Uwarunkowania techniczne

spalania biomasy

w kotłach energetycznych

Wojciech Nowak

Marta Wesołowska

Biomasa zwykle jest taka…

… ale czasami wygląda tak.

5

10

15

20

25

30

35

W

art

ość

op

ało

wa

[M

J/kg

]

Ranking paliw

OSB

KO

RA

PELETYODPADOWE

PDFKOMUNALNY

PL

AS

TIK

(CZ

YS

TY,

WY

SE

GR

EG

OW

AN

Y)

PDF (komunalny)

+PAPIER

+DREWNO

PC

W PDF (komunalny)

+PLASTIK

+DREWNO

PDF (komunalny)

+PLASTIK (mix)

RDF

MSW

PL

AS

TIK

(RÓ

ŻN

E,

MIE

SZ

AN

INA

)SKLEJKA

DREWNO

ODPADOWE

SZLAMY

WŁÓKNISTEBIOMASA

DRZEWNA

PDFPRZEMYSŁOWY

PO

LIO

LE

FIN

Y

(PE

, PP,

PS

, etc

.) KOKS

NAFTOWY

WĘGIEL

KAMIENNY

WĘGIEL

BRUNATNY

TORF

Energetyczne wykorzystanie biomasy

T. Golec. Instytut Energetyki, 2012

Współspalanie biomasy z węglem

w istniejących kotłach jest najbardziej konkurencyjnym

ekonomicznie źródłem energii odnawialnej

• Dodatek ok. 10% nie powoduje istotnych

zmian w procesie spalania paliwa podstawowego

• Mieszanka powinna być jednorodna

• Mieszanka powinna posiadać odpowiednią wartość opałową oraz winna być jakościowo stabilna

• Mniejsze emisje zanieczyszczeń powietrza

• Mniejsze zużycie węgla

15

Source: Cogeneration and On-site

Power Production July 2003,

Jeremy Hugues

KOGENERACJA

Z BIOMASY

STAN TECHNIKI

Współspalanie– Wyzwania i Problemy:

Różnorodność własności fizyko-chemicznych paliwa

trudności w utrzymaniu stabilnej pracy kotła’

• Aglomeracja & Defluidizacja (zwykle w kotłach fluidalnych)

• Osady sadza, smoła, etc.

• Korozja wysokotemeraturowa

• Fluktuacje w składzie stabilność zasilania

• ‘Stratyfikacja’ procesu spalania (gęstość , wymiar i kształt ziaren, zawartość części lotnych, etc.)

• Niepożądane produkty spalania w spalinach i popiołach (CO, NOx, SOx, PM, koksik, DXN, alkalia, -CN, metale śladowe)

• Gospodarka popiołem & zagospodarowanie na cele gospodarcze

• Wymiana ciepła, sprawność, parametry kotła

Współspalanie, czy nie– Wyzwania i Problemy:

Współspalanie biomasy z węglem, czy kotły spalające

100% biomasy

• możliwości samozapłonu na hałdach i wybuchy pyły drzewnego w trakcie mielenia i transportu do kotła • problemy w młynach kulowych (spadek wydajności, osadzanie pyłu na powierzchniach), wynikające z dużej wilgotności biomasy • bezpieczeństwo podawania (pożary w zbiornikach, na taśmociągach) w blokach opalanych 100% biomasy (np. pożar 26 lutego 2012 w elektrowni Tilbury GB w zbiorniku wypełnionym

60 tonami peletów drzewnych, pomimo zastosowanych systemów

pianowych)

• konieczność zabudowy zabezpieczeń przeciwpożarowych (stosowane zabezpieczenia dla pyłu węglowego są niewystarczające) • wprowadzenie nowych procedur ratowniczych i ewakuacyjnych

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

HHV

HH

Vw

et,

LH

Vw

et [

kJ/k

g]

Moisture content [-]

Combustion limit

LHV wet

… Alkalia, gęstość, struktura i właściwości popiołu

Skład biomasy i jego fluktuacje

• Okresowa zmiana parametrów paliwa (skład chem., wartość opałowa) • Fluktuacja stężenia tlenu w palenisku • Efekt: emisja toksycznych produktów ubocznych Spalanie biomasy: O.K. Słoma? Emisja CO i innych niespalonych związków węgla: najniższa dla stężenia tlenu w spalinach 6-10% Niskie stężenie tlenu – wzrost emisji: warunki redukcyjne (emisja CO, PAH, DXN) Wysokie stężenie O2 (>10%): „zimne spalanie” (wzrost emisji) Niska emisja: odpowiednie stężenie tlenu, dobre wymieszanie paliwa i utleniacza, domieszki innych paliw, wysoka temperatura spalania, ujednorodnienie składu i własności biomasy

