ANALIZA TECHNICZNA I ELEMENTARNA WYBRANYCH RODZAJÓW BIOMASY ORAZ WĘGLA KAMIENNEGO

Transkrypt

1 ANALIZA TECHNICZNA I ELEMENTARNA WYBRANYCH RODZAJÓW BIOMASY ORAZ WĘGLA KAMIENNEGO Autozy: Jn C. Stępień, Antoni Slij, Kzysztof Psuj ( Rynek Enegii 3/218) Słow kluczowe: bioms, węgiel kmienny, pmety enegetyczne Steszczenie. W tykule pzestwiono nlizę pmetów enegetycznych óżnych ozjów biomsy oz węgl kmiennego splnych w kotłch elektowni cieplnych. Obliczeni zostły wykonne n postwie seii pomiów o licznościch pób po kilkset elizcji l kżego ozju nlizownego pliw. Tk obszeny zkes pomiów i wykonnej nlizy pozwl n zstosownie wyników w innych opcownich otyczących poblemów splni biomsy oz współsplni jej z enegetycznym węglem kmiennym. 1. WSTĘP Do wytwzni ciepł w instlcjch enegetycznych elektowni, ciepłowni i kotłowni centlnych wykozystuje się óżne ozje biomsy. Stosuje się ewno opowe pochozące z leśnictw i pzemysłu zewnego, słomę zbóż, oślin oleistych oz stączkowych z poukcji olniczej, tkże biomsę uzyskiwną z plntcji enegetycznych [2, 6, 11, 12, 21, 23]. Atybuty enegetyczne biomsy óżnią się o włsności węgl kmiennego. Wykzują większą zmienność pmetów fizycznych i enegetycznych [6, 7, 9, 11]. Wżnymi włściwościmi ecyującymi o wykozystniu biomsy są zwtość wilgoci oz popiołu [8, 9, 21]. Duż ilość wilgoci w pliwie niekozystnie wpływ n poces splni powoując obniżenie tempetuy splni i utuni poces oplni pliw. Skutkuje to wzostem stty wylotowej kotłów i obniżeniem ich spwności [6, 7, 8, 9, 11, 2]. Z tego powou stosuje się óżne sposoby uztnini biomsy i lepszego pzystosowni jej o splni w kotłch [8, 9]. Ocen pmetów enegetycznych biomsy jest niezbęn w szczególności pzy eksplotcji kotłów pzystosownych o splni biomsy lub współsplni jej z węglem [4, 5, 8, 9, 22]. W tykule pzestwion zostł nliz postwowych pmetów óżnych ozjów biomsy i węgl kmiennego opcown n postwie pomiów wykonywnych w tkcie eksplotcji elektowni [4, 5]. Liczby pomiów wykonnych l poszczególnych ozjów pliw wynoszą pon kilkset co pozwl n stwiezenie o użej okłności wyznczonych mi sttystycznych nlizownych pmetów.

2 2. CHARAKTERYSTYKA ANALIZOWANYCH RODZAJÓW PALIW W tykule pzestwione zostły wyniki nliz postwowych pmetów enegetycznych pięciu ozjów biomsy wykozystywnych o splni i współsplni w enegetyce zwoowej. Wykonn zostł ównież nliz postwowych pmetów enegetycznych węgl kmiennego jej wyniki poównno z wynikmi nlogicznych nliz otyczących biomsy. W tbeli 1 pzestwiono ozje bnych pliw oz liczności pób pomiów wz z wpowzonymi oznczenimi pomocniczymi, któe użyte zostły w tbelch i n ysunkch w lszej części tykułu. Tbel 1. Rozje i liczności pób bnych pliw Rozj pliw Oznczenie pliw Liczność póby Bioms leśn A 287 Pelet ze słomy B 539 Pelet ze słonecznik C 694 Miesznk biomsy leśnej D 292 Miesznk biomsy olniczej E 281 Węgiel kmienny F METODYKA BADAŃ W nlizie technicznej i elementnej pliw wyóżni się tzy postwowe stny epezenttywnej póbki [1]: stn oboczy, któy otyczy pliw ostcznego o plenisk, oznczny pzez wpowzenie gónego ineksu, stn nlityczny, oznczny pzez góny ineks, cechuje stn, w któym posuszon i ozobnion póbk jest nlizown w lbotoium, stn suchy, oznczny pzez góny ineks, to stn w któym póbk jest nieml cłkowicie pozbwion wilgoci. Mjąc okeślone wtości wilgoci cłkowitej i wilgoci w póbce nlitycznej możn, z pomocą opowienich współczynników pzeliczeniowych, klkulowć wtości z jenego stnu n inny [1]. Współczynniki pzeliczeniowe l óżnych stnów, wg [1], zostły pzestwione w tbeli 2.

