierniczym. Nie každy rodzaj i asortyment drewna wykazuje przydatnosč jako materiat budowlany, surowiec do produkcji mebli lub surowiec na pulpç dla przemystu papierniczego (Rys. A.2).

RysunekA.l - Dystrybucja sktadnikow odzywczych w catosci masy drzewa (Kofman, 2005)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

RysunekA.2 - Budowa drzewa z uwzglqdnieniem mozliwosci jego wykorzystania (J.Richardson, 2002)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. A.1 - Sktad chemiczny drewna (Dinwoodie, 2000)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Logistyka paliwowa wjej wczesnym etapie (pozyskanie) ma takže pewien wptyw na wspomniane wczesniej parametry biomasy. Suszenie na otwartym powietrzu može znacznie obnižyč wilgotnosč biomasy. W przypadku pozyskiwania grubizny dosyč tatwo jest podzielič drewno wedtug gatunków (scinanych drzew) zas w przypadku odpadowej biomasy drzewnej, ze wzglqdu na naktad pracy, nie jest to praktykowane. Prowadzi to do wiqkszej zmiennosci parametrów tak pozyskanego paliwa. Natomiast možna do pewnego stopnia przewidzieč przedziat, w jakim oscylowač bqdq wartosci podstawowych parametrów, gdyž zasoby lesne sq obiektem szczegótowej inwentaryzacji za strony nadlesnictw, a sktad gatunkowy wycinanych drzewostanów jest znany przed rozpoczqciem ciqč. W przypadku biomasy tego typu najwiqkszy udziat w kosztach ma koszt operacji zwiqzanych z transportem oraz samego transportu ze wzglqdu na relatywnie niewielkq gqstosč nasypowq (Rys. A.4). Stawia to duže wymagania w zakresie dobrej organizacji logistyki paliwowej i jej zintegrowania z gospodarkqlesnq.

Istotnym elementem logistyki paliwowej sq takže operacje zwiqzane z samym transportem biomasy, czyli operacje zatadunku i roztadunku oraz zmiana fizycznej postaci paliwa w celu zwiçkszenia gçstosci nasypowej (zrçbkowanie, paletyzacja). Brak naležytej starannosci przy zbiórce biomasy oraz zatadunku i roztadunku može prowadzič do zanieczyszczenia biomasy substancjami z gleby co skutkuje zwiçkszonym udziatem substancji mineralnej.

Tab. A.2a - Wybrane parametry biomasy dia drewna miçkkiego - oprac. na podst. (J.Richardson, 2002), (Rybak, 2006)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. A.2b - Wybrane parametry biomasy dia drewna twardego oraz upraw SRC - oprac. na podst. (J.Richardson, 2002), (Rybak, 2006)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

* - wzglçdem suchej masy

** - brak danych

Biomasa lesna cechuje siq stosunkowo dužq wilgotnosciq oscylujqcq pomiqdzy 35% a 65% zaraz po wyrqbie. Pozostawienie biomasy na miejscu wycinki pozwala obnižyč jej wilgotnosč do okoto 25% - 45%. Wskazuje to na dosyč dužq ilosc wilgoci przemijajqcej. Temperatura topliwosci popiotów w przypadku biomasy lesnej oscyluje w granicach 1000 °C do 1400 °C dla zrqbków, 1400 °C do 1700 T dla kory oraz 1300 °C do 1700 °C dla pnia.

Wartosč opatowq drewna možna oszacowačjedynie na podstawie wilgotnosci za pomocq zmodyfikowanego wzoru (2.4):

Wd = 19,2·(1 -fw )-2,679 fw [MJ/kg] (A.1)

Jest on prawdziwy dla zawartosci popiotu do 1,5 %. Wspótczynnik na poczqtku wzoru ma wyžszq wartosč niž w (2.4) ze wzglqdu na wiqkszq wartosč opatowq ligniny i žywic w stosunku do celulozy.

Biomasa, którq suszono na wolnym powietrzu osiqga stan powietrzno-suchy, w którym zawartosč wody dochodzi do stanu równowagi i dalsze suszenie na wolnym powietrzu nie przynosi rezultatów. Jest to zwiqzane z faktem, že wilgoč przemijajqca to gtównie woda zawarta wewnqtrz martwych komórek, transportowana pomiqdzy korzeniami a koronq drzewa. Po utracie tej wodyjej miejsce zastupuje powietrze, zas woda zwiqzana w komórkach znajduje siq w stanie równowagi z powietrzem. Stan równowagi zaležnyjest od wilgotnosci powietrza. Dalsze suszenie možliwe jest jedynie dziqki energii dostarczonej z zewnqtrz i prowadzi do fizycznej deformacji (kurczenie siq) drewna.

