WŁAŚCIWOŚCI POŻAROWO-WYBUCHOWE OLEJOWCA GWINEJSKIEGO

Włodzimierz Kordylewski, Tadeusz Mączka

Instytut techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów Politechniki Wrocławskiej

Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

tadeusz.maczka@pwr.wroc.pl

Opublikowano w Archiwum Spalania Vol. 12, nr 1-2, s. 47-58, 2012

STRESZCZENIE

W artykule przedstawiono wyniki badań doświadczalnych dotyczących właściwości

pożarowo-wybuchowych łupin olejowca gwinejskiego (PKS). Badania wybuchowości pyłów

wykonano w skali laboratoryjnej, do oznaczania parametrów wybuchowych użyto sferycznej

komory wybuchowej o objętości 22,4 l. Zakres badań obejmował oznaczanie maksymalnego

ciśnienia wybuchu i maksymalnej szybkości narastania ciśnienia wybuchu, dolnej granicy

wybuchowości, minimalnej energii zapłonu i granicznego stężenia tlenu obłoków pyłu. Ze

wskaźników pożarowych oznaczano minimalna temperaturę zapłonu warstwy i obłoku pyłu

oraz scharakteryzowano skłonność nagromadzeń pyłu do samozapalenia. Dodatkowo

wyznaczono rezystywność pyłu w warstwach. Oznaczenia wykonano zgodnie z aktualnymi

normami UE. Pokazano, że właściwości wybuchowe pyłów olejowców są zbliżone do

parametrów wybuchowych innych gatunków biomasy z grupy ligninocelulozy i należy je

zaliczyć do klasy wybuchowości St1.

1. Wstęp

Regulacje prawne w zakresie wykorzystywania odnawialnych źródeł energii (OZE) są

w Polsce konsekwencją przystąpienia do Unii Europejskiej i akceptacji jej polityki

ekologicznej. Wyrazem tego była ratyfikacja przez stronę polską postanowień uchwalonego w

Lizbonie Traktatu Karty Energetycznej w dniu 17 grudnia 1994 r. W grudniu 1997 r. przyjęto

Białą Księgę Komisji Europejskiej „Energia dla przyszłości – odnawialne źródła energii”, w

której zalecono krajom europejskim zwiększenie pozyskania energii ze źródeł odnawialnych.

Podsumowaniem celów Komisji jest skrót „3×20 do 2020” oznaczający cele dotyczące

ograniczenia emisji gazów cieplarnianych, racjonalnego wykorzystania energii źródeł i

stosowania biopaliw do 2020 r. w formie: zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych o 20% w

stosunku do roku 1990, zmniejszenia zużycia energii o 20% w porównaniu z prognozami dla

UE na 2020 r., zwiększenia udziału odnawialnych źródeł energii do 20% całkowitego zużycia

energii w UE oraz zwiększenie udziału biopaliw w paliwach motorowych do 10% [1].

Instrumentem prawnym KE w sprawie promowania energii ze źródeł odnawialnych są

dyrektywy UE (2001/77/WE, 2003/30/WE i 2009/28/WE). Przewidziano w nich

wprowadzenie świadectw pochodzenia energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych (zielone

certyfikaty), które umożliwiają identyfikację energii podczas współspalania. W Polsce jednym

z celów polityki energetycznej stało się zwiększenie udziału OZE w finalnym zużyciu energii

do poziomu 15,5% w 2020 roku, a w następnych latach planowany jest dalszy jego wzrost

[2]. Największy udział w wykorzystaniu OZE w krajowym bilansie energetycznym ma

biomasa. Z powodu znacznych profitów, jakie uzyskują zakłady energetyczne dzięki

pozyskiwaniu zielonych certyfikatów, szerokie zastosowanie w energetyce zawodowej

znalazło współspalanie biomasy z węglem. Przewidywany jest dalszy, dynamiczny rozwój tej

technologii spalania biomasy.

Na przeszkodzie do osiągnięcia tych celów stanęły poważne przeszkody

technologiczne: problemy z przemiałowością mieszanek węgla z biomasą, zagrożenia

pożarowo-wybuchowe w zakładach energetycznych, w których użytkowana jest biomasa, a

także dotkliwy niedostatek biomasy na rynkach. Środkiem na ostatni problem jest import

biomasy, nawet z bardzo odległych regionów. Stworzyło to potrzebę zdobycia koniecznych

informacji o tych nowych, egzotycznych gatunkach biomasy, przede wszystkim trzeba ustalić

jej pochodzenie dla przyznania zielonych certyfikatów (ten problem rozstrzyga Urząd

Regulacji Energetyki), potrzebna jest także ich charakterystyka pożarowo-wybuchowa.

