pochodzących z bieżącej produkcji

49 Analiza porównawcza jakości mułów węgla kamiennego pochodzących z bieżącej produkcji i zdeponowanych w osadnikach ziemnych 1. Wstęp Zbigniew Grudziński Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków Krajowa elektroenergetyka spala obecnie oraz przewiduje w przyszłości spalanie pewnych ilości mułów węglowych. Muły te mogą pochodzić zarówno z bieżącej produkcji, jak i mogą być pozyskiwane ze stawów osadowych, w których były deponowane wówczas, gdy nie było ekonomicznych przesłanek ani technicznych możliwości ich bieżącego wykorzystania. Muły węglowe znajdujące się w osadnikach ziemnych z prawnego punktu widzenia są odpadami, natomiast muły pochodzące z bieżącej produkcji są paliwem energetycznym. Nie zależy to od ich parametrów jakościowych [2]. Obecnie projektowane są nowe kotły energetyczne dostosowane do spalania mułów pochodzących z bieżącej produkcji lub ze stawów osadowych. Z tego też względu ważna jest znajomość ilości i jakości mułów energetycznych. Średnie parametry sortymentów mułowych produkowanych w ostatnich latach przedstawia tabela 1. Jak widać uśrednione parametry mułów produko-

Zbigniew Grudziński wanych w kraju w ostatnich latach są dosyć stabilne i kształtują się na poziomie: wartość opałowa (Q i r ) 19,3 MJ/kg, zawartość popiołu (A r )16.3%, zawartość siarki całkowitej (S t r ) 0,7%, zawartość wilgoci całkowitej (W t r ) 23%. Dane te nie uwzględniają tych ilości mułów, które są składnikiem mieszanek energetycznych produkowanych przez kopalnie. Zakres zmian podstawowych parametrów jakościowych zostanie pokazany w dalszej części na przykładzie konkretnych dostaw do określonych użytkowników. Dane o jakości mułów z osadników pochodziły z roku 2002, natomiast dane o jakości mułów z bieżącej produkcji kopalń, a spalanych w energetyce zawodowej, zostały przedstawione na przykładzie dostaw mułów węglowych do trzech dużych elektrowni w 2004 roku. Analizy porównawcze mułów zostały przeprowadzono na tle zakresów parametrów jakościowych mułów zawartych w PN 82/G 97003 (węgiel kamienny dla celów energetycznych) oraz jakości paliwa przewidzianego do spalania w nowo projektowanym kotle fluidalnym. Zakres projektowej zawartości popiołu dla tego kotła jest bardzo szeroki i wynosi: 28 65%, a przedział wartości opałowej projektowany jest od 7 do 17 MJ/kg. Tabela 1. Ilości i jakość mułów energetycznych produkowanych w latach 1999 2003 Table 1. Amounts and quality of coal slurries produced in 1999 2003 Rok Ilość Parametry jakościowe [tys. Mg] Q r i [kj/kg} A r [%] S r t [%] W r t [%] 1999 1 213 18 980 17,2 0,69 22,7 2000 1 264 19 020 16,8 0,67 22,5 2001 1 701 19 760 15,7 0,69 22,0 2002 2 045 19 710 14,9 0,73 23,1 2003 1 746 19 010 17,5 0,74 23,8 2. Muły z bieżącej produkcji Dane o jakości mułów z bieżącej produkcji obejmowały kilka tysięcy rekordów, dla których wyspecyfikowano były cztery parametry (wartość opałową, zawartość popiołu i siarki w stanie roboczym oraz zawartość wilgoci całkowitej) wraz z podaniem ilości [1]. Dane te, dla potrzeb niniejszej analizy, zagregowano do wąskich klas: co 1 MJ/kg wartości opałowej, co 1% zawartości popiołu i wilgoci oraz co 0,1% zawartości siarki. Rozkłady tych parametrów przedstawiono na wykresach (rysunek 1 i 2). Największe ilości dostaw posiadały wartość opałową w zakresie 8 11 MJ/kg (78% dostaw), a zawartość popiołu w zakresie 24 35% (78% dostaw). 672 VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

Analiza porównawcza jakości mułów węgla kamiennego... Z całkowitej ilości 335 tys. mułów dostarczonych do elektrowni 34,5% mieści się w obszarze wartości opałowych i zawartości popiołu wyznaczonym normą PN 82/G 97003, a 48,7% w obszarze parametrów przewidzianych dla projektowanego kotła fluidalnego. W przeprowadzonej analizie dostaw mułów z bieżącej produkcji kopalń do trzech elektrowni okazało się, że znaczne ilości mułów wykraczają zarówno poza zakres normy, jak i parametrów projektowych kotła fluidalnego. Tym niemniej należy tutaj nadmienić, że co prawda niektóre wyodrębnione w wyniku agregacji klasy jakościowe nie mieszczą się w wyznaczonych zakresach, natomiast uśrednione wartości parametrów wszystkich mułów odpowiadają klasie o parametrach 10 MJ/kg oraz 30% A r. Muły te w większości zużywane są w mieszankach (tworzonych w elektrowniach) z miałami i średnie parametry takich paliw odpowiadają zakresom produktów opisanych normą. Użytkownik, przygotowując paliwo do spalania w kotle, kieruje się wymaganiami technologicznymi eksploatowanych urządzeń, co leży w jego żywotnym interesie (koszty remontów, minimalizowanie ryzyka awarii itp.). wielkość dostaw [Mg] 140 120 100 80 60 40 20 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 wartość opałowa [MJ/kg] wielkość dostaw [Mg] 35 30 20 15 10 5 0 19 21 23 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 51 59 zawartość popiołu [%] Rys. 1. Rozkład wartości opałowej i zawartości popiołu w dostawach mułów z bieżącej produkcji Fig. 1. Distribution of calorific value and ash content in deliveries of slurries from the current production wielkość dostaw [Mg] 50 40 30 20 10 0 15 21 23 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 zawartość siarki [%] 51 wielkość dostaw [Mg] 175 150 1 100 75 50 0 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 zawartość wilgoci [%] 1.3 1.6 1.7 2.3 Rys. 2. Rozkład zawartości siarki i wilgoci w dostawach mułów z bieżącej produkcji Fig. 2. Distribution of sulphur and moisture content in deliveries of slurries from the current production VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa 673

674 Zbigniew Grudziński Na rysunku 2 przedstawiono rozkład zawartości siarki i wilgoci w sumarycznych dostawach mułów z bieżącej produkcji. Większość dostaw posiadało zawartość wilgoci w granicach 31 38% (70% dostaw) natomiast zawartość siarki w prawie 90% dostaw mieściła się w przedziale 0,6 0,8%. Zawartość siarki nie jest normalizowana normą (PN 82/G 97003); przytaczana tu powyższa norma dla węgla kamiennego do celów energetycznych podaje, że zawartość wilgoci całkowitej nie powinna przekraczać 27%. Zastrzeżenie to wynika przede wszystkim z problemów techniczno-ekonomiczych w transporcie (przylepianie do ścian wagonów, zamarzanie, itp. i związane z tym koszty przeładunków, a także w transporcie wewnątrz elektrowni w tym celu określa się dodatkowo tzw. wskaźnik podatności transportowej). W przypadku mułów parametr ten (maksymalna zawartość wilgoci całkowitej na poziomie 27%) jest często bardzo trudny do dotrzymania. Przy analizach jakości węgla należałoby w tym miejscu zwrócić uwagę na liniową zależność wartości opałowej od zawartości popiołu. Dla węgli pochodzących z jednego pokładu i to niezależnie od sortymentu występuje niemal idealna liniowa zależność tych parametrów w stanie suchym (współczynnik korelacji bliski jeden). Oczywiście poziom parametrów w stanie roboczym przy zróżnicowanych zawartościach wilgoci znacznie zaburza obserwacje. Autor nie dysponował wystarczającą liczbą danych (o poszczególnych rodzajach wilgoci), aby dokonać stosownych przeliczeń (na stan suchy), dlatego (chcąc przeanalizować tę zależność) wykonano uproszczone przeliczenie wykorzystując graniczną podaną w normie zawartość wilgoci równą 27%. Wyniki przeprowadzonych obliczeń zilustrowano na rysunkach 3 i 4. Rysunek 3 przedstawia rozrzut parametrów A r (Q r i ) dla wszystkich klas jakościowych w dostawach przy rzeczywistych zawartościach wilgoci całkowitej. Jak widać współczynnik korelacji (R 2 ) jest tu dosyć niski (rzędu 0,37). Natomiast przy przeliczeniu tych parametrów na stałą zawartość wilgoci W r t = 27% korelacja jest bardzo wysoka (ponad 0,9) co pokazano na rysunku 4. Ilość przypadków zdecydowanie odstających od wyznaczonej zależności jest bardzo mała, co może świadczyć o pochodzeniu analizowanych węgli (mułów) z podobnych jakościowo pokładów. Po uwzględnieniu przeliczenia parametrów A r r i Q i (na stałą dla wszystkich przypadków zawartość wilgoci wynoszącą 27%) otrzymujemy zupełnie inny rozkład dostaw w obrębie klas jakościowych (rys. 4). W wyniku przeliczenia przy stałej wilgotności w zakresie normy znajdowałoby się w takim teoretycznym przypadku 40,7% dostaw mułów, a w obszarze parametrów projektowanego kotła fluidalnego prawie 80%. Wnioskując z wyników przeprowadzonej analizy statystycznej wzajemnych zależności parametrów Q i A należy się spodziewać, że przy utrzymaniu w przyszłości dostaw z tych samych źródeł rozkład parametrów jakościowych mułów będzie przebiegać w sposób określony funkcją przedstawioną na rysunku 4 (dla zadanej zawartości wilgoci). VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

Analiza porównawcza jakości mułów węgla kamiennego... 55 50 45 y = -0.0014x + 43.946 R 2 = 0.3694 40 Ar [%] 35 30 20 15 10 2 000 4 000 6 000 8 000 10 000 12 000 14 000 16 000 18 000 Qir [kj/kg] Rys. 3. Zależności pomiędzy wartością opałową a zawartością popiołu dla mułów z bieżącej produkcji badane metodą regresji liniowej (dane rzeczywiste) Fig. 3. Dependence between calorific value and ash content for slurries from the current production tested using the method of linear regression (real data) 55 50 y = -0.0027x + 62.4 R 2 = 0.9018 Ar [%] 45 40 35 30 20 2 000 4 000 6 000 8 000 10 000 12 000 14 000 16 000 18 000 Qir [kj/kg] Rys. 4. Zależności pomiędzy wartością opałową a zawartością popiołu dla mułów z bieżącej produkcji badane metodą regresji liniowej (parametry przeliczone na stałą zawartość wilgoci W t r =27%) Fig. 4. Dependence between calorific value and ash content for slurries from the current production tested using the method of linear regression (quality parameters recalculated to the constant moisture content W t r =27%) VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa 675

Zbigniew Grudziński 3. Muły zdeponowane w osadnikach ziemnych Podstawą analiz omówionych w tym referacie jest jakość mułów zdeponowanych w osadnikach ziemnych zinwentaryzowanych w 2002 roku. Sumaryczna ilość mułów zalegających w osadnikach jest znacząca i wynosi prawie 11 mln ton. Wyniki analiz parametrów jakościowych mułów w osadnikach podawane są niekiedy jako szerokie przedziały, a czasami jako jedna wartość średnia. Przedziały tych parametrów zaznaczono w tabeli 2 pola wypełnione kolorem szarym tak aby móc przedstawić na ich tle jakość mułów z bieżącej produkcji. Kratki pokazują zakres parametrów objęty normą, Na tabelę tę naniesiono także w postaci prostokąta zakres parametrów przewidziany w projekcie kotła fluidalnego. Jak łatwo stwierdzić, większość mułów (prawie 80%) z osadników jakością odpowiada wymaganiom projektowym dla kotła fluidalnego, a prawie 56% tej potencjalnej podaży (ponad 6 mln ton) mieści się w zakresie parametrów wyznaczonych w normie dla węgla do celów energetycznych. Interesujące jest to, iż do elektrowni dostarczane były w dużej ilości muły, których jakość nie mieściła się w przedziale określonym normą i nie mieściła się w przedziale projektowanej jakości mułów możliwych do spalania w kotle fluidalnym. Ilości te podają cyfry znajdujące się poza obszarem klas jakościowych wg normy i poza obszarem prostokąta odpowiadającego warunkom spalania w kotle fluidalnym. Muły te utylizowane były w mieszankach z miałami węglowymi. Oznacza to, że posiadały dla użytkowników wystarczającą wartość użytkową. 4. Podsumowanie Analiza jakości mułów węglowych przeprowadzona w niniejszym referacie miała na celu porównanie parametrów jakościowych mułów z bieżącej produkcji oraz mułów zdeponowanych w osadnikach ziemnych. Porównanie przeprowadzono w odniesieniu do zakresów parametrów jakościowych węgla do celów energetycznych określonych w normie PN-82/G 97003 oraz do projektowych wymagań jakościowych mułów spełniających warunki spalania w kotle fluidalnym. Przeprowadzone analizy pozwalają na następujące stwierdzenia: większość mułów, zalegających w osadnikach ziemnych, ma jakość odpowiednią do spalania w projektowanym kotle fluidalnym, połowa mułów z bieżącej produkcji również spełnia wprost wymagania dla tego kotła, a po odpowiednim uśrednieniu z całej puli tych mułów można stworzyć paliwo o wymaganej jakości, 676 VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