16000

18000

20000

22000

24000

26000

28000

30000

[kJ/k

g]

HHV

LHV, air-dry

LHV, as-received

test

8

test

7

test

6

test

1

test

5

test

4

test

2

test

3

LHV i HHV paliwa

0

5

10

15

20

Mo

istu

re [

%]

var moisture

air-dry moisture

test

8

test

7

test

6

test

1

test

5

test

4

test

2

test

3

Zawartość wilgoci

Parametr Jedn. Wartość Uwagi

Wydajność instalacji Mg/rok 200 000

Średnie zapotrzebowanie tygodniowe na

biomasę Mg/tydz. 4 480

Dla średniej wydajności kotła na poziomie

70 % WMT kotłów

Czas pracy instalacji rozładunkowej dni/h 6/12 pon. - sob. na dwóch zmianach

Dostawa dzienna biomasy Mg/dzień 747 Uwzględnia zapas na niedzielę

Ilość samochodów szt./dzień max. 40

Transport samochodami o ładowności 24 t,

z uwzględnieniem odnowienia zapasów

magazynowych

Ilość stanowisk rozładowczych szt. 2 Rozładunek min. dwóch samochodów na

godzinę

Zapas magazynowy biomasy dni 2,0 Zapas na 2 dni pracy instalacji przy średnim

zapotrzebowaniu na biomasę

Objętość czynna magazynów biomasy m3 2 560 Dla średniej gęstości usypowej biomasy 0,5

Mg/m3

Węzeł rozładunku i magazynowania biomasy

Instytut Energetyki, 2011

Udział cieplny

biomasy Czas pracy

Średnie

obciążenie

Energia

chemiczna w

biomasie

Wartość

opałowa

biomasy

Ilość

biomasy Ilość biomasy OZE

% % GJ/h MJ/kg Mg/h Mg/rok TWh

25,0% 7 500 90% 798 15,00 53 399 153 0,62

30,0% 7 500 90% 958 15,00 64 478 983 0,75

35,0% 7 500 90% 1 118 15,00 75 558 814 0,87

40,0% 7 500 90% 1 277 15,00 85 638 644 1,00

Zapotrzebowanie na biomasę oraz produkcja OZE dla wybranych udziałów energetycznych biomasy dla kotła

BB-1150

Parametr Jedn. Wartość Uwagi

Wydajność instalacji Mg/rok 500 000

Max. wydajność godzinowa instalacji Mg/h 71 Dla 100 % WMT kotła

Średnie zapotrzebowanie tygodniowe na

biomasę Mg/tydz. 10 735

Dla średniej wydajności kotła na poziomie

90 % WMT kotłów

Ilość młynów biomasy szt. 7 Średnia wydajność młyna 15 t/h

Czas pracy instalacji rozładunkowej dni/h 6/12 pon. - sob. na dwóch zmianach

Dostawa dzienna biomasy Mg/dzień 1 789 Po uwzględnieniu zapasu na niedzielę

Ilość samochodów szt./dzień max. 90

Transport samochodami o ładowności 24 t,

z uwzględnieniem odnowienia zapasów

magazynowych

Ilość stanowisk rozładowczych szt. 3 Rozładunek min. trzech samochodów na

godzinę

Zapas magazynowy biomasy dni 2,0

Objętość czynna magazynów biomasy m3 6 134 Dla średniej gęstości usypowej biomasy 0,5

Mg/m3

Wariant 500 000 t/rocznie

Wiata stanowiska rozładowczego

Lej zasypowy stanowiska rozładowczego

System zraszania mgłą wodną f-my DUSTEX PGE Elektrownia Dolna Odra

Rozdrabniacz typu RE-TH firmy RUDNICK & ENNERS

Rozdrabniacz typu TXM firmy FRASSONS

Wstępne rozdrabnianie biomasy

Wymiar biomasy dostarczanej do młyna nie powinien być większy niż 20 ÷ 50 mm

4 6 8 10 12 14 16 1885

86

87

88

89

90

91

92

B

oile

r e

ffic

ien

cy [

%]

