Definicja według. Terminologia definicje i określenia. lenia

Transkrypt

1 Zakład Oceny Jakości Paliw Stałych GŁÓWNEGO INSTYTUTU GÓRNICTWA dr Leokadia RÓG PROCEDURY BADAWCZE I ANALITYCZNE W ZAKRESIE OCENY JAKOŚCI STAŁYCH PALIW WTÓRNYCH KONFERENCJA Paliwa Alternatywne Energia z odpadów Warszawa 2012

2 STAŁE E PALIWO WTÓRNE Definicja według PKN-CEN/TS 15357:2008 Stałe e paliwa wtórne. Terminologia definicje i określenia lenia Jest to paliwo stałe, wytworzone z odpadów innych niż niebezpieczne w procesie przetwarzania i homogenizacji, w celu wykorzystania do odzysku energii w spalarni lub współspalarni odpadów, spełniające wymagania techniczne klasyfikacji według specyfikacji wymienionych w EN 15359:2011 Solid recovered fuels Specifications and classes

3 TRUDNOŚCI W REALIZACJI ENERGETYCZNEGO KIERUNKU WYKORZYSTANIA STAŁYCH PALIW WTÓRNYCH wynikają z tendencji kierowania odpadów bezpośrednio na składowisko braku zdecydowanej polityki w kierunku recyklingu odpadów ograniczeń technologicznych w zakresie podawania paliw wtórnych do kotła trudności analitycznych w wyznaczaniu parametrów jakościowych paliw wtórnych GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWAG

4 Ważnym problemem do rozwiązania zania dla usunięcia barier w stosowaniu stałych paliw wtórnych w energetyce jest: Opracowanie i wdrożenie zasad i metod oceny jakości stałych paliw wtórnych Wnikliwe rozpoznanie parametrów w jakościowych stałych paliw wtórnych co umożliwi Optymalizację doboru ilościowo ciowo jakościowego paliw wtórnych do różnych r technologii spalania GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWAG

5 PORÓWNANIE SKŁADU I WŁAŚCIWOW CIWOŚCI (PRZYKŁADOWYCH) PALIW WTÓRNYCH NAJCZĘŚ ĘŚCIEJ STOSOWANYCH W PRZEMYŚLE CEMENTOWYM Z WĘGLEM W KAMIENNYM Rodzaj paliwa Wilgoć W tr (%) Popiół A r (%) Siarka S tr (%) Wartość opałowa Q ir (MJ/kg) chlor Cl r (%) Węgiel C r (%) Wodór H r (%) Azot N r (%) węgiel kamienny ,60-1, ,07-0, ,2-1,4 mączka zwierzęca ,30 16,0 0, ,8 7,50 osady ściekowe ,12 16,0 1, ,0 0,84 opony 0,60 6 1,50 35,5 0, ,0 0,54 guma z opon 0,70 2 0,80 35,6-87 7,8 0,33 odpady z papieru ,10 14,0 1, ,90 tworzywa sztuczne PDF 0,08 9,5 1,00 36,0 0,

6 WYKAZ NORM I SPECYFIKACJI TECHNICZNYCH DOTYCZĄCYCH CYCH STAŁYCH PALIW WTÓRNYCH (WEDŁUG EUROPEJSKIEGO KOMITETU TECHNICZNEGO CEN 343) POBIERANIE I PRZYGOTOWANIE PRÓBEK Nr normy PN Tytuł Wprowadza Zastępuje PN-EN 15442:2011 Stałe paliwa wtórne - Metody pobierania próbek EN 15442:2011 PKN-CEN/TS 15442:2009 PN-EN 15413:2011 Stałe paliwa wtórne - Metody przygotowania próbki do badań z próbki laboratoryjnej EN 15413:2011 PN-EN 15443:2011 Stałe paliwa wtórne - Metody przygotowywania próbki laboratoryjnej EN 15443:2011