Analiza porównawcza jakości mułów węgla kamiennego... Tabela 2. Dostawy ilościowe mułów z bieżącej produkcji do elektrowni na tle obszaru (kolor szary) parametrów jakościowych mułów z osadników i zakresu (prostokąt) dopuszczalnych parametrów mułów dla projektowanego kotła fluidalnego. Wielkości dostaw w poszczególnych klasach jakościowych Q/A Table 2. Deliveries of slurries from the current production to power plants on the background of the range (grey) of quality parameters of slurries from settling ponds and the range (rectangle) of admissible parameters of coal fuel for designed fluidal combustion boiler: Amounts of deliveries in particular quality classes Q/A przedziały wartości opałowej Qir [MJ/kg] Ar [%] 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 18 19 835 20 297 21 205 948 1 529 22 3 473 652 23 137 2 3 453 4 278 24 8 837 12 192 1 676 318 4 827 15 491 3 964 26 316 3 926 23 980 3 869 1 216 27 1 809 42 2 083 15 353 2 175 707 100 28 2 205 14 133 3 626 220 490 29 1 898 4 364 9 697 8 592 283 1 415 30 54 1 282 4 243 6 637 11 015 519 85 1 457 1 591 436 31 1 219 2 865 3 680 7 026 856 1 596 1 110 593 32 449 237 4 768 4 149 8 641 1 590 964 714 1 156 322 33 2 143 1 691 4 147 11 196 615 1 813 1 936 356 34 837 681 6 012 3 670 0 432 1 383 1 096 302 7 35 730 1 068 8 403 6 452 2 013 2 804 402 36 390 326 1 071 1 187 1 819 954 2 605 2 216 2 37 67 383 1 764 856 379 1 171 1 608 424 38 393 641 221 1 208 1 236 39 445 867 946 2 580 1 608 40 78 307 1 467 41 218 710 2 564 274 42 639 43 618 379 893 29 44 409 351 450 45 472 46 345 47 28 48 49 531 50 51 338 kocioł fluidalny Ar - 28-65%, Qir - 7-17 MJ/kg obszar parametrów jakościowych mułów zdeponowanych w osadnikach ziemnych VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa 677

Zbigniew Grudziński należy pamiętać, że zakresy parametrów (Q/A) podanych w normie, nie przesądzają o przydatności (lub jej braku) mułów do procesu spalania w określonej instalacji; normy są stosowane dobrowolnie, spełniają rolę informacyjną o jakości produktu, są pomocne w zawieraniu umów na dostawy i negocjowaniu ceny dostaw, a także w egzekwowaniu deklarowanej przez dostawcę jakości (np. w przypadku rozliczeń wtórnych), przedstawiona analiza pokazała, że większość mułów niezależnie czy pochodzą z bieżącej produkcji, czy z eksploatacji stawów osadowych może być wykorzystane jako paliwo energetyczne. Literatura 1. Blaschke W., Gawlik L., Grudziński Z., Lorenz U., Ozga-Blaschke U.: Określenie prawnych i technicznych możliwości spalania mułów węglowych w kotłach pyłowych i fluidalnych PKE S.A. Praca Instytutu GSMiE PAN dla PKE S.A. Niepublikowana, 2004. 2. Gawlik L.: Prawne aspekty wykorzystania mułów węglowych zdeponowanych w osadnikach. VII Ogólnopolska Konferencja pt. Kompleksowe i szczegółowe problemy inżynierii środowiska. Wydawnictwo Politechniki Koszalińskiej, 2004. 3. Górski M.: Spalanie odpadów i paliwa z odpadów w świetle obowiązujących przepisów polskiego prawa wewnętrznego. Paliwa z odpadów, tom IV. Praca zbiorowa pod redakcją Janusza W. Wandrasza i Krzysztofa Pikonia. Materiały IV Konferencji Paliwa z odpadów 2003. Wydawnictwo HELION, 2003. ss.11 16. 4. PN-82/ G-97003 Węgiel kamienny do celów energetycznych Streszczenie Krajowa elektroenergetyka spala obecnie oraz przewiduje w przyszłości spalanie pewnych ilości mułów węglowych. Muły te mogą pochodzić zarówno z bieżącej produkcji, jak i mogą być pozyskiwane ze stawów osadowych, w których były deponowane wówczas, gdy nie było ekonomicznych przesłanek ani technicznych możliwości ich bieżącego wykorzystania. Muły węglowe znajdujące się w osadnikach ziemnych z prawnego punktu widzenia są odpadami, natomiast muły pochodzące z bieżącej produkcji są paliwem energetycznym. Nie zależy to od ich parametrów jakościowych. Obecnie projektowane są nowe kotły energetyczne dostosowane do spalania mułów pochodzących z bieżącej produkcji lub ze stawów osadowych. Z tego też względu ważna jest znajomość ilości i jakości mułów energetycznych. W referacie przedstawiono wyniki analizy porównawczej parametrów jakościowych mułów węglowych zdeponowanych w osadnikach ziemnych oraz mułów pochodzących z bieżącej produkcji kopalń jakie zostały dostarczone do trzech jednostek wytwórczych. Analiza porównawcza mułów została przeprowadzona na tle zakresów parametrów jakościowych mułów zawartych w polskiej normie (węgiel kamienny dla celów energetycznych) oraz jakości paliwa przewidzianego do spalania w nowo projektowanym kotle fluidalnym. 678 VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa

Analiza porównawcza jakości mułów węgla kamiennego... Przedstawiona analiza pokazała, że większość mułów niezależnie czy pochodzą z bieżącej produkcji, czy z eksploatacji stawów osadowych może być wykorzystane jako paliwo energetyczne. Należy pamiętać, że zakresy parametrów (Q/A) podanych w normie, nie przesądzają o przydatności (lub jej braku) mułów do procesu spalania w określonej instalacji; normy są stosowane dobrowolnie, spełniają rolę informacyjną o jakości produktu, są pomocne w zawieraniu umów na dostawy i negocjowaniu ceny dostaw, a także w egzekwowaniu deklarowanej przez dostawcę jakości (np. w przypadku rozliczeń wtórnych). Abstract Comparative Analysis Of Quality Of Coal Slurries From The Current Production And Dumped In Settling Ponds Electroenergetic industry in Poland is currently burning and predicts in the future incineration of certain amounts of coal slurries. Those slurries may come both from current production, as well as they may be acquired from settling ponds, in which they were dumped when, there were no economic premises or technical possibilities of their current usage. Coal slurries being located in earth settlers are waste from the legal point of view, however slurries coming from current production are the energetic fuel. It doesn't depend on their quality parameters. Currently new energy boilers are designed adapted to burning slurries coming from current production or from ponds. For this reason it is important to know the quantity and the quality of energy slurries. The paper presents the results of comparative analysis of quality parameters of coal slurries dumped in settling ponds and the slurries from the current production that were delivered to three power plants. The analysis was carried out basing on the quality parameters of slurries according to the Polish standard (hard coal for energy production purposes) and basing on the quality of fuel demanded for burning in a newly designed fluidal boiler. The analysis shows that the majority of slurries, both from the current production and being the result of settling pond exploitation, may be used as a fuel. It is necessary to remember, that ranges of parameters (Q/A) given in the standard, do not determine usefulness (or its lack) of slurries for burning process in certain installation; standards are being applied voluntarily, they are fulfilling the information part about the quality of the product, they are helpful when entering into agreements for supplies and for negotiating the price of supplies, as well as in enforcing the quality declared by the deliverer (e.g. in case of secondary settlement of accounts). VII Ogólnopolska Konferencja Naukowa 679