WŁAŚCIWOŚCI POŻAROWO-WYBUCHOWE OLEJOWCA GWINEJSKIEGO. Włodzimierz Kordylewski, Tadeusz Mączka STRESZCZENIE

Transkrypt

1 WŁAŚCIWOŚCI POŻAROWO-WYBUCHOWE OLEJOWCA GWINEJSKIEGO Włodzimierz Kordylewski, Tadeusz Mączka Instytut techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów Politechniki Wrocławskiej Wybrzeże Wyspiańskiego 27, Wrocław tadeusz.maczka@pwr.wroc.pl Opublikowano w Archiwum Spalania Vol. 12, nr 1-2, s , 2012 STRESZCZENIE W artykule przedstawiono wyniki badań doświadczalnych dotyczących właściwości pożarowo-wybuchowych łupin olejowca gwinejskiego (PKS). Badania wybuchowości pyłów wykonano w skali laboratoryjnej, do oznaczania parametrów wybuchowych użyto sferycznej komory wybuchowej o objętości 22,4 l. Zakres badań obejmował oznaczanie maksymalnego ciśnienia wybuchu i maksymalnej szybkości narastania ciśnienia wybuchu, dolnej granicy wybuchowości, minimalnej energii zapłonu i granicznego stężenia tlenu obłoków pyłu. Ze wskaźników pożarowych oznaczano minimalna temperaturę zapłonu warstwy i obłoku pyłu oraz scharakteryzowano skłonność nagromadzeń pyłu do samozapalenia. Dodatkowo wyznaczono rezystywność pyłu w warstwach. Oznaczenia wykonano zgodnie z aktualnymi normami UE. Pokazano, że właściwości wybuchowe pyłów olejowców są zbliżone do parametrów wybuchowych innych gatunków biomasy z grupy ligninocelulozy i należy je zaliczyć do klasy wybuchowości St1. 1. Wstęp Regulacje prawne w zakresie wykorzystywania odnawialnych źródeł energii (OZE) są w Polsce konsekwencją przystąpienia do Unii Europejskiej i akceptacji jej polityki ekologicznej. Wyrazem tego była ratyfikacja przez stronę polską postanowień uchwalonego w Lizbonie Traktatu Karty Energetycznej w dniu 17 grudnia 1994 r. W grudniu 1997 r. przyjęto Białą Księgę Komisji Europejskiej Energia dla przyszłości odnawialne źródła energii, w której zalecono krajom europejskim zwiększenie pozyskania energii ze źródeł odnawialnych. Podsumowaniem celów Komisji jest skrót 3 20 do 2020 oznaczający cele dotyczące ograniczenia emisji gazów cieplarnianych, racjonalnego wykorzystania energii źródeł i stosowania biopaliw do 2020 r. w formie: zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych o 20% w stosunku do roku 1990, zmniejszenia zużycia energii o 20% w porównaniu z prognozami dla UE na 2020 r., zwiększenia udziału odnawialnych źródeł energii do 20% całkowitego zużycia energii w UE oraz zwiększenie udziału biopaliw w paliwach motorowych do 10% [1]. Instrumentem prawnym KE w sprawie promowania energii ze źródeł odnawialnych są dyrektywy UE (2001/77/WE, 2003/30/WE i 2009/28/WE). Przewidziano w nich wprowadzenie świadectw pochodzenia energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych (zielone

2 certyfikaty), które umożliwiają identyfikację energii podczas współspalania. W Polsce jednym z celów polityki energetycznej stało się zwiększenie udziału OZE w finalnym zużyciu energii do poziomu 15,5% w 2020 roku, a w następnych latach planowany jest dalszy jego wzrost [2]. Największy udział w wykorzystaniu OZE w krajowym bilansie energetycznym ma biomasa. Z powodu znacznych profitów, jakie uzyskują zakłady energetyczne dzięki pozyskiwaniu zielonych certyfikatów, szerokie zastosowanie w energetyce zawodowej znalazło współspalanie biomasy z węglem. Przewidywany jest dalszy, dynamiczny rozwój tej technologii spalania biomasy. Na przeszkodzie do osiągnięcia tych celów stanęły poważne przeszkody technologiczne: problemy z przemiałowością mieszanek węgla z biomasą, zagrożenia pożarowo-wybuchowe w zakładach energetycznych, w których użytkowana jest biomasa, a także dotkliwy niedostatek biomasy na rynkach. Środkiem na ostatni problem jest import biomasy, nawet z bardzo odległych regionów. Stworzyło to potrzebę zdobycia koniecznych informacji o tych nowych, egzotycznych gatunkach biomasy, przede wszystkim trzeba ustalić jej pochodzenie dla przyznania zielonych certyfikatów (ten problem rozstrzyga Urząd Regulacji Energetyki), potrzebna jest także ich charakterystyka pożarowo-wybuchowa. Biorąc pod uwagę, że tego typu biomasę importuje wiele przedsiębiorstw dla różnych podmiotów energetycznych, warto publikować charakteryzujące ją wyniki oznaczeń celem poprawy stanu bezpieczeństwa użytkowania tej biomasy i uniknięcia ponoszenia kosztów ponownych badań. W pracy przedstawiono wyniki oznaczeń parametrów pożarowowybuchowych odpadów poprodukcyjnych olejowca gwinejskiego, często użytkowanego energetycznie w UE. 2. Wybuchowość pyłów biomasy Problematyka wybuchowości pyłów biomasy ma bogatą tradycję, zwłaszcza wiele uwagi poświęcono wybuchowości pyłów zbożowych w latach 80. i 90 [3]. Także polskie ośrodki badawcze wniosły istotny wkład w rozwój wiedzy w tej dziedzinie [4]. Badano podstawowe właściwości wybuchowe pyłów, wpływ wielu czynników na dynamikę wybuchu, opracowano normy oznaczania parametrów wybuchowych pyłów i aparaturę laboratoryjną [5]. W pracach tych udział brały zarówno instytucje akademickie, jak i instytuty przemysłowe. Żywa była współpraca z wiodącymi ośrodkami badawczymi na całym świecie. W rezultacie polskie służby badawcze są dobrze przygotowane do stawienia czoła nowym wyzwaniom, jakie niesie powszechne użytkowanie biomasy w energetyce.

3 W energetyce zawodowej najczęściej jest wykorzystywana biomasa typu ligninoceluloza: drewno, słoma, trawy, skorupy, łuski nasion, pozostałości z produkcji papieru itp. Najczęstszymi formami biopaliw dostarczanymi do spalania są trociny, zrębki, pelety i brykiety. Pomimo stosunkowo krótkiego okresu praktycznych doświadczeń związanych z energetycznym wykorzystaniem biomasy na skalę przemysłową, producenci energii doszli do wniosku, że w procesie energetycznego wykorzystania biomasy podczas jej współspalnia szczególnie należy uwzględnić zagrożenia pożarowo-wybuchowe podczas jej składowania, transportu, przygotowania mieszanki biomasa-węgiel i wprowadzania tej mieszanki przez istniejące układy nawęglania [6]. Szczególnie newralgicznym miejscem w układzie nawęglania, ze względu na możliwość wystąpienia zapłonu przygotowywanej mieszanki pyłowo-powietrznej paliw, jest układ młynowy, z którego może nastąpić propagacja pożaru lub wybuchu na galerie nawęglania [6, 7]. Na powiększenie stref niebezpiecznych w zakładach wykorzystujących biomasę do celów energetycznych w stosunku do stref wyznaczonych dla węgla wpływ ma między innymi: skłonność mieszanek pyłu węglowego z pyłami biomas do rozwarstwiania się, sedymentacja pyłu biomasy i jego zawieszanie się np. w zasobnikach, niski ciężar właściwy pyłów biomasy i naturalna skłonność do pylenia. Niski ciężar i małe rozmiary cząstek biomasy zwiększają ich zasięg (porywanie przez przeciągi, unoszenie przez ciągi wentylacyjne, a nawet przez konwekcję naturalną) ułatwiając penetrację do wnętrza urządzeń. Skutkuje to zwiększeniem prawdopodobieństwa wystąpienia zapłonu i wybuchu [7]. Przystąpienie Polski do UE wymogło ujednolicenie norm dotyczących oznaczania właściwości wybuchowych pyłów, które generalnie są zgodne z istniejącymi już krajowymi normami w tej dziedzinie. 3. Przedmiot analizy Przedmiotem analizy są odpady poprodukcyjne olejowca gwinejskiego, uprawianego w wielu regionach świata o klimacie tropikalnym (Rys. 1). Należy on do wielkiej rodziny roślin zwanych palmowcami (areki), wśród których największe znaczenie mają palmy olejowe. Wydobywany z nasion olejowca olej palmowy służy do produkcji margaryny, mydła, kosmetyków, świec, smarów, natomiast wytłoki stanowią paszę dla zwierząt. Olej palmowy stosowany jest także do wytwarzania bio-diesla. Stałe odpady z przerobu owoców olejowca znajdują coraz większe zastosowanie, jako biopaliwo stałe w energetyce.