Biorąc pod uwagę, że tego typu biomasę importuje wiele przedsiębiorstw dla różnych

podmiotów energetycznych, warto publikować charakteryzujące ją wyniki oznaczeń celem

poprawy stanu bezpieczeństwa użytkowania tej biomasy i uniknięcia ponoszenia kosztów

ponownych badań. W pracy przedstawiono wyniki oznaczeń parametrów pożarowo-

wybuchowych odpadów poprodukcyjnych olejowca gwinejskiego, często użytkowanego

energetycznie w UE.

2. Wybuchowość pyłów biomasy

Problematyka wybuchowości pyłów biomasy ma bogatą tradycję, zwłaszcza wiele

uwagi poświęcono wybuchowości pyłów zbożowych w latach 80. i 90 [3]. Także polskie

ośrodki badawcze wniosły istotny wkład w rozwój wiedzy w tej dziedzinie [4]. Badano

podstawowe właściwości wybuchowe pyłów, wpływ wielu czynników na dynamikę

wybuchu, opracowano normy oznaczania parametrów wybuchowych pyłów i aparaturę

laboratoryjną [5]. W pracach tych udział brały zarówno instytucje akademickie, jak i instytuty

przemysłowe. Żywa była współpraca z wiodącymi ośrodkami badawczymi na całym świecie.

W rezultacie polskie służby badawcze są dobrze przygotowane do stawienia czoła nowym

wyzwaniom, jakie niesie powszechne użytkowanie biomasy w energetyce.

W energetyce zawodowej najczęściej jest wykorzystywana biomasa typu

ligninoceluloza: drewno, słoma, trawy, skorupy, łuski nasion, pozostałości z produkcji

papieru itp. Najczęstszymi formami biopaliw dostarczanymi do spalania są trociny, zrębki,

pelety i brykiety.

Pomimo stosunkowo krótkiego okresu praktycznych doświadczeń związanych z

energetycznym wykorzystaniem biomasy na skalę przemysłową, producenci energii doszli do

wniosku, że w procesie energetycznego wykorzystania biomasy podczas jej współspalnia

szczególnie należy uwzględnić zagrożenia pożarowo-wybuchowe podczas jej składowania,

transportu, przygotowania mieszanki biomasa-węgiel i wprowadzania tej mieszanki przez

istniejące układy nawęglania [6]. Szczególnie newralgicznym miejscem w układzie

nawęglania, ze względu na możliwość wystąpienia zapłonu przygotowywanej mieszanki

pyłowo-powietrznej paliw, jest układ młynowy, z którego może nastąpić propagacja pożaru

lub wybuchu na galerie nawęglania [6, 7].

Na powiększenie stref niebezpiecznych w zakładach wykorzystujących biomasę do

celów energetycznych w stosunku do stref wyznaczonych dla węgla wpływ ma między

innymi: skłonność mieszanek pyłu węglowego z pyłami biomas do rozwarstwiania się,

sedymentacja pyłu biomasy i jego zawieszanie się np. w zasobnikach, niski ciężar właściwy

pyłów biomasy i naturalna skłonność do pylenia. Niski ciężar i małe rozmiary cząstek

biomasy zwiększają ich zasięg (porywanie przez przeciągi, unoszenie przez ciągi

wentylacyjne, a nawet przez konwekcję naturalną) ułatwiając penetrację do wnętrza urządzeń.

Skutkuje to zwiększeniem prawdopodobieństwa wystąpienia zapłonu i wybuchu [7].

Przystąpienie Polski do UE wymogło ujednolicenie norm dotyczących oznaczania

właściwości wybuchowych pyłów, które generalnie są zgodne z istniejącymi już krajowymi

normami w tej dziedzinie.

3. Przedmiot analizy

Przedmiotem analizy są odpady poprodukcyjne olejowca gwinejskiego, uprawianego

w wielu regionach świata o klimacie tropikalnym (Rys. 1). Należy on do wielkiej rodziny

roślin zwanych palmowcami (areki), wśród których największe znaczenie mają palmy

olejowe. Wydobywany z nasion olejowca olej palmowy służy do produkcji margaryny,

mydła, kosmetyków, świec, smarów, natomiast wytłoki stanowią paszę dla zwierząt. Olej

palmowy stosowany jest także do wytwarzania bio-diesla. Stałe odpady z przerobu owoców

olejowca znajdują coraz większe zastosowanie, jako biopaliwo stałe w energetyce.

Pokruszone skorupy orzechów olejowca znane są w energetyce pod akronimem PKS (Palm

Kernel Shell) [8].

Dla polskich energetyków istotny jest fakt, że w pierwszym z Załączników do

Informacji nr 30/2011 prezes Urzędu Regulacji Energetyki zakwalifikował do biomasy na

cele energetyczne paliwo w postaci pozostałości z procesu uzyskiwania oleju palmowego (z

palmy olejowca gwinejskiego). Energia elektryczna wytworzona w oparciu o to paliwo może

być uprawniona do korzystania z systemu wsparcia przy spełnieniu określonych parametrów.

Wytwarzanie energii elektrycznej w oparciu o paliwo z palmy olejowca gwinejskiego

poddawane będzie jednak wyrywkowej weryfikacji [9].

Rys. 1. Skorupy olejowca gwinejskiego

Nie jest to jedyny rodzaj biomasy egzotycznego pochodzenia zakwalifikowany jako

paliwo do wytwarzania energii elektrycznej, bowiem w trzecim Załączniku do Informacji nr

30/2011 prezesa Urzędu Regulacji Energetyki zakwalifikowane do tej grupy zostały skorupy i

wytłoczyny orzecha masłosza. Masłosz nie jest palmowcem, jest drzewem (rodzina

sączyńcowatych), którego owoce dostarczają tłuszczu roślinnego (masło shea). Właściwości

obu paliw biomasowych są bardzo zbliżone (Tab. 1).

Tabela 1. Analiza elementarna

Biomasa N,

%

C,

%

H,

%

O,

%

Cl,

%

Wilgoć

W, %

Substancja

mineralna,

Ad

Części

lotne

Vd, %

Ciepło

spalania

Qsd,

MJ/kg

Olejowiec

gwinejski 0,28 48,48 6,71 29,21 0,02 8,5 6,8 63.5 20,4

Masłosz 2,58 45,42 6,32 31,06 0,12 7,4 7,1 64,1 19,6

Oba paliwa pod względem energetycznym są atrakcyjnym nośnikiem energii,

zbliżonym kalorycznością do słabszych węgli kamiennych, o niewielkim stopniu

zawilgocenia. Ich wspólną wadą jest ich znacznie gorsza przemiałowość od przemiałowości

węgli [10].

4. Przygotowanie biomasy do badań

Właściwości wybuchowe pyłów zasadniczo zależą od ich rozdrobnienia, dlatego

istotna jest informacja o składzie ziarnowym badanego pyłu [11]. Jeżeli badania wykonywane

są dla konkretnego odbiorcy, należy kierować się jego wymaganiami wybierając skład

frakcyjny pyłu charakterystyczny dla danych zastosowań.

Drugim ważnym parametrem wpływającym na parametry wybuchowe pyłu jest udział

wilgoci, udział wody ponad 30% czyni pył niewybuchowym. W warunkach energetycznego

użytkowania biomasy udział wilgoci w niej jest zmienny i trudny do kontrolowania, dlatego

oznaczenia parametrów wybuchowych wykonuje się dla pyłu suchego. Otrzymaną do badań

biomasę suszono przez okres 24 godzin w suszarce, w temperaturze 105 C. W okresie

suszenia określano ubytek masy trzech referencyjnych próbek biomasy. Po ustaleniu się masy

próbek określono ubytek masy łupin olejowca gwinejskiego w wyniku suszenia na 8,5%.

Następnie łupiny zmielono w młynie laboratoryjnym firmy Retsch typ SM 100, a

zmielony materiał przesiano przez sito 1000 µm odseparowując największe cząstki, które

stanowiły ok. 10%. Przesiany materiału rozdzielono według rozmiaru cząstek z użyciem

kalibrowanych sit uzyskując jego charakterystykę frakcyjną pyłu (Tab. 2).

