Tomasz Iluk * Aleksader Sobolewski Mateusz Szul Istytut Chemiczej Przeróbki Węgla Zabrze Gasificatio of solid recovery fuel biomass ad sewage sludge i a fixed bed gasifier i pilot scale Zgazowaie w skali pilotowej stałych palych odpadów komualych biomasy oraz osadów ściekowych w geeratorze gazu ze złożem stałym DOI: 10.15199/62.2016.8.45 Alder chips solid recovery fuel ad their mixts. with prelimiarily dried sewage sludge were gasified with a O 2 - eriched air i a pilot-plat fixed-bed reactor (60 kw t ) at 600 1100 C to produce the CO CO 2 MeH ad H 2 -cotg. process gas. The gas produced by gasificatio of the chips cotaied 20 CO while the gasificatio of solid recovery fuel yielded the gas cotaiig oly 13 CO. I the case of the composite fuel the CO cotet was eve lower. Zaprezetowao zagadieia związae z wykorzystaiem surowców odpadowych w procesie zgazowaia dla produkcji w kogeeracji eergii elektryczej oraz ciepła. Scharakteryzowao m.i. właściwości fizykochemicze osadów ściekowych stałych palych odpadów komualych oraz biomasy pod kątem procesu zgazowaia w reaktorze ze złożem stałym. Przedstawioo badawczą istalację z geeratorem gazu (GazEla) ze złożem stałym o mocy ok. 60 kw t. Opisao przebieg prac eksperymetalych mających a celu stabile wytwarzaie gazu procesowego dla potrzeb silika tłokowego. Przedstawioo przebiegi charakterystyczych temperatur w reaktorze stężeia główych składików gazu procesowego a także wykres Sakeya obrazujący bilas masowy geeratora gazu. Obserwoway ostatio rozwój przemysłu eergetyczego ukierukoway jest a opracowywaie owoczesych techologii mających a celu wysokosprawe wytwarzaie eergii elektryczej oraz ciepła przy miimalym wpływie a środowisko człowieka. Dotyczy to Dr iż. Tomasz ILUK w roku 2007 ukończył studia a Wydziale Iżyierii Środowiska i Eergetyki Politechiki Śląskiej w Gliwicach. Pracę doktorską obroił w 2012 r. a tej samej uczeli. Od 2008 r. jest zatrudioy w Istytucie Chemiczej Przeróbki Węgla w Zabrzu aktualie a staowisku kierowika zespołu techologii zgazowaia. Specjalość techologie zgazowaia biomasy oraz odpadów oczyszczaie gazów procesowych oraz ich wykorzystaie w jedostkach kogeeracyjych do produkcji eergii elektryczej oraz ciepła. * Autor do korespodecji: Istytut Chemiczej Przeróbki Węgla ul. Zamkowa 1 41-803 Zabrze tel.: (32) 271-00-41 fax: (32) 271-08-09 e-mail: tiluk@ichpw.pl Dr iż. Aleksader SOBOLEWSKI w roku 1986 ukończył studia a Wydziale Chemiczym Politechiki Śląskiej w Gliwicach specjalość iżyieria chemicza. Pracę doktorską (iżyieria chemicza) obroił w 1993 r. a Politechice Śląskiej. Od 1987 r. jest zatrudioy w Istytucie Chemiczej Przeróbki Węgla w Zabrzu od 2004 do 2013 roku a staowisku zastępcy dyrektora ds. badań i rozwoju a obecie dyrektora Istytutu. Jest człokiem liczych orgaizacji krajowych i międzyarodowych między iymi: człokiem Europejskiego Komitetu Koksowiczego (od 2001 r.) w ramach którego jest Przewodiczącym Evirometal Workig Group (od 2013 r.) ekspertem Polskiej Izby Ekologii w zakresie odpadów przewodiczącym Techiczej Grupy Roboczej ds. przemysłu koksowiczego człokiem (a w latach 2010-2013 r. zastępcą przewodiczącego) Komitetu Sterującego Polskiej Platformy Techologiczej Stali człokiem (a od 2011 r. przewodiczącym) Komitetu Techiczego r 144 Polskiego Komitetu Normalizacyjego ds. Koksu i Przetworzoych Paliw Stałych człokiem Stowarzyszeia Iżyierów i Techików Przemysłu Huticzego a od 2011 r. prezesem Oddziału Karbochemii SITPH. Specjalość koksowictwo eergetyka oraz gospodarka odpadami. 1634 95/8(2016)
zarówo dużych bloków eergetyczych 1 3) jak i małych oraz średich rozproszoych jedostek 4 5). Wprowadzae akty prawe dotyczące m.i. zagospodarowaia osadów ściekowych i stałych palych odpadów komualych SRF (solid recovery fuel) wymuszają poszukiwaie owych techologii efektywego zagospodarowaia tych surowców 6). Istotym aspektem opracowywaych techologii oprócz zagadień eergetyczych i środowiskowych jest rówież aspekt ekoomiczy. W ostatich latach często dyskutuje się w Polsce ad docelowym modelem gospodarki odpadami który umożliwiłby ich efektywą utylizację zarówo pod względem ekologiczym jak i ekoomiczym. Do liczej dostępej grupy odpadów które mogą być wykorzystae do produkcji eergii elektryczej oraz ciepła ależą osady ściekowe geerowae w trakcie pracy komualych oczyszczali ścieków oraz SRF odzyskiwae w procesie przerobu odpadów komualych. Odpady te są geerowae w większości polskich gmi i powiatów. W przedsiębiorstwach komualych występuje często rówież biomasa odpadowa pochodząca m.i. z utrzymaia zielei miejskiej. Kompleksowe podejście do gospodarki odpadami gmiymi mające a celu ich efektywe wykorzystaie do produkcji eergii elektryczej oraz ciepła było jedą z główych przesłaek do rozpoczęcia wspólych prac przez kosorcjum w skład którego wchodziło Regioale Cetrum Gospodarki Wodo-Ściekowej SA Istytut Chemiczej Przeróbki Węgla Cetrum Iowacji i Wdrożeń Bio-Iwest Sp. z o.o. oraz firma Sygaz SA. W ramach projektu badawczo-rozwojowego kosorcjum to podjęło badaia zgazowaia osadów ściekowych SRF i biomasy. Kompleksowa techologia zgazowaia zitegrowaa z jedostką kogeeracyją umożliwia utylizację uciążliwych środowiskowo odpadów a także produkcję z ich eergii elektryczej oraz ciepła dla potrzeb gmi lub miast. W 2013 r. wytworzoo w Polsce poad 11 ml t odpadów komualych z czego większość poddao procesowi składowaia (ok. 75). Część z ich (ok. 10) przekształcoo termiczie w spalariach odpadów a pozostałą część przetworzoo biologiczie w kompostowiach. Otrzymao rówież paliwo stałe SRF pochodzące z segregacji odpadów komualych. W jego skład wchodzą pale odpady ie iż iebezpiecze a eergia chemicza w ich zawarta może zostać efektywie wykorzystaa do produkcji eergii elektryczej oraz ciepła. Istiejące regulacje prawe dotyczące SRF określają szczegółowe wymagaia jakie musi spełić te rodzaj surowca w celu jego odpowiediej klasyfikacji. Do ajważiejszych jego parametrów zalicza się wartość opałową oraz zawartość chloru i rtęci. Ważym aspektem jest rówież zawartość popiołu siarki węgla i wodoru a także pierwiastków śladowych. Istotym parametrem dla eergetyczego jego wykorzystaia jest wartość opałowa która w zależości od techologii wytwarzaia może wyosić poad 22 MJ/kg 7 9). Wszystkie te parametry mają duży wpływ a kształt i wielkość ryku zbytu dla SRF wytwarzaego w Polsce. Obecie występuje zacza adpodaż SRF dostępego a ryku. Główi jego odbiorcy (cemetowie) już całkowicie wykorzystali dostępe dla ich moce przerobowe tego paliwa alteratywego. Puktem zwrotym mogłyby się okazać powstające w Polsce spalarie odpadów lecz te w dużej mierze zostały ukierukowae a odbiór zmieszaej frakcji odpadów komualych. 95/8(2016) Mgr iż. Mateusz SZUL w roku 2014 ukończył studia a Wydziale Chemiczym Politechiki Śląskiej w Gliwicach. W 2012 r. rozpoczął pracę w Istytucie Chemiczej Przeróbki Węgla w Zabrzu w Cetrum Badań Techologiczych ad rozwojem techologii zgazowaia paliw stałych (biomasy i odpadów) w geeratorze gazu ze złożem stałym GazEla. W 2015 r. został wyróżioy agrodą STIPChem za ajlepszą pracę dyplomową z dziedziy chemii o zastosowaiu w przemyśle. Specjalość projektowaie wdrażaie i rozwój owoczesych rozwiązań dla oczyszczaia gazów procesowych. Podobie wygląda sytuacja dotycząca osadu ściekowego który geeroway jest w oczyszczaliach ścieków komualych. Surowy osad ściekowy (o zawartości masy suchej 10 12) kieroway jest do fermetacji aaerobowej w celu wytworzeia biogazu. Biogaz te wykorzystyway jest jako paliwo do apędu układów kogeeracyjych opartych a silikach tłokowych w celu produkcji ciepła i eergii elektryczej. Drugim produktem biogazowi osadowej jest jedak pofermetat który w dalszym ciągu zawiera zaczą część frakcji biodegradowalej oraz węgla. Strumień te trafia w astępej kolejości do istalacji odwodieia (ok. 20 s.m.) i/lub suszeia (90 95 s.m.) w zależości od jego końcowego wykorzystaia. Na początku 2016 r. zaczęły obowiązywać przepisy zakazujące składowaia osadu ściekowego co wymusza poszukiwaie owych metod jego zagospodarowaia. W przypadku ustabilizowaego osadu ściekowego trudo mówić o możliwości odzysku materiałów (p. metali) dlatego też osad te kieroway jest główie do istalacji termiczego przetwórstwa (spalarie cemetowie). Ze względu a iską wartość opałową oraz ie sprzyjającą charakterystykę fizykochemiczą obu opisaych powyżej odpadów iteresującym rozwiązaiem wydaje się być wykorzystaie tych surowców w rozproszoych systemach eergetyczych opartych a techologii zgazowaia 10). Umożliwi to rozwiązaie lokalych problemów zagospodarowaia odpadów oraz zmiejszeie kosztów związaych z zakupem ciepła i eergii elektryczej w małych gmiach i miejscowościach. Rozwój rozproszoych układów kogeeracyjych opartych a stabilym źródle paliwa jakim są omawiae odpady staowi bezpieczą alteratywę dla wykorzystywaych obecie paliw pierwotych. Dodatkowo istalacje te geerować będą eergię z alteratywych źródeł bez obawy o fluktuację i małą stabilość produkcji które to ieodłączie związae są ze źródłami opartymi a eergii wiatru czy słońca. Techologia zgazowaia paliw stałych W IChPW opracowao techologię zgazowaia paliw stałych w geeratorze gazu GazEla przezaczoą dla układów eergetyczych charakteryzujących się małą oraz średią mocą. Istalacja zgazowaia obejmuje (i) układ przygotowaia podawaia i dozowaia paliwa (ii) geerator gazu ze złożem stałym (iii) układ oczyszczaia gazu procesowego oraz (iv) układ kogeeracyjy z silikiem tłokowym. Kocepcję 3-strefowego geeratora gazu oraz kompleksową techologię potwierdzoo w pilotowej istalacji zlokalizowaej w IChPW w cetrum badań ad techologiami zgazowaia węgla biomasy oraz odpadów 11 12). Opatetoway przez IChPW cylidryczy reaktor ze złożem stałym o przepływie mieszaym to geerator gazu GazEla o mocy 60 kw t 13). O jego iowacyjym charakterze świadczy fakt odbioru gazu procesowego bezpośredio ze strefy zgazowaia dzięki czemu możliwe stało się uzyskiwaie gazu procesowego o iskiej zawartości substacji smolistych i wysokiej wartości opałowej. Powietrze atmosferycze o temperaturze otoczia (lub podgrzae do temp. 200 C) wraz z parą wodą staowi czyik zgazowujący. Dodatkowym atutem reaktora jest rówież możliwość podawaia czyika zgazowującego (wraz z regulacją strumieia) zarówo ad złoże paliwa w środkową jego część jak i pod ruszt zgazowarki. Reaktor wyposażoy został w układ ciągłego pomiaru wysokości złoża paliwa w celu umożliwieia prowadzeia badań procesu zgazowaia różych rodzajów paliw stałych charakteryzujących się zmieymi właściwościami fizykochemiczymi oraz określaia wpływu wysokości złoża a skład otrzymywaego gazu procesowego a także a stabilość pracy geeratora. W późiejszym etapie badań reaktor doposażoo w iowacyjy mechaiczy układ odbioru popiołu z rusztu dzięki któremu możliwe stało się zgazowaie paliw o wysokiej zawartości popiołu a także o iskiej temperaturze miękięcia i spiekaia. Umożliwiło to realizację prac badawczych dotyczących procesu zgazowaia paliw w warukach przekroczoych temperatur miękięcia i spiekaia popiołu. 1635
Doprowadzoe za pomocą dozowika ślimakowego wilgote paliwo do górej części reaktora przemieszcza się w dół urządzeia i poddawae jest suszeiu pirolizie spalaiu oraz zgazowaiu. W strefie suszeia oraz pirolizy paliwo i powietrze przemieszczają się współprądowo w strefie zgazowaia występuje prąd mieszay a proces spalaia ieprzereagowaego karboizatu zachodzi w przeciwprądzie 14 15). Urządzeie to łączy zalety zarówo reaktora przeciwprądowego jak i współprądowego a także daje możliwość stosowaia paliwa o różej graulacji oraz o zwiększoej wilgotości. Istalacja doświadczala wyposażoa jest rówież w układ oczyszczaia gazu procesowego układ kogeeracyjy oparty a siliku tłokowym 16 18) a także układ kotrolo-pomiarowy który umożliwia ciągły moitorig parametrów techologiczych pracy istalacji. Podstawowym paliwem dla geeratora gazu GazEla jest biomasa drzewa. W ramach m.i. Programu Strategiczego r 4 którego wybrae etapy realizowae były przez IChPW przeprowadzoo serię prac badawczo-rozwojowych dotyczących techologii zgazowaia biomasy w geeratorze gazu GazEla w skali pilotowej oraz demostracyjej (15 MW t ) 19). Część doświadczala Aparatura Badaia przeprowadzoo w opracowaym i skostruowaym w IChPW geeratorze gazu ze złożem stałym GazEla którego schemat przedstawioo a rys. 1. Na rysuku tym pokazao rówież poszczególe strefy procesowe reaktora. Surowce Jako paliwo biomasowe zastosowao dostępe a ryku zrębki drewa olchowego o wymiarach 5 10 mm. Paliwo SFR pochodziło z zakładu zagospodarowaia odpadów komualych ze Śląska. Przed rozpoczęciem prób poddao je procesowi graulowaia dla uzyskaia złoża o odpowiediej strukturze. Homogeizacja SRF oraz zwiększeie jego gęstości asypowej miało rówież a celu zlikwidowaie problemów związaych z zawisaiem surowca w zbiorikach paliwa. Osad ściekowy pochodził z Oczyszczali Ścieków Tychy- -Urbaowice. Osad te staowił bardzo trude paliwo z puktu widzeia procesów kowersji termochemiczej gdyż wymagał suszeia lub częściowego podsuszaia. Osad ściekowy podday procesowi suszeia wykazywał zacze zubożeie w pierwiastkowy węgiel (ok. 2 razy miejsza zawartość w porówaiu z paliwem biomasowym lub SFR (tabela) a poadto posiadał strukturę droboziaristą o bardzo małej wytrzymałości mechaiczej (graulki o średicy ok. 2 mm lub wiórki o graulacji 2 5 mm w zależości od metody suszeia). W związku z tym ie poddawao go procesowi zgazowaia w postaci odrębego paliwa i dla potrzeb procesu zgazowaia poprzez odpowiedie suszeie mieleie i frakcjoowaie przygotowao paliwo kompozytowe które bazowało w główej mierze a osadzie ściekowym oraz SRF. Table. Proximate ad ultimate aalysis of fuels Tabela. Techicza i elemetara aaliza paliw Parametr Wilgoć w staie roboczym Wilgoć w staie aalityczym Zawartość popiołu Zawartość części lotych Całkowita zawartość siarki Zawartość węgla Zawartość wodoru Zawartość azotu Zawartość tleu Ciepło spalaia Wartość opałowa Symbol jedostka W tr W a A a V daf S ta C ta H ta N a O da Q sa J/g Q ir J/g Fig. 1. Process diagram of GazEla fixed bed reactor Rys. 1. Schemat geeratora gazu GazEla Otrzymae paliwo kompozytowe o aalizie techiczej i elemetarej przedstawioej w tabeli wykazywało właściwości zbliżoe do SFR. Różiło się tylko charakterystyczą temperaturą topliwości która wskazywała że w zakresie 850 880 C możliwe było spiekaie złoża. Problem te rozwiązao jedak poprzez obiżeie temperatury spalaia karboizatu do 950 1000 C co w połączeiu z opracowaą w IChPW techologią rusztu mechaiczego pozwalało a ciągły odbiór popiołu w postaci sypkiej lub rozdrobioego spieku. Wyiki aalizy elemetarej oraz techiczej wszystkich składików mieszaki kompozytowej (tabela) porówao z wartościami otrzymywaymi dla podstawowych paliw stosowaych w wielkoskalowych techologiach zgazowaia (węgiel kamiey i bruaty). Metodyka badań Na rys. 2 przedstawioo przebieg rejestrowaych w reaktorze GazEla charakterystyczych temperatur poiżej strefy suszeia paliwa (góra część reaktora) w strefie środkowej reaktora oraz w strefie spalaia Zrębki Pellet SRF olchowe 6 mm Osad ściekowy (po suszeiu) Paliwo kompozytowe Węgiel kamiey Węgiel bruaty 121 76 820 161 188 503 77 21 780 31 97 85 04 152 4200 177 153 213 8355 8854 8251 8172 4044 5859 002 025 098 041 150 084 474 5370 2650 483 580 464 536 700 345 588 359 374 021 111 383 146 092 052 3891 2064 2324 2314 1104 1924 18 582 23 319 11 262 20 460 23 200 18 099 16 286 20 445 10 207 16 210 19 698 8 159 1636 95/8(2016)
Fig. 2. Temperature profile for biomass gasificatio Rys. 2. Profil temperaturowy reaktora dla zgazowaia biomasy ieprzereagowaego karboizatu (dola część reaktora) w ciągu 8 h. W celu otrzymaia gazu procesowego o wysokiej temperaturze iskiej zawartości substacji smolistych oraz wysokiej wartości opałowej dobrao odpowiedi profil temperaturowy reaktora a całej jego wysokości techologiczej i określoo waruki procesowe umożliwiające uzyskaie odpowiedio długiego czas przebywaia cząstek paliwa w poszczególych strefach reaktora (optymalizacja parametrów techologiczych oraz kostrukcyjych) przy jedoczesej stabilej pracy geeratora gazu (iewielka zmieość składu stały strumień oraz temperatura geerowaego gazu procesowego). Skład gazu procesowego ozaczao w sposób ciągły w stacji aalizatorów IR. Dla kalibracji aalizatorów oraz sprawdzeia poprawości wskazań prowadzoo rówolegle szczegółową aalizę składu gazu procesowego z wykorzystaiem chromatografu gazowego. Średią wartość opałową gazu wyliczoo z zawartości palych jego składików (CO H 2 CH 4 ). Nie uwzględioo zawartości węglowodorów iych iż meta (C 2 H 6 C 2 H 4 C 3 H 8 C 3 H 6 C 4 H 10 C 5 H 12 ). w celu uikięcia problemów związaych z brakiem systematyczego grawitacyjego przemieszczaia się paliwa wewątrz reaktora a skutek przemia plastyczych zachodzących we frakcji polimerowej. Zjawisko to spowodowało rówież koieczość dostosowaia wysokości złoża surowca w celu optymalizacji czasu przebywaia cząstek paliwa w odpowiedich strefach reakcyjych poprzez wydłużeie czasu przebywaia paliwa w strefie pirolizy (500 600 C) oraz skróceie czasu suszeia i wstępego odgazowaia (100 250 C). Drugim istotym parametrem odróżiającym proces zgazowaia SRF od paliwa biomasowego była duża zawartość popiołu w SRF który poadto miał wyższą temperaturę spiekaia ok. 1070 C (zrębki drzewe maks. 950 C) co pozwalało a jego lepsze dopaleie oraz zastosowaie wyższych temperatur a graicy stref zgazowaia i spalaia karboizatu. Kilkuastokroty wzrost zawartości popiołu w paliwie wymuszał opracowaie wydajej metody jego wysokotemperaturowego odbioru. W tym celu koiecze było opracowaie rusztu mechaiczego który pozwalałby a pracę w zakresie temp. 800 1200 C pod ciśieiem procesowym do 40 kpa w warukach półredukcyjych oraz wysoce korozyjych. Opracowaie i wdrożeie takiego systemu odbioru popiołu umożliwiło kotyuowaie badań i uzyskaie stabilego przebiegu pracy geeratora gazu. Na rys. 3 przedstawioo przebiegi temperatur procesowych rejestrowaych w reaktorze podczas zgazowaia SRF dla 7 przykładowo Zgazowaie SRF Specyfika paliwa SRF pociągała za sobą koieczość wprowadzeia pewych modyfikacji parametrów procesowych oraz kostrukcyjych w celu uzyskaia stabilej pracy reaktora. Podstawowym zadaiem wyikającym z zastosowaia wysoce heterogeiczego paliwa o dużej zawartości frakcji tworzyw sztuczych (PE-HD PE-LD PP) była koieczość zmiay profilu temperatur w reaktorze Fig. 3. Temperature profile for SRF gasificatio Rys. 3. Profil temperaturowy dla zgazowaie SRF 95/8(2016) 1637
wybraych godzi pracy. Średie wartości temperatur w trzech charakterystyczych strefach reaktora wyiosły odpowiedio: ok. 520 C (góra część reaktora) ok. 800 C (środkowa część reaktora) oraz 1000 C (dola część reaktora). Temperatura w strefie dopalaia popiołu dla testów zgazowaia SRF była iższa iż miało to miejsce dla zrębki drzewej. Fakt te wyikał z wydłużeia tej strefy w celu głębokiego dopaleia części palych zawartych w popiele z SRF oraz skompesowaia jego wyższej zawartości. Skok temperatury w górej części reaktora widoczy pomiędzy drugą i trzecią godzią pracy został ziweloway poprzez modyfikację parametrów techologiczych reaktora. Zgazowaie paliwa kompozytowego W wyiku przeprowadzoej optymalizacji parametrów geometryczych oraz procesowych reaktora (wysokość złoża wysokość puktu odbioru gazu dystrybucja i temperatura czyika zgazowującego) po upływie 8 h uzyskao stabily przebieg procesu zgazowaia przy zachowaiu temperatur poszczególych stref reaktora a poziomie odpowiedio 470 C 690 C oraz 1060 C. Dla takich waruków otrzymao gaz procesowy o składzie i wartości opałowej przedstawioych a rys. 5. Średia wartość opałowa gazu (CO H 2 CH 4 ) wyiosła ok. 54 MJ/m 3. Dla przedstawioego a rys. 5 okresu średie wartości główych składików gazu wyiosły odpowiedio: CO 1997 CO 2 1269 H 2 868 CH 4 536. Podczas zgazowaia zrębków drzewych geerator gazu GazEla w skali pilotowej osiągał moc od 60 kw t dla zgazowaia powietrzego do ok. 100 kw t podczas zgazowaia mieszaią powietrza i pary wodej. Na rys. 6 przedstawioo bilas masowy reaktora w postaci Na rys. 4 przedstawioo przebieg charakterystyczych temperatur procesowych podczas zgazowaia paliwa kompozytowego. Uwarukowaia techologicze spowodowały koieczość dostosowaie wysokości złoża dla tego surowca oraz zmodyfikowaie temperatury w górej części reaktora dla stabilej pracy geeratora gazu. Wydłużeie czasu pirolizy w środkowej strefie reaktora przyczyiło się do zaczego spadku reaktywości otrzymywaego karboizatu co w połączeiu z koieczością ograiczeia temperatury zgazowaia i spalaia spowodowało wydłużeie czasu przebywaia paliwa w reaktorze. Taka sytuacja pociągała za sobą wzrost współczyika admiaru powietrza co spowodowało spadek jakości produkowaego gazu procesowego. Poprzez zmiaę wysokości złoża a także zmiaę obciążeia czyikiem zgazowującym poszczególych stref reakcyjych oraz odbiór popiołu osiągięto stabilą pracę geeratora gazu (rys. 4). Fig. 4. Temperature profile for composite fuel gasificatio Rys. 4. Profil temperaturowy reaktora dla zgazowaia paliwa kompozytowego Wyiki badań Zgazowaie biomasy Fig. 5. Compositio of process gas from biomass gasificatio Rys. 5. Skład gazu procesowego ze zgazowaia biomasy 1638 95/8(2016)
Fig. 6. Sakey diagram of mass balace for biomass gasificatio Rys. 6. Diagram Sakeya bilasu masowego dla zgazowaia biomasy diagramu Sakeya. Został o przygotoway dla uśredioych wartości zarejestrowaych podczas długotermiowych testów zgazowaia biomasy. Zgazowaie SRF Otrzymao gaz procesowy o składzie i wartości opałowej przedstawioych a rys. 7. Średie wartości główych składików gazu wyosiły odpowiedio: CO 1293 CO 2 1401 H 2 471 i CH 4 953. Zauważaly tred spadkowy iektórych stężeń składików gazu procesowego (p. CO) związay był z brakiem systematyczego odbioru popiołu z dolej części reaktora. Wprowadzeie układu odbioru popiołu umożliwiło wyelimiowaie tego zjawiska i otrzymaie stabilych przebiegów składików gazu procesowego. Podczas zgazowaia SRF geerator gazu GazEla w skali pilotowej osiągał moc od 35 kw t dla zgazowaia powietrzego do ok. 65 kw t podczas zgazowaia mieszaią powietrza i pary wodej. Na rys. 8 przedstawioo bilas masowy reaktora w postaci diagramu Sakeya przygotoway dla uśredioych wartości zarejestrowaych podczas Fig. 7. Compositio of process gas for SRF gasificatio długotermiowych testów Rys. 7. Skład gazu procesowego ze zgazowaia SRF zgazowaia SRF. Zgazowaie paliwa kompozytowego 40 MJ/m 3. W trakcie testów zgazowaia mieszaek kompozytowych uzyskiwao wartość opałową gazu procesowego w przedziale 35 45 MJ/m 3 (w zależości od składu mieszaek kompozytowych). Na rys. 10 przedstawioo bilas masowy reaktora w postaci diagramu Sakeya przygotoway dla uśredioych wartości zarejestrowaych podczas długotermiowych testów zgazowaia paliwa kompozytowego. Podsumowaie Dokoao zgazowaia trzech odmieych paliw odpadowych różiących się właściwościami fizykochemiczymi istotymi z puktu widzeia tego procesu (zawartość wilgoci popiołu węgla i wodoru wartość opałowa) a także charakterystyczymi temperaturami dotyczącymi miękięcia i spiekaia popiołu. Parametry surowców w istoty sposób wpłyęły a pracę pilotowego geeratora gazu powodując koieczość dostosowaia zarówo parametrów techologiczych jak i techiczych (kostrukcyjych) reaktora. W celu uzyskaia stabilych parametrów pracy reaktora przy zgazowaiu odpadów zastosowao jako czyik zgazowujący mieszaię powietrza i pary wodej. Koiecze było rówież dostosowaie wysokości złoża paliwa w zgazowarce. Przeprowadzoe zmiay wpłyęły a stężeia główych składików gazu procesowego. Dla zgazowaia biomasy udział CO w gazie był rówy ok. 20 dla SRF ok. 13 Na rys. 9 przedstawioo przebieg zmia stężeń główych składików geerowaego gazu procesowego w trakcie 8 h pracy reaktora. Wprowadzeie zmia parametrów kostrukcyjych reaktora wpłyęło a zmiaę stężeń CO H 2 oraz CH 4. W trakcie badań stwierdzoo też zaczy przyrost zawartości węglowodorów C 2 C 5 w gazie procesowym co wskazywało a przebieg procesu pirolizy. Stabilą pracę reaktora zasilaego mieszaką paliwową osiągięto zatem poprzez wydłużeie strefy pirolizy paliwa oraz zgazowaia karboizatu przy wysokim stosuku admiaru powietrza. Średia wartość opałowa gazu procesowego wyzaczoa a podstawie podstawowych składików gazu wyiosła ok. 27 MJ/m 3 jedakże po szczegółowej aalizie chromatograficzej pobraych próbek gazu wartość ta wzrosła do 95/8(2016) Fig. 8. Sakey diagram of mass balace for SRF gasificatio Rys. 8. Diagram Sakeya bilasu masowego dla zgazowaia SRF 1639
a w przypadku paliwa kompozytowego wartość ta była jeszcze iższa. W przypadku zasilaia reaktora paliwem kompozytowym uzyskao wartość opałową gazu a poziomie 40 45 MJ/m 3. Szczegółowa aaliza chromatograficza gazu procesowego wykazała obecość węglowodorów C 2 C 5. Proces zgazowaia biomasy w reaktorze może być realizoway w wysokich temperaturach (ok. 1050 C). Przestrzegaie temperaturowego reżimu pracy reaktora oraz iska zawartość popiołu w paliwie umożliwiała stabile wytwarzaie gazu procesowego bez koieczości stosowaia rusztu mechaiczego oraz pary wodej. W przypadku zgazowaia SRF koiecze było wdrożeie rusztu mechaiczego w celu odbioru admiarowego popiołu gromadzoego w dolej części reaktora. Problem te był szczególie widoczy podczas zgazowaia paliwa kompozytowego bazującego a osadach ściekowych gdzie zawartość popiołu wyosiła ok. 40. Istotym elemetem prac było rówież opracowaie metodologii pracy rusztu w celu zmiimalizowaia zawartości części palych w usuwaym mechaiczie popiele. Techologia zgazowaia jest jedym z iteresujących sposobów zagospodarowaia osadów ściekowych SRF oraz odpadowej biomasy który uwzględia waże aspekty ekologicze i ekoomicze. Zrealizowae prace badawczo-rozwojowe potwierdzają możliwość wykorzystaia aalizowaych surowców w procesie zgazowaia dla produkcji gazu który po oczyszczeiu będzie mógł staowić paliwo dla silika tłokowego. Przeprowadzoe udoskoaleie geeratora gazu pozwoliło a przeprowadzeie prac w skali pilotowej. Otrzymae wyiki oraz zdobyte doświadczeie umożliwiły przejście do kolejego etapu rozwoju techologii zgazowaia jakim jest opracowaie dokumetacji procesowej reaktora w skali demostracyjej. Fig. 9. Compositio of proces gas from composite fuel gasificatio Rys. 9. Skład gazu procesowego dla zgazowaia paliwa kompozytowego Przedstawioe w pracy wyiki zostały uzyskae w trakcie badań zrealizowaych w zakresie Projektu p.: Opracowaie systemowego rozwiązaia dla odzysku Eergii z osadów ściekowych z zastosowaiem procesu zgazowaia umowa r GEKON1/05/214306/29/2015). Projekt dofiasoway przez Narodowe Cetrum Badań i Rozwoju oraz Narodowy Fudusz Ochroy Środowiska i Gospodarki Wodej w ramach Programu GEKON. Autorzy artykuły pragą rówież złożyć podziękowaia Regioalemu Cetrum Gospodarki Wodo-Ściekowej S.A. z siedzibą w Tychach za podjęcie i realizację tak istotego zagadieia badawczego oraz za wysokie zaagażowaie w trakcie realizacji projektu OMEGA. Otrzymao: 13-07-2016 LITERATURA [1] A. Skorek-Osikowska Ł. Bartela J. Kotowicz Eergy Coversio Maage. 2015 92 421. [2] J. Kotowicz S. Michalski Eergy 2015 81 662. [3] J. Kotowicz Ł. Bartela Ryek Eergii 2007 73 r 6 22. Fig. 10. Sakey diagram for mass balace of composite fuel gasificatio Rys. 10. Diagram Sakeya bilasu masowego dla zgazowaia paliwa kompozytowego [4] J. Milewski J. Lewadowski J. Power Techol. 2011 91 1. [5] A. Skorek-Osikowska Ł. Bartela J. Kotowicz K. Dubiel J. Power Techol. 2016 96 73. [6] R. Wasielewski M. Bałazińska Ryek Iwestycji 2016 9-10 188GUS Departame Badań Regioalych i Środowiska Ochroa Środowiska 2014 Warszawa 2014. [7] GUS Departamet Badań Regioalych i Środowiska Ochroa Środowiska 2014 Warszawa 2014. [8] M. Nowak M. Szul Arch. Gosp. Odpadami Ochr. Środ. 2016 18 33. [9] M. Nowak S. Stelmach Arch. Gosp. Odpadami Ochr. Środ. 2014 16 23. [10] T. Chmieliak J. Skorek J. Kalia S. Lepszy Układy eergetycze zitegrowae ze zgazowaiem biomasy Wyd. Politechiki Śląskiej Gliwice 2008. [11] R. Lajert B. Latkowska Przem. Chem. 2013 92 215. [12] T. Chmieliak A. Sobolewski G. Tomaszewicz Przem. Chem. 2015 94 442. [13] P. Billig M. Ściążko A. Sobolewski Pat. pol. PL-208616 (2010). [14] A. Sobolewski J. Kotowicz T. Iluk K. Matuszek Ryek Eergii 2009 82 r 3 53. [15] J. Kotowicz A. Sobolewski T. Iluk K. Matuszek Ryek Eergii 2009 81 r 2 52. [16] A. Sobolewski T. Iluk Ryek Eergii 2012 100 r 3 76. [17] T. Iluk A. Sobolewski J.S. Stelmach Przem. Chem. 2015 94 464. [18] J. Kotowicz A. Sobolewski T. Iluk Eergy 2013 52 265. [19] A. Sobolewski T. Iluk Ryek Eergii 2014 110 r 1 123. 1640 95/8(2016)