4 Pokruszone skorupy orzechów olejowca znane są w energetyce pod akronimem PKS (Palm Kernel Shell) [8]. Dla polskich energetyków istotny jest fakt, że w pierwszym z Załączników do Informacji nr 30/2011 prezes Urzędu Regulacji Energetyki zakwalifikował do biomasy na cele energetyczne paliwo w postaci pozostałości z procesu uzyskiwania oleju palmowego (z palmy olejowca gwinejskiego). Energia elektryczna wytworzona w oparciu o to paliwo może być uprawniona do korzystania z systemu wsparcia przy spełnieniu określonych parametrów. Wytwarzanie energii elektrycznej w oparciu o paliwo z palmy olejowca gwinejskiego poddawane będzie jednak wyrywkowej weryfikacji [9]. Rys. 1. Skorupy olejowca gwinejskiego Nie jest to jedyny rodzaj biomasy egzotycznego pochodzenia zakwalifikowany jako paliwo do wytwarzania energii elektrycznej, bowiem w trzecim Załączniku do Informacji nr 30/2011 prezesa Urzędu Regulacji Energetyki zakwalifikowane do tej grupy zostały skorupy i wytłoczyny orzecha masłosza. Masłosz nie jest palmowcem, jest drzewem (rodzina sączyńcowatych), którego owoce dostarczają tłuszczu roślinnego (masło shea). Właściwości obu paliw biomasowych są bardzo zbliżone (Tab. 1).

5 Biomasa Olejowiec gwinejski N, % C, % H, % Tabela 1. Analiza elementarna O, % Cl, % Wilgoć W, % Substancja mineralna, A d Części lotne V d, % Ciepło spalania Q s d, MJ/kg 0,28 48,48 6,71 29,21 0,02 8,5 6, ,4 Masłosz 2,58 45,42 6,32 31,06 0,12 7,4 7,1 64,1 19,6 Oba paliwa pod względem energetycznym są atrakcyjnym nośnikiem energii, zbliżonym kalorycznością do słabszych węgli kamiennych, o niewielkim stopniu zawilgocenia. Ich wspólną wadą jest ich znacznie gorsza przemiałowość od przemiałowości węgli [10]. 4. Przygotowanie biomasy do badań Właściwości wybuchowe pyłów zasadniczo zależą od ich rozdrobnienia, dlatego istotna jest informacja o składzie ziarnowym badanego pyłu [11]. Jeżeli badania wykonywane są dla konkretnego odbiorcy, należy kierować się jego wymaganiami wybierając skład frakcyjny pyłu charakterystyczny dla danych zastosowań. Drugim ważnym parametrem wpływającym na parametry wybuchowe pyłu jest udział wilgoci, udział wody ponad 30% czyni pył niewybuchowym. W warunkach energetycznego użytkowania biomasy udział wilgoci w niej jest zmienny i trudny do kontrolowania, dlatego oznaczenia parametrów wybuchowych wykonuje się dla pyłu suchego. Otrzymaną do badań biomasę suszono przez okres 24 godzin w suszarce, w temperaturze 105 C. W okresie suszenia określano ubytek masy trzech referencyjnych próbek biomasy. Po ustaleniu się masy próbek określono ubytek masy łupin olejowca gwinejskiego w wyniku suszenia na 8,5%. Następnie łupiny zmielono w młynie laboratoryjnym firmy Retsch typ SM 100, a zmielony materiał przesiano przez sito 1000 µm odseparowując największe cząstki, które stanowiły ok. 10%. Przesiany materiału rozdzielono według rozmiaru cząstek z użyciem kalibrowanych sit uzyskując jego charakterystykę frakcyjną pyłu (Tab. 2).

6 Tabela 2. Wyniki oznaczania składu frakcyjnego próbki wyjściowej pyłu Wielkość kwadratowego otworu oczka sita [µm] Masa pyłu przechodzącego przez sito [%] , , , , , ,9 63 1,0 5. Właściwości wybuchowe Wykonano oznaczenia następujących parametrów wybuchowych pyłu olejowca gwinejskiego zgodnie z obowiązującymi normami: 1. minimalna energia zapłonu MEZ (PN-EN 13821), 2. maksymalne ciśnienie wybuchu p max (PN-EN ), 3. maksymalna szybkość narastania ciśnienia wybuchu (dp/dt) max (PN-EN ), 4. stała pyłowa (wskaźnik wybuchowości) K st (PN-EN ), 5. klasa wybuchowości S t (PN-EN ), 6. dolna granica wybuchowości DGW (LEL) (PN-EN ), 7. graniczne stężenie tlenu GST,% (PN-EN :2005) Minimalna energia zapłonu Minimalną energię zapłonu obłoku pyłu MEZ wyznaczano, jako najmniejszą energię elektryczną zgromadzoną w kondensatorze, która podczas jego rozładowania wystarczała do spowodowania zapłonu najbardziej zapalnej mieszaniny pyłu w zmodyfikowanym aparacie Hartmanna (1,2 dm 3 ) z pneumatycznym układem rozpraszania pyłu. Według PN- EN 13821:2004 przyjmuje się, że minimalna energia zapłonu MEZ znajduje się pomiędzy najwyższą energią E 1, przy której nie dochodzi do zapłonu mieszaniny pyłowo-powietrznej w 10 kolejnych próbach i najniższą energią E 2, dla której dochodzi do zapłonu w jednej z 10 kolejnych prób (Tab. 3).

7 5.2. Maksymalne ciśnienie wybuchu p max Maksymalne ciśnienie wybuchu p max to maksymalna wartość nadciśnienia powstającego w zamkniętym zbiorniku podczas wybuchu atmosfery pyłowej, oznaczona dla optymalnego stężenia pyłu i w normalnych warunkach atmosferycznych. Ciśnienie to mierzono w sferycznej komorze wybuchowej (V = 22,4 dm 3 ). Dla danej serii prób rejestrowano przebiegu ciśnienia wybuchu i określano maksymalną wartości ciśnienia wybuchu p max. Oznaczenia p max wykonano dla minimum dwóch kolejnych stężeń, po obu stronach zarejestrowanej w trakcie badań wartości maksymalnej ciśnienia wybuchu (PN-EN :2005). Zależność maksymalnego ciśnienia wybuchu p max od stężenia pyłu przedstawiona na rysunku 2, a wartość oznaczenia w tabeli 3. Rys. 2. Zależność maksymalnego ciśnienia wybuchu p max i maksymalnej szybkości narastania ciśnienia wybuchu (dp/dt) max od stężenia pyłu 5.3. Maksymalna szybkość narastania ciśnienia wybuchu (dp/dt) max Maksymalna szybkość narastania ciśnienia wybuchu (dp/dt) max obłoku pyłu jest to największa wartość pochodnej ciśnienia względem czasu (nachylenia ciśnienia po czasie ) mierzona podczas wybuchu mieszaniny pyłu z powietrzem w zamkniętym zbiorniku. Oznaczenia dp/dt) max wykonano w sferycznej komorze wybuchowej o objętości 22,4 dm 3 (Tab. 3). Zastosowana procedura badawcza oznaczenia maksymalnej szybkości narastania ciśnienia wybuchu (dp/dt) max jest zgodna z PN-EN :2008.

8 5.4. Wskaźnik wybuchowości pyłu i klasa wybuchowości Mieszaniny pyłowo-powietrzne wytwarzające podczas wybuchu znaczne nadciśnienie stwarzają duże zagrożenie niszczące dla instalacji i budynków. Dynamika wybuchu (dp/dt) zmniejsza się jednak ze wzrostem pojemności zbiornika, w którym wybuch zachodzi. Zależność tą wyraża wskaźnik wybuchowości K St, będący w znacznym zakresie objętości zbiornika V wielkością niezależną od V, wyznaczaną ze znanej relacji [3]: K St dp dt max V 1/3 const. Na postawie wyznaczonej wartości wskaźnika wybuchowości K St określono klasę zagrożenia wybuchowego pyłu olejowca gwinejskiego, jako St1 według EN (Tab. 3) Dolna granica wybuchowości DGW Dolna granica wybuchowości (DGW) pyłów jest to najniższe stężenie pyłu palnego w mieszaninie z powietrzem, w której może wystąpić wybuch. Za dolną granicę wybuchowości DGW należy przyjąć najwyższe stężenie pyłu palnego, przy którym zapłon pyłu nie wystąpił w trzech kolejnych próbach. Jako wartość najniższego stężenia pyłu odpowiadającego dolnej granicy wybuchowości DGW przyjęto takie stężenie, które powoduje przyrost ciśnienia wybuchu (nadciśnienie), co najwyżej do 0,05 MPa większy od ciśnienia początkowego (PN- EN ). Oznaczenie DGW wykonano w sferycznej komorze wybuchowej (22,4 dm 3 ). Źródło zapłonu w postaci dwóch zapłonników chemicznych (inicjałów), każdy o energii 1 kj, znajdowało się w środku sfery. Oznaczenia DGW wykonano dla frakcji pyłu przechodzącego przez sito o oczkach 63 µm. Za dolną granicę wybuchowości DGW przyjęto najwyższe stężenie pyłu palnego, przy którym zapłon nie wystąpił w trzech kolejnych badaniach. Dane pomiarowe podano w tabeli 2, na ich podstawie przyjęto DGW = 100 g/m 3 ( Tab. 3)

9 (dp/dt) max, MPa/s Tabela 3. Wyniki oznaczenia dolnej granicy wybuchowości pyłu DGW Stężenie pyłu [g/m 3 ] Ciśnienie maksymalne p max [MPa] Energia inicjału, kj Uwagi 100 0, , , , , ,110 2 x 1 Podczas wyznaczania DGW uwzględniono wpływ nadciśnienia pochodzącego od inicjału Frakcja pyłu 63 µm 5.6. Graniczne stężenie tlenu obłoków pyłu Graniczne stężenie tlenu obłoków pyłu GST jest to maksymalne stężenie tlenu w palnej mieszaninie pyłowo-powietrznej, w której nie wystąpi wybuch. Przyjęto, że ma to miejsce, kiedy mierzone nadciśnienie wybuchu takiej mieszaniny jest nie większe niż 0,05 MPa od ciśnienia początkowego. Oznaczenie granicznego stężenia tlenu GST obłoków pyłu wykonuje się przez wyznaczenie maksymalnego ciśnienia wybuchu p max i maksymalnej szybkości narastania ciśnienia wybuchu (dp/dt) max przy optymalnych koncentracjach pyłu. Do wyznaczenia wartości GST zastosowano procedurę zgodną z PN-EN :2005. Sposób wyznaczenia parametru GST dla pyłu olejowca gwinejskiego podano graficznie na rysunku 3, jako liniowo ekstrapolowaną zależność (dp/dt) max od stężenia tlenu (na podstawie (dp/dt) max = 0 wyznaczono szacunkową wartość GST 11% obj.). Wynik podano w tabeli O 2, % objęt. Rys.3. Zależności (dp/dt) max od stężenia tlenu i wyznaczenie GST