7 Nr normy PN PARAMETRY JAKOŚCIOWE Tytuł Wprowadza PN-EN 15400:2011 PN-EN 15402:2011 PN-EN 15403:2011 PN-EN :2011 Stałe paliwa wtórne - Oznaczanie wartości opałowej Stałe paliwa wtórne - Oznaczanie zawartości części lotnych Stałe paliwa wtórne - Oznaczanie zawartości popiołu Stałe paliwa wtórne - Oznaczanie zawartości wilgoci metodą suszarkową -Część 3: Wilgoć w ogólnej próbce analitycznej EN 15400:2011 EN 15402:2011 EN 15403:2011 EN :2011

8 ANALIZA ELEMENTARNA Nr normy PN PN-EN 15410:2011 PN-EN 15411:2011 Tytuł Stałe paliwa wtórne - Metody oznaczania pierwiastków głównych (Al, Ca, Fe, K, Mg, Na, P, Si, Ti) Stałe paliwa wtórne - Metody oznaczania pierwiastków śladowych (As, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mo, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, Tl, V i Zn) Wprowadza EN 15410:2011 EN 15411:2011

9 KLASYFIKACJA Nr normy PN Tytuł Wprowadza Zastępuje PN-EN 15359:2012 Stałe paliwa wtórne - Wymagania techniczne i klasy EN 15359:2011 PKN-CEN/TS 15359:2008

10 POZOSTAŁE E NORMY Nr normy PN Tytuł Wprowadza Zastępuje PN-EN :2011 Stałe paliwa wtórne - Oznaczanie rozkładu wielkości ziaren - Część 1: Metoda przesiewania dla cząstek o małym rozmiarze EN :2011 PN-EN 15440:2011 PN-EN 15440:2011/AC:2011 Stałe paliwa wtórne - Metody oznaczania zawartości biomasy EN 15440:2011 PKN-CEN/TS 15440:2009 PN-EN 15357:2011 Stałe paliwa wtórne - Terminologia, definicje i określenia EN 15357:2011 PKN-CEN/TS 15357:2008 PN-EN 15358:2011 Stałe paliwa wtórne - Systemy zarządzania jakością - Szczegółowe wymagania dla ich zastosowania do produkcji stałych paliw wtórnych EN 15358:2011 PN-EN 15590:2011 Stałe paliwa wtórne - Oznaczanie potencjalnego stopnia mikrobiologicznego samoogrzewania z zastosowaniem wskaźnika rzeczywistej dynamicznej oddychalności EN 15590:2011 PKN-CEN/TS 15590:2007

11 INNE WAŻNE STANDARDY Nr specyfikacji Tytuł CEN/TR 15404:2010 Solid recovered fuels - Methods for the determination of ash melting behaviour by using characteristic temperatures CEN/TS 15401:2010 CEN/TS 15405:2010 Solid recovered fuels - Determination of bulk density Solid recovered fuels - Determination of density of pellets and briquettes

12 Wyznaczanie parametrów w jakościowych paliw wtórnych jest utrudnione ze względu na: -zróżnicowany skład chemiczny, -zróżnicowaną zawartość komponentów, -zróżnicowane właściwości fizyko-chemiczne komponentów, - trudności w zmieleniu próbki, -różnicy w podatności na mielenie poszczególnych komponentów, - trudności w homogenizacji próbki. GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWAG

13 POBIERANIE I PRZYGOTOWANIE PRÓBEK ZE STAŁYCH PALIW WTÓRNYCH REGULUJĄ NORMY PN-EN 15442:2011 ORAZ PN-EN 15443:2011. Jeżeli nominalny górny wymiar ziarna d 95 paliwa wtórnego, transportowanego taśmociągiem, jest większy niż 3 mm i szerokość wycinanej próbki jest równa trzykrotnej wartości d 95, minimalną masę próbki pierwotnej można obliczyć według wzoru: m = b x G = (3 x d 95 x G) / 1000 gdzie: m - minimalna masa próbki pierwotnej, w kg; b - szerokość wycinanej bruzdy, w m; G - obciążenie przenośnika, w kg/m; - nominalny górny wymiar ziarna, w mm. d 95 GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWAG

14 Jeżeli nominalny górny wymiar ziarna d 95 paliwa wtórnego, transportowanego taśmociągiem, jest mniejszy niż 3 mm, minimalną wielkość próbki pierwotnej należy określić według równania: m = b x G = 0,01 x G GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWAG

15 Minimalną masę próbki pierwotnej dla nieruchomej partii stałego paliwa wtórnego, którego nominalny górny wymiar ziaren d 95 jest powyżej 3 mm należy obliczyć według równania: m = 2,7 x 10-8 x d 95 x λ s gdzie: m - minimalna masa próbki pierwotnej, w kg; d 95 - nominalny górny wymiar ziarna, w mm; λ s -gęstość nasypowa, w kg/m 3. Minimalną masę próbki pierwotnej dla nieruchomej partii stałego paliwa wtórnego, którego nominalny górny wymiar ziaren d 95 jest mniejszy od 3 mm, należy obliczyć według równania: m = 1 x 10-6 x λ s GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWAG

16 Minimalna ilość próbek pierwotnych, jaką należy pobrać z partii lub podpartii stałego paliwa wtórnego wynosi 24. Minimalną masę próbki ogólnej stałego paliwa wtórnego, występującego w formie luźnej, przedstawia tablica: d 95 minimalna masa próbki minimalna wielkość próbki ogólnej, (l) gęstość nasypowa, kg/m 3 mm kg , , , GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWAG

17 Dla określenia minimalnej wielkości próbki ogólnej powinny być określone następuj pujące współczynniki: - nominalny górny wymiar ziarna d 95, - współczynnik kształtu s - gęstość nasypowa, - współczynnik rozkładu, - współczynnik zmienności (przyjmuje się najczęściej 0,1). Masa próbki laboratoryjnej powinna wynosić minimum 800 g. GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWAG

18 Za wartość współczynnika kształtu s można przyjąć 1,0 lub obliczyć jego wartość według wzoru: s = gdzie: s - współczynnik kształtu, w mm 3 /mm; V 95 - maksymalna objętość cząstek w formie luźnej, w mm 3 ; - maksymalna długość cząstki, w mm. V 95l V V 95 95l

19 Współczynnik rozkładu g zależy y od stosunku nominalnego górnego g wymiaru ziarna d 95 do minimalnego wymiaru ziarna d 05 Stosunek d 95 / d 05 Współczynnik rozkładu g d 95 / d 05 > 4 0,25 2 < d 95 / d 05 < 4 0,50 1 < d 95 / d 05 < 2 0,75 d 95 / d 05 = 1 1,00

20 Współczynnik p dotyczy udziału cząstek takich jak zanieczyszczenia. Jeżeli wartość ta jest nieznana, można przyjąć p = 0,10. Za współczynnik zmienności C v można przyjąć wartość 0,1. Minimalną masę próbki ogólnej (mm), w gramach należy obliczyć według wzoru: m m π 6 λ = x d 95 3 x s x x g x (1 p) 2 ( C ) p v

21 Zróżnicowanie jakościowe stałych paliw wtórnych najczęś ęściej pojawiających się na rynku paliwowym Rodzaj paliwa Ilość próbek Wartość Wilgoć W t r (%) Popiół A r (%) Wartość opałowa Q ir (MJ/kg) Siarka S t r (%) chlor Cl r (%) Wszystkie badane próbki 115 maksymalna minimalna średnia 68,32 0,01 13,62 53,81 0,11 10,07 37,4 0,6 19,8 1,80 0,01 0,26 4,690 0,008 0,740 stałe paliwo wtórne 1 5 maksymalna minimalna 16,00 7,88 9,36 6,47 27,8 20,7 0,16 0,05 1,591 0,649 średnia 11,92 8,05 23,2 0,09 1,120 stałe paliwo wtórne 2 12 maksymalna minimalna 25,65 8,27 10,46 7,34 22,5 16,4 0,24 0,11 1,221 0,595 średnia 12,79 9,18 20,2 0,18 0,930 stałe paliwo wtórne 3 6 maksymalna minimalna 32,91 9,60 15,69 9,04 20,3 12,8 0,41 0,20 0,776 0,234 średnia 22,47 13,12 15,8 0,32 0,328 stałe paliwo wtórne 4 12 maksymalna minimalna 32,32 7,54 1,17 0,50 16,2 13,0 0,05 0, ,014 średnia 19,65 0,82 14,8 0,02 0,0431