Innym žródtem drewna na cele energetyczne sq uprawy dziatajqca na zasadzie krótkiej rotacji (ang. SRC - Short Rotation Coppice). Najczçsciej sq to uprawy wierzby (okres rotacji 2-3 lata) lub topoli (okres rotacji ok. 5 lat. Sktad substancji mineralnej zaležy od gleby, na której zatožona jest plantacja oraz od stosowanego nawoženia, zwykle siçgajqcego 70 -190 kg/ha nawozów NPK (Biomax). Zawartosč mikroelementów zaležy od zanieczyszczenia gleby, wód powierzchniowych oraz powietrza. Wierzba dosyč dobrze znosi trudne warunki jest wiqc czqsto užywana do rekultywacji zniszczonych gleb, pomimo to cechuje siq dužym poborem substancji odžywczych z gleby co može prowadzič do jej zuboženia i zintensyfikowač potrzebyjej nawoženia w przysztosci.

Pewnq ilosč biomasy ligno-celulozowej možna otrzymač takže w postaci odpadów poprodukcyjnych z tartaków i zaktadów przemystu meblowego (wióry, pyt drzewny). Przy tego rodzaju žródtach biomasa cechuje siq zwykle nižszq wilgotnosciq jednak zawiera zanieczyszczenia pochodzenia chemicznego (kleje, farby, lakiery) co stawia wiqksze wymagania co do kontroli emisji.

B) zielna

Biomasa tego typu róžni siq od drewna zarówno pod wzglqdem budowy, sktadu jak i pod wzglqdem wielkosci catej rosliny. Inne sq proporcje celulozy, hemicelulozy i ligniny co sprawia, že rosliny te nie osiqgajq takich rozmiarów jak drzewa. Rosliny tego typu dominujq w naturze w biocenozach porosniqtych roslinnosciq trawiastq (sawanna, pampa, preria, step). Do grupy tej možna zaliczyč uprawiane przez cztowieka zboža. Charakterystyczne dla tego typu biomasyjest wysoki (dominujqcy) udziat hemicelulozy w suchej masie (Tab. A.3) oraz niewielki w porównaniu do drzew udziat ligniny.

Tab. A3 - Sktad chemiczny stomy, dla poszczegolnych elementow morfologicznych (Pastre, 2002)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. А.4 - Wybrane parametrystomyzbóz - oprac. na podst. (Nikolaisen, 1998) (Rybak, 2006)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Najwiçkszy udziat wsród biomasy zielnej stanowi stoma pozyskiwana jako produkt uboczny uprawy zbóž. Stomç dzieli siç na žóttq i szarq (Tab. A.4). Rozróžnienie jest efektem zabiegów agrotechnicznych. Stoma žótta jest zbierana zaraz po zbiorach zboža. Stoma szara to stoma, która przez pewien czas (zwykle 1 - 2 tygodnie) jest pozostawiona na polu. Po pewnym czasie zmienia ona kolor. Jest to zwiqzane z utratq przez tç stomç (przez wyptukanie) czçsci substancji mineralnych. Charakterystyczny jest znacznie mniejszy w stosunku do stomy žóttej udziat chloru, potasu i wapnia. Ilosc zbieranej stomy najczçsciej jest odnoszona do plonu z hektara i okreslana za pomocq bezwymiarowego wspótczynnika RPR (ang. Residue to Product Ratio - stosunek odpadów do produktu):

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

gdzie:

mziarna - plon z hektara

msiomy - masa stomy zebrana z hektara

Wspótczynnik RPR zaležy w gtównej mierze od czynników agrotechnicznych (wykorzystywanych maszyn rolnych i gatunków zbieranych zbóž).

Wiçksza czçsc powierzchni tego typu biomasy bierze czynny udziat w procesie fotosyntézy, co powoduje že udziat chloru jest stosunkowo wysoki (chlor jest podstawowym budulcem chlorofilu). Biomasa tego typu w porównaniu do drewna zawiera mniejsze ilosci wody, natomiast wiçkszy jest udziat substancji mineralnej.

Dužy udziat popiotu w potqczeniu z dužym udziatem hemicelulozy i stosunkowo niewielkim udziatem ligniny sprawiajq, že biomasç tego typu cechuje nižsze niž w przypadku drewna ciepto spalania. Dužy udziat chloru, potasu i fosforu oraz substancji mineralnej sprawia duže problemy w wiçkszosci technologii konwersji energii w postaci osadów i korozji wysokotemperaturowej. Zagroženie korozja niskotemperaturowq jest relatywnie niskie z racji niewielkiej zawartosci siarki. Azot stanowi jeden z podstawowych sktadników nawozów sztucznych i jego zawartosc jest wyžsza niž w drewnie, jednak emisje tlenków siarki i azotu ogólnie nie stanowiq dužego problemu, gdyž ich zawartoscjest zdecydowanie nižsza w stosunku do paliw kopalnych.