3 Tbel 2. Współczynniki pzeliczeniowe wtości l óżnych stnów Wtość pmetu Stn oboczy Stn nlityczny Stn suchy Współczynniki o pzeliczeni wtości n stn: nlityczny oboczy 1 W 1 W 1 W 1 1 Wt t 1 Wt W 1 suchy 1 1 W t 1 1 W 1 Metoyk wyznczni i okeślni pmetów enegetycznych biomsy był nstępując: zwtość wilgoci cłkowitej w stnie oboczym Wt okeślon n postwie nomy [15,16], zwtość wilgoci w stnie nlitycznym W okeślon n postwie nomy [17], zwtość popiołu w stnie suchym Aś wyznczon n postwie nomy [18] nstępnie pzeliczon z pomocą współczynnik z tbeli 2 n stn oboczy A, zwtość siki w stnie nlitycznym Sś okeślon n postwie nomy [13] i pzeliczon z pomocą współczynników z tbeli 2 n stn suchy S i oboczy S, zwtość woou w stnie nlitycznym Hś okeślon weług nomy [13] i pzeliczon zgonie ze współczynnikmi z tbeli 2 n stn suchy H i oboczy H, zwtość zotu w stnie suchym zostł ustlon n postwie [13], ciepło splni Qś okeślone zostło metoą kloymetyczną i pzeliczone n stn nlityczny Qs n postwie wzou Q s 1 Wś = Qś (94,1 Sś ) - 42,9 N, (1) 1 wtość opłow w stnie suchym zostł wyznczon ze wzou W = Q s 26 H, (2) wtość opłową w stnie oboczym wyznczono ze wzou W = W (1-,1 Wt ś ) - 23,5 Wt ś. (3) Pzy wyznczniu i okeślniu pmetów enegetycznych węgl kmiennego kozystno z [13, 14, 15, 18, 19]: zwtość wilgoci cłkowitej w stnie oboczym Wt i zwtość wilgoci w stnie nlitycznym W okeślono metoą wgową,

4 zwtość popiołu w stnie nlitycznym Aś okeślon zostł metoą wgową nstępnie pzeliczon z pomocą współczynnik z tbeli 2 n stn oboczy A, zwtość siki w stnie nlitycznym Sś okeślono metoą wysokotempetuową i pzeliczono z pomocą współczynnik z tbeli 2 n stn oboczy S, zwtość woou w stnie nlitycznym H zostł obliczon ze wzou H 1 Wś Aś = (4) 18, 5 nstępnie pzeliczon z pomocą współczynnik z tbeli 2 n stn oboczy H, ciepło splni Qś okeślono metoą kloymetyczną nstępnie pzeliczono n stn nlityczny Qs z wykozystniem wzou Q s = Q (94,6 H ), (5) wtość opłową w stnie nlitycznym wyznczono ze wzou W ś = Qs 24,42 ( Wś + 8,94 H ), (6) wtość opłową w stnie oboczym ze wzou W 1 W ś = ( W + 24,42 Wś ) - 24,42 Wt ś.(7) 1 W t ś 4. WYNIKI ANALIZY N postwie zebnego mteiłu bwczego wykonn zostł nliz sttystyczn obejmując główne sttystyki pozycyjne jk wtość śeni (lite E pze bną wtością), sttystyki minimlne (olny ineks 1 pzy bnej wtości) i mksymlne (olny ineks n pzy bnej wtości), ochylenie stnowe (lite s pze bną wtością). Wyniki wszystkich nliz otyczyć bęą wtości w stnie oboczym, więc w stnie w jkim pliwo jest splne w kotłch. W tbelch 3 i 4 zwto wyniki nlizy ciepł splni oz wtości opłowych bnych pliw n ys. 1 i 2 zilustowno wtości śenie tych pmetów. Otzymne wyniki (tb. 3 i ys. 1) wskzują n njniższą wtość ciepł splni peletu ze słomy. Wtości śenie ciepł splni innych ozjów biomsy są o siebie zbliżone i wynoszą około 19 MJ/kg, pzy czym njwiększe śenie ciepło splni wykzuje pelet ze słonecznik.