Tabela 2. Wyniki oznaczania składu frakcyjnego próbki wyjściowej pyłu

Wielkość kwadratowego otworu oczka sita

[µm]

Masa pyłu przechodzącego przez sito

[%]

1000 100,0

500 22,4

315 7,4

250 6,2

160 4,0

100 1,9

63 1,0

5. Właściwości wybuchowe

Wykonano oznaczenia następujących parametrów wybuchowych pyłu olejowca

gwinejskiego zgodnie z obowiązującymi normami:

1. minimalna energia zapłonu MEZ (PN-EN 13821),

2. maksymalne ciśnienie wybuchu pmax (PN-EN 14034-1),

3. maksymalna szybkość narastania ciśnienia wybuchu (dp/dt)max (PN-EN 14034-2),

4. stała pyłowa (wskaźnik wybuchowości) Kst (PN-EN 14034-2),

5. klasa wybuchowości – St (PN-EN 14034-2),

6. dolna granica wybuchowości DGW (LEL) (PN-EN 14034-3),

7. graniczne stężenie tlenu GST,% (PN-EN 14034-4:2005).

5.1. Minimalna energia zapłonu

Minimalną energię zapłonu obłoku pyłu MEZ wyznaczano, jako najmniejszą energię

elektryczną zgromadzoną w kondensatorze, która podczas jego rozładowania wystarczała

do spowodowania zapłonu najbardziej zapalnej mieszaniny pyłu w zmodyfikowanym

aparacie Hartmanna (1,2 dm3) z pneumatycznym układem rozpraszania pyłu. Według PN-

EN 13821:2004 przyjmuje się, że minimalna energia zapłonu MEZ znajduje się pomiędzy

najwyższą energią E1, przy której nie dochodzi do zapłonu mieszaniny pyłowo-powietrznej w

10 kolejnych próbach i najniższą energią E2, dla której dochodzi do zapłonu w jednej z 10

kolejnych prób (Tab. 3).

5.2. Maksymalne ciśnienie wybuchu pmax

Maksymalne ciśnienie wybuchu pmax to maksymalna wartość nadciśnienia

powstającego w zamkniętym zbiorniku podczas wybuchu atmosfery pyłowej, oznaczona dla

optymalnego stężenia pyłu i w normalnych warunkach atmosferycznych. Ciśnienie to

mierzono w sferycznej komorze wybuchowej (V = 22,4 dm3). Dla danej serii prób

rejestrowano przebiegu ciśnienia wybuchu i określano maksymalną wartości ciśnienia

wybuchu pmax. Oznaczenia pmax wykonano dla minimum dwóch kolejnych stężeń, po obu

stronach zarejestrowanej w trakcie badań wartości maksymalnej ciśnienia wybuchu (PN-EN

14034-1:2005). Zależność maksymalnego ciśnienia wybuchu pmax od stężenia pyłu

przedstawiona na rysunku 2, a wartość oznaczenia w tabeli 3.

Rys. 2. Zależność maksymalnego ciśnienia wybuchu pmax i maksymalnej szybkości

narastania ciśnienia wybuchu (dp/dt)max od stężenia pyłu

5.3. Maksymalna szybkość narastania ciśnienia wybuchu (dp/dt)max

Maksymalna szybkość narastania ciśnienia wybuchu (dp/dt)max obłoku pyłu jest to

największa wartość pochodnej ciśnienia względem czasu (nachylenia ciśnienia „po czasie”)

mierzona podczas wybuchu mieszaniny pyłu z powietrzem w zamkniętym zbiorniku.

Oznaczenia dp/dt)max wykonano w sferycznej komorze wybuchowej o objętości 22,4 dm3

(Tab. 3). Zastosowana procedura badawcza oznaczenia maksymalnej szybkości narastania

ciśnienia wybuchu (dp/dt)max jest zgodna z PN-EN 14034-2:2008.

5.4. Wskaźnik wybuchowości pyłu i klasa wybuchowości

Mieszaniny pyłowo-powietrzne wytwarzające podczas wybuchu znaczne nadciśnienie

stwarzają duże zagrożenie niszczące dla instalacji i budynków. Dynamika wybuchu (dp/dt)

zmniejsza się jednak ze wzrostem pojemności zbiornika, w którym wybuch zachodzi.

Zależność tą wyraża wskaźnik wybuchowości KSt, będący w znacznym zakresie objętości

zbiornika V wielkością niezależną od V, wyznaczaną ze znanej relacji [3]:

constVdt

dpKSt

3/1

max

.

Na postawie wyznaczonej wartości wskaźnika wybuchowości KSt określono klasę zagrożenia

wybuchowego pyłu olejowca gwinejskiego, jako St1 według EN 14034-2 (Tab. 3).

5.5. Dolna granica wybuchowości DGW

Dolna granica wybuchowości (DGW) pyłów jest to najniższe stężenie pyłu palnego w

mieszaninie z powietrzem, w której może wystąpić wybuch. Za dolną granicę wybuchowości

DGW należy przyjąć najwyższe stężenie pyłu palnego, przy którym zapłon pyłu nie wystąpił

w trzech kolejnych próbach. Jako wartość najniższego stężenia pyłu odpowiadającego dolnej

granicy wybuchowości DGW przyjęto takie stężenie, które powoduje przyrost ciśnienia

wybuchu (nadciśnienie), co najwyżej do 0,05 MPa większy od ciśnienia początkowego (PN-

EN 14034-3). Oznaczenie DGW wykonano w sferycznej komorze wybuchowej (22,4 dm3).

Źródło zapłonu w postaci dwóch zapłonników chemicznych (inicjałów), każdy o energii 1 kJ,

znajdowało się w środku sfery.

Oznaczenia DGW wykonano dla frakcji pyłu przechodzącego przez sito o oczkach 63

µm. Za dolną granicę wybuchowości DGW przyjęto najwyższe stężenie pyłu palnego, przy

którym zapłon nie wystąpił w trzech kolejnych badaniach. Dane pomiarowe podano w tabeli

2, na ich podstawie przyjęto DGW = 100 g/m3

( Tab. 3)

Tabela 3. Wyniki oznaczenia dolnej granicy wybuchowości pyłu DGW

Stężenie pyłu

[g/m3]

Ciśnienie maksymalne pmax

[MPa] Energia inicjału, kJ Uwagi

100 0,022

2 x 1

Podczas wyznaczania

DGW uwzględniono

wpływ nadciśnienia

pochodzącego od

inicjału

Frakcja pyłu ≤ 63 µm

100 0,015

100 0,012

125 0,058

250 0,066

500 0,110

5.6. Graniczne stężenie tlenu obłoków pyłu

Graniczne stężenie tlenu obłoków pyłu GST jest to maksymalne stężenie tlenu w

palnej mieszaninie pyłowo-powietrznej, w której nie wystąpi wybuch. Przyjęto, że ma to

miejsce, kiedy mierzone nadciśnienie wybuchu takiej mieszaniny jest nie większe niż 0,05

MPa od ciśnienia początkowego. Oznaczenie granicznego stężenia tlenu GST obłoków pyłu

wykonuje się przez wyznaczenie maksymalnego ciśnienia wybuchu pmax i maksymalnej

szybkości narastania ciśnienia wybuchu (dp/dt)max przy optymalnych koncentracjach pyłu. Do

wyznaczenia wartości GST zastosowano procedurę zgodną z PN-EN 14034-4:2005.

Sposób wyznaczenia parametru GST dla pyłu olejowca gwinejskiego podano

graficznie na rysunku 3, jako liniowo ekstrapolowaną zależność (dp/dt)max od stężenia tlenu

(na podstawie (dp/dt)max = 0 wyznaczono szacunkową wartość GST 11% obj.). Wynik

podano w tabeli 3.

Rys.3. Zależności (dp/dt)max od stężenia tlenu i wyznaczenie GST

0

1

2

3

4

5

6

7

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

(dp

/dt)

max

, MP

a/s

O2, % objęt.

Wyniki oznaczeń parametrów wybuchowych pyłu olejowca gwinejskiego zebrano w

tabeli 4.

Tabela 4. Wyniki oznaczeń parametrów wybuchowych olejowca gwinejskiego

Lp. Wskaźnik Wymiar Wartość

1. Maksymalne ciśnienie wybuchu pmax MPa 0,738

2. Maksymalna szybkość narastania ciśnienia

wybuchu (dp/dt)max

MPa/s

8,82

3. Dolna granica wybuchowości DGW g/m3

100

4. Graniczne stężenie tlenu GST % (obj.)

11

5. Wskaźnik wybuchowości Kst MPam/s 2,49

6. Minimalna energia zapłonu MEZ mJ 75 < MEZ< 100

7. Klasa zagrożenia wybuchowego St - St1

6. Właściwości pożarowe

Wykonano następujące oznaczenia parametrów pożarowych pyłu olejowca

gwinejskiego zgodnie z obowiązującymi normami:

a) minimalna temperatura zapłonu warstwy pyłu Tzapł warstwy i obłoku pyłu Tzapł pył

(wg. PN-EN 50281-2-1: 2002),

b) skłonność nagromadzeń pyłu do samozapłonu (wg. PN-EN 15188:2009).

6.1. Minimalna temperatura zapłonu pyłu

Oznaczania minimalnej temperatury zapłonu pyłu wykonano zgodnie z procedurami

podanymi w PN-EN 50281-2-1:2002.

6.1.1. Metoda A: warstwa pyłu na płycie grzejnej o stałej temperaturze

Za minimalną temperaturę zapłonu warstwy pyłu T5mm przyjmuje się najniższą

temperaturę gorącej powierzchni, na której dochodzi do zapłonu znajdującej się na niej

warstwy pyłu o grubości 5 mm. Oznaczenia minimalnej temperatury zapłonu warstwy pyłu

T5mm wykonano dla frakcji pyłu przechodzącego przez sito o oczkach 500 µm. Minimalna

temperatura zapłonu warstwy badanego pyłu wynosiła T5mm = 260 °C (Tab. 5).

Tabela 5. Wyniki oznaczania minimalnej temperatury zapłonu warstwy pyłu T5mm

Grubość

warstwy pyłu,

mm

Temperatura

powierzchni,

°C

Wynik badania

Zapłon/Brak zapłonu

Czas do osiągniecia

zapłonu lub maksymalnej

temperatury warstwy

bez zapłonu, min

Uwagi

5

264 Zapłon 16 Podczas badań

pył wydziela

znaczne ilości

części lotnych

(dymu)

250 Brak zapłonu 30

253 Brak zapłonu 30

251 Brak zapłonu 30

6.1.2 Metoda B: obłok pyłu w piecu o stałej temperaturze

Za minimalną temperaturę zapłonu obłoku pyłu TCL pyłu przyjmuje się najniższą

temperaturę pieca Godberta-Greenwalda [11], w której uzyskano zapłon obłoku pyłowego

(widoczny wyrzut płomienia w dolnej części pieca). Oznaczenia minimalnej temperatury

zapłonu obłoku pyłu TCL wykonano dla frakcji pyłu przechodzącego przez sito o oczku 63 µm

zgodnie procedurą wg. PN-EN 50281-2-1. Minimalna temperatura zapłonu obłoku badanego

pyłu wyniosła TCL = 490 °C (Tab. 6).

Tabela 6. Wyniki oznaczeń parametrów pożarowych pyłu olejowca gwinejskiego

Lp. Wskaźnik Wymiar Wartość

1. Temperaturę zapłonu warstwy pyłu T5mm °C 260

2. Temperatura zapłonu obłoku pyłu TCL °C 490

6.2. Skłonność nagromadzeń pyłu do samozapalenia

Oznaczanie skłonności nagromadzeń badanego pyłu do samozapalenia wykonano

według PN-EN 15188:2009. Opisana w tej normie procedura umożliwia oznaczenie

parametrów krytycznych bezpiecznego składowania nagromadzeń biopaliw stałych na

podstawie oznaczania temperatury samozapalenia nagromadzeń pyłu TSi (temperatury

gorącego składowania) i czasu indukcji samozapalenia ti w funkcji objętości składowanych

pyłów. Do badań użyto perforowanych w normie pojemników pomiarowych w formie walca

o wysokości równej średnicy i o objętości: 200, 100 i 50 cm3. Do oceny samozapalenia

przyjęto, że zapalenie próbki nastąpiło, kiedy temperatura w geometrycznym środku próby

wzrosła o co najmniej 60 K powyżej temperatury gorącego składowania, lub gdy zmiany

temperatury w czasie w geometrycznym środku próby wykazują punkt przegięcia i ma to

miejsce w temperaturze wyższej od temperatury otoczenia wkomorze probierczej pieca.

Przyjęto, że temperatura tzw. gorącego składowania badanych pyłów powodująca już

zapalenie i temperatura pieca nie powodująca zapalenia, różni się nie więcej niż o 5 K. W

tabeli 7 przedstawiono wyniki eksperymentalne oznaczenia temperatury samozapalenia TSi

(gorącego składowania) i czasu indukcji ti dla próbek pyłu olejowca gwinejskiego o granulacji

nie większej niż 250 µm.