Total moisture [%]

Sprawność kotła w zależności

od zawartości wilgoci w paliwie

Test 1 Test 2 Test 3 Test 4 Test 5

Węgiel Węgiel Pestki Węgiel Wytłoki Węgiel Zrębki Węgiel Pelety

Wilgoć przemijająca, % 13,958 12,099 39,392 15,216 79,982 6,143 5,092 3,055 0,000 Stan analityczny Wilgoć higroskopijna, %

2,748 1,87 11,973 2,315 10,684 1,836 14,801 4,004 10,95

Popiół, % 26,083 23,693 1,477 27,318 1,378 24,439 2,076 30,238 3,38 Części lotne, % 24,124 25,235 69,741 25,095 69,875 27,11 62,858 27,489 67,521 FC, % 47,045 49,202 16,809 45,272 18,064 46,615 20,264 38,269 18,148

Stan roboczy Wilgoć całkowita, % 16,32 13,74 46,65 17,18 82,12 7,867 19,14 6,936 10,95 Popiół, % 22,44 20,83 0,895 23,16 0,276 22,94 1,97 29,31 3,38 Części lotne, % 20,76 22,18 42,27 21,28 13,99 25,44 59,66 26,65 67,52 FC, % 40,48 43,25 10,19 38,38 3,616 43,75 19,23 37,1 18,15

Stan suchy Popiół, % 26,82 24,14 1,678 27,97 1,542 24,9 2,437 31,5 3,796 Części lotne, % 24,81 25,72 79,23 25,69 78,23 27,62 73,78 28,64 75,82 FC, % 48,37 50,14 19,09 46,34 20,22 47,49 23,78 39,87 20,38

Test 1Test 2

Test 3Test 4

Test 50

100

200

300

400

500

600

700

Gęsto

ść n

asyp

ow

a [kg/m

3]

Popiół denny Popiół lotny Zawartość w stanie suchym, %

Test 1 Test 2 Test 3 Test 4 Test 5 Test 1 Test 2 Test 3 Test 4 Test 5

Al 17,018 17,157 14,415 14,948 15,321 17,951 11,692 19,296 18,786 20,395 Si 27,112 25,633 21,06 27,329 24,597 24,462 18,574 30,09 30,111 32,006 Ca 14,731 16,272 21,196 14,529 18,023 13,858 17,051 20,544 19,609 18,458 Mg 2,145 1,851 1,847 2,391 2,266 2,096 0,933 1,146 1,385 1,121 Fe 4,462 3,927 4,321 4,71 5,095 5,954 5,061 8,782 9,539 9,227 Ti 1,028 0,936 0,924 0,947 0,834 0,862 0,944 1,545 1,42 1,677 Na 1,305 1,129 0,796 1,206 0,958 2,136 0,52 0,69 0,837 0,696 K 2,435 2,504 1,726 2,449 2,176 2,126 2,171 3,129 3,215 3,655 P 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 Cl 0,056 0,01 0,032 0,064 0,01 0,01 0,094 0,086 0,185 0,112 S 7,038 7,149 9,357 5,805 6,953 5,557 6,989 7,18 5,505 5,214 Cr 0,028 0,34 0,03 0,039 0,034 0,001 0,001 0,001 0,001 0,05 Mn 0,061 0,47 0,072 0,072 0,09 0,051 0,035 0,067 0,087 0,137 Ni 0,021 0,001 0,001 0,001 0,001 0,005 0,022 0,001 0,039 0,047 Pb 0,014 0,013 0,014 0,016 0,012 0,016 0,016 0,032 0,027 0,026 As 0,001 0,003 0,013 0,004 0,005 0,007 0,006 0,007 0,013 0,013 Cu 0,001 0,001 0,018 0,016 0,014 0,029 0,023 0,037 0,03 0,039 Zn 0,027 0,022 0,027 0,029 0,029 0,024 0,023 0,37 0,056 0,053 Rb 0,018 0,019 0,015 0,019 0,017 0,018 0,021 0,028 0,03 0,027 Sr 0,08 0,077 0,092 0,076 0,095 0,116 0,115 0,207 0,197 0,227 Zr 0,027 0,021 0,029 0,025 0,029 0,083 0,034 0,066 0,056 0,077 Nb 0,003 0,001 0,001 0,001 0,003 0,003 0,003 0,004 0,001 0,006 Ba 0,127 0,124 0,14 0,12 0,133 0,209 0,188 0,306 0,354 0,321

Korozja powierzchni Powodowana głównie przez kwasy w spalinach Szybkość zależna od składu biomasy (głównie zawartości HCl i chlorowców) Intensywność – zależna od warunków spalania: mało tlenu i chlor w ilości ponad 0.1% – zmiana tlenków metali w chlorki (niższa Ttopn i Twrzenia; ich reakcja z parą wodną daje tlenki metali i HCl (korozja) Więcej chloru w paliwie: wyższa korozja powierzchni w warunkach redukcyjnych. Pomijalna dla zawartości chloru w paliwie <0.1% Wyższa temperatura na wylocie z CFB – wyższe ryzyko kondensacji KCl i korozji powierzchni Przeciwdziałanie unikać biomasy z dużą zawartością Cl, dobre mieszanie w komorze i mniejsze T na wylocie z cyklonu prawidłowy dobór , utrzymanie właściwego stosunku O2/CO w pobliżu ścian optymalizacja systemu zdmuchiwania

Zależność względnej szybkości korozji od zawartości chloru

Cl, % 0 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Szybkość

korozji

100 150 210 310 430 590

Nielsen H.P et al.. Progress in Energy and Combustion Science, 26, 2000

Zawartość chloru w paliwach (%, stan suchy)

Drewno 0.08-0.13 Odpady komunalne 0.05-0.25

Kora 0.02-0.4 RDF 0.3-0.8

Słoma 0.1-1.5 Opakowania 1-4

Gaz z wysypisk śmieci 0.005 Opony 0.05-0.07

Tekstylia 0.25 ASD (Shredder) 0.5-2

Gazety 0.11 Części komputerów 0.1-0.5

Osady ściekowe 0.03-1 Plastiki 3.5

PVC 50 Odpady medyczne 1-4

OBSZARY KOTŁA ZAGROŻONE KOROZJĄ I SZLAKOWANIEM

Szlakowanie: MCl, M2SO4, ZnO, PbO Korozja: MCl

Szlakowanie: MCl, M2SO4, PbO/PbSO4, ZnO/ZnSO4, Al Korozja: MCl , Al

Szlakowanie: MCl, PbO/PbSO4, ZnO/ZnSO4, CaO, CaSO4 Korozja: MCl , Al

Szlakowanie i korozja: MCl , PbCl2, ZnCl2, CaCl2

gdzie: M = (Na, K)

Źródło: Zabetta E.C., Barisic V., Moulton B.: Foster Wheeler references and tools for biomass- and waste-fired CFBs, 33rd Int. Tech.

Conf. on Coal Utilization & Fuel Systems;Clearwater, Florida , USA 2008

PRAWDOPODOBIEŃSTWO STWARZANIA PRZEZ NIEKTÓRE GATUNKI BIOMASY PROBLEMÓW

EKSPLOATACYJNYCH

Źródło: Jantti T., Sarkki J., Lampenius H.: The utilization of CFB technology for large-scale biomass firing power plants, 11th Conf. on Boiler

Technology 2010, Zesz. naukowe Politechniki Śląskiej.

WYNIKI ANALIZ PRZYKŁADOWEJ SŁOMY „TRUDNEJ”

WYNIKI ANALIZ PRZYKŁADOWEJ SŁOMY BĘDĄCEJ WARTOŚCIOWYM PALIWEM

Test 1

Test 2

Test 3

Test 4

Test 5

0,5

1,0

1,5

2,0

Agro

masa:

susz o

wocow

y

Muł w

ęglo

wy

Zrę

bka

leśna

Pele

t ze s

łonecznik

a

+ z

rębka leśna,

50/5

0

Pele

t

ze s

łonecznik

a

Wzglę

dn

a s

zybko

ść k

oro

zji

[-]

stal: P91; czas ekspozycji: 12h;

wydajność kotła: 100%

Osadzanie materiału • Kondensacja związków z fazy gazowej (głównie KCl) i osadzanie się ultradrobnych ziaren na powierzchni • Osadzanie kolejnych warstw na ziarnach ultradrobnych • Efekt: trudno usuwalny nalot powodujący wzrost temperatury ścianki rury Dużo alkaliów w biomasie – większe problemy: więcej substancji przechodzi z popiołu do fazy gazowej; w momencie schłodzenia spalin następuje kondensacja ultradrobin Przeciwdziałanie: • wprowadzanie dodatków do biomasy • oczyszczanie powierzchni • zmiana składu chemicznego biomasy i warstwy • zmiana kształtu powierzchni ogrzewalnych i charakteru przepływu (minimalizacja czasu kontaktu i wielkości strefy kontaktu)

