INSTALACJE SPALANIA MAŁEJ MOCY NA PALIWA STAŁE W

Transkrypt

1 POLSKA IZBA EKOLOGII Katowice, ul. Warszawska 3 tel/fax (48 32) ; ; pie@pie.pl BOŚ S.A. O/Katowice INSTALACJE SPALANIA MAŁEJ MOCY NA PALIWA STAŁE WĘGIEL, BIOMASĘ Możliwości wykorzystania SCIs w ramach Programu Priorytetowego nt. Likwidacja niskiej emisji poprzez wzrost efektywności energetycznej i rozwój odnawialnych źródeł energii oraz dalszych prac nad Krajowym Programem Ochrony Powietrza. Opracowanie: Dr inż. Krystyna Kubica Platforma Urządzeń Grzewczych na Paliwa stałe Polska Izba Ekologii Katowice, lipiec

2 Cel opracowania Celem opracowania jest przestawienie propozycji standaryzacji jakości paliw stałych dla sektora komunalno-bytowego oraz obligatoryjnych standardów emisji i dobrowolnych zobowiązań energetyczno-emisyjnych dla kotłów c.o. opalanych paliwami stałymi węglem i biomasą w ramach przedsięwzięć inwestycyjnych podejmowanych w ramach Programów Ograniczania Niskiej Emisji (PONE) oraz strategii gospodarki niskoemisyjnej i efektywnego zarządzania energią. Realizacja tego celu wynika z zapisów notatki ze spotkania Platformy Producentów Urządzeń Grzewczych na Paliwa Stałe, działającej w ramach Polskiej Izby Ekologii, PPUGPS PIE, w dniu 18 czerwca 2013 r. w Ministerstwie Środowiska, Załącznik 1. Wprowadzenie Sektor komunalno-bytowy oraz lokalne źródła spalania o wysokości emitorów poniżej 40m, a także transport to główne źródła tzw. niskiej emisji, nie tylko zresztą w Polsce. Niestety w Polsce to sektor komunalno-bytowy jest największym udziałowcem w całkowitej krajowej emisji rocznej tlenku węgla, pyłu całkowitego (TSP) oraz jego subfrakcji TSP, PM 10, PM 2.5, Cd, Pb, As oraz wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych i dioksyn - odpowiednio: 63,5 proc., 46,4 proc., 56,6 proc., 49,7 proc., 70,6 proc., 33,6 proc., 47,2 proc., 85,8 proc. oraz 53,2 proc., [1]. W 2009 roku w gospodarstwach domowych zużyto 9 mln ton węgla, a w roku 2010 już 9,9 mln ton, czyli zużycie wzrosło o 10 % pomimo działań zmierzających do jego ograniczania na rzecz czystszych paliw - gazu i oleju opałowego. W 2010 roku wyemitowano ze spalania węgla w tym sektorze ,18 kg pyłu całkowitego, o 18 proc. więcej niż w roku Emisja czterech wskaźnikowych związków z grupy wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (4 WWA - benzo(a)piren, benzo(b)fluoranten, benzo(k)fluoranten oraz indeno(1,2,3-cd)piren) wyniosła 60, 685 ton, przy czym emisja benzopirenu stanowiła około 50%. Skutkiem tak dużej ilości zanieczyszczeń wprowadzanych do atmosfery z produkcji ciepła do celów bytowych w sektorze komunalno-bytowym, koncentrującej się przede wszystkim w okresie grzewczym, są ponadnormatywne stężenia pyłu zawieszonego PM10, PM2.5 oraz benzo(a)pirenu w sezonie zimowym [2], powodujące niedotrzymywanie standardów jakości powietrza w Polsce, określonych w Dyrektywie 2008/50/WE z dnia 21 maja 2008 roku, w sprawie jakości powietrza i czystszego powietrza dla Europy (zwanej często dyrektywą CAFE ). 1. Diagnoza aktualnego stanu produkcji ciepła w sektorze komunalnobytowym Do przyczyn tak wysokiego udziału sektora komunalno-bytowego w całkowitej krajowej emisji zanieczyszczeń szkodliwych dla zdrowia człowieka i środowiska przyrodniczego, należy zaliczyć: niskoefektywne energetycznie i wysokoemisyjne techniki spalania paliw stałych węgla i biomasy w urządzeniach grzewczych małej mocy, a nie same paliwa jako takie. To nie paliwa, a technologie są odpowiedzialne za emisje zanieczyszczeń; nawet gaz ziemny, propan-butan, nieodpowiednio spalane będą dawać wysokie emisje PM (BC sadzy) i WWA (w tym BaP). Oczywistym jest, że najczystszym paliwem kopalnym jest gaz, a następnie olej opałowy. brak krajowych uregulowań prawnych w odniesieniu do standardów emisji z instalacji spalania paliw stałych o mocy poniżej 1 MW. Brak również ogólnokrajowych dobrowolnych zobowiązań promujących instalacje spalania małej mocy spełniające wymagania BAT. 2

3 brak uregulowań w odniesieniu do jakości paliw stałych węglowych i stałych biopaliw stosowanych w tym sektorze. Od roku 2003 nie obowiązuje norma z 1982r, która określała parametry jakościowe węgla dla sektora komunalno-bytowego. Skutkiem tego na rynku paliw dla sektora komunalno-bytowego znalazły się paliwa węglowe poza sortymentowe muły węglowe. wysokie zapotrzebowanie na ciepło pomieszczeń mieszkalnych wynikające z przestarzałej techniki budowlanej i nieodpowiedniej jakości materiałów budowlanych. niska świadomość społeczna wysokiej szkodliwości zanieczyszczeń pochodzących ze złego spalania paliw stałych dla zdrowia ludzi i środowiska oraz małej efektywności ekonomicznej złych praktyk wytwarzania ciepła użytecznego w tego typu instalacjach, Nie bez wpływu pozostaje także ubóstwo ekonomiczne w rejonach o wysokim poziomie bezrobocia. 2. Paliwa stałe w ogrzewnictwie indywidualnym Według danych GUS, sektor komunalno bytowy to około gospodarstw domowych średnio o powierzchni 69,5 m 2, z czego około 67 % mieszkań w ośrodkach miejskich i około 33 % na wsi. Około 75 % mieszkań w miastach oraz 70 % mieszkań na wsi wyposażonych jest w instalacje centralnego ogrzewania. W budownictwie rozproszonym stosowane są najczęściej indywidualne źródła ciepła, przy czym szacunkową liczbę tych urządzeń opalanych głównie węglem kamiennym i drewnem (kotły c.o., piece ceramiczne, piece metalowe i kuchenne) szacuje się na ponad 17 milionów sztuk [3]. Przybliżona struktura pokrycia potrzeb sektora komunalno bytowego na ciepło do ogrzewania i produkcję ciepłej wody przedstawia się następująco [3]: Ciepło sieciowe z EC i ciepłowni - 53,0 % Lokalne kotłownie opalane węglem coraz rzadziej koksem - 17,4 % Kotły i piece węglowe - 25,9 % Lokalne kotłownie opalane olejem lub gazem - 3,0 % Elektryczne ogrzewanie akumulacyjne - 0,7 % Biorąc pod uwagę fakt, że około 79 % ciepła sieciowego produkowane jest z węgla ten nośnik energii posiada dominującą pozycję w strukturze paliwowej omawianego sektora. Rocznie sektor komunalno-bytowy zużywa około 11,5-12,5 mln ton węgla kamiennego (bez ciepła sieciowego). Są to głównie sortymenty grube i średnie o wysokiej kaloryczności (do 30 MJ/kg) oraz niskiej zawartości popiołu i siarki, odpowiednio <5,0% i < 0,6%, [3]. W ostatnich latach podaż tych sortymentów jest niższa od popytu, stąd też węgle te są importowane. Niestety, pomimo wysokich parametrów jakościowych węgle te spalane są w przestarzałych, nisko sprawnych piecach i kotłach lub też w kotłach przystosowanych do spalania koksu, czego efektem jest między innymi, duża emisja zanieczyszczeń do powietrza. Sytuację miały poprawić programy gazyfikacji, wspierane przez fundusze ochrony środowiska. Według ostatnich danych, dostęp do sieci gazowej ma około 7,2 mln gospodarstw domowych, co stanowi około 50,7 % ogólnej ilości gospodarstw. Na uwagę zasługuje jednak fakt, że tylko około 20 % gospodarstw, które posiadają dostęp do gazu (około 10 % gospodarstw ogółem) stosuje go do celów grzewczych. Niestety, o wyborze sposobu ogrzewania domu decyduje czynnik ekonomiczny i dotychczasowe próby wyeliminowania węgla z ogrzewnictwa indywidualnego kończyły się podejmowaniem spalania tanich i złych jakościowo paliw odpadowych, w tym toksycznych odpadów komunalnych. Ważnym czynnikiem wpływającym na pogarszającą się jakość powietrza w sektorze komunalnobytowym jest dobrowolność stosowania norm na paliwa węglowe, w tym normy PN-82/G

4 Węgiel do celów energetycznych, określających przeznaczenie paliw węglowych. Skutkiem tego w 2012 roku ton mułów trafiło do indywidualnych gospodarstw oraz małych firm i warsztatów, [4]. Muły zostały wykorzystane w instalacjach spalania małej mocy o tradycyjnej organizacji procesu spalania, wskutek czego drastycznie wzrosła emisja zanieczyszczeń, zwłaszcza pyłu całkowitego, jego subfrakcji PM10 i PM2.5, benzo(a)pirenu i pozostałych WWA, lotnych związków organicznych, sadzy, tlenku węgla, dioksyn, metali ciężkich, Rys. 1, [4]. Natomiast sprawność spalania znacząco uległa obniżeniu, nawet poniżej 50%. Potwierdzeniem tego faktu jest wykazywane wysokie stężenie pyłu zawieszonego (będącego głównym składnikiem smogu) w sezonie grzewczym, odczuwane przez lokalne społeczności prawie na całym obszarze województwa śląskiego. Emisja pyłu ze spalania wegla w indywidualnych gospodarstwach Tys. ton A B BM Sl SM SE 5 Rys. 1. Roczna krajowa emisja pyłu ze spalania węgla w indywidualnych gospodarstwach domowych (tys. ton), [4]: A - w roku 2009; B - w roku 2010; BM-w roku 2010 po uwzględnieniu wprowadzenia 788,308 tys. ton mułów; Sl ze spalenia 2 mln ton węgla sortyment. w województwie; SM- ze spalenia 2 mln ton węgla sortyment. i 0,4 mln ton mułów w województwie śląskim; SE ze spalenia 2,4 mln ton węgla w nowoczesnych, automatycznych kotłach. Dane A i B pochodzą z raportów KOBIZE; Dlatego koniecznym i niezbędnym jest wprowadzenie standaryzacji jakości paliw węglowych kierowanych do sektora komunalnego z jednoczesnym całkowitym wycofaniem mułów węglowych z rynku paliw dla tego sektora. O podjęcie jak najszybszych działań w tym zakresie wnioskowała w swoich pismach do Ministerstwa Środowiska (Departament Ochrony Powietrza) i Ministerstwa Gospodarki (Departament Energetyki), utworzona przy Polskiej Izbie Ekologii, Platforma grupująca przedsiębiorców produkujących urządzenia grzewcze dla sektora komunalno-bytowego oraz producentów paliw (PPUGPS). Stosowne materiały są dostępne na stronie Polskiej Izby Ekologii 3. Instalacje spalania małej mocy na paliwa stałe węgiel, biomasę Aktualny stan techniki spalania paliw stałych w instalacjach małej mocy: Otrzymywanie użytecznej energii cieplnej w ogrzewnictwie indywidualnym i komunalnym należy rozpatrywać, podobnie jak w skali przemysłowej, jako produkcję ciepła w instalacji małej mocy, która winna podlegać rygorom oceny pod względem efektywności technicznej, ekologicznej i ekonomicznej. Produkcja ciepła użytkowego w kotłach małej mocy obejmuje trzy podstawowe elementy, decydujące o uzyskiwanej zintegrowanej efektywności techniczno-ekologiczno-ekonomicznej, to jest: paliwo, instalację spalającą -kocioł/piec/kominek oraz emitor komin, [5]. 4

5 Rys. 2. Schemat instalacji spalania małej mocy i współzależności poszczególnych jej elementów, [5]. Innowacyjność techniczna, technologiczna, produktowa w dziedzinie wytwarzania energii cieplnej dla celów bytowych, ukierunkowana na wzrost sprawności ekologicznej oraz zmniejszenie uciążliwości dla środowiska dotyczyć musi wszystkich trzech składowych systemu: paliwa, techniki jego spalania i układu odprowadzania spalin komina. Maksymalizacja sprawności energetycznej oraz minimalizacja emisji zanieczyszczeń może ona być osiągana metodami pierwotnymi, takimi jak zmiana technologii i organizacji procesu spalania, stosowanie czystszych paliw stałych, zmianę ich jakości poprzez stosowanie odpowiednich addytywów. W przypadku paliw stałych dla minimalizacji oddziaływania na środowisko konieczne jest stosowanie wtórnych metod ograniczania emisji zanieczyszczeń, zwłaszcza pyłu. Stosowane w rozproszonym indywidualnym i komunalnym ogrzewnictwie instalacje spalania węgla i biopaliw stałych można podzielić w sposób najbardziej ogólny, w zależności od techniki i organizacji procesu spalania na następujące grupy, rys. 3, [5]: technika dolnego spalania w całej objętości złoża (spalanie w przeciwprądzie); grupa tradycyjnych kotłów tzw. zasypowych i pieców małej mocy z ręcznym, okresowym dozowaniem paliwa, brakiem rygorystycznych wymagań jakościowych paliwa i w efekcie niską sprawnością energetyczną i wysoką emisją zanieczyszczeń, technika dolnego spalania w części złoża (spalanie w prądzie krzyżowym); grupa nowoczesnych kotłów tzw. zasypowych z ręcznym, okresowym dozowaniem paliwa, z systemem sterowania powietrzem spalania, a w rezultacie o wyższej sprawności energetycznej i niższej emisji zanieczyszczeń, w porównaniu do kotłów ze spalaniem w całej objętości złoża, technika górnego spalania w części złoża (spalanie we współprądzie); grupa najnowocześniejszych kotłów tzw. automatycznych z ciągłym, automatycznie regulowanym doprowadzaniem paliwa i powietrza do komory spalania. Wśród tej grupy wyróżnia się kotły retortowe oraz kotły podsuwowe, przystosowane są one do spalania kwalifikowanych sortymentów węglowych, pelet i zrębków. 5

6 Technika spalania dolnego w całej objętości złoża. A SPALINY Warstwa paliwa Piecokuchnie Piece ceramiczne Piece stałopalne Kotły komorowe Technika spalania górnego w części objętości złoża. SPALINY C POWIETRZE Technika spalania dolnego w części objętości złoża. SPALINY B Warstwa paliwa Kotły retortowe Kotły komorowe miałowe NATURALNY DOPŁYW Warstwa Warstwa paliwa paliwa DOZOWANIE PALIWA POWIETRZE Kotły komorowe POWIETRZE Rys. 3. Ogólny podział instalacji spalania małej mocy, [5]. Spalanie współprądowe znalazło zastosowanie w nowoczesnych kotłach opalanych paliwami stałymi charakteryzującymi się automatycznym, ciągłym dozowaniem paliwa, rygorystycznymi wymaganiami jakościowymi paliwa, ale jednocześnie wysoką sprawnością energetyczną i niską emisją zanieczyszczeń oraz wysokim komfortem obsługi (z okresową obsługą). Spalanie współprądowe ma także zastosowanie w kotłach zgazowujących drewno w tym przypadku mamy do czynienia ze ściśle oddzieloną wstępną komorą, w której następuje proces odgazowania/zgazowania z niedomiarem, tlenu i spalaniem gazu pirolitycznego/gazu ze zgazowania w dolnej komorze spalania. Kotły retortowe, palnikowe i podsuwowe zaliczane są do najnowocześniejszych rozwiązań technologicznych, o charakterze BAT, spalania paliw stałych w źródłach małej mocy. Badania sprawności energetycznej i ekologicznej kotłów węglowych retortowych wykazały, że w porównaniu do tradycyjnych kotłów komorowych, automatyzacja procesu spalania przyczynia się do wzrostu sprawności energetycznej średniorocznej o około 20% bezw. oraz redukcji emisji CO, VOCs, pyłu oraz B(a)P, odpowiednio o 99%, 99%, 97% i 99%, [5, 6] CO, VOC, PM [g/gj], PAHs [mg/gj], PCDD/F [ng/gj] CO, VOC, PM [g/gj], PAHs [mg/gj], PCDD/F [ng/gj] Piece 0 Kotły ręczne 0 CO VOC Kotły aut. PM (TSP) CO VOC PAHs PM (TSP) PCDD/F PAHs PCDD/F Rys.4. Wskaźniki emisji dla urządzeń grzewczych małej mocy zasilanych drewnem i węglem, [6]. Piece Kotły ręczne Kotły auto. 6

7 Nowoczesne kotły węglowe w programach PONE; Programy Realizowane w ubiegłych latach przez samorządy wielu miast i gmin programy ograniczania niskiej emisji (PONE) wykazały, że rozwiązaniem alternatywnym dla rozproszonych indywidualnych gospodarstw domowych mogą być automatycznie zasilane paliwem kotły węglowe i peletowe o sprawności energetycznej powyżej 85% opalane wysokojakościowymi paliwami kwalifikowanymi. Możliwości ograniczenia emisji zanieczyszczeń w wyniku zastosowania automatycznych kotłów węglowych w miejsce tradycyjnych kotłów węglowych zostały potwierdzone wynikami badań w warunkach terenowych w ramach pilotażowego programu PONE w Tychach w woj. Śląskim. Spadek rocznej sumarycznej emisji 4 podstawowych zanieczyszczeń z jednego źródła o mocy 25 kw wyniósł około 1200 kg, w tym redukcja emisji wyniosła dla CO, SO 2, TSP, NOx i CO 2, odpowiednio o: 94,9%, 59%, 90,6%, 15,9%, 30 %, rys. 5, [7]. Oszacowane roczne zużycie węgla uległo zmniejszeniu o około 30%, pod warunkiem, że stosowany był kwalifikowany sortyment węglowy przeznaczony do nowoczesnych kotłów retortowych. założony efekt Stan uzyskany efekt przed PONE emisja z pojedynczego obiektu, kg/a Tlenek węgla CO Dwutlenek siarki SO2 Dwutlenek azotu NO2 Pył + substancje organiczne Rys. 5. Efekt ekologiczny zastosowania węglowych kotłów retortowych w pilotażowym programie PONE w Tychach, [7]. Wdrożenie do produkcji i stosowania nowoczesnych, automatycznych konstrukcji kotłowych małej mocy zasilanych kwalifikowanym sortymentem węgla, intensywny od połowy lat 90-tych ubiegłego stulecia, rys. 6, przyczynił się wzrostu zapotrzebowania na to paliwo. Rys. 6. Przyrost mocy zainstalowanej w kotłach retortowych w latach , [3]. Prognozuje się wzrost popytu na paliwa kwalifikowane do roku 2025, na poziomie tys. ton/rok, przy pełnych możliwościach zaspokojenia tego popytu przez krajowe górnictwo, 7

8 jednocześnie nastąpi spadek na sortymenty grube, do poziomu 5 mln ton/rok, [3]. Należy także zauważyć, że wzrasta produkcja i zużycie pelet drzewnych w Polsce, paliwa do automatycznych kotłów opalanych stałymi biopaliwami, rys.7 [8] Rys. 7. Produkcja i zużycie pelet w Polsce od 2003 do 2010 roku, [8]. Podaż kwalifikowanych sortymentów węgla oraz pelet drzewnych paliwa do automatycznych kotłów grzewczych uzasadnia ich promowanie jako technicznych narzędzi do redukcji emisji z sektora komunalno-bytowego, wszędzie tam gdzie brak możliwości w stosunkowo szybkim okresie skorzystać z ciepła sieciowego oraz gazu naturalnego. Stan rynku kotłów grzewczych w Polsce; Aktualnie Polska jest liderem europejskiego rynku kotłów na paliwa stałe, zwłaszcza węglowe, z 37% udziałem, rys. 8a.,Prognoza średnioterminowa wskazuje na wzrost rynku kotłów na paliwa stałe 3% rdr do roku a) b) Rys. 8. Rynek kotłów na paliwa stałe, a) w Europie, b) wielkość rynku paliw stałych w Polsce, [9] Kotły zasypowe, czyli niskoefektywne energetycznie i ekologicznie urządzenia grzewcze notują spadek zainteresowania, począwszy od 2008 roku, co wiąże się z powolnym spadkiem sprzedaży. 8

9 Kotły retortowe zasilane odpowiednio przygotowanym paliwem węglowym (ekogroszkiem) w latach zanotowały zdecydowany wzrost zainteresowania, za którym podążyła sprzedaż. Od roku 2008 obserwowana jest stabilizacja podaży/popytu kotłów na paliwa stałe. Roczna sprzedaż kotłów małej mocy (głownie o mocy do 70kW) zasilanych paliwami stałymi w latach jest szacowana na ok. 200 tys. sztuk. Około 20 tys. sztuk to kotły opalane biomasą drzewną drewnem kawałkowym i peletami [ perspektywiczny-rynek-kotow-i-urzdze-wykorzystujcych-biomas-.html]. Kotły z automatycznym, zasilaniem komory spalania w paliwo stanowią około 17% rynku kotłów węglowych. Wśród nich dominują kotły retortowe (realizujące technikę spalania współprądowego, spełniające wymagania BAT) oraz kotły tłokowe (znane też pod nazwą podsuwowych). Jednak w dalszym ciągu kotły z ręcznym, okresowym zasilaniem w stałe paliwo stanowią znaczący udział w rynku instalacji grzewczych. W okresie ostatnich 6 lat stanowią one w Polsce około 80% udział w rynku kotłów c.o., Rys. 9. Rys. 9. Średni udział sprzedaży kotłów z ręcznym i automatycznym zasilaniem w paliwo, w okresie , [8]. Analiza aktualnej jakości rynku kotłów automatycznie zasilanych paliwem stałym pod względem spełnienia wymagań GWE według PN EN-303-5:2012; Konieczność poprawy jakości powietrza na obszarach, na których odnotowano przekroczenia jakości poziomów dopuszczalnych stężeń w powietrzu i realizowane są programy (naprawcze) ochrony powietrza (POP) oraz plany działań krótkoterminowych (PDK) wymusza wprowadzenie działań, które przyniosą oczekiwany efekt w stosunkowo krótkim czasie. Takim działaniem, wszędzie tam gdzie brak dostępu do ciepła i gazu sieciowego może być wymiana starych nieefektywnych pieców, kotłów grzewczych na kotły opalane paliwami stałymi, spełniające wymagania BAT. Stosowane kotły winny spełniać odpowiednio wysokie standardy jakościowe, zwłaszcza winny charakteryzować się niskimi wartościami emisji zanieczyszczeń, [10]. W odniesieniu do instalacji do kotłów grzewczych o mocy poniżej 1 MW brak krajowych standardów emisyjnych brak również dobrowolnych zobowiązań energetyczno-emisyjnych, tzw. ekoznakowania. Należy jednak podkreślić, że kotły grzewcze o mocy poniżej 500kW, jako produkty wprowadzane na rynek, podlegają badaniom energetyczno-emisyjnym na zgodność z odpowiednią polską normą. Obowiązująca dotychczas norma PN EN 303-5:2002 została znowelizowana. Na uwagę zwraca znaczące zaostrzenie granicznych wartości emisji zanieczyszczeń: CO, OGC (węgla organicznie związanego, pyłu). Znowelizowana norma PN EN 303-5:2012 [Kotły grzewcze Część 5: Kotły grzewcze na paliwa stałe z ręcznym i automatycznym zasypem paliwa o mocy nominalnej do 500 kw. Terminologia, wymagania, badania i oznakowanie] rozróżnia 3 klasy kotłów w zależności od osiąganej sprawności energetycznej oraz 9

10 wartości stężeń CO, OGC i pyłu. Kotły spełniające wymagania klasy 5 należy zaliczyć do grupy kotłów grzewczych spełniających wymagania najlepszych dostępnych technologii/technik (BAT). Tabela 1. Standardy emisyjne dla kotłów grzewczych o mocy poniżej 0,5MW, wg PN EN-303-5:2012 Graniczne wartości emisji, GWE PALIWO Nominalna moc cieplna w kw mg/m 3 przy 10 % O 2 * 1 CO OGC* 2 pył Klasa Klasa Klasa Załadunek ręczny > 50 do Biopaliwo >150 do Paliwo > 50 do kopalne >150 do Załadunek automatyczny > 50 do Biopaliwo >150 do Paliwo > 50 do kopalne >150 do * 1 odniesiona do spalin suchych, 0 C, 1013 mbar; * 2 zawartość węgla organicznie związanego, określana często jako zawartość lotnych związków organicznych. Przeprowadzono analizę dostępnych na polskim rynku kotłów pod kątem wymagań wymienionej normy PN EN-303-5:2012, rys Analiza wykazała, że znacząca część populacji kotłów węglowych z automatycznym zasilaniem w paliwo dostępna na rynku spełnia wymagania klasy 3 i 4, zarówno w zakresie sprawności energetycznej, jak i dopuszczalnych wartości stężeń CO, OGC i pyłu całkowitego (w spalinach suchych o zawartości 10% O 2 ), rys ,0 95,0 90,0 η (retorta) [%] sprawmość kotłów η [%] 85,0 80,0 75,0 η (tłok) [%] klasa 3 wg klasa 4 wg ,0 klasa 5 wg ,0 60, moc kotłów Rys. 10. Sprawność energetyczna kotłów węglowych z automatycznym zasilaniem w paliwo, [9]. 10

11 100,0 95,0 sprawmość kotłówη [%] 90,0 85,0 80,0 75,0 70,0 η [%] klasa 3 wg klasa 4 wg klasa 5 wg ,0 60, moc kw Rys. 11. Sprawność energetyczna kotłów peletowych, [9] emisja CO [mg/ m 3 ] przy 10%O CO (retorta) [mg/m3] CO (tłok) [mg/m3] klasa 3 EN 303-5:2012 klasa 4 EN 303-5:2012 klasa 5 EN 303-5:2012 wymagania Ecodesign Rys. 12. Emisja CO ze spalania węgla w kotłach z automatycznym zasilaniem w paliwo, [9]. moc KW emisja CO[mg/m 3 ] przy10%o CO [mg/m3] klasa 3 klasa 4 klasa moc kw Rys.13. Emisja CO z grzewczych kotłów peletowych, [9]. 11

12 120 emisja OGC [mg/m 3 ] przy 10%O OGC (retorta) [mg/m3] OGC (tłok) [mg/m3] klasa 3 EN 303-5:2012 klasa 4 EN 303-5:2012 klasa 5 EN 303-5:2012 wymagania Ecodesign moc kotłów Rys. 14. Emisja OGC ze spalania węgla w kotłach z automatycznym zasilaniem w paliwo, [9] emisja OGC [mg/m 3 ] przy 10%O OGC [mg/m3] klasa 3 klasa 4 klasa moc kw Rys. 15. Emisja OGC z kotłów peletowych, [9] emisja PM [mg/m 3 ] przy 10%O PM (retorta) [mg/m3] PM (tłok)[mg/m3] klasa 3 EN 303-5:2012 klasa 4 EN 303-5:2012 klasa 5 EN 303-5:2012 wymagania Ecodesign protokół LRTAP moc kw Rys. 16. Emisja PM ze spalania węgla w kotłach z automatycznym zasilaniem w paliwo, [9] 12

13 emisja PM[mg/m 3 ] przy 10%O PM[mg/m3] klasa 3 klasa 4 klasa moc kw Rys. 17. Emisja PM z kotłów grzewczych opalanych peletami, [9]. Emisja pyłu z kotłów opalanych paliwami stałymi stanowi problem. Będzie ona zawsze występować, niezależnie od zastosowanej technologii spalania, z uwagi na zawartość substancji mineralnej w paliwie stałym. Zdecydowanie wyższą średnią zawartością substancji mineralnej charakteryzuje się węgiel w porównaniu do biomasy, zwłaszcza do pelet drzewnych. Spełnienie wymagań określonych dla Klasy 5 kotłów grzewczych wg PN EN303-5:2012 będzie możliwe pod warunkiem stosowania paliwa stałego - pelet oraz kwalifikowanych sortymentów węglowych o odpowiedniej jakości, w tym odpowiednim rozmiarze ziarna paliwa i zawartości popiołu. W przypadku stosowania paliwa o wyższej zawartości popiołu lub większym udziale drobnoziarnistej frakcji/podziarna konieczne będzie stosowanie urządzeń odpylających. Norma produktowa PN EN303-5:2012 dla kotłów grzewczych o mocy do 500kW [Kotły grzewcze Część 5: Kotły grzewcze na paliwa stałe z ręcznym i automatycznym zasypem paliwa o mocy nominalnej do 500 kw Terminologia, wymagania, badania i oznakowanie] nie zawiera wymagań odnośnie dopuszczalnych, granicznych wartości emisji NOx. Należy podkreślić, że prowadzone od wielu lat w Polsce badania kotłów z automatycznym zasilaniem paliwem węglowym potwierdzają wyższą emisję NOx w porównaniu do kotłów ręcznie zasilanych paliwem stałym oraz do kotłów opalanych stałymi biopaliwami. Waha się ona średnio od mg/m 3, rys.18. emisja NOx [mg/m 3 ] przy 10%O moc kotłów NOx (retorta) [mg/m3] NOx (tłok) [mg/m3] wymagania Ecodesign Rys. 18. Emisja NOx z kotłów węglowych z automatycznym zasilaniem w paliwo, [10]. 13

14 Stałe paliwa charakteryzują się średnio 2-krotnie wyższą zawartością azotu i około 2-krotnie niższą zawartością części lotnych w porównaniu do stałych bio-paliw. Nieliczne badane jednostki uzyskują wartości emisji NOx około 200 mg/m 3, ale zazwyczaj emisji CO, OGC jest znacząco wyższa od GWE dla klasy 5. Dlatego też GWE dla NOx nie powinna być niższa niż 400/350mg/m 3 (w warunkach normalnych dla 10% O 2 w spalinach), w odniesieniu do kotłów opalanych stałym paliwem kopalnym, które powinny być promowane w ramach PONE. Reasumując, aktualny stan jakości energetyczno-emisyjnych kotłów grzewczych opalanych stałymi paliwami kopalnymi i biopaliwami wskazuje na zasadność i celowość ich promowania dla przedsięwzięć realizowanych w ramach PONE, wszędzie tam gdzie nie ma możliwości wyeliminowania niskoefektywnych energetycznie i wysokoemisyjnych urządzeń grzewczych opalanych paliwami stałymi na rzecz scentralizowanego lokalnego źródła ciepła, ciepła sieciowego lub kotła gazowego korzystającego z sieci gazu naturalnego. Warunkiem instalowania kotłów spełniających wymagania BAT jest stosowanie kwalifikowanych sortymentów węglowych oraz pelet o odpowiedniej jakości. Na rynku dostępne są automatycznie zasilane kotły węglowe oraz kotły peletowe produkcji krajowej, spełniające także wymagania klasy 5, gdzie wartości GWE dla CO, OGC i pyłu wynoszą odpowiednio: 500 mg/m 3, 20 mg/m 3 i 40 mg/m 3. Wtórne metody redukcji emisji zanieczyszczeń, zwłaszcza pyłu ze źródeł spalania paliw stałych o mocy poniżej 1 MW; Ograniczenia techniczne w przypadku instalacji spalania malej mocy, związane z charakterystyką źródła emisji wynikają przede wszystkim ze skali urządzeń. Sprawiają one, że brak jest uzasadnienia dla zastosowania technik oczyszczania gazów odlotowych powszechnie spotykanych w instalacjach o większej mocy np. w sektorze energetyki zawodowej. Ograniczenia techniczne są ściśle powiązane w tym przypadku z aspektami ekonomicznymi tj. kosztami inwestycyjnymi i eksploatacyjnymi urządzeń oczyszczania spalin, akceptowalnymi z punktu widzenia indywidualnego użytkownika instalacji. Nie bez znaczenia jest istotny czynnik ludzki w znaczącym stopniu limitujący warianty konstrukcyjne ze względu na wymóg prostej i nieuciążliwej obsługi. Biorąc powyższe pod uwagę koniecznym wydaje się dostosowanie znanych technologii oczyszczania spalin z instalacji małej mocy, do ich szczególnej charakterystyki. Spośród typowych rozwiązań technicznych odpylaczy stosowanych w energetyce zawodowej i przemysłowej, w przypadku kotłów grzewczych małej mocy opalanych paliwami stałymi spotyka się, przede wszystkim, następujące rozwiązania, [11]: filtry tkaninowe, elektrofiltry, wysokosprawne odpylacze cyklonowe. Filtry tkaninowe Filtry tkaninowe, obok elektrofiltrów, są najpowszechniej stosowanymi rozwiązaniami technicznymi ograniczającymi emisje pyłów w sektorze energetyki zawodowej. Charakteryzują się jednak one znacznymi oporami przepływu, co wpływa na charakterystyczne dla tych urządzeń wysokie koszty eksploatacyjne. Jest to główna przyczyna, dla której rozwiązania te nie znalazły powszechnego zastosowania w instalacjach spalania małej mocy. Elektrofiltry: Odpylacze dedykowane dotychczas do instalacji spalania małej mocy oferowane na krajowym rynku to produkty pochodzące przede wszystkim z importu, głównie z Niemiec i Austrii. Te wysokosprawne urządzenia odpylające, o stosunkowo niskich kosztach eksploatacyjnych instalowane przy urządzeniach spalania małej mocy występują w następujących wariantach konstrukcyjnych, jako aparaty instalowane: 14

15 bezpośrednio za czopuchem urządzenia grzewczego na końcu przewodu kominowego Rezultatem badań prowadzonych w tej dziedzinie na Politechnice Śląskiej, we współpracy z firmą TECH Sterowniki, Andrychów oraz RUFTEC A.G. (Niemcy, Austria, Szwajcaria), jest typoszereg prototypowych elektrofiltrów dla kotłów grzewczych opalanych paliwami stałymi, w tym biomasą o mocy do 100 kw. W pilotażowych zastosowaniach uzyskano sprawność ogólną powyżej 60%, z koncentracją stężenia pyłu poniżej 40 mg/m 3 (w warunkach umownych 10% O 2, wg PNEN-303-5:2012), rys. 19, [11], a) b) Rys.19. Prototypowy elektrofiltr zainstalowany w instalacji opalanej biomasą: a) o mocy <100kW, Politechnika Śląska we współpracy z firmą TECH Sterowniki, Andrychów, METALERG Oława; b) urządzenia grzewcze o mocy do 25 kw, w tym opalane biomasą, Politechnika Śląska we współpracy z firmą TECH Sterowniki, Andrychów oraz RUFTEC A.G. (Niemcy, Austria, Szwajcaria), [11]. Wysokosprawne cyklony: Są to rozwiązania o stosunkowo niskich kosztach eksploatacyjnych, charakteryzują się jednak również najniższą skutecznością odpylania. Ich stosowanie wydaje się ograniczone wyłącznie do urządzeń zasilanych węglem kamiennym bądź brunatnym. Prowadzone w tym zakresie badania w Politechnice Śląskiej zaowocowały zgłoszeniem patentowym (P ) i wdrożeniem innowacyjnego odpylacza odśrodkowego w modułowej instalacji wytwarzania energii cieplnej z paliw stałych, głównie z węgla produkcji firmy BUD- KOT, przeznaczonej dla rozproszonych źródeł zainstalowanych w sektorze ogrodnictwa, specjalistycznego rolnictwa oraz małych i średnich przedsiębiorstw z różnych branż gospodarczych, rys. 20, [11]. Rys. 20. Innowacyjny odpylacz odśrodkowy w modułowej instalacji wytwarzania energii cieplnej z paliw stałych, głównie z węgla produkcji firmy BUD-KOT, [11]. 15

16 Zastosowanie odpylacza zapewniło dotrzymanie wymagań standardu emisji pyłu poniżej 100 mg/m 3 u (dla stanu odniesienia 6% O 2 ), zgodnie z Rozporządzeniem Ministerstwa Środowiska z dnia Dz.U. nr 98 poz. 558 oraz jego planowaną nowelizacją: Biorąc powyższe pod uwagę stwierdzić można, iż skutecznymi rozwiązaniami w zakresie ograniczenia emisji z instalacji spalania małej mocy są odpylacze odśrodkowe typu cyklonowego i elektrofiltry. Osiągnięcie założonych wartości GWE pyłu w klasie 5 kotłów grzewczych o mocy poniżej 0,5MW (wg PNEN-303-5:2012) możliwe jest poprzez zastosowanie przede wszystkim filtrów tkaninowych i elektrofiltrów, przy czym ze względu na koszty oraz łatwość instalacji i użytkowania, te ostatnie winny być opcją preferowaną. Wymienione metody z technicznego punktu widzenia stanowią rozwiązania typu najlepsza dostępna technika (Best Available Technique BAT), gwarantujące spełnienie coraz wyższych wymogów energetycznoemisyjnych stawianych przed instalacjami spalania małej mocy (EN303-5:2012, Dyrektywa 2009/125/EC). Należy podkreślić, że metody wtórne redukcji emisji pyłu podnoszą koszty inwestycyjne o około od 20 do 40%. 4. Propozycja pozatechnicznych narzędzi dla ograniczenia niskiej emisji ze źródeł obszarowych Eliminacja niskiej emisji ze źródeł obszarowych z instalacji spalania paliw stałych małej mocy (SCIs) w sektorze komunalno-bytowym, w sektorze usług, rolnictwie, leśnictwie, przemyśle wyposażonych w kominy o wysokości nie wyższej niż 40 m, wymaga wielokierunkowych działań: technicznych, pozatechnicznych oraz edukacyjno szkoleniowych. Do metod technicznych należy zaliczyć: zmniejszenie zapotrzebowania na ciepło budownictwa mieszkalnego (termomodernizacja), wykorzystanie sieci ciepłowniczych, substytucję paliwową - zastąpienie węgla gazem i/lub OZE, wymianę starych nieefektywnych energetycznie i ekologicznie węglowych pieców i kotłów na kotły grzewcze spełniające wymagania najlepszych dostępnych technik spalania paliw stałych (BAT) oraz stosowanie odpowiedniej jakości paliw węglowych i stałych biopaliw pochodzenia drzewnego. Stosowanie odpowiednich metod oczyszczania spalin, zwłaszcza odpylania należy zaliczyć również do metod technicznych. Eksploatacja najnowocześniejszych kotłów grzewczych opalanych paliwami stałymi, spełniających wymagania BAT, nie da oczekiwanych rezultatów redukcji niskiej emisji w długofalowym okresie, jeżeli nie będzie powiązana z zastosowaniem pozatechnicznych narzędzi: standaryzacją jakości paliw stałych stosowanych w sektorze komunalno-bytowym umożliwiających ich kontrolę, obligatoryjnymi standardami emisji zanieczyszczeń z instalacji małej mocy, dobrowolnymi zobowiązaniami energetyczno-emisyjnymi kotłów grzewczych dla ich promowania w ramach programów PONE Standaryzacja kwalifikowanych sortymentów węglowych propozycja Wprowadzenie wymagań jakościowych dla paliw stałych węgla i stałych biopaliw jest bezwarunkowo niezbędne. Nastąpiłaby wówczas całkowita eliminacja z rynku detalicznego paliw węglowych poza sortymentowych mułów, miałów (przeznaczonych dla ciepłownictwa zawodowego i energetyki zawodowej), a w przypadku stosowania kotłów z automatycznym zasilaniem paliwa węglowego i pelet drzewnych zapewnienie dotrzymania parametrów energetyczno-emisyjnych określonych wymaganiami techniki BAT. Normy jakościowe dla stałych paliw winny zawierać kryteria odnośnie uziarnienia (w tym udział podziarna), wartości opałowej w stanie roboczym, zawartości wilgoci, popiołu, siarki, azotu, chloru, rtęci oraz innych parametrów technologicznych jak: zawartość części lotnych, temperatura mięknienia popiołu, gęstość nasypową i wytrzymałość mechaniczną. Poniżej przedstawiono propozycję standaryzacji 16

17 jakości paliw stałych węglowych dla sektora komunalno-bytowego. Kotły z automatycznym dostarczaniem paliwa do paleniska retortowe, podsuwowe; w kotłach z automatycznym załadunkiem paliwa do komory spalania winny być stosowane węgle typu 31 lub 32.1, jako sortymenty kwalifikowane, płukane o uziarnieniu zależnym od typu paleniska lub ich mieszanki, tab.2. Tabela 2. Parametry jakościowe węgla dla kotłów z automatycznym zasilaniem w paliwo, [12]. Parametr Symbol Jednostka Zakres Optymalny Typ węgla n.d. n.d. 31; 32,1 n.d. Wartość opałowa, Q r i MJ/kg Zawartość wilgoci, % W r t % Zawartość popiołu, A r % Zawartość części lotnych V daf % > 28 > 28 Zawartość siarki S a t % < 1,0 0,6 Zawartość chloru Cl a % < 0,3 0,15 Zawartość rtęci Hg ppm < 0,05 0,02 Zdolność spiekania RI n.d. < 20 < 10 Temperatura spiekania popiołu a) t S C > 900 > 1100 Temperatura mięknienia popiołu a) t A C 1200 > 1250 Uziarnienie n.d. mm ), 3) ) Udział podziarna <5,0 mm n.d. % 5 3 1) dla kotłów retortowych o mocy powyżej 100 kw 5 31 mm, 2) dla kotłów retortowych o mocy powyżej 100 kw 8 31 mm, 3) dla kotłów podsuwowych 1 31 mm; a) parametr mierzony w warunkach redukcyjnych. Paleniska komorowe ręczne dostarczanie paliwa do paleniska; w kotłach z ręcznym załadunkiem paliwa stosowane są węgle typu 31 lub 32 w sortymentach: groszek, orzech I i orzech II. Należy także rozważyć docelowo wprowadzenie wymagań odnośnie zawartości metali ciężkich w węglu (As, Cd, Pb, Cu, Hg, Ni, Zn), podobnie jak w przypadku pelet (PN EN 14961), tab.3. Tabela 3. Parametry jakościowe węgla dla kotłów z ręcznym załadunkiem paliwa do paleniska; [12] Parametr Symbol Jednostka Zakres Optymalny Typ węgla n.d. n.d. 31, 32, n.d. 38, 41 Wartość opałowa, Q r i MJ/kg Zawartość wilgoci, % W r t % Zawartość popiołu, A r % Zawartość części lotnych V daf % > 28 > 28 Zawartość siarki S a t % < 1,0 0,6 Zawartość chloru Cl a % < 0,3 0,2 Zawartość rtęci Hg ppm < 0,08 0,05 17

18 Zdolność spiekania RI n.d. < 35 < 20 Temperatura spiekania popiołu a) t S C > 900 > 1000 Temperatura mięknienia popiołu a) t A C 1200 > 1250 Uziarnienie n.d. mm , ) Udział nadziarna n.d. % 5 3 Udział podziarna n.d. % 10 4) 3 Udział podziarna 6,3-0 mm n.d. % 2 0 1) groszek: 8 31,5 mm, w tym groszek I: 16 31,5 mm i groszek II: 8 20 mm, 2) orzech I: mm, 3) orzech II: mm, 4) zawartość podziarna dla orzecha I i II 8%; wg. wg PN-82/G (w części dotyczącej węgla energetycznego); a) parametr mierzony w warunkach redukcyjnych. W przypadku pelet drzewnych winna obowiązywać norma jakościowa PN EN Paliwa stałe węglowe, stałe biopaliwa winny posiadać certyfikat jakościowy wydany przez laboratorium badawcze posiadające stosowny certyfikat PCA (Polskiego Centrum Akredytacji) dla produktu, którego jakość deklaruje jego producent, a który został zgłoszony do certyfikacji w tymże laboratorium. Certyfikat winien mieć ważność okresową np. 3 lata. Każda partia wprowadzana do obrotu przez producenta powinna być potwierdzona przez jego laboratorium. Wymagania winny być wprowadzone odpowiednim aktem prawnym Ministerstwa Środowiska, powiązanym z Ustawą Prawo Ochrony Środowiska (artykuł 96 dot. jakości paliw, aktualnie dotyczy tylko paliw ciekłych ). Wzorem takiego aktu prawnego może być Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 9 grudnia 2008 r. w sprawie wymagań jakościowych dla paliw ciekłych (Dz. U. Nr 221, poz. 1441) wraz ze zmianą z dnia 2 lutego 2012 r. Sposób kontroli jakości kwalifikowanych paliw stałych (stałych biopaliw, węgla), zwłaszcza węglowych winien być oparty o system stosowany dla paliw ciekłych określony w Ustawie o systemie monitorowania i kontrolowania jakości paliw; Dz.U. z 2006 nr 169 poz Brzmienie od 10 sierpnia 2011, ( Konieczne jest również wprowadzenie administracyjnego zakazu dystrybucji mułów, flotów węglowych i miałów niekwalifikowanych na rynku paliw dla sektora komunalno-bytowego. Standaryzacja emisji zanieczyszczeń ze źródeł spalania paliw stałych o mocy <1MW Obligatoryjne krajowe uregulowania; Jak wspomniano powyżej, polskie uregulowania prawne w zakresie standardów emisji z instalacji spalania paliw nie zawierają wymagań dotyczących dopuszczalnych wartości emisji pyłu i innych zanieczyszczeń z instalacji spalania paliw stałych, o mocy poniżej 1MWth [Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 22 kwietnia 2011 r. w sprawie standardów emisyjnych z instalacji, Dz. U. Nr 95/2011 r., poz. 558]. Projekt nowelizacji tego rozporządzenia z dnia zakłada objęcie wymaganiami instalacje spalające paliwa stałe poniżej 1MW ale powyżej 0,5MW, GWE emisji NOx wynosi 400 mg/m 3, a dla pyłu całkowitego 400 mg/m 3 (w warunkach standardowych przy 6% O 2 w spalinach). Planowane do wprowadzenia GWE wynoszą odpowiednio: 290 mg/m 3 i 75 mg/m 3, w przeliczeniu na stan odniesienia 10% O 2 w spalinach, w warunkach normalnych. Należy zauważyć, że obowiązujące w wielu krajach UE krajowe, obligatoryjne wymagania dla instalacji spalania paliw stałych o mocy poniżej 0,5MW lub poniżej 1MW przyjmują jako stan odniesienia 10% lub 11% O 2 w spalinach, w warunkach normalnych, (Niemcy, Austria, Włochy, Dania, Irlandia, Czechy). 2, 3) 18

