ASPEKTTECHNICZNYITECHNOLOGICZNY.pdf

Referat wygłoszony na Wydziale In ż ynierii Rolniczej AR w Poznaniu w trakcie sesji naukowej

pt Perspektywy rozwoju agroenergetyki i technologii energooszcz ę dnych w dniu 22 listopada

2006r w zwi ą zku z inaugurac ą kierunku studiów o specjalno ś ci AGROENERGETYKI

Dr. in ż . Wiesław Denisiuk

„EKOL.OG” Zakład Energetyki Cieplnej i Usług Bytowych w Zielonkach

82-410 Stary Targ, Zielonki 1i/5

tel./fax +48 055 2771374

e-mail: biuro.ekologzec@neostrada.pl

ASPEKT TECHNICZNY I TECHNOLOGICZNY

ZASTOSOWANIA SŁOMY W ENERGETYCE

STRESZCZENIE

W artykule przedstawiono przykład zastosowania słomy jako surowca energetycznego

dla jednostki energetycznej o mocy 1 MW, która powstała w wyniku rekonstrukcji jednostki

kotłowej opalanej gazem.

W artykule wskazuje si ę na mo ż liwo ść dowarto ś ciowania słomy jako paliwa.

Analizuje si ę jej fizykalno-chemiczne cechy (wła ś ciwo ś ci) oraz parametry energetyczne i

techniczne, które charakterystyczne s ą dla biomasy, ze wskazaniem specyfiki procesu jej

spalania. Zwrócono tak ż e uwag ę na technologi ę pozyskania i składowania słomy do celów

grzewczych w sektorze mieszkalnictwa i przemy ś le przetwórstwa rolno-spo ż ywczego. W

porównaniu do gazu ziemnego słoma jest niskokalorycznym surowcem energetycznym o

warto ś ci opałowej 14÷19 MJ/kg, której warto ść zale ż y od rodzaju słomy i jej wzgl ę dnej

wilgotno ś ci. Jako surowiec energetyczny słoma opisana jest nast ę puj ą cymi

charakterystycznymi wielko ś ciami (cechami) [2] :warto ść opałowa MJ kg -1 (w gazie

ziemnym MJ m - ³), temperatura spalania ºC, temperatura topnienia popiołu ºC, masa usypowa

kg m - ³, g ę sto ść t m –3 ,obj ę to ść wła ś ciwa t m –3 ,współczynnik koncentracji energii MWh m –3 ,

potencjał energetyczny GJ ha -1 , wyrównanie rozmiarowe słomy, zawarto ść wody.

Wielko ś ci te maj ą wpływ na parametry konstrukcyjne kotła przeznaczonego do spalania

słomy, a z nich wynikaj ą wymagania w zakresie energetycznego przygotowania słomy.

1.WST Ę P

Znana jest ogólnie opinia, ż e zu ż ycie energii w ś wiecie ro ś nie a trend ten w ostatnim

stuleciu nie jest do opanowania . Trend wzrostu jest zwłaszcza charakterystyczny dla okresu

po 2 wojnie ś wiatowej. Jest te ż znane, ż e rozwini ę ta bogata cz ęść ś wiata, która stanowi 20%

naszej populacji, konsumuje 80% rocznie wytwarzanej energii.[1]. Produkcja energii cieplnej

i elektrycznej oraz paliw ciekłych odbywa si ę obecnie w swej wi ę kszo ś ci w oparciu o kopalne

surowce energetyczne. Ciepłownie i elektrociepłownie, a tak ż e i znaczna cz ęść pojazdów

wykorzystuj ą cych paliwa ciekłe funkcjonuje w oparciu o znacznie wyeksploatowane

jednostki energetyczne, które maj ą niekorzystny wpływ na ś rodowisko naturalne. Efektem

spalania paliw kopalnych jest emisja do atmosfery szkodliwych składników, głównie CO 2 ,

które s ą ź ródłem efektu cieplarnianego. W celu ustanowienia procedury ochrony ś rodowiska

naturalnego, ograniczenia importu paliw kopalnych, ustanowienia bezpiecze ń stwa

energetycznego UE, komisja UE ustanowiła trzy podstawowe akty prawne[5]:

1.Biała Ksi ę ga – jako podstawowy dokument z listopada 1997roku okre ś la cele Komisji UE

w sprawie wdro ż enia OZE. Zakłada si ę w nim wzrost wykorzystania OZE do 12% w 2010

roku.

2.Protokół z KIOTO (grudzie ń 1997r) okre ś laj ą cy cele w zakresie ochrony klimatu.

3.Zielona Ksi ę ga- jest dokumentem Komisji UE okre ś laj ą cym zasady stanowienia

bezpiecze ń stwa energetycznego krajów UE.

Obecny trend w budowie nowych i rekonstrukcji starych kotłowni, których celem jest

przej ś cie z paliw kopalnych na biomas ę -słom ę lub zr ę bki drewna, w Polsce gwarantuj ą cy

energetyczn ą samowystarczalno ść sfery komunalnej i obni ż enie emisji CO 2 , jest relatywnie

łatwy do osi ą gni ę cia w lokalnych systemach energetycznych[2].W takich lokalnych

systemach centralnego zaopatrzenia w ciepło, tak ż e w sposób nieskomplikowany mo ż liwe

jest zastosowanie kogeneracji .

Wielka systemowa elektro-energetyka, w zwi ą zku z tym ż e system legislacyjny

nakazuje coroczny równomierny wzrost produkcji energii cieplnej i elektrycznej z biopaliw,

problem ten rozwi ą zuje drog ą hybrydowych systemów współspalania biomasy z kopalnymi

paliwami. W wi ę kszo ś ci przypadków, w tych systemach wyst ę puje współspalanie w ę gla ze

zr ę bkami drzewna, które powstaj ą z odpadów pozr ę bowych. Coraz wi ę ksze zainteresowanie

wyst ę puje wykorzystaniem potencjału plantacji energetycznych, np. Sida hermaphrodita

Rusby , wierzba Salix, Miskantus, itd. W tych rozwi ą zaniach systemowych w wi ę kszo ś ci

wyst ę puje konieczno ść adaptacji układów mieszania w ę gla z biomas ą i podawania tak

wytworzonej mieszaniny do jednostki energetycznej. Opinie na ten sposób wykorzystania

energetycznego biomasy w wi ę kszo ś ci s ą negatywne. Równoczesne spalanie w ę gla i

biomasy zaleca si ę w technologiach fluidyzacyjnych, tzn. tam gdzie wyst ę puje kocioł

fluidalny (z wył ą czeniem słomy).

2.TECHNICZNE I TECHNOLOGICZNE WŁA Ś CIWO Ś CI SŁOMY:

Słom ę jako surowiec energetyczny okre ś laj ą nast ę puj ą ce parametry i

charakterystyczne wła ś ciwo ś ci[2]:

€ warto ść opałowa MJ kg ֿ◌ ¹(w gazie ziemnym MJm ֿ◌ ³)

€ temperatura spalania °C

€ temperatura topnienia popiołu °C

€ masa usypowa kg m ˉ ³

€ g ę sto ść t m ˉ ³

€ obj ę to ść wła ś ciwa t m ˉ ³

€ współczynnik koncentracji energii MWh m ˉ ³

€ potencjał energetyczny GJ ha ˉ ¹

€ wyrównanie rozmiarowe cz ą stek słomy

€ zawarto ść wody, wilgotno ść

Warto ść opałowa słomy jest zale ż na od rodzaju i jako ś ci słomy. Jako ść słomy zale ż y od

zawarto ś ci wody i fazy zbioru słomy (słoma zbierana bezpo ś rednio za kombajnem-słoma

ż ółta, słoma zbierana po kilku dniach po omłocie ziarna-słoma szara).

Dla tych przypadków warto ść opałowa znajduje si ę w przedziale: przy wilgotno ś ci 5%-19

MJ kg ˉ ¹ słoma szara, a przy wilgotno ś ci 20%-13,5 MJ kg ˉ ¹ słoma ż ółta.

Dla sprawnego funkcjonowania w ę złów technologicznych kotła konieczne jest

utrzymanie optymalnej temperatury palenia słomy, której warto ść znajduje si ę w

przedziale 750÷900°C. Jest to wa ż ne ze wzgl ę du na temperatur ę topnienia popiołu, która

ma wpływ na sposób jego usuwania z kotła. Ze wzgl ę du na nisk ą temperatur ę topnienia

(650°C) popiołu nie zaleca si ę w celach energetycznych stosowa ć słomy j ę czmiennej [2].

Tabela nr 1 Parametry słomy w zale ż no ś ci od wyrównania rozmiarowego

Sposób przetworzenia

słomy

Masa usypowa

kg / m 3

Obj ę to ść wła ś ciwa

m 3 /t

Współczynnik

koncentracji energii

MWh / m 3

Słama lu ź na

20-50

0,16-0,7

Słama poci ę ta

40-60

10-25

0,13-0,19

Słama sprasowana do

małych kostek

50-110

9-20

0,16-0,36

Słama zrolowana.

60-90

11-16

0,19-0,29

Słama v big bal.

70-130

7,7-14

0,23-0,49

Słama brykiet/pelet

300-450

2,3-3,3

0,99-1,48

Zapotrzebowanie okre ś lonej ilo ś ci słomy dla stanowionej mocy kotła okre ś lamy przy

pomocy energetycznego potencjału powierzchni zbo ż a, po zebraniu którego pozostaje

słoma w stosunku ziarna do słomy z : s = 1 : 0,56. W wyniku wieloletnich bada ń

okre ś lono mo ż liwo ś ci pozyskania słomy energetycznej z jednego hektara w przedziale od

0.8÷5,0 ton. Tak du ż y rozrzut wydajno ś ci słomy (potencjał masy) jest zale ż ny od dmiany,

rodzaju zbo ż a i plonu ziarna.

Rozwi ą zanie konstrukcyjne sposobu podawania słomy do kotła determinuje problem

technologii zbioru słomy z pola, a przez to zag ę szczenie tego surowca energetycznego do

okre ś lonej bryły. W tabeli nr 1 podano parametry wyrównania rozmiarowego słomy.

3. KOTŁY I URZ Ą DZENIA STOSOWANE PRZY SPALANIU SŁOMY

Zastosowanie słomy do celów energetycznych datuje swój pocz ą tek na lata 70-te us.

Wtedy tak ż e w niektórych krajach starej UE stworzono procedury prawne zabraniaj ą ce

palenia na polach resztek po ż niwnych. Od strony technicznej nale ż ało rozwi ą za ć w

jednostkach energetycznych problem wydłu ż enia procesu palenia słomy w komorze

spalania.

Ogólnie dost ę pna wiedza na temat palenia słomy to:

€ wysoka szybko ść palenia w warunkach wolnego dost ę pu powietrza („słomiany

ogie ń ”),

€ relatywnie wysoka temperatura płomienia (1400÷1430 o C),

€ relatywnie wysoki płomie ń (z kostki słomy o ś rednicy 1m powstaje płomie ń do

wysoko ś ci 1,5m).

Te podstawowe cechy i parametry dały pocz ą tek rozwojowi konstrukcji kotłów do spalania

słomy, które na pocz ą tku były budowane w formie szczelnej hermetycznie komory o

podwójnym płaszczu. Kolektor dymny był integraln ą cz ęś ci ą komory spalania, co było

przyczyn ą niskiej sprawno ś ci kotłów i du ż ej emisj ą pyłów do atmosfery.

Dla tej konstrukcji kotłów o mocy 10

100 kW słoma prasowana jest w kostki o masie

5sztuk tych kostek. Natomiast dla kotłów

o mocy 100¸500 kW słoma zag ę szczana jest w formie walca lub graniastosłupa o

15kg, których w komorze spalania mie ś ci si ę 2

300kg. W komorze spalania, w zale ż no ś ci od mocy kotła mie ś ci si ę wówczas

1¸3szt tak sprasowanych rolek lub kostek słomy.

Na pocz ą tku lat osiemdziesi ą tych poprzedniego stulecia na rynku pojawiły si ę

automatyczne jednostki energetyczne z ci ą gła dostawa słomy do kotła. Du ż y wpływ na

konstrukcj ę tych kotłów miały kotły opalane gazem. Ze wzgl ę du na zasadnicz ą ró ż nice

pomi ę dzy słom ą jako paliwem a gazem, głownie z uwzgl ę dnieniem parametrów technicznych

słomy (g ę sto ść słomy, zawarto ść pyłu podczas palenia słomy, temperatura i kształt płomienia

przy spalaniu słomy, zawarto ść wody w słomie) kotły opalane słom ą zostały dodatkowo

wyposa ż one w:

1. ś luz ę dozuj ą c ą , oddzielaj ą c ą przestrze ń wewn ę trzn ą kotła od atmosfery zewn ę trznej,

2. przedpalenisko, w który przebiega proces odparowania wody ze słomy i jej

zgazowania,

3. wewnatrz płomienicowy system wygarniania popiołu dla kotłów bezrusztowych,

4. ceramiczne wykładziny, których celem jest zabezpieczenie wewn ę trznych

powierzchni kotła przed wysokimi temperaturami i jako akumulatory ciepła dopełniaj ą

proces zupełnego spalania słomy.

masie100

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: