Zagrożenia samozapłonem biomasy na dużych składowiskach – doświadczenia EC SATURN położonej na terenie Mondi Świecie S.A.

22-23 marzec 2012

Paliwa z Biomasy Odnawialna Energia Wiatru Outsourcing Przemysłowy1

EC Saturn

Podstawowe dane

Początek operowania 2002

Moc elektryczna zainstalowana

122 MWe

Moc cieplna zainstalowana 633 MWt

Technologia Elektrociepłownia opalana biomasą i

węglemOdbiorca Mondi Świecie S.A.

Paliwo Węgiel, biomasa odpadowa z tartaków,

odpady pozrębowe i odpady z papierni

Długość kontraktu do 2022

Wkład własny 20 mln Euro

Finansowanie zewnętrzne zorganizowane przez PEP

75 mln Euro2

Jednostki wytwórcze EC Saturn

3

Kocioł fluidalny CFB (K6)

Dane projektowe kotła (uruchomienie 2003/2004)Wydajność maksymalna trwała przy spalaniu węgla 234 t/hWydajność maksymalna trwała przy spalaniu biomasy 180 t/hOsiągalna moc cieplna 164 MWParametry pary świeżej (na wylocie z przegrzewacza):Ciśnienie robocze 9,6 MPaTemperatura robocza 510 ±5°CTemperatura wody zasilającej: 200 ±5°CSprawność kotła przy wydajności 234 t/h i węglu gwarancyjnym 92,0 %Sprawność kotła przy wydajności 180 t/h i biopaliwie gwarancyjnym 90,8 % 4

Kocioł fluidalny BFB (K1)

Dane projektowe kotła (uruchomienie 2009)Wydajność maksymalna trwała 115 t/hOsiągalna moc cieplna 82 MWParametry pary świeżej (na wylocie z przegrzewacza):Ciśnienie robocze 9,6 MPaTemperatura robocza 510 ±5°CTemperatura wody zasilającej: 200 ±5°CSprawność kotła przy wydajności 100 t/h i paliwie gwarancyjnym 87,2 %

5

EC Saturn

Podstawowe zagrożenia pożarowe.

Zapłon wymuszony, temperatura zapłonu ok. 200 C (zależy od czasu oddziaływania źródła ciepła), pożary egzogeniczne:

- Iskra (z silników, urządzeń rozdrabniających).- Nagrzane części maszyn (tłumiki, części wirujące itp.)- Niedopałki, zaprószenia itp..- Wyładowania atmosferyczne.Samozapalenia endogeniczne, powstałe na wskutek samonagrzania się materiału

(za krytyczna temperaturę przyjmuje się wartość ok. 150 C.)- Są to procesy biochemiczne gdzie źródłem stymulacji jest wilgotność biomasy.- Główne procesy to utlenianie, fermentacja i procesy rozkładu.- Aby doszło do samozapalania się biomasy musi zajść szereg czynników (nad

którymi nie do końca mamy kontrolę): utrudnione oddawanie ciepła (odizolowanie układu), dostępność powietrza (tlenu) i brak wentylacji układu z powstających gazów (tlenek węgla, metan itp.).

Wybuch mieszaniny pyłu drzewnego i powietrza (zapłon następuje powyżej 330 C).- Zagrożenia występują głównie w zamkniętych systemach transportu

biomasy(tunele), przesypów, sortowników, kruszarek, młynów itp.- Maksymalna temperatura pracujących elementów to 250 C. Ograniczenie

powstawania pyłów oraz częste ich usuwanie (sprzątanie).6

Przenośniki kory

Przenośniki: 10, 20 i 30 oraz dwie hałdy biomasy, pod którymi znajdują się obrotowe wygarniacze śrubowe, znikome zagrożenie

pożarowe (nigdy nie wystąpiło)7

Place składowe biomasy

Reclajmer bez biomasy (konserwacja).

8

Separator magnetyczny

Separator nr 6 magnetyczny zabudowany nad przenośnikiem taśmowym na końcu tunelu odbioru, niewielkie zagrożenie

wybuchem pyłów (nigdy nie wystąpiło), 9

Sortownik talerzowy

Układ podawania biomasy do kotła CFB, sortownik talerzowy zabudowany w budynku przygotowania biomasy, niskie zagrożenie

wybuchem (nie wystąpiło)10

Przenośniki taśmowe

Układ podawania biomasy do kotła CFB, przenośnik taśmowy, niskie zagrożenie (nigdy nie wystąpiło).

11

Place składowe biomasy

Plac składowy biomasy zagrożenie samozapaleniem (niestety występowało).

12

Hałda trociny

Wysokie składowanie hałdy trocin (widoczne parowanie nagrzanej trociny), brak bezpośredniego zagrożenia pożarowego zbyt niska

temperatura i właściwe zagęszczenie.13

Place składowe biomasy

Plac składowy balotów zagrożenie samozapaleniem niewielkie.

14

Place składowe biomasy

Recykler rozdrabnianie balotów.

15

Place składowe biomasy

Plac składowy zrębki lęśnej zagrożenie samozapaleniem większe.

16

Stacja przesypowo sortująca

Układ podawania biomasy do kotła BFB, stacja przesypowo sortująca, niskie zagrożenie (nigdy nie wystąpiło).

17

Przenośnik taśmowy

Układ podawania biomasy do kotła BFB, przenośnik taśmowy niskie zagrożenie (nigdy nie wystąpiło).

18

I Klasyfikacja biomasy (samozapalenie).

1. Odpady z przemysłu drzewnego (trociny, zrębki i kora)• Stosunkowo niski poziom zanieczyszczeń (popioły max do 2%), niski poziom

chloru, stosunkowo wysoka kaloryczność 9 – 15 GJ/tonę.• Przy odpowiednim zagęszczeniu hałd i niskiej wilgotności można przechowywać

nawet do roku (trociny najdłużej, krócej zrębki i jeszcze krócej korę).2. Odpady pozrębowe, w postaci zrębki (z tzw. gałęziówki)

• Większe zanieczyszczenia piaskiem, nieco wyższy poziom popiołu (do 3%) i chloru, nieco mniejsza kaloryczność 8 – 14 GJ/tonę.

• Trudniejsze przechowywanie, większa podatność na samozapłon (większa wilgotność, trudniejsze zagęszczanie, większa zawartość nie zdrewniałych części organicznych podatnych na procesy fermentacyjne i gnilne.

• Przy nie sprzyjających warunkach składowanie maksymalnie do 3 miesięcy (duża wilgotność, wysoka temperatura zewnętrzna, dużo masy zielonej).

19

II Klasyfikacja biomasy (samozapalenie).

1. Biomasa typu AGRO, wierzba energetyczna.• Niski poziom zanieczyszczeń (popioły max do 2%), nieco mniejsza kaloryczność 7

– 12 GJ/tonę. • Trudne przechowywanie podobnie jak w przypadku zrębki leśnej (większa

wilgotność, podatność na fermentację i gnicie).2. Biomasa typu AGRO, słoma sucha w postaci balotów.

• Niski poziom zanieczyszczeń (popioły do 4%), nieco mniejsza kaloryczność 10 –14 GJ/tonę.

• Niska zawartość nie zdrewniałych części organicznych, niższa wilgotność i wyższe popioły pozwalają na długie składowanie.

3. Biomasa typu AGRO, słoma kukurydzy w postaci sieczki.• Wysoki poziom zanieczyszczeń (popioły do 4%), duża wilgotność, duża zawartość

części organicznych podatnych na fermentację (cukry itp.).• Biomasa bardzo szybko może stać się praktycznie tzw. kiszonką (ze względu na

bardzo wysoką wilgotność nie obserwowaliśmy samozapalenia.4. PKS (Palm Kernel Shell – łupina z palmy olejowca gwinejskiego).

• Cechy: wysoka kaloryczność, niska zawartość chloru, łatwość przechowywania pod warunkiem niskiej zawartości tłuszczów (w innym przypadku szybko dochodzi do powstawania pleśni.

20

I Doświadczenia z pożarów.

1. Pożary wymuszone egzogeniczne.• W roku 2009 w trakcie rozdrabniania słomy od iskry pochodzącej z recyklera

szybkoobrotowego zapaliła się sieczka słomy. • Wprowadzono większą kontrolę jakości słomy w celu eliminacji podawania

kamieni i innych ciał obcych.• Wprowadzono zasadę bardzo częstego oczyszczania placu z urobkiem (w razie

pożaru ogranicza się jego zasięg) oraz utrzymanie w stałej gotowości sprzętu do gaszenia ewentualnego pożaru.