19 Instalacje spalania paliw stałych o tak małej mocy pracują z większym nadmiarem tlenu w stosunku do stechiometrycznego jego zapotrzebowania, w porównaniu do instalacji przemysłowych. Dlatego też konieczne jest rozważenie wprowadzenia dla instalacji poniżej 1MW standardów GWE odniesionych do zawartości tlenu 10%. Projekt znowelizowanego Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 22 kwietnia 2011 r. jest aktualnie w trakcie dyskusji, z której wynika, że standardy emisji dla instalacji spalania paliw stałych o mocy >0,5MW<1MW obowiązywać będą od 1 stycznia 2016 roku Celowym jest także wprowadzenie obligatoryjnych standardów emisji dla instalacji spalania paliw stałych o mocy poniżej 0,5 MW, wzorem krajów UE, oraz ich zharmonizowanie z wymaganiami znowelizowanej normy PN EN-303-5:2012 [Kotły grzewcze Część 5: Kotły grzewcze na paliwa stałe z ręcznym i automatycznym zasypem paliwa o mocy nominalnej do 500 kw. Terminologia, wymagania, badania i oznakowanie], tabela 1. Takie podejście ma uzasadnienie i będzie spójne z aktualnie prowadzonymi pracami nad ostatecznym kształtem wymagań Dyrektywy eko-produktowej 2005/32/EC dla kotłów opalanych paliwami stałymi o mocy poniżej 1MW (Working Document on Possible Ecodesign and Energy Labelling Requirements for solid fuel boilers, [13]). Wprowadzanie standardów emisji, odniesionych do standardowych warunków przy 10% zawartości tlenu, winno być wprowadzane stopniowo. Aktualny stan techniki i technologii spalania paliw stałych w kotłach grzewczych oraz możliwości instalowania systemów oczyszczania spalin (pkt. 3.) pozwala na zaproponowanie wprowadzenia następujących wartości standardów emisyjnych dla urządzeń o mocy do 500kW w okresie najbliższych 7 lat; klasa 3 od stycznia 2014/2015 roku, klasa 4 od 2017 roku i klasa 5 od roku Tabela 4. Propozycja GWE dla instalacji spalania o mocy poniżej 0,5MW, wymag, wg PNEN-303-5:2012 Graniczne wartości emisji PALIWO Nominalna moc cieplna w kw mg/m 3 przy 10 % O 2 * 1 CO OGC* 2 pył Klasa Klasa Klasa Załadunek ręczny > 50 do Biopaliwo >150 do Paliwo > 50 do kopalne >150 do Załadunek automatyczny > 50 do Biopaliwo >150 do Paliwo > 50 do kopalne >150 do * 1 odniesiona do spalin suchych, 0 C, 1013 mbar; * 2 zawartość węgla organicznie związanego, podawana jako zawartość pierwiastka C (węgla) w suchych spalinach. 19

20 Dobrowolne zobowiązania ekoznakowanie; Jednym z narzędzi w zakresie ograniczania emisji zanieczyszczeń z sektora stosowanych w programach ograniczania niskiej emisji PONE, jest stosowanie tzw. dobrowolnych zobowiązań energetyczno-emisyjnych ekoznakowanie kotłów grzewczych opalanych paliwami stałymi. Finansowy program motywacyjny promujący niskoemisyjne kotły opalane paliwami stałymi wszędzie tam, gdzie brak możliwości podłączenia do sieci ciepłowniczych, lokalnych kotłowni czy brak jest dostępu do gazu sieciowego winien być powiązany ze stosowaniem dobrowolnych zobowiązań energetyczno-emisyjnych. System ten stosowany jest w wielu krajach Niemcy (wymagania BAFA, Blue Angel), Austria, kraje skandynawskie, Czechy, [14]. W Polsce w roku 1999 wprowadzono tzw. Świadectwa na znak bezpieczeństwa ekologicznego (tzw. zielone jabłuszko ) dla kotłów opalanych węglem, opracowane w ICHPW, które były stosowane w ramach PONE i tzw. Programu Szwajcarskiego, dofinansowywanych przez WFOSiGW w Katowicach oraz gminy województwa śląskiego, [15]. Kryteria te opracowano w okresie, gdy nie obowiązywała norma PN EN 303-5:2002 i zawierały one oznaczanie takich parametrów emisyjnych, jak: tlenek węgla (CO), tlenki azotu (NOx), pył, TOC (całkowita substancja organiczna zawarta w emitowanych spalinach), benzo(a)pirenu oraz 16 węglowodorów wg EPA. Wartości tych kryteriów zostały znowelizowane w roku 2006 przez IChPW, [16]. Wykonana analiza stężeń TOC, 16 WWA i benzo(a)pirenu w spalinach dla różnych typów kotłów wykazała są one wprost proporcjonalne do stężenia OGC w spalinach, dla danej konstrukcji/techniki spalania, [17]. Oznaczanie TOC oraz 16 WWA wymaga zastosowania pracochłonnej procedury zanieczyszczeń wydzielonych ze spalin nie jest możliwe oznaczanie w trybie on-line w trakcie pracy kotła, jak w przypadku OGC. Producenci kotłów chcąc posiadać Świadectwa na znak bezpieczeństwa ekologicznego oraz certyfikat na zgodność z normą PN EN 303-5:20012 muszą ponosić wysokie nieuzasadnione koszty. Dlatego też w wyniku przeprowadzonej analizy i dyskusji wśród członków Platformy PPUGPS PIE proponuje się w programach PONE objętych dofinansowaniem promować kotły grzewcze opalane paliwami stałymi kwalifikowanymi sortymentami węglowymi oraz stałymi biopaliwami, spełniające wymagania Klasy 5 wg PN EN 303-5:20012, tab. 5. Rozważyć można uwzględnienie parametru emisji tlenków azotu, wzorem Austrii czy W. Brytanii, które są standardowo oznaczane w trakcie testowania kotłów, brak jednak wymagań w tym zakresie w normie PN EN 303-5:2012 (chociaż jest zalecenie oznaczania NOx). W przygotowywanych wymaganiach dyrektywy ekoprojektowanie w odniesieniu do kotłów na paliwa stałe uwzględniono wymagania granicznych wartości emisji NOx, [13]. Tabela 5. Propozycja granicznych wartości emisji zanieczyszczeń (GWE 1) ) oraz sprawność energetyczna kotłów c,o, opalanych paliwami stałymi o mocy do 500 kwth, instalowanych w ramach PONE Wyszczególnienie Klasa 5, wg PN-EN-303-5:2012 Jednostki Sprawność, η 2) 85 % NOx jako NO 2 400, 350 4) mg/m 3 Pył całkowity (TSP) 40 mg/m 3 CO 500 mg/m 3 OGC 3) 20 mg/m 3 1) GWE w mg/m 3 przy 10 % O 2, odniesione do spalin suchych, 0 C, 1013 mbar. OGC; 2) sprawność wyznaczona dla obciążenia 100% mocy nominalnej kotła, zgodnie z PN EN 303-5:2012; 3) udział niespalonych substancji organicznych w postaci gazowej wykazany jako węgiel organiczny związany, zgodnie PN EN 303-5:2012; 4) po 4 latach od wprowadzenia Dyrektywy ekoprojektowanie. 20

21 Kryteria te uwzględniają najlepsze dostępne na rynku techniki spalania BAT w konstrukcjach kotłów c.o. z automatycznym załadunkiem paliwa (o mocy do 500 kw, a właściwie do 1000kW). Tylko kotły z automatycznym, ciągłym zasilaniem paliwem stałym komory spalania lub tzw. kotły zgazowujące stałe biopaliwa, spełniające wymagania Klasy 5 pozwolą na radykalne ograniczenie emisji pyłu i BaP z indywidualnych palenisk na obszarach przekroczeń ich stężeń, określonych w dyrektywie CAFE. Podsumowanie Przedstawiona analiza aktualnego stanu techniki i technologii spalania paliw stałych w kotłach grzewczych, ich jakości energetyczno-emisyjnej oraz pozycji na rynku urządzeń grzewczych, a także rynku kwalifikowanych stałych paliw dla sektora komunalno-bytowego uzasadnia zaproponowanie wprowadzenia odpowiednich uregulowań w Polsce dla ograniczenia emisji z sektora komunalno-bytowego. Proponowane kryteria winny być ujednolicone dla obszaru całego kraju w realizowanych programach PONE, zwłaszcza w aktualnie uruchamianym strategicznym programie NFOŚiGW KAWKA, [18]. Winny stać się podstawą do kontroli efektów realizacji PONE, dla obszarów pozbawionych sieci ciepłowniczych. System dobrowolnych zobowiązań dla kotłów grzewczych opalanych paliwami stałymi spełniających wymagania BAT oraz objęcie emisji zanieczyszczeń z kotłów o mocy 1MW, wspólnie z wprowadzonymi kryteriami jakości kwalifikowanych paliw stałych i ich kontrolą, winien przyczynić się do poprawy jakości powietrza oraz do spełnienia wymagań dyrektywy CAFE w zakresie dopuszczalnych stężeń TSP, PM10, PM2.5. Przedstawione kryteria winny stanowić podstawę do wprowadzenia ogólnokrajowego systemu etykietyzacji w zakresie wzorem niemieckiego systemu nadzorowanego przez Niemiecką Federalną Agencją Ochrony Środowiska oraz Ministerstwo ds. Gospodarki i Kontroli Eksportu oraz Instytut Zapewnienia Jakości i Etykietowania Produktów (RAL Deutsches Institut für Gütesicherung und Kennzeichnung e.v, BAFA Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle). Jednocześnie wdrożenie i stosowanie przedstawionych powyżej narzędzi pozatechnicznych na rzecz poprawy jakości powietrza przyczyni się do rozwoju innowacyjności i konkurencyjności polskiej branży gospodarczej produkującej kotły grzewcze oraz do umocnienia jej pozycji lidera na rynku europejskim. Przyczyni się także do rozwoju produkcji stałych biopaliw i kwalifikowanych paliw węglowych oraz wzrostu innowacyjności w dziedzinach techniki związanej ze wzrostem efektywności energetycznej i ochroną środowiska w sektorze komunalnobytowym. Inwestycje w obszarze ochrony środowiska, dofinansowane ze źródeł publicznych, winny uwzględniać warunkowość korzystania oraz zawierać narzędzia kontroli dotrzymania tych warunków. Stosowanie dobrowolnych zobowiązań energetyczno-emisyjnych dla kotłów grzewczych opalanych paliwami stałymi winno być uwzględnione w przygotowywanych programach ograniczania emisji, w tym w Programie KAWKA wdrażanym przez NFOŚiGW. Literatura: 1. Raport Krajowy Bilans Emisji SO 2, NOx, CO, NMLZO, NH 3, pyłów, metali ciężkich i TZO za lata w układzie klasyfikacji SNAP i NFR, Warszawa, kwiecień 2012; 2. Stan środowiska w Polsce, Sygnały 2011 Główny Inspektorat Ochrony Środowiska, Warszawa L. Kurczabiński, Spotkanie PPUGPS, Ministerstwo Środowiska, Warszawa K. Kubica, Spalanie mułów węglowych w źródłach małej mocy poważnym zagrożeniem dla zdrowia ludzi i środowiska Koniecznie wycofać; Ekologia, str 13-14, 1/65/2013, ISSN

22 5. K. Kubica; Rozdział 7: Zanieczyszczenia środowiska powodowane termicznym przetwarzaniem paliw i biomasy i rozdział 8: Przemiany termochemiczne węgla i biomasy w Termochemiczne Przetwórstwo Węgla i Biomasy; str , ISBN , Copyright by IChPW and IGSMiE PAN; Zabrze-Kraków; K. Kubica, et al.., Chapter of Emission Inventory Guidebook Small Combustion Installations, TFEIP 2004 (nowel. 2009) 7. K. Kubica, at al..; Ecological effects of programme on low level emission reduction, in case of Tychy town, 5th ISC Air protection in theory and practice Zakopane 19-21st of October E. Wach; Stan aktualny i perspektywy produkcji w Polsce standaryzowanych biopaliw stałych; Seminarium Spalanie paliw stałych w instalacjach małej mocy, Politechnika Śląska, Gliwice, września 2011r. 9. M. Najgeburska-Dziubeła, K. Kubica; Aktualny stan jakości krajowych kotłów małej mocy na paliwa stałe (węgiel, biomasa), w aspekcie spełnienia wymagań uregulowań prawnych; Spotkanie PPUGPS, Ministerstwo Środowiska, Warszawa K. Kubica; Czyste spalanie paliw stałych węgla i biomasy w instalacjach małej mocy. Stan aktualny i przyszłość w świetle strategii czystszego powietrza, Spotkanie PPUGPS, Ministerstwo Środowiska, Warszawa R. Kubica: Nowoczesne układy odpylania dla instalacji spalania małej mocy opalanych paliwami stałymi, węglem i biomasą, Spotkanie PPUGPS, Ministerstwo Środowiska, Warszawa K. Kubica, L. Kurczabiński, K. Włodarczyk; Propozycja kryteriów jakościowych dla kwalifikowanych paliw węglowych dla sektora komunalno-bytowego; Polska Izba Ekologii, Katowice 15, styczeń 2013, A. Guzowski; Wdrażanie dyrektywy 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów ekoprojektu dla kotłów opalanych paliwami stałymi; Spotkanie PPUGPS, Ministerstwo Środowiska, Warszawa Mudgal S., Turunen L., Roy N., Stewart R., Woodfield M., Kubica K., Kubica R.; Preparatory Studies for Eco-design Requirements of EuPs (II) Lot 15 Solid Fuel Small Combustion Installations; Contract N TREN/D3/ /Lot15/2007/S K. Kubica; Kryteria emisyjne na "znak bezpieczeństwa ekologicznego" kotłów małej mocy na paliwa stałe; IChPW, Zabrze 1999; Ekoprofit nr 1 (61)/2002, Katowice, Kryteria emisyjne na "znak bezpieczeństwa ekologicznego" kotłów małej mocy na paliwa stałe; IChPW, Zabrze, sierpień 2006; K. Kubica; Task 1.2 Test standards EuP Preparatory Study Lot 15 Solid Fuel Small Combustion Installations; Lot 15 stakeholder meeting, European Commission, Brussels, 3rd March, R. Głaz; Działania Ministerstwa Środowiska Na Rzecz Poprawy Jakości Powietrza; Spotkanie PPUGPS, Ministerstwo Środowiska, Warszawa