Tabela. 7. Zestawienie wyników badań, oznaczenia TSi i ti dla pyłu olejowca gwinejskiego

Objętość naczynia

pomiarowego, cm3

Temperatura samozapalenia TSi, oC

Czas indukcji ti,

h

50 188 1,5

100 181 2,1

200 179 3,3

W celu oznaczenia temperatury samozapalenia i czasu indukcji uzyskane wyniki

przedstawione w postaci wykresów na rysunkach 4 i 5. Przedstawienie zmiennych na osiach x

i y odpowiednio: 1/TSi i log(V/A) oraz log ti i log(V/A) na drugim wykresie, pozwala

przedstawić wyniki w postaci zależności liniowej. Aby zwiększyć użyteczność

prezentowanych wykresów uzupełniono wykres na rys. 5 o pomocniczą oś X na, której

przedstawiono temperaturę - t wyrażoną w stopniach Celsiusza, a na pomocniczej osi Y

przedstawiono obiętości nagromadzeń pyłu w m3, natomiast wykres na rys. 4 uzupełniono o

pomocniczą oś X - czasu, wyrażono w powszechnie używanych jednostkach czasu (godziny,

dni, tygodnie, miesiące i lata) i pomocniczą oś Y- objętości nagromadzeń pyłu w m3. Przy

pomocy tak przygotowanych wykresów można łatwo oszacować zagrożenie samozapalenia

nagromadzeń pyłu w warunkach składowania.

Rys. 4. Zależność czasu indukcji samozapalenia ti w zależności od objętości V nagromadzeń pyłu

(oraz w zależności od stosunków objetość/powerzchnia log (V/A))

Rys. 5. Temperatura samozapalenia TSi w zależności od objętości V nagromadzeń pyłu

(oraz w zależności od stosunków objetość/powerzchnia log (V/A))

7. Zagrożenie wybuchowe od elektryczności statycznej – rezystywność pyłu

Podczas transportu pneumatycznego rozdrobnione cząstki materiału zderzają i ocierają

się ze sobą i ze ściankami rurociągu transportującego, co może powodować gromadzenie się

ładunku elektrostatycznego i doprowadzać do iskrowych wyładowań elektrostatycznych

wewnątrz rurociągu, wyładowań ślizgowych po jego powierzchni, przeskok iskry pomiędzy

elementami instalacji, a nawet rażenie obsługi. Energia wyładowania elektrostatycznego może

być na tyle duża, że może spowodować zapalenie pyłu w rurociągu i doprowadzić do

wybuchu w silosie, w którym biomasa jest gromadzona [12]. Wyładowania iskrowe

spowodowane zjawiskiem elektryzowania się materiałów były źródłem wielu pożarów i

wybuchów, stanowiły też utrudnienia w wielu procesach technologicznych [13].

Rezystywność materiałów sypkich jest jednym z zasadniczych parametrów określających

ich skłonność do elektryzacji. Znajomość rezystywności jest zatem cenną informacją

umożliwiającą prognozowanie się zachowania materiału w trakcie przetwarzania i

użytkowania w tym transportu pneumatycznego, a także przy ocenie skuteczności

zastosowanych środków ochrony przeciwwybuchowej [12].

Rezystywność pyłu w warstwie jest to najmniejsza wartość rezystancji elektrycznej

warstwy pyłu (znormalizowanej odległości pomiędzy elektrodami i powierzchnią kontaktu

elektrod z pyłem) zmierzona dla określonych napięć probierczych. Pomiary rezystancji pyłu

olejowca gwinejskiego w warstwie wykonano zgodnie z procedurą opisaną w normie PN-EN

61241-2-2, a wyniki oznaczania rezystywności zestawiono w tabeli 7.

Tabela. 7. Wyniki oznaczania rezystywności pyłu olejowca gwinejskiego

Napięcie probiercze, V Rezystancja, Ω Rezystywność, Ω∙m

110 5,00∙1011

5,0∙1010

220 2,34∙1011

2,34∙1010

300 2,18∙1011

2,18∙1010

500 1,76∙1011

1,76∙1010

1000 1,22∙1011

1,22∙1010

1500 9,85∙1011

9,85∙109

2000 8,14∙1011

8,14∙109

Wyznaczone wartości rezystywności warstwy pyłu wskazują, że badany pył olejowca

gwinejskiego należy zaliczyć do pyłu nieprzewodzącego, dlatego należy zwrócić uwagę na

zagrożenie od elektryczności statycznej (wyładowanie iskrowe o energii przekraczajęcej

MEZ) mogące pojawić się w procesach technologicznych związanych z przetwarzaniem tego

materiału.