Im więcej podajemy wilgotnej biomasy wiele problemów

Struktura depozytu dobrze poznana alkalia i inne

Tutaj twarde i gęste osady problemy eksploatacyjne

Skłonność do żużlowania Rs (slagging index)

d

m

d

s ScSTiOOAlSiO

OKONaMgOCaOOFeR

2322

2232

Sd – zawartość siarki w masie suchej węgla cm – stosunek zasadowych do kwasowych tlenków w popiele

Rs <0.6 – paliwo słabo żużlujące Rs=0.6-2 – średnio żużlujące Rs=2-2.6 – o dużej skłonności do żużlowania Rs > 2.6 – paliwo bardzo silnie żużlujące

Pojedyńcze składniki mogą mieć wysoką temperaturę topliwości ale powstała eutektyka topi się przy znacznie niższej T i łatwo tworzy warstwę inicjującą żużlowanie np. FeS = 1195 oC, FeO – 1377 oC , a eutektyka – 940 oC eutektyka CaSO4-CaS topi się w T=850 oC Na2S2O7 – 398 oC K2S2O7 - 404 oC Na3K3Fe2(SO4)6 – 552 oC Na2SO4-NaCl – 625 oC Na2S-FeS – 640 oC

Skłonność paliwa do tworzenia się zanieczyszczeń powierzchni ogrzewalnych

Fouling Index

)( 2222 OKONac

S

OKONaRF mdsu

Fu 0.6 – paliwo bez skłonności do zanieczyszczeń 0.6<Fu 40 – duża skłonność do zanieczyszczeń Fu>40 – bardzo duża skłonność do tworzenia i spiekania się zanieczyszczeń

Istotne zwiększenie skłonności do żużlowania w miarę wzrostu K2O w popiele

SKUTKI SPALANIA SŁOMY NA LABORATORYJNYM STANOWISKU Z CWF

Cząstki stałe (PM)

Emisja cząstek stałych wiąże się z faktu ich fizycznej obecności w paliwie i sorbencie, jak również jest efektem fragmentcji i ścierania

materiału sypkiego w warstwie (kinetyka procesu zależy od składu chemicznego paliwa – szczególnie podatne na ścieranie są piryty, kwarc oraz

glina). Głównymi składnikami popiołów (lotnego i dennego) są przeważnie SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO oraz charakterystyczne dla danego paliwa

domieszki, np. potas i sód w przypadku biomasy, metale ciężkie w przypadku osadów i odpadów komunalnych, Fe, V i Ni w koksach naftowych,

zaś Cr2O3 w wyprawianych skórach. Średnią zawartość popiołu w paliwach przedstawia tablica 4.

Tablica 4.

Średnia zawartość popiołu w różnych paliwiach (%)

Pochodzą z: sadzy, PAH,

niespalonego węgla, niespalonych ziaren biomasy

Udział ich może wynosić od 1 do ponad 90% w zależności od technologii spalania PM 2.5 pochodzą również z popiołu (KCl, K2SO4, CaO, Al2O3, SiO2

oraz są wynikiem kondensacji np. Cl i metali ciężkich zawartych w biomasie co prowadzi do dodatkowej emisji metali ciężkich, HCl, PCDD/F

Cząstki stałe PM 2.5 (< 2.5 m)

Emisja pierwiastków śladowych

z różnych kotłów (35-600MWth)

PC, węgiel PC, kora CFB, kora

hodpyl 0,956-0,995 0,987-0,995 0,995-0,998

Hg, g/MJ 0,12 0,11 0,03

As, g/MJ 2-39 1-2,3 0,1-1,6

Cd, g/MJ 0,5-1,8 0,002-0,13 0,1-0,4

Co, g/MJ 1-22 0,3-1,2 0,3-4

Cr, g/MJ 8-230 3-79 0,7-1,3

Mn, g/MJ 2-230 10-26 0,6-6

Mo, g/MJ 1-41 1-11 1,5-2,3

Ni, g/MJ 15-170 30-54 9-13

Pb, g/MJ 20-120 3-4 1-11

Zn, g/MJ 20-220 6-12 1-11

Koncentracje pierwiastków śladowych w

paliwach (mg/kg suchego paliwa)

Węgiel Odpady komun. RDF Drewno Osady Ściek.

