Nina Bątorek-Giesa, Barbara Jagustyn

Transkrypt

1 Ochon Śodowisk i Zsobów Ntulnych n 40, Nin Bątoek-Gies*, Bb Jgustyn* Zwtość chlou w biomsie stłej stosownej do celów enegetycznych Chloine content in solid biomss used fo powe industy Słow kluczowe: bioms, zwtość chlou, koozj chlokow. Key wods: biomss, content of chloine, chloide coosion. Physicl nd chemicl popeties mkes biomss technologiclly difficult fuel eveling mny diffeences fom col combusted in powe boiles. Chloine is one of the elements pesent in biomss tht hs hmful envionmentl effect s well s coosive effect on technologicl instlltions used in combustion nd co combustion of solid biomss. Chloine ppes in its fom of soluble chloides, minly mgnesium, sodium, potssium nd clcium chloide bsobed by plnts fom the gound. In Institute fo Chemicl Pocessing of Col in Zbze, eseches concening detemintion of diffeent popeties of biomss used in powe industy, hve been cied out since mny yes. This wok pesents the esults of detemintion of chloine content in mny kind of biomss s well s chloine negtive influence boiles wok duing the co-combustion of biomss nd col. 1. wpowdzenie Konieczność pzeciwdziłni zchodzącym zminom klimtycznym wymusz podejmownie dziłń zmiezjących do ogniczeni emisji gzów cieplninych [Bokowsk 2007]. Jednym ze sposobów jest zstępownie koplnych źódeł enegii źódłmi odnwilnymi, między innymi biomsą oślinną. Zstosownie biomsy jko odnwilnego nośnik * Mg inż. Nin Bątoek-Gies i mg inż. Bb Jgustyn Instytut Chemicznej Pzeóbki Węgl, ul. Zmkow 1, Zbze; tel.: wew. 221, fx: ; e mil: ngies@ichpw.zbze.pl; bjgustyn@ichpw.zbze.pl 396

2 Zwtość chlou w biomsie stłej stosownej do celów enegetycznych enegii piewotnej w enegetyce jest pocesem, któy się już ozpoczął, le osiągnięcie odpowiedniego poziomu technologicznego, w szczególności wiedzy eksplotcyjnej, ciągle wymg wielu bdń. Stopień wykozystni biomsy jest uzleżniony od wielkości zsobów oz technologii pzetwzni. Obecnie tylko kilk jednostek enegetycznych wytwz enegię elektyczną bezpośednio spljąc jedynie biomsę. Większym zinteesowniem podmiotów kjowych elektoenegetyki i ciepłownictw cieszą się technologie umożliwijące współsplnie biomsy z węglem w istniejących kotłch enegetycznych. Njczęściej spln jest bioms dzewn w postci zębków, tocin, peletów i bykietów. Spln jest ównież ko, słom oz ośliny z plntcji, np. wiezb enegetyczn, misknt olbzymi, ślzowiec pensylwński oz topinmbu. Od oku 2008 Ministe Gospodki ozpoządzeniem nzucił obowiązek wpowdzni w cłkowitej ilości biomsy współsplnej z pliwmi konwencjonlnymi ściśle okeślonego udziłu biomsy z upw enegetycznych lub odpdów oz pozostłości z podukcji olnej (tzw. bioms go ) i z pzemysłu pzetwzjącego jej podukty, tkże części pozostłych odpdów, któe ulegją biodegdcji, z wyłączeniem odpdów i pozostłości z podukcji leśnej, tkże pzemysłu pzetwzjącego jej podukty [Rozpoządzenie Minist Gospodki 2008]. 2. Włściwości fizykochemiczne biomsy Włściwości fizykochemiczne biomsy powodują, że jest on pliwem tudnym technologicznie, zncznie óżniącym się od węgl splnego w kotłch enegetycznych. Podstwowe óżnice między tymi pliwmi to: większ zwtość wilgoci w suowej biomsie, któ wpływ negtywnie n efektywność pocesu splni oz n wzost kosztów tnspotu, większ zwtość części lotnych, zmienijąc wunki zpłonu i splni, mniejsz wtość opłow biomsy, zbliżony jkościowo skłd piewistkowy, lecz óżny pod względem ich zwtości. N włściwości fizykochemiczne biomsy m wpływ zówno po ścięci biomsy, jk i cechy uwunkowne genetycznie, któe w pewnym stopniu są modyfikowne wunkmi śodowiskowymi, tkimi jk włściwości gleby, jej nwożenie oz intensywność opdów. W Instytucie Chemicznej Pzeóbki Węgl (dlej IChPW) w Zbzu od wielu lt powdzone są bdni dotyczące oceny włściwości fizykochemicznych óżnego odzju biomsy stosownej w kjowej enegetyce. W tym czsie, w związku z bkiem nom kjowych i euopejskich oz osnącym zinteesowniem tego mteiłu jko pliw, opcowno i wdożono do pktyki lbotoyjnej poceduy techniczne, stosowne do oceny pmetów jkościowych biomsy [Winnick 2006]. W tbeli 1 pzedstwiono podstwowe włściwości fizykochemiczne węgl i biomsy stłej. 397

3 Nin Bątoek-Gies, Bb Jgustyn Tbel 1. Włściwości węgli oz biomsy stłej Tble 1. Popeties of cols nd solid biomss Pmet Węgiel kmienny Węgiel buntny Bioms dzewn Bioms niedzewn W t [%] 3,2 19,1 10,9 54,6 4,9 68,5 6,1 41,0 W [%] 0,8 12,1 4,7 21,9 2,6 11,6 2,5 11,1 A [%] 3,5 26,9 3,5 26,9 0,3 6,9 1,3 16,3 V [%] 29,39 35,86 18,71 44,6 70,67 82,83 52,67 80,38 S t [%] 0,32 1,17 0,69 1,10 < 0,02 0,08 0,03 0,67 Q s y/g Q i y/g Cl [%] 0,020 0,159 < 0,005 0,029 < 0,005 0,057 < 0,005 1,002 C t [%] 49,7 78,4 41,7 56,8 45,2 51,7 38,6 58,5 H t [%] 3,85 5,56 4,12 6,00 5,15 6,32 4,26 7,95 N [%] 0,54 1,51 0,31 0,98 0,12 0,87 0,23 5,82 Objśnieni: W t zwtość wilgoci cłkowitej, W zwtość wilgoci w póbce nlitycznej, A zwtość popiołu, V zwtość części lotnych, S t zwtość siki cłkowitej, Q s ciepło splni, Q i wtość opłow, Cl zwtość chlou, C t zwtość węgl cłkowitego, H t zwtość wodou, N zwtość zotu. 3. Zwtość chlou w biomsie stłej Jednym z piewistków zwtych w biomsie, któy oddziłuje szkodliwie zówno n śodowisko ntulne, jk i n instlcje technologiczne, stosowne do splni lub współsplni biomsy stłej, jest chlo. Chlo występuje głównie w postci ozpuszczlnych chloków, głównie sodu, potsu, mgnezu i wpni, zbsobownych pzez ośliny z gleby. Spośód wielu metod oznczni zwtości chlou nleży wymienić nstępujące metody: wgowe, mieczkowe, spektometyczne, elektonlityczne, chomtogfii gzowej i jonowej, fluoescencji entgenowskiej. Wybó metody oznczni zwtości chlou zleży od poziomu jego zwtości w póbce, pożądnej pecyzji i dokłdności, odzju innych współwystępujących skłdników oz dostępności wyposżeni. Jedną z njpostszych metod oznczni chlou jest metod polegjąc n: cłkowitym spleniu póbki w obecności mieszniny Eschki w bombie kloymetycznej w tmosfeze tlenu, oznczniu zwtości chlou w oztwoze zwiejącym podukty splni metodą mieczkowni. 398