5 Wtość opłow, kj/kg Ciepło splni, kj/kg Tbel 3. Poównnie ciepł splni óżnych ozjów biomsy i węgl kmiennego, kj/kg Pliwo E(Q s) Q s(1) Q s(n) s(q s) A B C D E F Pliwo Rys. 1. Poównnie wtości śenich ciepł splni óżnych ozjów biomsy i węgl kmiennego, kj/kg Tbel 4. Poównnie wtości opłowej óżnych ozjów biomsy i węgl kmiennego, kj/kg Pliwo E(W ) W (1) W (n) s(w ) A B C D E F Pliwo Rys. 2. Poównnie śenich wtości opłowych óżnych ozjów biomsy i węgl kmiennego, kj/kg

6 Zwtość wilgoci, % Njniższą wtość opłową i znczne ochylenie stnowe mją biomsy pochozeni leśnego, njwyższą wśó pliw w postci biomsy wykzuje pelet ze słonecznik.. W tbeli 5 pzestwiono wyniki nlizy cłkowitej pocentowej zwtości wilgoci bnych pliw. Rys. 3. pzestwi wtości śenie cłkowitej pocentowej zwtości wilgoci. Tbel 5. Poównnie cłkowitej zwtości wilgoci óżnych ozjów biomsy i węgl kmiennego W tś, % Pliwo E(W tś) W tś(1) W tś(n) s(w tś) A 51,1 27,6 71,1 8,4 B 11,9 6,5 24, 2,4 C 9,3 6,4 19,1 1,3 D 46, 36,5 55,3 4, E 9,7 7,1 15,2 1,2 F 1,5 6,4 27,5 2, Pliwo Rys. 3. Poównnie cłkowitej zwtości śenich wilgoci óżnych ozjów biomsy i węgl kmiennego W tś, % Z nlizy wynik, że njwiększą cłkowitą zwtością wilgoci chkteyzuje się óżnego ozju bioms pochozeni leśnego. Z otzymnych wtości śenich wynik, że około 5% jej msy stnowi wo. Tbel 6 pzestwi wyniki nlizy pocentowej zwtości popiołu po spleniu bnych pliw, n ys. 4. zobzowno wtości śenie pocentowej zwtości popiołu. Tbel 6. Poównnie zwtości popiołu óżnych ozjów biomsy i węgl kmiennego A, % Pliwo E(A tś) A (1) A (n) s(a ) A 1,27,2 3,9,65 B 7,94 4,1 1,1 1,3 C 2,89 1,9 5,4,33 D 1,2,3 3,5,62 E 3,4 2,2 7,5,94 F 23,8 1, 34,6 3,5

7 Zwtość siki, % Zwtość popiołu, % Kolejną wykonną nlizą było poównnie pocentowej zwtości siki w bnych pliwch. Wyniki nlizy zostły pzestwione w tbeli 7, n ys. 5 zpezentowno wtości śenie pocentowej zwtości siki Pliwo Rys. 4. Poównnie śenich zwtości popiołu óżnych ozjów biomsy i węgl kmiennego A, % Tbel 7. Poównnie zwtości siki óżnych ozjów biomsy i węgl kmiennego S, % Pliwo E(S ) S (1) S (n) s(s ) A,1,1,2,2 B,14,8,15,12 C,137,1,17,11 D,1,1,4,1 E,13,9,17,2 F 1,,13 1,63,25 1,2 1,8,6,4,2 Pliwo Rys. 5. Poównnie śeniej zwtości siki óżnych ozjów biomsy i węgl kmiennego S, % Zwtość pocentow siki w węglu kmiennym jest zecyownie wyższ niż w pzypku biomsy. Wtość śeni zwtości siki l węgl kmiennego wynosi 1%. Osttnią nlizą było poównnie pocentowej zwtości woou w bnych pliwch. Wy-

