Dr inż. Maciej Chorzelski

Transkrypt

1 Jak spalać paliwa stałe i nie szkodzić środowisku. Kotły spełniające wymagania Dyrektywy Unijnej (Ekoprojektu) Dr inż. Maciej Chorzelski Zakład Systemów Ciepłowniczych i Gazowniczych Warszawa 1

2 1. Źródła ciepła w niewielkich budynkach. Źródła ciepła to: - piece: wykorzystują ciepło w sposób bezpośredni, akumulują ciepło i je oddają; - kominki: podobnie jak piece, większy udział ogrzewania przez promieniowanie (szyba, otwarte palenisko); - kotły: odbierają ciepło z paleniska i oddają do nawet odległych pomieszczeń, poprzez system rurociągów i grzejników, wykorzystujących jako nośnik ciepła wodę (lub inną ciecz) Warszawa 2

3 2. Spalanie i paliwo Utlenianie przebiegające szybko, ze znacznym wzrostem temperatury i powodujące emisję promieniowania cieplnego oraz pojawienie się płomienia to spalanie. PALIWO: substancja wydzielająca przy intensywnym utlenianiu (czyli spalaniu) duże ilości ciepła. To ciepło musi wystarczyć na: osuszenie kolejnej porcji paliwa, jej podgrzanie i zapłon, podtrzymywanie procesu, a nadwyżka może być wykorzystana np. do ogrzewania. Im wyższa ta nadwyżka tym lepsze paliwo Warszawa 3

4 3. Paliwa wykorzystywane do ogrzewania Gaz ziemny (prawie czysty metan CH 4 ); Węgiel kamienny( C: 60-80%, H: 5-6%, (O+N): 12-16%, S: 0,5-1,2%, W: 7-25%, części mineralne niepalne); Drewno (pellet): (C: 40-50%, H: 5-6,5 %, O-43-44%, N:0,05-0,5%, S<0,1%, W<12%, składniki mineralne <5%, części lotne 80-88%), często dochodzi znacząca wilgotność, zależna od m.in. składowania, ale i jego rodzaju Warszawa 4

5 3. Skład paliwa Warszawa 5

6 4. Spalanie całkowite i zupełne: Spalanie zupełne: jego efektem jest najtrwalszy z możliwych do uzyskania w danej reakcji związek chemiczny np.: C+O 2 =CO 2 niezupełne : 2C+O 2 = 2 CO (tlenek węgla trujący związek) Spalanie całkowite: ma miejsce, gdy cała masa spalanej substancji ulegnie utlenieniu (spaleniu) - w popiele nie ma części palnych Warszawa 6

7 4. Spalanie całkowite i zupełne c.d.: Warunki całkowitego i zupełnego spalania: dostatecznie wysoka temperatura (t>850 o C), intensywne mieszanie składników, dostateczna ilość tlenu, dostatecznie długie przebywanie w odpowiednio wysokiej temperaturze gazów i cząstek stałych (ponad 3 sekundy dla gazów) Warszawa 7

8 5. Powietrze do spalania. Spalanie CO Do spalania w prawdziwym palenisku należy dostarczyć odpowiednią ilość tlenu (powietrza) większą niż teoretyczna. Wynika to m.in. z różnej wielkości kawałków paliwa (węgiel, drewno, pellet), różnego stopnia wypalenia tego kawałka oraz niedoskonałego sposobu doprowadzenia powietrza do spalania Warszawa 8

9 5. Powietrze do spalania. Spalanie CO c.d. Przebieg spalania bryłki paliwa: nagrzewanie i odparowanie wilgoci mała ilość powietrza; odgazowanie paliwa aż do zapłonu gazów więcej powietrza; spalanie gazów i w i par ( nagrzewanie części stałych paliwa) dużo powietrza; spalanie części stałych i ich dopalanie- mało powietrza Warszawa 9

10 5. Powietrze do spalania. Spalanie CO c.d. Przebieg spalania węgla pierwiastkowego: 2C+O 2 = 2 CO 2 CO + O 2 =2 CO 2 Aby dopalić CO do CO 2 należy: - zapewnić temperaturę t>850 o C - zapewnić czas przebywania cząstki CO w tej temperaturze dłuższy niż 3 sekundy. CO w spalinach to strata niezupełnego spalania Warszawa 10

11 5. Powietrze do spalania. Spalanie CO c.d. Jeśli za mało powietrza CO w spalinach. Jeśli za dużo powietrza mamy za niską temperaturę i krótki czas pobytu CO w obszarze spalania- też CO w spalinach Warszawa 11

12 6. Pyły. 1. Każde paliwo ma w składzie popiół, czyli niepalne substancje stałe. 2. Paliwo stałe posiada określony rozmiar ziaren, przy czym występują tu też ziarna znacznie mniejsze niż główna masa paliwa. 3. Przepływ powietrza i gazów spalinowych przez palenisko powoduje porywanie drobnych ziaren popiołu i drobnych, nie spalonych/nie dopalonych ziaren paliwa Warszawa 12

13 6. Pyły c.d. PYŁY PM2,5 PYŁY PM10 Powstawanie Skład Rozpuszczalność Pochodzenie (źródła) Czas przebywania w atmosferze Kondensacja, koagulacja, chmury kropel Siarczany, azotany, jony węgiel elementarny, metalew tym ciężkie, WWA, woda Higroskopijne, przeważnie rozpuszczalne Spalanie węgla, oleju, benzyny, drewna piece, huty etc. Dni - tygodnie Mechaniczne rozdrobnienie(np. ścieranie) reemisja pyłu osadzonego Pył z reemisji, popiół lotny z węgla i oleju, tlenki metali, sól morska, zarodniki pleśni i grzybów, pył z opon etc. Przeważnie nierozpuszczalne i niehigroskopijne Reemisja pyłów przemysłowych pył z dróg, kopalnie, budowy i rozbiórki, spalanie węgla i oleju, aerozol oceaniczny Minuty, godziny Migracja Setki do tysięcy km Dziesiątki km Warszawa 13

14 7. Zanieczyszczenia ze spalania paliw Zanieczyszczenie Wielkość emisji Obniżenie emisji SOx (tlenki siarki) NOx (tlenki azotu) HCl Zależna od siarki w paliwie Głównie sposób spalania w kotle, mniej zawartość azotu w paliwie Zależna od zawartości chloru (np. chlorki) w paliwie Lepsze paliwo: Węgiel z małą ilością siarki; (Ecogroszek). Biomasa-praktycznie bez siarki Gaz ziemny- j.w. Nowoczesne kotły z regulowaną ilością powietrza i jego stopniowaniem ; Palniki niskoemisyjne Dobre paliwo (Eco-groszek), Dobre rodzaje biomasy, pelety Warszawa 14

15 7. Zanieczyszczenia ze spalania paliw c.d. Zanieczyszczenie Wielkość emisji Obniżenie emisji HF Pył WWA (w tym dioksyny i furany) Zależna od zawartości fluoru w paliwie Zawartość popiołu w paliwie (węgiel, biomasa) Skład paliwa (jak najmniej chloru), sposób spalania Biomasa ma znacznie mniej niż węgiel Paliwo dobrej jakości, konstrukcja kotła, ew. układy odpylania (w większych kotłach) Konstrukcja kotła, mało pyłów i sadzy, (odpylanie) Metale ciężkie Skład paliwa Obniżenie zawartości pyłów w spalinach, układy odpylające, biomasa Warszawa 15

16 7. Zanieczyszczenia ze spalania paliw sadza. SADZA powstaje przy niewłaściwym spalaniu paliw i innych materiałów (tw. sztuczne, odpady komunalne). Głównym jej składnikiem jest węgiel i resztki substancji organicznych. Sadza osadza się na powierzchniach wewnątrz kotła i w kominie. Pogarsza wymianę ciepła. To powoduje spadek sprawności kotła i wzrost zużycia paliwa!!! Warszawa 16

17 7. Zanieczyszczenia ze spalania paliw sadza c.d. Zwiększa opory przepływu w kanałach spalinowych (brak ciągu w kotle, dym idzie na kotłownię ) spadek mocy kotła. Grozi pożarem gdy wzrośnie odpowiednio temperatura spalin!!! Wpływa na zwiększenie produkcji WWA (wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne) w tym dioksyn i furanów Warszawa 17

18 8. Jak spalać paliwa (w tym p.stałe) uwagi ogólne. 1. Budynek docieplony, szczelne okna, wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła (rekuperacja). 2. Instalacja grzewcza sprawna i dostosowana do budynku. 3. Utrzymywanie w budynku właściwej temperatury w pomieszczeniach (nie przegrzewamy, nie przechładzamy) Warszawa 18

19 8. Jak spalać paliwa stałe uwagi ogólne c.d. 4. Źródło ciepła dostosowane do potrzeb budynku (nie za duże, nie za małe). 5. Kocioł sprawny techniczne, czyszczony i regulowany (serwis co roku). 6. Czyszczone kanały spalinowe i przewody wentylacyjne w budynku i kotłowni Warszawa 19

20 8. Jak spalać paliwa stałe uwagi ogólne c.d. 7. Palimy paliwem zalecanym w DTR dla tego kotła. 8. Dbamy, aby paliwo było suche (tak biomasa, pelety jak i węgiel). 9. Paliwo dobrej jakości nie każde sprzedawane np. jako ekogroszek jest nim realnie!!! ( za dużo siarki, czy drobnych frakcji, za niska/za wysoka kaloryczność!!) Warszawa 20

21 9. Metody ograniczenia emisji metody pierwotne. 1. Kotły o jak najwyższej sprawności. 2. Technologie czystego spalania komory spalania i ciągi spalin w kotle dostosowane do zalecanego paliwa, regulacja ilości paliwo/powietrze, odpowiednie miejsca podawania powietrza. 3. Paliwa uzdatnione (niskoemisyjne) usunięte lub zmniejszone ilości zanieczyszczeń w paliwie (siarka, chlor, pyły) Warszawa 21

22 10. Metody ograniczenia emisji metody wtórne. 1. Katalizatory, dopalanie. 2. Układy odpylania spalin: grawitacyjno-bezwładnościowe, siła odśrodkowa, filtracja Warszawa 22

23 11. Jak to zrealizować? (zmniejszyć niska emisję?) 1. Lokalne przepisy, np. uchwała sejmiku małopolskiego, propozycja uchwały sejmiku mazowieckiego. Zakazują one stosowania paliw złej jakości: - mułów i flokokoncentratów oraz mieszanek paliw z ich wykorzystaniem; - węgla brunatnego i paliw z niego produkowanych; - paliw z węgla kamiennego, w których jest ponad 15% ziarna 0-3 mm; - paliw zawierających biomasę o wilgotności w stanie roboczym >20% Warszawa 23

24 11. Jak to zrealizować - c.d.? 2. Lokalne przepisy, np. uchwała Sejmiku Małopolskiego, propozycja uchwały Sejmiku Mazowieckiego. Dopuszczają one do stosowania wyłącznie wysokosprawne kotły o minimalnej emisji. Odwołaniem są tu Dyrektywy UE i rozporządzenia Komisji Europejskiej do tych dyrektyw. (norma PN-EN 303-5:2012, kotły 5 klasy) Warszawa 24

25 11. Jak to zrealizować - c.d.? 3. Wymagania dla kotłów klasy 5 wg. w/w normy to dla kotłów o mocy <20 kw: Sezonowa efektywność energetyczna - nie mniej niż Ręczne podawanie paliwa 75% 75% Automatyczne podawanie paliwa Pyły - nie więcej niż 60 [mg/nm3] 40 [mg/nm3] Organiczne związki gazowe - nie więcej niż Tlenek węgla (CO) - nie więcej niż 30 [mg/nm3] 20 [mg/nm3] 700 [mg/nm3] 500 [mg/nm3] Dodatkowo: NOx <200 mg/nm3 dla biomasy < 350 mg/nm3 dla paliw kopalnych Warszawa 25

26 12. Przykładowy certyfikat kotła Certyfikat kotła na biomasę Dzięki uprzejmości firmy CWD Warszawa 26

27 13. Przykładowe dane paliwa (kocioł Eco-Logic 5): PALIWO Węgiel kamienny typ A1, sortyment groszek zgodnie z PN-EN 303-5:2012, granulacja 5-25mm wilgotność <11% zawartość popiołu: 2-7% zawartość części lotnych: 15-30%. Stosowanie innego paliwa niż podane grozi uszkodzeniem palnika lub kotła c.o., za co Producent nie ponosi odpowiedzialności. Wiąże się to z możliwością utraty gwarancji.(wyciąg z dokumentacji kotła) Warszawa 27

28 14. Przykładowe wymagania eksploatacyjne kocioł Eco-Logic5. Obsługa i konserwacja okresowa polega na: usuwaniu popiołu z popielnika na czyszczeniu przynajmniej raz na miesiąc komory powietrznej paleniska poprzez odkręcenie pokrywy wyczystki i usunięcie pyłów usuwaniu przynajmniej raz na tydzień osadów w postaci sadzy i pyłów, gromadzących się w komorze paleniska, powietrznej, kanałach konwekcyjnych oraz czopuchu Warszawa 28

29 14. Wnioski Jak spalać paliwa stałe i nie szkodzić środowisku: Spalać niskoemisyjne paliwa (pellety, ekogroszek, gaz). Montować kotły o najwyższej efektywności, eliminować kominki i piece!!! Nie dopuszczać do montażu kotłów na p.stałe z ręcznym podawaniem paliwa (możliwość spalania odpadów). Budynki po termomodernizacji (mniejsza moc kotłów, mniejsze zużycie paliwa, niższe emisje). Co roku prowadzić przegląd i ustawienie kotła. Przeglądy kominiarskie!!! Obsługa zgodnie z instrukcją!!! Warszawa 29

30 Dziękuję Państwu za uwagę Warszawa 30