ASPEKTTECHNICZNYITECHNOLOGICZNY.pdf
(
35 KB
)
Pobierz
200646621 UNPDF
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
1
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
2
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
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
¸
3
10
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.
¸
4
masie100
Plik z chomika:
mrozik85
Inne pliki z tego folderu:
vawt3.jpg
(92 KB)
vawt2.jpg
(71 KB)
vawt.jpg
(16 KB)
umieszczzenie turbiny 1.jpg
(11 KB)
Turbiny_wiatrowe_ubt.jpeg
(29 KB)
Inne foldery tego chomika:
automatyka w energrtyce laborka
elekrtotechnika i elektronika
maszyny elektryczne
matma
mechanika płynów
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin