Synergia współspalania biomasy i węgla Jaani Silvennoinen Specjalista ds. paliw i chemicznych procesów spalania POLEKO- Targi Ochrony Środowiska, Poznań, Polska, 28.10.2008
Tematyka prezentacji Wprowadzenie Paliwo jako podstawa projektowa - filozofia Skład chemiczny paliwa Paliwa pochodzenia rolnego w porównaniu do paliw konwencjonalnych Wyzwania związane z utylizacja biomasy Podsumowanie 2
3
Ocena mozliwosci spalania Legislacja i przepisy Dobór materiału/korozja Zarastanie Emisje Dobór procesu i materiałów Podawanie paliwa Środowisko Emisje Paliwo Zachowanie złoża 4
Znaczenie składu chemicznego C H N O S Cl,F,Br Analiza całościowa Wilgotność Popiół Części lotne Węgiel stały Analiza wybiórcza Organicznie powiązane nieorganiczne pierwiastki i minerały Organiczne części palne/ / Związki pochodne węgla Si Al Fe Ca Mg K Na Mn P Ti Cd,Tl, Hg, Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Ni, V, Zn, Sn emisje dyspozycyjność Pierwiastki główne formujące popiół Pierwiastki w mniejszym stopniu formujące popiół 5
Znaczenie reaktywności pierwiastków Brown Coal 35 30 Rest fraction, calculated Leached in HCl H 2 O Crushed non-ashed sample Water soluble - alkali- sulfates/carbonates/chlorides g/kg dry solids 25 20 15 10 5 Leached in Acetate Leached in H2O Untreated Fuel NH 4 OAc Acetate leachable - organicaly associated 0 Si Al Fe Ti Mn Ca Mg P Na K HCl Acid leachable - carbonates/sulfates of alkaline earth metals and other metals 35 30 25 Straw Rest fraction, analysed Leached in HCl Leached in Acetate Leached in H2O Rest - silicates, insoluble rest g/kg dry solids 20 15 Untreated Fuel 10 5 0 Si Al Fe Ti Mn Ca Mg P Na K 6
Paliwa pochodzenia rolnego w porównaniu do paliw konwencjonalnych 7 Węgiel kamienny Kora, świerk Wierzba (Topola) Mozga trzcinowata, wiosenny zbiór Słoma wilgotność wt-% 8 56 50 19 11.5 Popiół (Temperatura 6.5 wt.-% DS 11.4 3.2 2.0 7.2 popiołu 815 C) Analiza całościowa C wt.-% DS 71.4 49.1 49.9 46,7 46.2 H wt.-% DS 4.6 5.7 5.9 5.7 5.7 S wt.-% DS 1.40 0.03 0.06 0.13 0.08 O (różne.) wt.-% DS 9.40 41.7 41.5 39.2 40.6 N wt.-% DS 1.7 0.33 0.61 1.1 0.6 Cl wt.-% DS 0.09 0.02 0.03 0.05 0.18 Popiół (temperatura 6.5 wt.-% DS 11.4 3.2 2.0 7.2 popiołu 815 C) SUMA wt.-% DS 100 100 100 100 100 Wartości opałowe HHV, suche MJ/kg 29.50 19.8 19.59 17.7 18.68 LHV, suche MJ/kg 28.49 18.56 1.30 16.46 17.43 LHV, jak otrzymane MJ/kg 27.20 6.8 8.2 12.87 15.14 Skład popiołu Al g/kg DS 10.02 1.35 0.15 0.5 0.22 Si g/kg DS 27.39 2.98 0.22 24.4 14.89 Ti g/kg DS 0.48-0.01-0.16 Na g/kg DS 0.48 0.44 0.14 0.48 0.1 Mg g/kg DS 1.31 0.6 0.3 0.53 0.61 K g/kg DS 1.32 1.78 2.49 2.87 11.87 Ca g/kg DS 2.69 8.26 5.89 2.88 3.2 Fe g/kg DS 8.93 0.18 0.1 0.35 0.09 P g/kg DS 0.15 0.13 0.79 0.79 1.4
Paliwa pochodzenia rolniczego w porównaniu do paliw konwencjonalnych Zachowanie mięknącego popiołu W atmosferze oksydacji Początkowa temperatura deformacji Węgiel kamienny Kora, buk Wierzba (Topola) Mozga trzcinowata, zbiór wiosenny C 1295 1190 1490 1125 Siano Temperatura sferyczna C - - - - 1040 Temperatura hemisferyczna C 1365 1450 1570 1550 1060 Temperatura plyniecia C 1415 1450 1580 1590 1410 Gęstość nasypowa paliwa 80 kg/m3 800 280 220 80 luźnego jak otrzymana Wartośc charakterystyczne Stosunekmolarny S/Cl - 17.20 1.7 2.21 2.9 0.32 Stosunek molarny Ca/S - 0.15 22 7.65 1.8 3.2 Całkowita ilość alkaliów (Na+K) w paliwie wt-% DS 0.18 0.22 0.26 0.33 1.2 950 8
Zmniejszanie korozji spowodowanej wysoką temperaturą Z powodu kondensacji chlorków alkalicznych, głównie KCl Temperatura progowa 450 C Kroki w celu redukcji korozji: - Projekt - Dobór materiałów - Współspalanie - dodatki 9
Zmniejszenie korozji wywołanej wysoką temperaturą - reakcje wyłapywania alkaliów Reakcja z siarką: 2 MCl (g,c) + SO 2(g) + ½ O 2 (g) + H 2 O (g) M 2 SO 4 (g,c) + 2 HCl (g) gdzie M jest Na lub K CorroStop Fe 2 (SO 4 ) 3 2 Fe 3+ + 3 SO 3 2- ( SO 2 SO 3 equilibrium ) Al 2 (SO 4 ) 3 Reakcja z kaolinitem (Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O): Al 2 O 3 2SiO 2(s) + 2 MCl (g,c) + H 2 O M 2 O Al 2 O 3 2SiO 2(s) +2HCl (g) gdzie M jest Na lub K 10
Problemy związane z paliwami Koszt paliwa [ /MWh] Północne paliwo iglaste i liściaste kora, trociny, Kłody, zrębki Osady z zakładów papierniczych Węgiel kamienny Węgiel Subbitumiczny Koks ponaftowy Węgiel brunatny Torf Bagasa Mozga trzcinowata Wierzba Zrębki dębowe i bukowe Kora akacji Zrębki eukaliptusowe Pestki z oliwek Łuski z palmy Lignina Odpady ze sklejki Kota eukaliptusowa Zrębki z topoli Łuska ryżowa Łuski z ziaren słonecznika Miskant Siano Kurzak Odpad podestylacyjny Wymłócone ziarno Trawa Wytłoki rzepakowe Kompost Paliwo z odpadów Odpady zwierzęce Osady ze ścieków Drewno z odzysku 11 1 5 10 Wyzwanie