Wytarzanie energii ze źródeł odnawialnych w procesie spalania mieszanego paliwa wtórnego zawierającego biomasę Autor: Rafał Szymanowicz - „ENERGOPOMIAR” Sp. z o.o., Zakład Techniki Cieplnej („Energetyka” – nr 5/2011)

W Polsce wytwarzanie energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii (OZE) wykorzystujących biomasę polega w większości przypadków na prowadzeniu procesu wspólnego spalania z paliwami konwencjonalnymi. W takich przypadkach przepisy regulacyjne związane z produkcją i rozliczaniem energii pochodzącej z zasobów odnawialnych nakładają na przedsiębiorstwa obowiązek dostosowania instalacji do wymagań kontrolno-pomiarowych poprzez zabudowę nowych elementów instalacji podawania paliw oraz urządzeń pomiarowych lub ich modernizację.

Istnieje jednak rozwiązanie, które w przypadku większości obiektów umożliwia

produkcję „zielonej energii” zgodnie z wymaganiami prawnymi i nie wymaga montażu specjalnych urządzeń technologicznych oraz pomiarowych. Rozwiązaniem tym jest zastosowanie tak zwanego mieszanego paliwa wtórnego. Rys. 1. Przykładowe mieszane paliwa wtórne

a) mieszane paliwo wtórne – węgiel kamienny z łuską słonecznikową

b) mieszane paliwo wtórne – węgiel brunatny z brykietami drzewnymi

Czym jest mieszane paliwo wtórne?

Definicja mieszanego paliwa wtórnego została zamieszczona w Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 14 sierpnia 2008 r. w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia, uiszczenia opłaty zastępczej oraz zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii oraz obowiązku potwierdzania danych dotyczących ilości energii elektrycznej wytworzonej w odnawialnym źródle energii (z późniejszymi zmianami) [1].

Mieszane paliwo wtórne jest niczym innym jak mieszanką biomasy lub biogazu oraz innych paliw, jednak zgodnie z definicją musi być ono przygotowane poza jednostką wytwórczą zużywającą to paliwo. Przykładowe mieszane paliwa wtórne przedstawiono na rysunku 1.

Wytyczne dotyczące rozliczeń wynikające z obowiązującego prawa

Analizując poszczególne pozycje Rozporządzenia [1], dotyczące bilansowania produkcji

energii z zasobów odnawialnych, w przypadku procesu spalania mieszanego paliwa wtórnego decydujący wpływ na przebieg obliczeń mają poniżej omówione zapisy.

W §6 ust. 1 jest mowa o tym, że w jednostce wytwórczej, w której spalane są biomasa

wspólnie z innymi paliwami, do energii wytwarzanej w odnawialnych źródłach zalicza się cześć energii elektrycznej lub ciepła odpowiadającą udziałowi energii chemicznej biomasy w energii chemicznej paliwa zużywanego do wytwarzania energii, obliczaną na podstawie rzeczywistych wartości opałowych tych paliw.

W §7 ust. 4 znajduje się informacja, że w przypadku stosowania mieszanego paliwa

wtórnego należy wykonywać pomiary masy tego paliwa dostarczonego do procesu spalania w danej jednostce wytwórczej oraz oznaczyć ciepło spalania i wykonać obliczenia wartości opałowej tego paliwa oraz próbek paliw wchodzących w skład mieszanego paliwa wtórnego.

Odnośnie do opomiarowania wyjściowych strumieni energii jest tylko informacja

dotycząca produkcji energii elektrycznej, która w przypadku obiektu wykorzystującego biomasę, powinna być mierzona na zaciskach generatorów znajdujących się w granicach jednostki wytwórczej. Nie ma natomiast informacji dotyczącej lokalizacji przyrządów pomiarowych produkcji ciepła, stąd w praktyce stosowana jest metoda dotychczas stosowana, to znaczy bilans energetyczny i/lub układy pomiarowe produkcji ciepła.

Niezwykle istotne zapisy, mające wpływ na sposób prowadzenia pomiarów i obliczeń

widnieją w §10. Ogólnie rzecz ujmując, narzucają one konieczność prowadzenia rejestracji danych oraz wyników pomiarów i obliczeń, aby możliwe było sporządzenie wydruków raportów za każdy dzień. Powyższe zapisy w praktyce eliminują możliwość obliczania zużycia paliw metodami bilansowymi na przykład w okresach miesięcznych.