22 Maksymalne różnice r miedzy wynikami uzyskanymi dla jednej próbki analitycznej stałych paliw wtórnych, najczęś ęściej pojawiających się na rynku opis paliwa wilgoć W tr (%) popiół A r (%) siarka S tr (%) wartość opałowa Q ir (kj/kg) stałe paliwo wtórne 1 0,72 3,00 0, stałe paliwo wtórne 2 0,50 2,88 0, stałe paliwo wtórne 3 1,00 4,40 0, stałe paliwo wtórne 4 0,40 0,50 0, GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWAG

23 CHARAKTERYSTYKA JAKOŚCIOWA ODPADÓW GUMOWYCH opis próbki DĘBICA VIVO bok DĘBICA VIVO bok MICHELIN bieżnik PIRELLI bieżnik AMERICA bok CONTINENTAL bieżnik W a 0,60 0,20 0,34 0,73 0,62 1,91 A d 3,38 5,28 2,50 4,18 5,59 5,28 GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWAG

24 Wyniki analiz fizykochemicznych odpadów w gumowych (próbki analityczne zmielone do uziarnienia poniżej 2 mm) Kubełek Seria 1 18 próbek pierwotnych Numer próbki W a A d Seria 2 36 próbek pierwotnych Numer próbki W a A d Seria 3 54 próbki pierwotne Numer próbki W a A d STP 7 STP 8 STP 9 STP 10 STP 11 STP 12 1,43 1,19 1,65 1,26 1,54 0,85 3,26 3,41 4,38 3,82 4,18 6,05 STP 13 STP 14 STP 15 STP 16 STP 17 STP 18 1,54 0,94 0,98 0,47 0,96 0,83 2,94 4,01 4,40 3,50 4,38 5,72 STP 19 STP 20 STP 21 STP 22 STP 23 STP 24 0,80 0,54 0,94 1,26 0,39 0,65 5,87 6,08 6,16 2,99 6,53 5,01 Średnia Rozstęp Odch.stand. Precyzja Założ.dokł. 1,32 0,70 0,12 0,30 0,5 4,18 2,79 0,41 1,06 1,0 Średnia Rozstęp Odch.stand. Precyzja Założ.dokł. 0,95 1,03 0,14 0,36 0,5 4,16 2,78 0,39 0,99 1,0 Średnia Rozstęp Odch.stand. Precyzja Założ.dokł. 0,76 1,05 0,13 0,33 0,5 5,44 3,54 0,53 1,37 1,0 GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWAG

25 Wyniki analiz fizykochemicznych odpadów w gumowych (próbki analityczne zmielone do uziarnienia poniżej 1 mm) Kubełek Seria 1 18 próbek pierwotnych Numer próbki W a A d Seria 2 36 próbek pierwotnych Numer próbki W a A d Seria 3 54 próbki pierwotne Numer próbki W a A d STP 25 STP 26 STP 27 STP 28 STP 29 STP 30 1,37 0,84 1,13 0,64 0,66 0,37 3,40 5,17 5,19 3,23 4,57 5,36 STP 31 STP 32 STP 33 STP 34 STP 35 STP 36 0,59 0,80 0,95 0,68 0,60 0,46 3,49 4,86 4,77 3,30 5,05 5,23 STP 37 STP 38 STP 39 STP 40 STP 41 STP 42 0,94 0,61 0,66 0,67 0,70 0,62 4,34 5,31 5,44 3,42 6,79 5,37 Średnia Rozstęp Odch.stand. Precyzja Założ.dokł. 0,84 1,00 0,15 0,38 0,5 4,49 2,13 0,39 0,99 1,0 Średnia Rozstęp Odch.stand. Precyzja Założ.dokł. 0,68 0,49 0,07 0,18 0,5 4,45 1,93 0,34 0,88 1,0 Średnia Rozstęp Odch.stand. Precyzja Założ.dokł. 0,70 0,33 0,05 0,13 0,5 5,11 3,37 0,46 1,19 1,0 GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWAG

26 Analizy fizykochemiczne odpadów w butelkowych z tworzywa PET Numer próbki Opis butelki Kolor butelki Wilgoć analityczna W a Popiół w stanie suchym A d STK 1 Coca Cola przeźroczysta 0,38 0,10 STK 2 Kropla Beskidu niebieska 0,25 0,03 STK 3 Żywiec Zdrój niebieska 0,23 0,10 STK 4 Nałęczowianka niebieska 0,24 0,00 STK 5 Nałęczowianka zielona 0,32 0,25 STK 6 Muszynianka przeźroczysta 0,36 0,01 STK 7 Kryniczanka niebieska 0,25 0,02 STK 8 Cisowianka niebieska 0,29 0,05 STK 9 Vita niebieska 0,17 0,09 STK 10 Aqua niebieska 0,25 0,06 STK 11 Cristal przeźroczysta 0,32 0,03 STK 12 Leader Price zielona 0,27 0,03 STK 13 Lemon- napój cytrynowy przeźroczysta 0,27 0,06

27 Wyniki analiz fizykochemicznych odpadów w butelkowych z tworzywa PET (uziarnienie próbki analitycznej poniżej 2 mm) Seria 1 18 próbek pierwotnych Numer próbki W a A d Seria 2 36 próbek pierwotnych Numer W a A d próbki Seria 3 54 próbek pierwotnych Numer próbki W a A d 1 STK 14 0,45 0,09 STK 20 0,29 0,09 STK 26 0,34 0,05 2 STK 15 0,44 0,84 STK 21 0,27 0,00 STK 27 0,30 0,00 3 STK 16 0,33 0,51 STK 22 0,28 0,03 STK 28 0,33 0,02 4 STK 17 0,38 0,12 STK 23 0,29 0,08 STK 29 0,35 0,02 5 STK 18 0,41 0,07 STK 24 0,22 0,00 STK 30 0,33 0,00 6 STK 19 0,35 0,02 STK 25 0,30 0,07 STK 31 0,34 0,01 Średnia 0,39 0,28 Średnia 0,39 0,05 Średnia 0,33 0,02 Rozstęp 0,12 0,82 Rozstęp 0,03 0,09 Rozstęp 0,05 0,04 Odchylenie standardowe 0,02 0,13 Odchylenie standardowe 0,02 0,02 Odchylenie standardowe 0,01 0,01 Precyzja 0,05 0,35 Precyzja 0,05 0,04 Precyzja 0,02 0,02

28 Wyniki analiz fizykochemicznych odpadów w butelkowych z tworzywa PET (uziarnienie próbki analitycznej poniżej 1 mm) Kubełek Seria 1 18 próbek pierwotnych Numer próbki W a A d Seria 2 36 próbek pierwotnych Numer próbki W a A d Seria 3 54 próbek pierwotnych Numer próbki W a A d 1 STK 32 0,33 0,06 STK 38 0,26 0,34 STK 44 0,04 0,16 2 STK 33 0,47 0,00 STK 39 0,26 0,21 STK 45 0,04 0,24 3 STK 34 0,53 0,31 STK 40 0,36 0,38 STK 46 0,03 0,00 4 STK 35 0,61 1,41 STK 41 0,38 0,09 STK 47 0,18 0,15 5 STK 36 0,49 0,35 STK 42 0,40 0,16 STK 48 0,23 0,18 6 STK 37 0,60 0,49 STK 43 0,48 0,27 STK 49 0,19 0,38 Średnia 0,51 0,44 Średnia 0,36 0,24 Średnia 0,12 0,19 Rozstęp 0,28 1,41 Rozstęp 0,22 0,29 Rozstęp 0,19 0,38 Odchylenie standardowe 0,04 0,21 Odchylenie standardowe 0,03 0,04 Odchylenie standardowe 0,04 0,05 Precyzja 0,11 0,54 Precyzja 0,09 0,12 Precyzja 0,10 0,13