10 tabeli 4. Wyniki oznaczeń parametrów wybuchowych pyłu olejowca gwinejskiego zebrano w Tabela 4. Wyniki oznaczeń parametrów wybuchowych olejowca gwinejskiego Lp. Wskaźnik Wymiar Wartość 1. Maksymalne ciśnienie wybuchu p max MPa 0, Maksymalna szybkość narastania ciśnienia wybuchu (dp/dt) max MPa/s 8,82 3. Dolna granica wybuchowości DGW g/m Graniczne stężenie tlenu GST % (obj.) Wskaźnik wybuchowości K st MPa m/s 2,49 6. Minimalna energia zapłonu MEZ mj 75 < MEZ< Klasa zagrożenia wybuchowego St - St1 6. Właściwości pożarowe Wykonano następujące oznaczenia parametrów pożarowych pyłu olejowca gwinejskiego zgodnie z obowiązującymi normami: a) minimalna temperatura zapłonu warstwy pyłu T zapł warstwy i obłoku pyłu T zapł pył (wg. PN-EN : 2002), b) skłonność nagromadzeń pyłu do samozapłonu (wg. PN-EN 15188:2009) Minimalna temperatura zapłonu pyłu Oznaczania minimalnej temperatury zapłonu pyłu wykonano zgodnie z procedurami podanymi w PN-EN : Metoda A: warstwa pyłu na płycie grzejnej o stałej temperaturze Za minimalną temperaturę zapłonu warstwy pyłu T 5mm przyjmuje się najniższą temperaturę gorącej powierzchni, na której dochodzi do zapłonu znajdującej się na niej

11 warstwy pyłu o grubości 5 mm. Oznaczenia minimalnej temperatury zapłonu warstwy pyłu T 5mm wykonano dla frakcji pyłu przechodzącego przez sito o oczkach 500 µm. Minimalna temperatura zapłonu warstwy badanego pyłu wynosiła T 5mm = 260 C (Tab. 5). Tabela 5. Wyniki oznaczania minimalnej temperatury zapłonu warstwy pyłu T 5mm Grubość warstwy pyłu, mm 5 Temperatura powierzchni, C Wynik badania Zapłon/Brak zapłonu Czas do osiągniecia zapłonu lub maksymalnej temperatury warstwy bez zapłonu, min 264 Zapłon Brak zapłonu Brak zapłonu Brak zapłonu Metoda B: obłok pyłu w piecu o stałej temperaturze Uwagi Podczas badań pył wydziela znaczne ilości części lotnych (dymu) Za minimalną temperaturę zapłonu obłoku pyłu T CL pyłu przyjmuje się najniższą temperaturę pieca Godberta-Greenwalda [11], w której uzyskano zapłon obłoku pyłowego (widoczny wyrzut płomienia w dolnej części pieca). Oznaczenia minimalnej temperatury zapłonu obłoku pyłu T CL wykonano dla frakcji pyłu przechodzącego przez sito o oczku 63 µm zgodnie procedurą wg. PN-EN Minimalna temperatura zapłonu obłoku badanego pyłu wyniosła T CL = 490 C (Tab. 6). Tabela 6. Wyniki oznaczeń parametrów pożarowych pyłu olejowca gwinejskiego Lp. Wskaźnik Wymiar Wartość 1. Temperaturę zapłonu warstwy pyłu T 5mm C Temperatura zapłonu obłoku pyłu T CL C Skłonność nagromadzeń pyłu do samozapalenia Oznaczanie skłonności nagromadzeń badanego pyłu do samozapalenia wykonano według PN-EN 15188:2009. Opisana w tej normie procedura umożliwia oznaczenie parametrów krytycznych bezpiecznego składowania nagromadzeń biopaliw stałych na podstawie oznaczania temperatury samozapalenia nagromadzeń pyłu T Si (temperatury gorącego składowania) i czasu indukcji samozapalenia t i w funkcji objętości składowanych pyłów. Do badań użyto perforowanych w normie pojemników pomiarowych w formie walca o wysokości równej średnicy i o objętości: 200, 100 i 50 cm 3. Do oceny samozapalenia

12 przyjęto, że zapalenie próbki nastąpiło, kiedy temperatura w geometrycznym środku próby wzrosła o co najmniej 60 K powyżej temperatury gorącego składowania, lub gdy zmiany temperatury w czasie w geometrycznym środku próby wykazują punkt przegięcia i ma to miejsce w temperaturze wyższej od temperatury otoczenia wkomorze probierczej pieca. Przyjęto, że temperatura tzw. gorącego składowania badanych pyłów powodująca już zapalenie i temperatura pieca nie powodująca zapalenia, różni się nie więcej niż o 5 K. W tabeli 7 przedstawiono wyniki eksperymentalne oznaczenia temperatury samozapalenia T Si (gorącego składowania) i czasu indukcji t i dla próbek pyłu olejowca gwinejskiego o granulacji nie większej niż 250 µm. Tabela. 7. Zestawienie wyników badań, oznaczenia T Si i t i dla pyłu olejowca gwinejskiego Objętość naczynia Temperatura samozapalenia T Si, pomiarowego, cm 3 o C Czas indukcji t i, h , , ,3 W celu oznaczenia temperatury samozapalenia i czasu indukcji uzyskane wyniki przedstawione w postaci wykresów na rysunkach 4 i 5. Przedstawienie zmiennych na osiach x i y odpowiednio: 1/T Si i log(v/a) oraz log t i i log(v/a) na drugim wykresie, pozwala przedstawić wyniki w postaci zależności liniowej. Aby zwiększyć użyteczność prezentowanych wykresów uzupełniono wykres na rys. 5 o pomocniczą oś X na, której przedstawiono temperaturę - t wyrażoną w stopniach Celsiusza, a na pomocniczej osi Y przedstawiono obiętości nagromadzeń pyłu w m 3, natomiast wykres na rys. 4 uzupełniono o pomocniczą oś X - czasu, wyrażono w powszechnie używanych jednostkach czasu (godziny, dni, tygodnie, miesiące i lata) i pomocniczą oś Y- objętości nagromadzeń pyłu w m 3. Przy pomocy tak przygotowanych wykresów można łatwo oszacować zagrożenie samozapalenia nagromadzeń pyłu w warunkach składowania.

13 Rys. 4. Zależność czasu indukcji samozapalenia t i w zależności od objętości V nagromadzeń pyłu (oraz w zależności od stosunków objetość/powerzchnia log (V/A)) Rys. 5. Temperatura samozapalenia T Si w zależności od objętości V nagromadzeń pyłu (oraz w zależności od stosunków objetość/powerzchnia log (V/A))

14 7. Zagrożenie wybuchowe od elektryczności statycznej rezystywność pyłu Podczas transportu pneumatycznego rozdrobnione cząstki materiału zderzają i ocierają się ze sobą i ze ściankami rurociągu transportującego, co może powodować gromadzenie się ładunku elektrostatycznego i doprowadzać do iskrowych wyładowań elektrostatycznych wewnątrz rurociągu, wyładowań ślizgowych po jego powierzchni, przeskok iskry pomiędzy elementami instalacji, a nawet rażenie obsługi. Energia wyładowania elektrostatycznego może być na tyle duża, że może spowodować zapalenie pyłu w rurociągu i doprowadzić do wybuchu w silosie, w którym biomasa jest gromadzona [12]. Wyładowania iskrowe spowodowane zjawiskiem elektryzowania się materiałów były źródłem wielu pożarów i wybuchów, stanowiły też utrudnienia w wielu procesach technologicznych [13]. Rezystywność materiałów sypkich jest jednym z zasadniczych parametrów określających ich skłonność do elektryzacji. Znajomość rezystywności jest zatem cenną informacją umożliwiającą prognozowanie się zachowania materiału w trakcie przetwarzania i użytkowania w tym transportu pneumatycznego, a także przy ocenie skuteczności zastosowanych środków ochrony przeciwwybuchowej [12]. Rezystywność pyłu w warstwie jest to najmniejsza wartość rezystancji elektrycznej warstwy pyłu (znormalizowanej odległości pomiędzy elektrodami i powierzchnią kontaktu elektrod z pyłem) zmierzona dla określonych napięć probierczych. Pomiary rezystancji pyłu olejowca gwinejskiego w warstwie wykonano zgodnie z procedurą opisaną w normie PN-EN , a wyniki oznaczania rezystywności zestawiono w tabeli 7. Tabela. 7. Wyniki oznaczania rezystywności pyłu olejowca gwinejskiego Napięcie probiercze, V Rezystancja, Ω Rezystywność, Ω m 110 5, , , , , , , , , , , , , ,