Hg 0,02-3 <15 1-10 0,01-0,2 0,5-10

As 0,5-10 0,5-500 3% 0,2 0,1-100

Cd 0,05-10 <100 1-10 - 1-10

Co 0,5-20 <20 - 0,1 5

Cr 0,5-60 <1500 50-250 1 100

Cu 5-60 <2500 <1000 0,5-3 200-700

Mn 5-300 <1000 250 10-1000 200

Ni 0,5-100 <5000 10-100 0,5 50

Pb 1-300 <2500 100-500 1-20 100-300

Sr 0,2-3 <10 3-6 0,2 -

Zn 1-1000 2% 300-800 5-150 1000

Zagospodarowanie popiołów

Szczegółowe ustalenie własności popiołów: niemożliwe

Konieczne każdorazowe ich sprawdzanie

przed konkretnym zastosowaniem

Zmiana składu i właściwości popiołu przy współspalaniu

paliw i zgazowaniu biomasy (wysoka zawartość

rozpuszczalnych w wodzie związków alkaicznych).

Zasadowość popiołów umożliwia uzyskanie efektu

podobnego do wapniowania gleby

WYPADEK W ELEKTROWNI PGE DOLNA ODRA 24.01.2010 R.

PGE Elektrownia Turów Sierpień 2012

WYBUCHOWOŚĆ BIOMASY

ROZWIĄZANIA TECHNICZNE W KOTŁACH CFB MINIMALIZUJĄCE PROBLEMY ZWIĄZANE ZE SPALANIEM

BIOMASY

1 2

3

4 5

6

Igelsta, Szwecja 240 MWt

73 MWe

Foster Wheeler

1 – ruszt stopniowany (schodkowy), 2 – przegrzewacz Intrex®,

3 – „empty pass”, 4 – „konserwatywna” prędkość przepływu, 5 – wymienne powierzchnie ogrzewalne, 6 – całkowicie chowane zdmuchiwacze popiołu

37

1. Kluczowe pytanie – ile biomasy można współspalać, aby zapewnić bezpieczeństwo

technologiczne:

• stosunek biomasa / węgiel, • stosunek biomasy agro do pozostałej.

2. Kluczowe pytanie – jakie są bezpieczne

poziomy najistotniejszych parametrów biomasy:

• zawartość pierwiastków alkalicznych Na+K w popiele,

• zawartość chloru w stanie roboczym.

Odpowiedź można znaleźć wykonując badania spalania biomasy w skali laboratoryjnej lub

pilotowej.

38

Elektrownia Połaniec / GDF Suez Energia Wyznaczenie optymalnego składu mieszanki

paliwowej na podstawie dostarczonych paliw.

Budowa „zielonego” bloku w Elektrowni Połaniec

Badania procesów aglomeracji

WF z użyciem sprzętu

mikroskopowego / CFB 100 /

XRF

Fuel type

Wood

pellets

Agro-biomass

A pellets

Agro-biomass B

pellets

Sodium (Na) mg/kg, dry 10 31 54

Potassium (K) mg/kg, dry 540 10000 11400

Calcium (Ca) mg/kg, dry 710 3400 1300

Magnesium (Mg) mg/kg, dry 170 1800 3000

Aluminum (Al) mg/kg, dry 38 60 100

Iron (Fe) mg/kg, dry 11 87 230

Silicon (Si) mg/kg, dry 64 180 3400

Phosphorous (P) mg/kg, dry 160 530 8100

Titanium (Ti) mg/kg, dry 3 250 49

Sulfur (S) mg/kg, dry 90 1600 1900

Cupper (Cu) mg/kg, dry 1 11 9

Manganese (Mn) mg/kg, dry 84 <10 100

Zink (Zn) mg/kg, dry 11 12 73

Chromium (Cr) mg/kg, dry <0.5 1 1

Nickel (Ni) mg/kg, dry <0.5 <0.5 <0.5

39

Mondi Packaging Paper Świecie S.A./ Polish Energy Partners

Zbadanie procesów erozji oraz innych niekorzystnych procesów mających wpływ na dyspozycyjność kotła.