29 Zmienność zawartości chloru (Cl( a ) w stałych paliwach wtórnych o różnej r kaloryczności ci (Q( ir ) 5,000 Cl a, % 4,000 3,000 2,000 1,000 0, Q i r, kj/kg GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWAG

30 Zmienność zawartości rtęci (Hg( a ) w stałych paliwach wtórnych o różnej r kaloryczności ci (Q( ir ) Hg a, ppm Q r i, kj/kg GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWAG

31 Klasyfikację stałych paliw wtórnych wprowadza norma Stałe paliwa wt PN-EN 15359:2012 e paliwa wtórne - Wymagania techniczne i klasy parametr klasyfikacyjny wielkość statystyczna jednostka 1 2 klasy wartość opałowa (Q ir ) średnia arytmetyczna MJ/kg chlor (C d ) średnia arytmetyczna % 0,2 0,6 1,0 1,5 3 rtęć (Hg r ) wartość środkowa wartość 80 th mg/mj 0,02 0,04 0,03 0,06 0,08 0,16 0,15 0,30 0,50 1,00 GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWAG

32 Aby dokładniej scharakteryzować paliwo należy y wyznaczyć dodatkowo: formę występowania (np.: pellety, brykiety), uziarnienie, zawartość wilgoci i popiołu, ciężar nasypowy, zawartość części lotnych, temperaturę topliwości popiołu, skład tlenkowy, zawartość pierwiastków śladowych zawartość komponentów: drewna, papierów, plastików, gumy, tekstyliów innych. GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWAG

33 Podsumowanie 1. Stosowanie paliw wtórnych w energetyce wymaga określenia i utrzymania ścisłych rygorów jakościowych. Sytuacja ta wymaga sprecyzowania zakresów dopuszczalnych wahań parametrów jakościowych paliwa. 2. Sektorem przemysłowym, który może i stosuje na coraz to większą skalę paliwa wtórne jest przemysł cementowy. Umożliwiają to warunki technologiczne stosowane w procesie produkcji cementu. 3. Paliwa stałe wytworzone z odpadów - czyli paliwa wtórne są bardzo zróżnicowane pod względem jakości. Dodatkowo paliwa te składają się najczęściej z wielu składników (komponentów) różnych pod względem wielkości, budowy chemicznej i struktury. Sprawia to, że badania właściwości fizykochemicznych tych paliw są bardzo utrudnione, ale badania takie są niezbędne dla celów handlowych i dla oceny przydatności tych paliw dla energetyki.

34 4. Precyzję z jaką uzyskuje się poszczególne parametry dla wybranego paliwa wtórnego należy wypracować poprzez wykonanie szeregu oznaczeń i sprawdzenie w jakim przedziale wahają się wartości tych parametrów. Rozrzuty te nie są małe, co sprawia, że paliwa te trudno jest jednoznacznie sklasyfikować na podstawie wyznaczonych parametrów. Na różnice te duży wpływ ma niejednorodność pod względem jakości komponentów, które je buduję, często duże i różne zawilgocenie oraz trudności w przygotowaniu próbki analitycznej a konkretnie częsta niemożliwość dokładnego rozdrobnienia próbki i jej homogenizacja. 5. Klasyfikację stałych paliw wtórnych wprowadza specyfikacja techniczna CEN/TS 15359:2006 Solid recovered fuels - Specifications and classes. Klasyfikacja ta jest oparta na trzech ważnych charakterystykach jakościowych: wartości opałowej, zawartości chloru i zawartości rtęci. Każda z tych wartości klasyfikuje paliwo do jednej z pięciu klas. Kombinacja trzech wyznaczonych klas daje kod klasyfikacyjny.

35 Dziękuj kuję za uwagę