Ponadto, znaczący wpływ na sposób bilansowania produkcji energii odnawialnej w

przypadku spalania mieszanego paliwa wtórnego ma obowiązek, który wszedł w życie z dniem 1 stycznia 2008 r. dotyczący energetycznego wykorzystania biomasy pochodzącej z odpadów i pozostałości z produkcji rolnej, biomasy z upraw energetycznych, biomasy pochodzącej z odpadów i pozostałości przemysłu przetwarzającego produkty rolne oraz ziaren zbóż niespełniających wymagań jakościowych dla zbóż w zakupie interwencyjnym i ziaren zbóż, które nie podlegają zakupowi interwencyjnemu.

Ilość biomasy pochodzenia innego niż zasoby drzewne spalanej w jednostkach

produkujących energię odnawialną w procesie wspólnego spalania biomasy oraz paliw konwencjonalnych wynosi 40% w roku 2011 i systematycznie się zwiększa z roku na rok, aż do osiągnięcia poziomu 100% w roku 2014. Należy podkreślić, że wartości te dotyczą udziału masowego, a nie energetycznego jak w przypadku obowiązku uzyskania i przedstawienia do

umorzenia świadectw pochodzenia albo uiszczenia opłaty zastępczej. Energia wytworzona w odnawialnych źródłach energii zaliczana będzie tylko w przypadku, gdy łączny udział wagowy biomasy, o której mowa powyżej, będzie równy lub większy od wymaganego w okresie sprawozdawczym.

W praktyce oznacza to konieczność przygotowania odpowiednich procedur

postępowania oraz uzupełnienia procedury rozliczeń o metodykę bilansowania z podziałem na dwie grupy, a mianowicie:

• biomasę pochodzącą z produkcji leśnej oraz przemysłu przetwarzającego jej produkty –

w skrócie określoną jako „drzewna” (biomasa należąca do tzw. grupy I), • biomasę pochodzącą z upraw energetycznych lub odpadów i pozostałości z produkcji

rolnej oraz przemysłu przetwarzającego jej produkty oraz ziaren zbóż niespełniających wymagań jakościowych dla zbóż w zakupie interwencyjnym i ziaren zbóż, które nie podlegają zakupowi interwencyjnemu, a także części pozostałych odpadów, które ulegają biodegradacji, z wyłączeniem odpadów i pozostałości z produkcji leśnej oraz przemysłu przetwarzającego jej produkty – zwanej biomasą „poza drzewną” (biomasa należąca do tzw. grupy II).

Należy podkreślić, iż z obowiązku uzyskania odpowiedniego udziału biomasy „poza

drzewnej” zwolnione są jedynie jednostki wytwórcze wykorzystujące wyłącznie paliwa odnawialne o mocy elektrycznej niższej niż 20 MW, dzięki czemu proces dozowania paliw i rozliczania produkcji energii odnawialnej w takich przypadkach jest zdecydowanie prostszy. Propozycja metodyki prowadzenia rozliczeń

W układzie z zastosowaniem mieszanego paliwa wtórnego wielkości poszczególnych strumieni bilansowych wchodzących i wychodzących z układów bilansowych wyznaczane są na podstawie metod obliczeniowych oraz pomiarów zużycia energii chemicznej spalanych paliw dostarczanych do procesu spalania, poprzez pomiar parametrów spalanej mieszaniny paliw oraz pomiar masy każdego paliwa i wyznaczenie wartości opałowej w stanie roboczym u dostawcy, jak również pomiarów produkcji energii elektrycznej brutto i ciepła.

Dodatkowo wykonywane mogą być inne pomiary ilościowo-jakościowe, takie jak na

przykład pomiary w momencie przyjęcia dostawy na plac węglowy, jednak nie są one wymagane obowiązującymi przepisami.

Zaprezentowana poniżej metodyka prowadzenia rozliczeń oparta jest na klasyfikacji

biomasy zamieszczonej w Rozporządzeniu [1], zgodnie z zapisami, które wprowadzane są do koncesji na wytwarzanie energii elektrycznej oraz koncesji na wytwarzanie ciepła. Pomiary wykonywane przez dostawcę paliwa

Mieszane paliwo wtórne będące mieszaniną węgla i biomasy jest dostarczane na teren

przedsiębiorstwa energetycznego transportem kolejowym. Obowiązek związany z wykazaniem i dokumentowaniem w sposób klarowny wymaganego udziału biomasy „poza drzewnej” wymusza konieczność rozgraniczania poszczególnych rodzajów biomasy. Dlatego każda partia paliwa może zawierać tylko jeden dokładnie sprecyzowany rodzaj biomasy.

Zgodnie z obowiązującymi przepisami dostawca musi dokonać pomiaru masy poszczególny paliw wchodzących w skład mieszanego paliwa wtórnego oraz wyznaczyć ich wartość opalowa na podstawie poboru próbek. Do wyznaczenia masy poszczególnych paliw powinny zostać użyte wagi np. taśmociągowe lub samochodowe spełniającej wymagania przepisów o miarach [2], natomiast wartości opałowe powinny być określane w oparciu u akredytowane procedury badawcze. Ponadto zalecane jest również załączanie do dostaw specjalnie opracowanej „Karty paliwa”, zawierającej szczegółowe informacje o dostarczanym paliwie.

Na podstawie wyników pomiarów można wyliczyć energię chemiczną biomasy

wchodzącej w skład danej partii mieszanego paliwa wtórnego (QB(MPW)i), która jest obliczana jako iloczyn ilości biomasy zużytej do przygotowania partii mieszanego paliwa wtórnego i jej wartości opałowej wyznaczonej w stanie roboczym. Obliczenia prowadzone są osobno dla każdego rodzaju biomasy, według wzoru:

i)MPW(Bi)MPW(Bi)MPW(B WMQ ⋅= (1)

gdzie: QB(MPW)i – energia chemiczna biomasy zawartej w danej partii mieszanego paliwa wtórnego, GJ MB(MPW)i – masa biomasy zużytej do przygotowania danej partii mieszanego paliwa wtórnego, Mg WB(MPW)i – wartość opałowa biomasy zużytej do przygotowania danej partii mieszanego paliwa wtórnego, GJ/Mg indeks i − rodzaj biomasy zużytej do przygotowania danej partii mieszanego paliwa wtórnego

W analogiczny sposób wyznaczana jest energia chemiczna węgla zawartego w mieszanym paliwie wtórnym:

i)MPW(Wi)MPW(Wi)MPW(W WMQ ⋅= (2)

gdzie: QW(MPW)i – energia chemiczna węgla zawartego w danej partii mieszanego paliwa wtórnym, GJ MW(MPW)i – masa węgla zużytego do przygotowania danej partii mieszanego paliwa wtórnego, Mg WW(MPW)i – wartość opałowa węgla zużytego do przygotowania danej partii mieszanego paliwa wtórnego, GJ/Mg

Poszczególne partie paliwa są dostarczane na teren przedsiębiorstwa energetycznego i następnie podawane bezpośrednio do kotłów bądź rozładowywane na placu składowym. Niezwykle istotne dla wiarygodnego sposobu rozliczeń jest to, aby poszczególne partie mieszanych paliw wtórnych były składowane oddzielnie (rys. 2 – poz. 1, 2). Takie rozwiązanie wymaga większych nakładów organizacyjnych związanych z gospodarką paliwa i ogranicza możliwości produkcyjne do spalania zaledwie kilku rodzajów paliw wtórnych, jednak jest ono niezbędne z uwagi na konieczność zastosowania wiarygodnej i przejrzystej metodyki wyznaczania zużycia biomasy „poza drzewnej” w celu spełnienia obowiązku wynikającego z §4 ust. 2 Rozporządzenia [1].

Zalecane jest również zbadanie właściwości chemicznych mieszaniny dostarczonej do

przedsiębiorstwa energetycznego w celu kontroli dostawcy.

Rys. 2. Proponowane rozmieszczenie paliw przy zastosowaniu mieszanych paliw wtórnych

1 − plac składowy mieszanego paliwa wtórnego zawierającego biomasę grupy I

2 − plac składowy mieszanego paliwa wtórnego zawierającego biomasę grupy II

3 − plac składowy węgla

4 − przykładowa lokalizacja zabudowy wagi oraz urządzenia do poboru próbek paliwa w zużyciu

Pomiary wykonywane przez użytkownika instalacji

Użytkownik instalacji jest zobligowany do wykonywania pomiaru zużycia mieszanego

paliwa wtórnego, które może być podawane z pominięciem etapu składowania – prosto z rozładunku dostaw bądź z placu składowego na przykład za pomocą wagi taśmowej (rys. 2 – poz. 4). Niezbędne jest również pobieranie próbek w pobliżu miejsca pomiaru masy w celu wyznaczenia średniodobowej wartości opałowej paliwa. W przypadku wymienionych pomiarów również niezwykle istotna jest identyfikacja paliw podawanych do kotłów.

Energia chemiczna danego rodzaju biomasy (QBi) wchodzącej w skład mieszanego

paliwa wtórnego spalonego w jednostce wytwórczej obliczana jest jako iloczyn energii chemicznej mieszanego paliwa wtórnego podawanego do kotłów oraz udziału energii chemicznej biomasy w całkowitej energii chemicznej przygotowanego mieszanego paliwa wtórnego, według wzoru:

BiMPWiMPWiBiMPWiBi U)WM(UQQ ⋅⋅=⋅= (3)

1

3

2

4

3

gdzie: QBi – energia chemiczna biomasy zawartej w mieszanym paliwie wtórnym spalonym w jednostce wytwórczej w ciągu doby, GJ QMPWi – energia chemiczna mieszanego paliwa wtórnego spalonego w jednostce wytwórczej w ciągu doby, Mg UBi – udział energii chemicznej biomasy w spalonym mieszanym paliwie wtórnym, GJ/Mg MMPWi – masa mieszanego paliwa wtórnego spalonego w jednostce wytwórczej, Mg WMPWi – wartość opałowa mieszanego paliwa wtórnego spalonego w jednostce wytwórczej, GJ/Mg

Biorąc pod uwagę wartości obliczane na podstawie pomiarów wykonywanych przez dostawcę udział energii chemicznej biomasy zawartej w danej partii mieszanego paliwa wtórnego jest obliczany na podstawie wzoru:

i)MPW(Wi)MPW(B

i)MPW(BBi QQ

QU

+=

(4)

gdzie: UBi – udział energii chemicznej biomasy w danej partii mieszanego paliwa wtórnego, GJ/Mg QB(MPW)i – energia chemiczna biomasy zawartej w danej partii mieszanego paliwa wtórnego, GJ QW(MPW)i – energia chemiczna węgla zawartego w danej partii mieszanego paliwa wtórnego, GJ

Ponieważ w czasie, gdy mieszane paliwo wtórne nie jest podawane może być spalany sam węgiel, energia chemiczna węgla wprowadzanego do jednostki wytwórczej (QW) jest obliczana jako iloczyn masy węgla i jego wartości opałowej w stanie roboczym:

WWW WMQ ⋅= (5)

gdzie: QW – energia chemiczna węgla spalonego w jednostce wytwórczej w ciągu doby, GJ MW – masa węgla spalonego w jednostce wytwórczej w ciągu doby, Mg WW – dobowa wartość opałowa węgla spalonego w jednostce wytwórczej w ciągu doby, GJ/Mg

Pomiar masy węgla spalonego w jednostce wytwórczej (MW) odbywa się za pomocą tej samej wagi, która używana jest do pomiaru mieszanego paliwa wtórnego (rys. 2 – poz. 4). Podobnie sytuacja wygląda w przypadku urządzenia do poboru próbek paliwa w zużyciu.

W przypadku stosowania oleju opałowego niezbędne jest równie wyznaczenie jego

zużytej energii chemicznej (QO), która określana jest jako iloczyn masy oleju opałowego i jego wartości opałowej w stanie roboczym:

OOO WMQ ⋅= (6)

gdzie: QO – energia chemiczna oleju opałowego spalonego w jednostce wytwórczej w ciągu doby, GJ MO – masa oleju opałowego spalanego w jednostce wytwórczej w ciągu doby, Mg WO – dobowa wartość opałowa oleju opałowego w ciągu doby, GJ/Mg

Po stronie strumieni wyjściowych, podobnie jak w przypadku wszystkich układów wykorzystujących biomasę, mierzone są produkcja energii elektrycznej brutto (E) oraz produkcja ciepła (E(C)).

Zgodnie z §6 ust. 1 Rozporządzenia [1], w jednostce wytwórczej, w której jest spalana biomasa wspólnie z innymi paliwami (w tym także dotyczy to mieszanego paliwa wtórnego), do energii wytwarzanej w odnawialnych źródłach energii zalicza się część energii elektrycznej i/lub ciepła odpowiadającą udziałowi energii chemicznej biomasy w energii chemicznej paliwa zużywanego do wytwarzania energii, obliczanej na podstawie rzeczywistych wartości opałowych tych paliw według wzoru:

EWMWM

WME n

i

m

jKjKjBiBi

n

iBiBi

OZE

∑ ∑

∑

= =

=

+=

1 1

1 (7)

gdzie: EOZE – ilość energii elektrycznej lub ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii, MWh lub GJ E – ilość energii elektrycznej lub ciepła wytworzonych w jednostce wytwórczej, w której jest spalana biomasa lub biogaz wspólnie z innymi paliwami, MWh lub GJ MBi – masa biomasy lub biogazu spalonego w jednostce wytwórczej, Mg MKi – masa paliwa innego niż biomasa lub biogaz spalonego w jednostce wytwórczej, Mg WBi – wartość opałowa biomasy lub biogazu spalonego w jednostce wytwórczej, MJ/Mg WKi – wartość opałowa paliwa innego niż biomasa lub biogaz spalonego w jednostce wytwórczej, MJ/Mg n − liczba rodzajów biomasy lub biogazu spalonych w jednostce wytwórczej m − liczba rodzajów paliw innych niż biomasa lub biogaz, spalonych w jednostce wytwórczej

W przypadku jednostki wytwórczej wykorzystującej mieszane paliwo wtórne do energii wytworzonej z zasobów odnawialnych zalicza się część energii powstałej ze wspólnego spalania tego paliwa z paliwami konwencjonalnymi, w związku czym wzór (7) przyjmuje postać:

∑∑

∑

∑ ∑

∑

==

=

= =

= ⋅⋅+⋅+⋅

⋅=

+=

k

iTGi

OOWW

n

i BiMPWi

n

i BiMPWi

n

i

m

jKjKjBiBi

n

iBiBi

OZE EWMWMUQ

UQE

WMWM

WME

11

1

1 1

1 (8)

gdzie: EOZE – produkcja energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, MWh ETGi – produkcja energii elektrycznej brutto z turbozespołów TGi, MWh QMPWi – energia chemiczna mieszanego paliwa wtórnego spalonego w jednostce wytwórczej, Mg UBi – udział energii chemicznej biomasy w mieszanym paliwie wtórnym, GJ/Mg MW – masa spalanego węgla (bez biomasy), Mg MO – masa spalanego oleju opałowego, Mg WW – wartość opałowa spalanego węgla (bez biomasy), GJ/Mg WO – wartość opałowa spalanego oleju opałowego, Mg

Analogiczny wzór stosowany będzie w przypadku produkcji ciepła:

)C(

OOWW

n

i BiMPWi

n

i BiMPWi)C(n

i

m

jKjKjBiBi

n

iBiBi

OZE)C( EWMWMUQ

UQE

WMWM

WME ⋅

⋅+⋅+⋅

⋅=⋅

+=

∑

∑

∑ ∑

∑

=

=

= =

=

1

1

1 1

1 (9)

gdzie: E (C)OZE – produkcja ciepła ze źródeł odnawialnych, GJ E(C) – produkcja ciepła w jednostce wytwórczej, GJ

Ponieważ dostarczone partie mieszanych paliw wtórnych zawierających różne rodzaje biomasy po rozładunku na placu węglowym nie są mieszane ze sobą oraz są oddzielnie podawane do kotła, możliwe jest określenie spełnienia obowiązku spalania określonego udziału masowego biomasy Grupy II w stosunku do całkowitej ilości spalanej biomasy, według wzoru:

10011

1 ⋅⋅+⋅

⋅=

∑∑∑

∑

==

=n

i )II(Bmi)II(MPWi

n

i )I(Bmi)I(MPWi

n

i )II(Bmi)II(MPWi

BmIIUMUM

UMU (10)

Ponieważ masa danego rodzaju biomasy spalonego w jednostce wytwórczej stanowi

iloczyn masy zużytego mieszanego paliwa wtórnego zawierającego biomasę oraz udziału masowego biomasy w nim zawartej, zgodnie ze wzorem:

BmiMPWiBi UMM ⋅= (11) to wzór (10) przyjmuje postać:

10011

1 ⋅+

=∑

∑∑

∑

==

=n

i )II(B

n

i )I(Bi

n

i )I(Bi

BmIIMM

MU (12)

gdzie: UΣBmII – udział masowy biomasy Grupy II w stosunku do całkowitej ilości biomasy zawartej w mieszanych paliwa wtórnych spalonych w okresie rozliczeniowym, % MMPWi(I) – masa danego rodzaju mieszanego paliwa wtórnego spalonego w jednostce wytwórczej zawierającego biomasę Grupy I, Mg MMPWi(II) – masa danego rodzaju mieszanego paliwa wtórnego spalonego w jednostce wytwórczej zawierającego biomasę Grupy II, Mg UBmi(I) – udział masowy biomasy Grupy I zawartej w danej partii mieszanego paliwa wtórnego, Mg/Mg UBmi(II) – udział masowy biomasy Grupy II zawartej w danej partii mieszanego paliwa wtórnego, Mg/Mg MBi(I) – masa danego rodzaju biomasy Grupy I zwartej w danej partii mieszanego paliwa wtórnego spalonego w jednostce wytwórczej zawierającego biomasę Grupy I, Mg MBi(II) – masa danego rodzaju biomasy Grupy II zwartej w danej partii mieszanego paliwa wtórnego spalonego w jednostce wytwórczej zawierającego biomasę Grupy II, Mg

Udział masowy biomasy w partii spalanego paliwa wtórnego (UBm(I), UBm(II)) stanowi stosunek masy biomasy zużytej do przygotowania danej partii mieszanego paliwa wtórnego do masy wszystkich paliw (biomasy i węgla) zużytych do przygotowania danej partii mieszanego paliwa wtórnego i obliczany jest według wzoru:

100

⋅+

=i)MPW(Wi)MPW(B

i)MPW(BBmi MM

MU (13)

gdzie: UBmi – udział masowy biomasy zawartej w danej partii mieszanego paliwa wtórnego, Mg/Mg MB(MPW)i – masa biomasy zużytej do przygotowania danej partii mieszanego paliwa wtórnego, Mg MW(MPW)i – masa węgla zużytego do przygotowania danej partii mieszanego paliwa wtórnego, Mg i − rodzaj biomasy zużytej do przygotowania danej partii mieszanego paliwa wtórnego Raportowanie i dokumentowanie produkcji energii odnawialnej

Wyniki pomiarów i obliczeń wprowadzane są do specjalnie przygotowanych raportów,

które zostały opracowane przez „ENERGOPOMIAR” Sp. z o.o., analogicznych do załączników do Wniosku o wydanie Świadectw Pochodzenia zamieszonych na stronie Urzędu Regulacji Energetyki. Z uwagi na znacznie bardziej złożony sposób prowadzenia obliczeń w stosunku do klasycznego współspalania biomasy, liczba raportów jest nieco większa i wynosi 9. Powyższe wynika z faktu, iż zaprezentowana metodyka prowadzenia rozliczeń umożliwia wiarygodne wyznaczenie produkcji energii ze źródeł odnawialnych oraz możliwie jak najbardziej rzetelne udokumentowanie wymaganego poziomu zużycia biomasy pochodzącej z zasobów „poza drzewnych”. Próby eksploatacyjne

Przeprowadzone pomiary wykazały, że spalanie mieszanin paliwowych zawierających węgiel i biomasę w postaci tak zwanego mieszanego paliwa wtórnego jest znacznie bardziej korzystne dla instalacji dozowania paliw, kotłów oraz urządzeń pomocniczych.

Uzyskanie pozytywnych wyników pomiarów było możliwe dzięki dokładnemu

wymieszaniu paliw, dzięki czemu poziom homogenizacji mieszanek jest zdecydowanie wyższy od paliwa podawanego w klasyczny sposób, a więc biomasy podawanej na układ przenośników węgla.

Poniżej zaprezentowano wybrane wyniki pomiarów przeprowadzonych na kotle

pyłowym. Pomiary przeprowadzono w trzech seriach: • pierwszej obejmującej pomiary bazowe przy spalaniu wyłączenie węgla kamiennego, • drugiej − pomiary przy spalaniu węgla i biomasy podawanej poprzez instalację do

współspalania (na układ przenośników taśmowych węgla), • trzeciej − pomiary przy spalaniu mieszanego paliwa wtórnego.

Podczas prób spalano pelety z łuski słonecznikowej, których udział masowy w stosunku

do węgla podczas drugiej i trzeciej serii wynosił około 8%. Analizując wyniki analiz chemicznych (tab. 1) w paliwach zawierających biomasę widać

niewielki wpływ łuski słonecznikowej, która cechowała się nieco niższą wartością opałową (16,7 MJ/kg) od węgla, nieznacznie niższą zawartością wilgoci (10,3%) oraz niewielką zawartością popiołu (3,2%) i siarki (0,15%). Średnie wyniki analiz nie obrazują w pełni

wszystkich informacji o paliwach pobranych z podajników – tuż przed młynami. Ważnymi elementami przeważającymi na korzyść mieszanego paliwa wtórnego w stosunku do mieszaniny podawanej w sposób tradycyjny były znacznie mniejsze wahania parametrów cieplnych kotła, co wpłynęło pozytywnie na wyniki prób.

Tabela 1

Właściwości fizykochemiczne spalanych paliw

Rodzaj paliwa Wymiar Węgiel

kamienny

Węgiel z łuską

słonecznikową (~8%)

Mieszane paliwo wtórne

z łuską słonecznikową

(~8%)

Parametry chemiczne paliwa

Wartość opałowa kJ/kg 23 718 23 176 23 039

Wilgoć % 11,8 11,7 11,7

Popiół % 13,9 13,0 12,8

Zawartość C % 61,1 60,0 59,6

Zawartość H % 3,76 3,87 3,89

Zawartość N % 1,45 1,40 1,39

Zawartość S % 0,53 0,50 0,49

Zawartość Cl % 0,38 0,36 0,33

Charakterystyka topliwości popiołu

Temperatura spiekania ts oC 865 860 855

Temperatura mięknięcia tA oC 1160 1140 1140

Temperatura topnienia tB oC 1250 1245 1235

Temperatura spiekania tC oC 1300 1290 1280

Podczas prób najwyższą sprawność uzyskano podczas pomiarów bazowych (rys. 3),

nieznacznie niższą (o 0,2 punktu procentowego) odnotowano podczas prób spalania mieszanego paliwa wtórnego, a najniższą (0,8 punktu procentowego) podczas podawania biomasy przez instalację przeznaczoną do tego celu. Niewielki spadek sprawności związany był głównie ze wzrostem straty niecałkowitego spalania reprezentowanej między innymi poziomem części palnych w odpadach paleniskowych. Powyższe spowodowane było okresowo występującymi wahaniami parametrów wywołanymi zmianą parametrów paliwa dostarczanego do kotła z wykorzystaniem instalacji do podawania biomasy. Wahania te jednak nie zagrażały bezpieczeństwu pracy kotła.