4 Zwtość chlou w biomsie stłej stosownej do celów enegetycznych W chwili obecnej nie m nom dotyczących oznczni zwtości chlou w biomsie. W IChPW opcowno Poceduę Techniczną Q/ZK/P/15/26/A:2006 Bioms do celów enegetycznych. Ozncznie zwtości chlou z zstosowniem metody mieczkowni potencjometycznego. Metodę tą możn stosowć do oznczni zwtości chlou występującego w ilościch nie mniejszych niż 0,005%. N podstwie wyników bdń stwiedzono, że w zleżności od odzju biomsy chlo występuje w ilości stnowiącej od mniej niż 0,005% do 0,05% w biomsie dzewnej, w biomsie z oślin jednoocznych (twy, słom zbożow i zepkow itp.) nwet do pond 1,0%. Wysok zwtość chlou w oślinch jednoocznych jest między innymi związn z zstosowniem potsowego śodk nwożącego, któym njczęściej jest chloek potsu (KCl). Zstąpienie chloku potsu sicznem (K 2 SO 4 ) może spowodowć nieml pięciokotne zmniejszenie zwtości chlou w upwinej biomsie. Świdczą o tym bdni pzepowdzone n ślzowcu pensylwńskim [Bokowsk 2007]. W tbeli 2 pzedstwiono zwtości chlou dl óżnych odzjów biomsy stłej. Pzedstwione wyniki pochodzą z bzy dnych IChPW [Świec, Wilk 2008]. Tbel 2. Zwtość chlou dl óżnych odzjów biomsy stłej Tble 2. Chloine content of diffeent kinds of the solid biomss Rodzj biomsy Zwtość chlou (Cl ), % Dewno pochodzeni leśnego < 0,005 0,019 Wiezb enegetyczn <0,005 0,057 Słom zepkow 0,310 1,002 Wytłoki zepkowe 0,019 0,057 Mkuch zepkowy 0,038 0,124 Słom zbożow 0,085 0,264 Twy 0,398 0,544 Zino ows 0,057 0,073 Łusk zbożow < 0,005 0,074 Łuski słonecznik 0,074 0,102 Inne ośliny enegetyczne (miskntus, ślzowiec pensylwński, nnecz zchodni) < 0,005 0, Oddziływnie chlou w pocesie splni biomsy Współsplnie biomsy z węglem pzynosi pzez odpowiedni dobó ilościowy i jkościowy biomsy wiele pozytywnych efektów ekologicznych i ekonomicznych. Wymg jednk ozwiązni wielu poblemów ognizcyjnych, technologicznych i technicznych. Współsplnie biomsy z węglem może bowiem powodowć [Ściążko, Zuwł, Sobolewski 2007]: 399