15 Wyznaczone wartości rezystywności warstwy pyłu wskazują, że badany pył olejowca gwinejskiego należy zaliczyć do pyłu nieprzewodzącego, dlatego należy zwrócić uwagę na zagrożenie od elektryczności statycznej (wyładowanie iskrowe o energii przekraczajęcej MEZ) mogące pojawić się w procesach technologicznych związanych z przetwarzaniem tego materiału. 8. Podsumowanie a) Energetyczne użytkowanie biomasy stałej stwarza w zakładach energetycznych poważne zagrożenie pożarowo-wybuchowe spowodowane głównie jej magazynowaniem, transportem i przemiałem. b) Poprawę stanu bezpieczeństwa w zakładach energetycznych użytkujących biomasę poprawi oznaczanie wskaźników pożarowo-wybuchowych pyłów spalanej biomasy oraz ich archiwizowanie w bazach danych. c) Importowana biomasa z gatunku olejowców ma cenne właściwości energetyczne, a jej pyły są wybuchowe, ale ich charakterystyka pożarowo-wybuchowa nie różni się znacznie od właściwości pożarowo-wybuchowych pyłów biomasy pochodzenia krajowego. d) Na podstawie wykonanych oznaczeń pyły olejowca gwinejskiego należą do pyłów o umiarkowanej wybuchowości i zaliczają się do klasy wybuchowości St1. Literatura 1. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z dn r. w sprawie promocji stosowania energii ze źródeł odnawialnych, Dz. U. UE L 140/16, Polityka energetyczna Polski do 2030 roku, Ministerstwo Gospodarki, listopad 2009, Dokument przyjęty przez Radę Ministrów 10 listopada 2009r. 3. Bartknecht W., Dust Explosions, Springer-Verlag, Berlin, Wolański P., (Ed.) Grain Dust Explosion and Control, Warsaw University of Technology, Warsaw, Klemens R.H., Mechanizm propagacji i struktura płomienia w mieszaninach pyłowopowietrznych i hybrydowych, Prace naukowe, mechanika, z. 151, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa Kordylewski W., Mączka T, Ostropolski W., Oznaczanie wskaźników pożarowowybuchowych dla pyłów z biomasy, Magazyn Ex 3, 22-32, 2011.

16 7. Wasowicz P., Analiza bezpieczeństwa pracy instalacji młynowych bloku energetycznego przy realizacji współmielenia biomasy badanie HAZOP, Magazyn Ex, 3, 41-46, West Biofuels Italia Srl, Registered Office: 36, Via Ludovisi Rome (Italy) 9. Informacja Prezesa URE nr 30/2011 z 4 października 2011 r. URE 10. Kordylewski W., Tatarek A., Wybrane aspekty procesu toryfikacji łupin orzecha palmy olejowej, Field P., Dust Explosions, Elsevier, Amsterdam Gajewski A. S., Elektryczność statyczna - poznanie, pomiar, zapobieganie, eliminacja, Instytut Wydawniczy Związków zawodowych, Warszawa B. Rączkowski, BHP w praktyce, Ośrodek Doradztwa i Doskonalenia Kadr, Gdańsk 2009 FIRE AND EXPLOSION PROPERTIES OF PALM KERNEL SHELL ABSTRACT The results of investigations of fire and explosion properties of palm kernel shell (PKS) have been presented in the paper. The laboratory-scale studies of dust explosibility were conducted in the spherical explosion vessel of 22.4 dm 3 in the volume. The range of studies included determination of the maximum explosion pressure and the maximum rate of explosion pressure rise, the lower explosion limit, the minimum ignition energy of a dust suspension and limiting oxygen concentration of dust clouds. From among fire parameters the minimum ignition temperature of dust suspension and dust layer was determined and the spontaneous ignition behavior of dust accumulation was characterized. Additionally, the electrical resistivity of dust in layers was determined. The used procedures for determination of fire and explosion parameters were in accord with the actual EU standards. It was shown that the explosion parameters of the palm kernel shell dust are similar to these parameters of lignin-cellulose sort of biomass and its explosibility rank falls into the St1 class.