Parametry pary wylotowej podczas wszystkich pomiarów utrzymywały się na poziomie

znamionowym, natomiast strumień wody do regulatorów wtryskowych utrzymywał się na poziomie zapewniającym regulacyjność w tym zakresie. Parametry pary uzyskiwane podczas pomiarów bazowych na drodze przepływu przez poszczególne stopnie przegrzewacza (rys. 4) były zbliżone do uzyskiwanych podczas pomiarów bazowych.

Rys. 3. Sprawność kotła przy spalaniu mieszanego paliwa wtórnego

η(N)B − sprawność kotła brutto

I(N)G − strata wylotowa

I(N)CO − strata niezupełnego spalania

I(N)SF − strata niecałkowitego spalania (w odpadach paleniskowych)

I(N)RC − strata promieniowanie i przewodzenie ciepła

*) biomasa podawana na węgiel

24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68

wydajność kotła [kg/s]

86

88

90

92

94

96

98

100

87

89

91

93

95

97

99

Spr

awność b

rutto

kot

ła [%

]

η(N)B

I(N)G + I(N)CO

I(N)SF

I (N)RC

Parametry pracy zespołów młynowych w czasie spalania mieszanego paliwa wtórnego i

mieszanki powstałej wskutek podania biomasy na układ przenośników węgla były zbliżone do siebie, natomiast nieco odbiegały od parametrów uzyskanych podczas pomiarów bazowych, co jest typowym zjawiskiem przy podawaniu biomasy przez młyny węglowe.

Pył wytwarzany z mieszaniny węgla i biomasy zarówno podczas spalania mieszanego

paliwa wtórnego jak i podawania biomasy metodą tradycyjną charakteryzował się grubszą granulacją. Pozostałości R90 różniły się stosunkowo nieznacznie (średnio o około 2 punktów procentowych), natomiast pozostałości R200 były dwukrotnie wyższe od pozostałości uzyskanych przy spalaniu samego węgla. W pyłach węglowych wytwarzanych z mieszaniny pojawiły się niewielkie ilości frakcji grubych, nawet powyżej 0,5 mm. Mniejszą jednorodność

Spalane paliwo: Węgiel kamienny Mieszane paliwo wtórne Mieszanina w ęgla i biomasy*)

granulacji pyłu podczas drugiej i trzeciej serii pomiarów obrazowały wyraźnie niższe liczby polidyspersji (1,3 − 1,4) niż podczas pomiarów bazowych (1,6 − 1,7).

Temperatury mieszaniny pyłopowietrznej za młynami utrzymywane były na poziomie

zapewniającym wysuszenie pyłu do poziomu znacznie poniżej zawartości wilgoci hygroskopijnej w paliwie. Nie zaobserwowano również nadmiernego ich wzrostu.

Rys. 4. Temperatura pary na drodze przepływu przez poszczególne stopnie przegrzewacza podczas spalania

mieszanego paliwa wtórnego

W nawiasach podano wartości uzyskane podczas spalania samego węgla

podgrzewacz wody (ECO)

przegrzewacz pary ś wieżej Io

przegrzewacz pary ś wieżej IIIo

przegrzewacz pary wtórnej II o

przegrzewacz pary ś wieżej IIo

przegrzewacz pary wtórnej I o

przepływ spalin

733oC (731oC) 802oC (758oC)

691oC (694oC) 828oC (784oC)

679oC (681oC) 722oC (692oC)

544oC (541oC) 578oC (573oC)

400oC (401oC) 391oC (390oC)

299oC (299oC) 300oC (301oC)

0,6 t/h (4,4 t/h)

0,1 t/h (0,1 t/h)

1,8 t/h (1,5 t/h)

3,9 t/h (2,4 t/h)

3,6 t/h (4,6 t/h)

Podczas mielenia mieszaniny węgla i biomasy podczas drugiej i trzeciej serii pomiarów młyny pracowały z wyższymi wydajnościami (średnio o około 3%), przy czym ze względu na niższy ciężar nasypowy mieszaniny różnica strumieni objętościowych mielonego paliwa była nieco większa. Stosowane wentylacje były wyższe (średnio o około 4%), proporcjonalnie do wydajności.

Mielenie mieszaniny pociągało za sobą nieco większe zużycie energii elektrycznej przez

silniki młynów (średnio o około 2%) oraz wyraźnie większe zużycie energii przez silniki wentylatorów młynowych (średnio o około 7%).