5 Nin Bątoek-Gies, Bb Jgustyn osnące zgożenie twozeni się osdów w plenisku oz n konwekcyjnych powiezchnich ogzewlnych, szybszą koozję wysokotempetuową po stonie splin, edukcję spwności ukłdów odpylni, poblemy z wykozystniem odpdów pleniskowych ze względu n zmienijący się ich skłd, emisję omtycznych związków chlooognicznych, w tym dioksyn i funów (w zie splni biomsy o dużej zwtości chlou). Współsplnie niektóych odzjów biomsy (np. słomy, liści, koy dzew) może spowodowć między innymi wzost zgożeni koozją chlokową pzegzewczy py, związną ze wzostem udziłu Cl w pliwie. Koozj t jest nieozewlnie związn z osdmi popiołowymi pokywjącymi uy [Ściążko, Zuwł, Sobolewski 2007; Ściążko, Zuwł, Ponobis 2007]. Szczególnie koozyjny względem stli w wysokiej tempetuze jest chlo molekulny (Cl 2 ). Powoduje on tzw. ktywne utleninie metlu, niszczące ochonną wstwę tlenków. Źódłem chlou molekulnego (Cl 2 ) pzy powiezchni metlu może być powstjący w splinch chloowodó (ekcj Decon utleninie HCl) oz występujące w osdch chloki metli lklicznych (K i N). Koozj chlokow jest szczególnie intensywn, jeżeli KCl i NCl występują w fzie ciekłej. Chociż tempetu topnieni tych chloków jest wysok (KCl 774 o C, NCl 802 o C), to ich eutektyki z chlokmi innych metli mją zncznie niższą tempetuę topnieni. N skutek tego w kotłch, w któych spl się pliw zwiejące chlo, lkli i metle ciężkie, zgożenie koozją występuje już w tempetuze 250 C, eutektyk ZnCl 2 KCl [ Chlo obecny w biomsie oz w splnych miesznkch pliwowych m wpływ n skłonność do żużlowni. W zleżności od zwtości chlou w pliwie skłonność t okeślon jest nstępującymi zleżnościmi [Ściążko, Zuwł, Sobolewski 2007]: Cl < 0,2% mł skłonność pliw do żużlowni, Cl (0,2 0,3)% śedni skłonność pliw do żużlowni, Cl (0,3 0,5)% duż skłonność pliw do żużlowni, Cl > 0,5% bdzo duż skłonność pliw do żużlowni. 5. Podsumownie Duż zwtość chlou, zwłszcz w słomie zepkowej oz twch może stwzć zgożenie koozją chlokową oz zwiększyć skłonność pliw do żużlowni. W związku z wpowdzeniem do pocesu współsplni nowych odzjów biomsy, zwiejących zncznie większe ilości chlou niż bioms dzewn, celowe jest powdzenie w odniesieniu do nich kontoli zwtości tego piewistk. 400

6 Zwtość chlou w biomsie stłej stosownej do celów enegetycznych Mjąc n uwdze wymogi legislcyjne, nzucjące systemtyczny wzost udziłu w cłkowitej msie splnej biomsy biomsy pochodzeni go nleży zwcć szczególną uwgę n jej odpowiedni dobó zówno ilościowy, jk i jkościowy. Piśmiennictwo Bokowsk H., Lipieński W Zwtość wybnych piewistków w biomsie kilku gtunków oślin enegetycznych. Act Agophysic 10(2): Rozpoządzenie Minist Gospodki z dni 14 siepni w spwie szczegółowego zkesu obowiązków uzyskni i pzedstwieni do umozeni świdectw pochodzeni, uiszczeni opłty zstępczej, zkupu enegii elektycznej i ciepł wytwozonych w odnwilnych źódłch enegii oz obowiązku potwiedzni dnych dotyczących ilości enegii elektycznej wytwozonej w odnwilnym źódle enegii. Dz.U. N 156, poz Ściążko M., Zuwł J., Ponobis M Współsplnie biomsy i pliw ltentywnych w enegetyce. Wydwnictwo Instytutu Chemicznej Pzeóbki Węgl i Politechniki Śląskiej. Zbze Gliwice. Ściążko M., Zuwł J., Sobolewski A Pzewodnik metodyczny poceduy bilnsowni i ozliczni enegii wytwznej w pocesch półsplni. Wydwnictwo Instytutu Chemicznej Pzeóbki Węgl i Politechniki Śląskiej, Wszw Zbze. Świec G., Wilk B Bz dnych sttystycznych węgl, biomsy, pliw ltentywnych i polskiego pzemysłu koksowniczego jko instument upowszechnini wyników dziłlności bdwczo ozwojowej ChPWiPŚ. Zbze Gliwice. Winnick G., Jgustyn B Poceduy nlityczne dl oceny włściwości biomsy i pliw ltentywnych. Pzemysł chemiczny 8 9:

Nina Bątorek-Giesa*, Barbara Jagustyn*

Nina Bątorek-Giesa, Barbara Jagustyn