Narastanie osadów na powierzchniach ogrzewalnych

Korozja

Erozja

40

Metodyka badań - Świecie

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

udzia

ł, %

mas

ow

y

SiO2 Fe2O3 Al2O3 Mn3O4 TiO2 CaO MgO SO3 P2O5 Na2O K2O

Min

Max

Skład rzeczywisty

Zimne

modele do

badań erozji

Analizy chemiczne materiału WF, popiołów

CFD

41

Fortum Power and Heat Polska / Foster Wheeler Energia Polska

Zbadanie możliwości współspalania biomasy

typu agro w ilości większej niż projektowa dla kotła CFB 120 MWe - CHP

Nastawnia stanowiska

CFB 100.

42

BOT Elektrownia Turów (obecnie PGE GiEK S.A. Oddział Elektrownia Turów).

Analiza wpływu współspalania biomasy na stan techniczny kotłów z CWF.

• Biomasa do 10% (jako energia wprowadzona do kotła).

• Zawartość Cl poniżej 0,1%mas. w suchej mieszance paliwowej.

• Zawartość alkalii (Na+K) do 4,5 % masy popiołu.

• W grudniu 2010 r. wykonano ocenę procesu współspalania, wykazano, że istnieje możliwość zwiększenia ilości biomasy do 15% energetycznie.

• Zabudowa instalacji do współspalania biomasy na bloki 1-4.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

750 800 850 900 950W

yso

ko

ść k

om

ory

pa

len

isko

wej, m

Temperatura, oC

7% biomasypomiar

10% biomasypomiar

15% biomasypomiar

43

Współspalanie biomasy w PGE GiEK O. El. Turów

Cechy charakterystyczne:

• wydajność maksymalna – 80 Mg/h (180 000 Mg/a),

• dyspozycyjność instalacji – 97 %

• bezstopniowa regulacja ilości dozowanej biomasy.

44

Problemy eksploatacyjne

Pojawiające się okresowo

aglomeraty

Pylenie

(zagrożenie

wybuchem, żywotność

filtrów sprężarkowni,

BHP) Blokowanie podajników

Dzięki starannemu

doborowi biomasy,

powierzchnie

ogrzewalne są

czyste, po 1,5 roku

współspalania 9%

biomasy.

45

Kocioł CFB, biomasowy, PAK Konin

Parametry:

154MWth, 215t/h, 540C 97bar

Paliwo Udział masowy

biomasa leśna 80%

zrębki wierzby

energ.

< 20%

łuski palmy oleistej < 20%

trawa miskantus < 10%

brykiet słomy < 5%

pestki wiśni < 5%

wytłoki rzepakowe < 3%

Materiał Foster Wheeler Polska, 2012

46

Doświadczenia ze spalania biomasy

• Znaczna zmienność Jakości Paliwa; odpowiedni system monitorowania i zarządzania Jakością Paliwa jest kluczowy dla utrzymania poprawnego procesu

• Wyzwania odnośnie paliw muszą być rozpoznane już podczas wstępnej fazy projektowania (charakterystyka paliw & koncepcja kotła)

• KAŻDE PALIWO MOŻE BYĆ

TRUDNE I WYMAGAJĄCE JEŻELI NIE DOBRANO ODPOWIEDNIEJ KONCEPCJI TECHNOLOGICZNEJ

47

System monitorowania

korozji

Projekt Strategiczny NCBiR

Zad. 2.

WNIOSKI

Technologia fluidalnego spalania paliw ma zastosowanie do wykorzystania paliw

trudnych, w szczególności biomasy

Zastosowanie biomasy jako paliwa powinno zostać przewidziane na etapie założeń

projektowych kotła

Nowoczesne rozwiązania technologiczne kotłów pozwalają na

zminimalizowanie problemów eksploatacyjnych

W celu uniknięcia problemów eksploatacyjnych, niezbędny jest staranny dobór

i monitorowanie paliwa, przede wszystkim pod kątem kluczowych parametrów –

zawartości chloru i alkalii (Na+K)

W każdego typu instalacji związanej z przeładunkiem,

podawaniem biomasy szczególną uwagą należy objąć problemy

pylenia i wybuchowości.