Internetow e bramk i telefoniczn e VoIP standardu H.323/SI P Seria VIP-281 / VIP-480 / VIP-880
Uwarunkowania techniczne spalania biomasy w kotłach ... · Mg/tydz. 4 480 Dla średniej...
Transcript of Uwarunkowania techniczne spalania biomasy w kotłach ... · Mg/tydz. 4 480 Dla średniej...
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.