8 Zwtość woou, % niki nlizy zostły pzestwione w tbeli 8, n ys. 6 zilustowno wtości śenie pocentowej zwtości woou. Tbel 8. Poównnie zwtości woou óżnych ozjów biomsy i węgl kmiennego H, % Pliwo E(H ) H (1) H (n) s(h ) A 2,97 1,74 4,3,51 B 4,95 4,2 5,35,16 C 5,44 4,77 5,86,11 D 3,32 2,68 4,18,28 E 5,43 4,84 6,3,19 F 3,55 2,2 4,4,18 Njwyższą zwtością pocentową woou chkteyzuje się bioms pochozeni olniczego, wtości śenie tego pmetu oscylują w okolicch 5%. W pzypku biomsy pochozeni leśnego i węgl kmiennego wtości śenie zwtości woou wynoszą około 3% Pliwo Rys. 6. Poównnie śeniej zwtości woou óżnych ozjów biomsy i węgl kmiennego H, % 5. PODSUMOWANIE N postwie pzepowzonej nlizy technicznej i elementnej wybnych ozjów biomsy możn sfomułowć nstępujące wnioski. Wtości śenie ciepł splni oz wtości opłowe biomsy leśnej oz miesznki biomsy leśnej są njmniejsze wśó nlizownych pliw. Bioms leśn oz miesznk biomsy leśnej wykzują ównież uże óżnice pomięzy wtościmi opłowymi mksymlną i minimlną co skutkuje ównież użą óżnicą ochyleni stnowego. Wtości śenie pocentowej zwtości siki w óżnych ozjch biomsy nie pzekczją,15% ntomist l węgl są uże - E(S) = 1,%, pzy czym wtość mksymln Sn = 1,63%.

9 O efektywności konwesji enegii chemicznej zwtej w pliwch n ciepło, jk zchozi w kotle, ecyuje pzee wszystkim wtość opłow pliw. Z tbeli 4 wynik, że jest on njwiększ l węgl kmiennego E(W )= 237 kj/kg. Nleży zwócić ównież uwgę n to, że wtości opłowe peletów ze słomy oz miesznki biomsy olniczej są n poziomie 85% wtości opłowej węgl. Njwiększą cłkowitą wtość wilgoci mją pliw pochozeni leśnego. Śeni pocentow zwtość wilgoci jest ówn E(W tś) = 51,1% - l biomsy leśnej i E(W tś) = 46,% - l miesznki biomsy leśnej. Zsniczo pocentow zwtość popiołu w biomsie nie pzekcz wtości 3,5%. Wyjątek stnowi bioms ze słomy E(A tś) = 7,99% wynik to z użej ilości kzemu w słomie [2]. Zwtości popiołu w biomsch są wielokotnie mniejsze o wtości popiołu w węglu enegetycznym splnym w elektownich l któego wtość śeni popiołu E(A tś) = 23,8%, pzy wtości mksymlnej A (n) = 34,6%. LITERATURA [1] Chmielnik T.: Technologie enegetyczne. WNT, Wszw 213. [2] Denisiuk W.: Słom potencjł msy i enegii. Inżyniei Rolnicz n 2, 28, s [3] Dubiński J., Tuek M., Aleks H.: Węgiel kmienny l enegetyki zwoowej w spekcie wymogów ekologicznych. Gónictwo i Śoowisko 2/25, s [4] Elektowni Połniec S.A., Gup Electbel: Testy współsplni óżnych ozjów biomsy w Elektowni Połniec S.A. Gup Electbel: Połniec 26. [5] Elektowni Połniec S.A., Gup Electbel: Bioms pliwo enegetyczne. Połniec 28. [6] Fączek J., Kupsk S., Łpczyńsk-Koon B.: Theml convesion of biomss. Polskie Towzystwo Inżynieii Rolniczej, Kków 211. [7] Głoek E.: Splnie i współsplnie biomsy. Pzewonik. Instytut Cemiki i Mteiłów Buowlnych. Oził Inżynieii Mteiłowej, Pocesowej i Śoowisk w Opolu. Opole 21.