Należy podkreślić, że instalacja młynowa była w stanie przygotować wymaganą ilość

pyłu węglowego. Jednak podanie biomasy o niższych parametrach (np. trocin) oraz większej ilości (np. w udziale masowym w stosunku do węgla równym 15%) spowodowałoby zwiększenie ilości mielonego paliwa oraz w jeszcze większym stopniu jego objętości, co z kolei spowodowałoby zwiększenie wypełnienia młynów, a co za tym idzie zmniejszenie dynamiki pracy zespołów młynowych.

Poziom emisji zanieczyszczeń spalin (tab. 2) podczas wszystkich pomiarów był zbliżony

do siebie. Podawanie biomasy będącej składnikiem zarówno mieszanego paliwa wtórnego jak i mieszaniny przygotowanej przez instalację podawania paliw umożliwiało dotrzymanie wszystkich standardów emisyjnych dotyczących badanego kotła.

Tabela 2

Zanieczyszczenia spalin emitowanych z kotła podczas prób spalania paliw

Rodzaj paliwa Wymiar Węgiel

kamienny

Węgiel z łuską

słonecznikową (~8%)

Mieszane paliwo wtórne

z łuską słonecznikową

(~8%)

Wartości zmierzone

Stężenie NOx mg/mn3 480 – 522 502 – 534 493 – 517

Stężenie pyłu mg/mn3 39 – 40 39 – 42 36 – 40

Stężenie SO2 mg/mn3 1113 – 1193 1157 – 1254 1099 – 1128

Stężenie CO mg/mn3 26 – 32 40 – 52 28 – 35

Standardy emisyjne

Stężenie NOx mg/mn3 600 589 590

Stężenie pyłu mg/mn3 100 100 100

Stężenie SO2 mg/mn3 1500 1461 1463

Stężenie CO mg/mn3 - - -

Podsumowanie

Polskie prawo dopuszcza stosowanie tak zwanego mieszanego paliwa wtórnego. W związku z powyższym spełnienie wymagań opisanych w Rozporządzeniu [1] przez producenta energii jak również dostawcę paliwa powinno umożliwiać uzyskania koncesji a w kolejnym etapie „zielonych certyfikatów”. Z przeprowadzonej analizy potencjalnych dostawców zaobserwowano duże zainteresowanie dostawami tego paliwa. Większość dostawców jest przygotowana do produkcji takiego paliwa, ponieważ dostarcza również biomasę oraz posiada urządzenia pomiarowe spełniające wymagania przepisów o miarach. Ponadto część dostawców paliw korzysta z usług akredytowanych jednostek badawczych w zakresie poboru i przygotowania próbek laboratoryjnych do badań właściwości chemicznych.

Zaproponowana w niniejszym artykule metodyka rozliczeń wymaga wprowadzenia

pewnych procedur organizacyjnych na terenie przedsiębiorstwa energetycznego; jest ona niezbędną w związku z obowiązkiem spalania odpowiedniego udziału biomasy „poza drzewnej”, co powinno być w wiarygodny sposób udokumentowane.

Podstawową zaletą stosowania mieszanego paliwa wtórnego jest możliwość uniknięcia

wydatków na budowę instalacji do podawania biomasy. Pomiary wykonane przez „ENERGOPOMIAR” Sp. z o.o. wykazały, że stosowanie

mieszanego paliwa wtórnego w stosunku do tradycyjnego mieszania biomasy na przenośnikach taśmowych wpływa korzystnie na stabilność procesu technologicznego. Jednak problemów dotyczących podawania biomasy przez młyny węglowe nie da się w ten sposób rozwiązać. LITERATURA [1] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 14 sierpnia 2008 r. w sprawie

szczegółowego zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia, uiszczenia opłaty zastępczej oraz zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii oraz obowiązku potwierdzania danych dotyczących ilości energii elektrycznej wytworzonej w odnawialnym źródle energii z późniejszymi zmianami (Dz.U. Nr 156, poz. 969, z 2008 r., Dz.U. Nr 34, poz. 182, z 2010 r.)

[2] Ustawa z dnia 11 maja 2001 r. Prawo o miarach. (Dz.U. Nr 63, poz. 636, z 2001 r. z późniejszymi zmianami).

[3] Sprawozdania z pomiarów przy wspólnym spalaniu węgla i biomasy – opracowania

Zakładów Pomiarowo-Badawczych Energetyki „ENERGOPOMIAR” Sp. z o.o. [4] Dokumentacje Uwierzytelniające instalacji do produkcji energii ze źródeł odnawialnych

– opracowania Zakładów Pomiarowo-Badawczych Energetyki „ENERGOPOMIAR” Sp. z o.o.