8. Podsumowanie

a) Energetyczne użytkowanie biomasy stałej stwarza w zakładach energetycznych

poważne zagrożenie pożarowo-wybuchowe spowodowane głównie jej

magazynowaniem, transportem i przemiałem.

b) Poprawę stanu bezpieczeństwa w zakładach energetycznych użytkujących biomasę

poprawi oznaczanie wskaźników pożarowo-wybuchowych pyłów spalanej biomasy

oraz ich archiwizowanie w bazach danych.

c) Importowana biomasa z gatunku olejowców ma cenne właściwości energetyczne, a jej

pyły są wybuchowe, ale ich charakterystyka pożarowo-wybuchowa nie różni się

znacznie od właściwości pożarowo-wybuchowych pyłów biomasy pochodzenia

krajowego.

d) Na podstawie wykonanych oznaczeń pyły olejowca gwinejskiego należą do pyłów o

umiarkowanej wybuchowości i zaliczają się do klasy wybuchowości St1.

Literatura

1. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z dn. 23.04.2009 r. w sprawie

promocji stosowania energii ze źródeł odnawialnych, Dz. U. UE L 140/16, 5.6.2009.

2. „Polityka energetyczna Polski do 2030 roku”, Ministerstwo Gospodarki, listopad 2009,

Dokument przyjęty przez Radę Ministrów 10 listopada 2009r.

3. Bartknecht W., Dust Explosions, Springer-Verlag, Berlin, 1989.

4. Wolański P., (Ed.) Grain Dust Explosion and Control, Warsaw University of Technology,

Warsaw, 1993.

5. Klemens R.H., Mechanizm propagacji i struktura płomienia w mieszaninach pyłowo-

powietrznych i hybrydowych, Prace naukowe, mechanika, z. 151, Wydawnictwo

Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1993.

6. Kordylewski W., Mączka T, Ostropolski W., Oznaczanie wskaźników pożarowo-

wybuchowych dla pyłów z biomasy, Magazyn Ex 3, 22-32, 2011.

7. Wasowicz P., Analiza bezpieczeństwa pracy instalacji młynowych bloku energetycznego

przy realizacji współmielenia biomasy – badanie HAZOP, Magazyn Ex, 3, 41-46, 2011.

8. West Biofuels Italia Srl, Registered Office: 36, Via Ludovisi - 00187 Rome (Italy)

www.palmkernelshell.com,

9. Informacja Prezesa URE nr 30/2011 z 4 października 2011 r. URE

10. Kordylewski W., Tatarek A., Wybrane aspekty procesu toryfikacji łupin orzecha palmy

olejowej, www.spalanie.pwr.wroc.pl.

11. Field P., Dust Explosions, Elsevier, Amsterdam 1982.

12. Gajewski A. S., Elektryczność statyczna - poznanie, pomiar, zapobieganie, eliminacja,

Instytut Wydawniczy Związków zawodowych, Warszawa 1987

13. B. Rączkowski, BHP w praktyce, Ośrodek Doradztwa i Doskonalenia Kadr, Gdańsk 2009

FIRE AND EXPLOSION PROPERTIES OF PALM KERNEL SHELL

ABSTRACT

The results of investigations of fire and explosion properties of palm kernel shell

(PKS) have been presented in the paper. The laboratory-scale studies of dust explosibility

were conducted in the spherical explosion vessel of 22.4 dm3 in the volume. The range of

studies included determination of the maximum explosion pressure and the maximum rate of

explosion pressure rise, the lower explosion limit, the minimum ignition energy of a dust

suspension and limiting oxygen concentration of dust clouds. From among fire parameters the

minimum ignition temperature of dust suspension and dust layer was determined and the

spontaneous ignition behavior of dust accumulation was characterized. Additionally, the

electrical resistivity of dust in layers was determined. The used procedures for determination

of fire and explosion parameters were in accord with the actual EU standards. It was shown

that the explosion parameters of the palm kernel shell dust are similar to these parameters of

lignin-cellulose sort of biomass and its explosibility rank falls into the St1 class.