Oprócz stomy zbóž do tego typu biomasy zaliczyc možna stomç rzepaku i innych upraw (gryka, itp.). Biomasç tego typu možna takže uprawiac z przeznaczeniem wytqcznie na cele energetyczne, przy czym uprawiane sq gatunki wysokich traw np. miskant olbrzymi lub trzcina cukrowa.

C) odpady wysypiskowe

Do tego rodzaju biomasy možna zaliczyc odpady komunalne, z gospodarstw domowych i z róžnych zaktadów produkcyjnych. Biomasa tego typu može byc wykorzystywana jako žródto energii, jednakw jej wypadku naležy zachowac daleko idqcq ostrožnosc, gdyž zwykle zawiera ona stosunkowo dužo chloru i metali ci^žkich (Tab. A.5) co može prowadzic do emisji wielu szkodliwych substancji. Kluczem do korzystania z tego zasobu jest uprzednio przeprowadzone sortowanie.

Tab. A.5 - Wybrane parametry RDF *** dla roznych strumieni odpadow (Komisja Europejska, 2003)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

* - strumienie odpadów z dominujgcym udziatem jednej substancji odpadowej (wartosci usrednione na podstawie odpadów z wielu rôznych procesów)

** - odpady komunalne state (ang. Municipal Solid Waste)

*** - Paliwo uzyskane z odpadów (ang. Refuse Derrived Fuel)

Biomasa tego typu, w najwyžszym stopniu, wykorzystywana jest w krajach о rozwiniçtej gospodarce odpadami, w których spoteczeňstwa cechuje wysoka swiadomosč ekologiczna. Cechq charakterystycznq tego typu biomasyjest dužy udziat niepalnej substancji mineralnej.

Czçsc odpadów wysypiskowych može zostač wykorzystana jako paliwo RDF (ang. Refuse Derived Fuel - Paliwo otrzymane z odpadów). Sq to zwykle frakcje o nizszej wilgotnosci i wyzszej wartosci opatowej. Možna je wykorzystač w procesach spalania lub zgazowania, jednak niezwykle wažna jest w tym wypadku kontrola emisji.

Bardziej wilgotne frakcje takže možna spalič, jednak nie jest to proces optymalny pod wzglçdem bilansu cieplnego. Znacznie bardziej racjonalnym wydaje siç wykorzystanie frakcji w procesach metanowej fermentacji beztlenowej (produkcja biogazu). Do procesów wytwarzania biogazu przygotowanych do wykorzystania tego typu wsadu naležq m.in. (Verma, 2002), (Sims, 2002):

- Valorga
- Shubio (wczesniej Vabio)
- DRANCO
- BTA

WykresA.1 - Podziat odpadow wysypiskowych na mozliwe do odsortowania frakcje - sklad odpadow wysypiskowych z aglomeracji Nowojorskiej (Verma, 2002) -frakcje „niewysuniqte" nadajq sie do wykorzystania jako RDF; frakcje zilustrowane na wykresie jako„czesciowo wysuniqte" sq zbyt wilgotne, natomiast nadajq sie do wykorzystania w procesie wytwarzania biogazu; frakcje „najbardziej wysuniete" nie nadaja sie do celow energetycznych.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Wykres A.2- Odpady wysypiskowe z aglomeracji Nowy Jork - typowe wartosci opatowe oraz ich wiigotnosci dia poszczególnychfrakcji oraz ich porównanie do wartosci opatowej rôznych substancji organicznych

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

D) produkty uboczne procesu trawienia

Biomasç tego typu charakteryzuje wysoka wilgotnosc, co w skrajnych przypadkach moze prowadzic do osiqgania przez niq wartosci opatowej bliskiej zeru lub nawet ujemnej. Istnieje mozliwosc usuniçcia czçsci wilgoci np. poprzez wykorzystanie centryfugi lub suszenie. Z punktu widzenia bilansu cieplnego nie jest to jednak optacalne (Sims, 2002), (Rosillo-Calle, 2007). Zgazowanie i spalanie sq w tym wypadku bardziej metodq utylizacji niz pozyskania energii. Tego typu biomasa swietnie nadaje siç do wykorzystania w procesie fermentacji beztlenowej (biogazownia).

Do wyzej wymienionego typu biomasy zakwalifikowac mozna miçdzy innymi:

> osady sciekowe

> gnojowica (wraz ze sciótkq)

> odpady browarnicze i gorzelniane

> warzywa i owoce, które utracity przydatnosc do spozycia