2. Samozapalenie endogeniczne biomasy leśnej (trocin) w 2009 r.• Główne przyczyny to: miejscowe wymieszanie różnych rodzajów biomasy (kora i

trociny), nieszczelne murki oporowe (doprowadzające powietrze do wnętrza hałdy) długi okres składowania.

• Na szczęcie pożar miał charakter miejscowy, szybko udało się go zlokalizować a następnie sprawnie wybrać z hałdy zarzewie, ugasić tlącą się biomasę i podać do kotła. Nie doszło do rozprzestrzenienia się pożaru na całą hałdę (głównie z powodu dobrego zagęszczenia hałdy, braku wiatru).

• Wprowadzono: kontrole rozdziału biomasy na rodzaje, ograniczono czas składowania, wprowadzono rotację, uszczelniono murki oporowe, wprowadzono dwa razy na dobę objazd hałd i kontrolę temperatury w podejrzanych miejscach (parowanie, podwyższona temperatura). 21

II Doświadczenia z pożarów.

1. Samozapalenie endogeniczne biomasy leśnej zrębki tartacznej zima 2011 r.• Główne przyczyny to: zmiana struktury zrębki (mniej rębaków nożowych więcej

recyklerów) która utrudnia dokładne zagęszczenie, specyficzne warunki pogodowe (nagła zmiana temperatury i wilgotności oraz silne wiatry) które dostarczyły więcej powietrza do hałdy, uszkodzone murki oporowe które dodatkowo dostarczyły powietrze oraz stosunkowo bardzo suche zrębki (wilgoćutrudnia szybkie rozprzestrzeniane się palących się gazów w hałdzie.

• Pożaru praktycznie nie udało się ugasić, nie udało się również przeciąć hałdy na mniejsze (aby oddzielić miejsca palące się od nie palących się) pożar był jedynie kontrolowany a hałda na bieżąco zalewana wodą w miejscach gdzie występowałogień. Tląca się biomasa była wybierana, zalewana wodą i podawana w pierwszej kolejności do kotła aż do końca hałdy.

• Wprowadzono: naprawę murków a w niektórych miejscach ich usunięcie (utrudniały akcję przecinania hałdy), zmniejszono wielkość hałd.

22

Pożar zrębki

Miejsce zapłonu (uszkodzone murki oporowe).

23

Pożar zrębki

Utrudniony dostęp do hałdy (murki oporowe).

24

Pożar zrębki

Wywożenie tlącej się biomasy.

25

Pożar zrębki

Rozprzestrzenianie się pożaru wiatr i powstające gazy palne .

26

Pożar zrębki

Zalewanie wodą miejsc powstawania otwartego ognia .

27

Pożar zrębki

Rozdzielenie hałd .

28

Wnioski.

1. Zagrożenie samozapaleniem biomasy jest uzależnione od wielu czynników które wzajemnie na siebie oddziałują.

• Z każdym rodzajem biomasy należy postępować inaczej.• Trocinę można wysoko hałdować i w miarę możliwości jak najmocniej zagęszczać

(usuwając powietrze z przestrzeni między biomasą)• Zrębkę tartaczną w zależności od frakcji można zagęszczać ale nie należy

wysoko hałdować.• Zrębkę wierzby oraz zrebkę leśną nie należy zagęszczać (dając szansę na

odparowanie i odprowadzenie ciepła z procesów gnilnych).• W miarę możliwości dostępnych placów należy tworzyć jak największą liczbę

rozdzielonych hałd biomasy.• Pamiętać o rotacji biomasy.• Prowadzić stałą kontrole nad temperaturą hałd.• Nie popadać w rutynę i być czujnym.

29

Unikalne kompetencje PEP w zakresie developmentu, budowy i eksplotacji kotłów

biomasowych w Polsce (największa w Polsce instalacja biomasowa w Świeciu)

Kompetencje PEP w zakresie współpracy z przemysłowymi odbiorcami energii elektrycznej

w formule outsourcingu

Unikalne kompetencje PEP w zakresie pozyskiwania biomasy:

zakupy biomasy leśnej na potrzeby instalacji w Świeciu (550 tyś ton rocznie)

zakupy słomy na potrzeby instalacji do produkcji pelletu (100 tyś ton rocznie)

własne plantacje energetyczne

PEP to jedyna polska, niezależna, elastyczna firma w obszarze energetyki odnawialnej i

przemysłowej

Dlaczego PEP

30

Dziękuję

Bogdan Warchoł,tel. 223908121, bogdan.warchol@pepsa.com.pl

31