10 [8] Golec T.: Współsplnie biomsy w kotłch enegetycznych. Enegetyk n 7-8, 24, s [9] Kosowsk-Golchowsk M., Wolski K., Gjewski W., Kijo-Kleczkowsk A., Musił T., Śo K.: Splnie biomsy go i leśnej w cykulcyjnej wstwie fluilnej. Rynek Enegii n 3, 216, s [1] Kubic K., Ściążko M., Rińczk J.: Współsplnie biomsy z węglem. Instytut Chemicznej Pzeóbki Węgl. Zbze 23. [11] Lewnowski W.: Poekologiczne onwilne źół enegii. WNT, Wszw 26. [12] Lewnowski W. M., Ryms M.: Biopliw: Poekologiczne onwilne źół enegii. Wywnictwo WNT, Wszw 213. [13] PN-EN ISO 16948:215-7E - Biopliw stłe. Ozncznie cłkowitej zwtości węgl, woou i zotu. [14] PN-EN ISO 16994:216-1E - Biopliw stłe. Ozncznie cłkowitej zwtości siki i chlou. [15] PN-EN ISO :215-11E - Biopliw stłe. Ozncznie zwtości wilgoci. Meto suszkow. Część 1: Wilgoć cłkowit - Meto efeencyjn. [16] PN-EN ISO :217-3E - Biopliw stłe. Ozncznie zwtości wilgoci. Meto suszkow. Część 2: Wilgoć cłkowit. Meto uposzczon. [17] PN-EN ISO :215-11E - Biopliw stłe. Ozncznie zwtości wilgoci. Meto suszkow. Część 3: Wilgoć w póbce o nlizy ogólnej. [18] PN-G-456: 1998 Pliw stłe oblicznie zwtości wilgoci, części lotnych oz popiołu nliztoem utomtycznym. [19] PN-G-4571:1998P - Pliw stłe. Ozncznie zwtości węgl, woou i zotu utomtycznymi nliztomi. Meto mko. [2] Poniewski M., Slij A., Stępień J.C.: Impct of biomss co-fiing on selecte pmetes of 225 mw powe unit. Jounl of Powe Technologies 95, pp [21] Rybk W.: Splnie i współsplnie biopliw stłych. Oficyn Wywnicz Politechniki Wocłwskiej. Wocłw 26.

11 [22] Szymnowicz R.: Wytwznie enegii onwilnej w pocesie wspólnego splni biomsy i węgl. Wunki pcy kotłów w świetle wyników bń. Enegetyk n 1, 27, s [23] Zjemsk M., Musił D.: Enegetyczne wykozystnie biomsy z poukcji olniczej w pocesie współsplni. Poblemy Inżynieii Rolniczej n 4, 213, s TECHNICAL AND ELEMENTARY ANALYSIS SELECTED TYPES OF BIOMASS AND COAL Key wos: biomss, h col, enegy pmetes Summy. The ticle pesents the nlysis of enegy pmetes of vious types of biomss n h col combuste in boiles of theml powe plnts. The clcultions wee me on the bsis of seies of mesuements with smples numbeing sevel hune fo ech type of nlyse fuel. Such wie nge of mesuements n nlysis me llows the ppliction of esults in othe stuies concening biomss buning poblems n co-fiing with boile h col. Jn C. Stępień, pof. hb. inż., Politechnik Świętokzysk, Zkł Postw Enegetyki, Al. Tysiącleci Pństw Polskiego 7, Kielce, e-mil: jstepien@tu.kielce.pl Antoni Slij, inż., Ene Elektowni Połniec S.A., Zw 26, Połniec, e-mil: ntoni.slij@ene.pl Kzysztof Psuj, mg inż., Politechnik Świętokzysk, Zkł Postw Enegetyki, Al. Tysiącleci Pństw Polskiego 7, Kielce, e-mil: kpsuj@tu.kielce.pl