Biomasa i odpady jako źródło energii.pdf
(
123 KB
)
Pobierz
49-czarny.vp
POLITYKA ENERGETYCZNA
Tom 9
Zeszyt specjalny
2006
PL ISSN 1429-6675
Grzegorz C
ZARNY
*
Biomasa i odpady jako Ÿród³o energii.
Kraking katalityczny
S
TRESZCZENIE
. Wykorzystanie odpadów przemys³owych i komunalnych w przemyœle cemento-
wym, energetyce zawodowej oraz w ciep³owniach komunalnych nale¿y potraktowaæ z na-
le¿yt¹ powag¹. Iloœæ odpadów sk³adowanych na wysypiskach œmieci jest ogromna. Proces
biodegradacji w zale¿noœci od odpadu to od kilku lat do kilku stuleci. W obrêbie du¿ych
aglomeracji miejskich brakuje terenów na sk³adowiska œmieci. W referacie skrótowo przed-
stawiono mo¿liwoœci wykorzystania odpadów.
S
£OWA KLUCZOWE
: biomasa, odpady, kraking katalityczny
Zasoby odpadów przemys³owych i komunalnych na ju¿ istniej¹cych wysypiskach œmieci
to ogromne iloœci tzw. paliwa alternatywnego o stosunkowo dobrej wartoœci opa³owej,
niskiej zawartoœci popio³u i siarki. W przypadku prowadzenia bie¿¹cej segregacji dostar-
czanych odpadów dla celów utylizacji termicznej, krakingu katalitycznego mo¿na równie¿
osi¹gn¹æ zadowalaj¹ce parametry wilgoci. Aby jednak w sposób wybiórczy omówiæ mo¿-
liwoœci wykorzystania odpadów jako paliwa alternatywnego z uwzglêdnieniem aspektów
ekonomicznych nawi¹¿ê najpierw do biomasy.
* Mgr — Wektor Sp. z o.o., Chorzów; e-mail: czarny@op.pl
Recenzent: prof. dr hab. in¿. Wies³aw B
LASCHKE
487
1. Jedna z definicji biomasy precyzuje:
„Biomasa to ca³a istniej¹ca na Ziemi materia organiczna, wszystkie substancje po-
chodzenia roœlinnego lub zwierzêcego ulegaj¹ce biodegradacji . Biomas¹ s¹ resztki z pro-
dukcji rolnej, pozosta³oœci z leœnictwa, odpady przemys³owe i komunalne” [1].
Zacytowana definicja biomasy to przyczynek, aby przeanalizowaæ mo¿liwoœci wyko-
rzystania biomasy, a w szczególnoœci te jej formy, które s¹ celem, a nie efektem ubocznym
produkcji dla potrzeb energetyki (np.: wierzba wiciowa, rdest czy trzcina pospolita).
Wiadomo, i¿ energetyka zawodowa w Polsce oparta jest na wêglu kamiennym i bru-
natnym. Niestety prowadzona od 1990 roku restrukturyzacja górnictwa nie przynosi spo-
dziewanych efektów (co opisa³em w artykule miesiêcznika poœwiêconego zagadnieniom
techniki — Czasopismo Techniczne nr 114—115; styczeñ—grudzieñ 2005, Kraków)
i pomimo praktycznie dostosowywania przez górnictwo cen wêgla do akceptowanych przez
energetykê, jest niedosyt cenowy tego surowca zarówno w energetyce jak i ciep³ownictwie.
Z drugiej strony — sytuacja finansowa najwiêkszego nie tylko w kraju, ale i w Europie
producenta wêgla kamiennego — Kompanii Wêglowej w Katowicach jest tragiczna.
Energetyka zawodowa, ciep³ownictwo, przemys³ cementowy chc¹c produkowaæ po ce-
nach konkurencyjnych na rynku otwartym, a bêd¹c w ogromnej czêœci w posiadaniu kapita³u
prywatnego, rozpoczê³y dywersyfikacjê paliw. W krêgu zainteresowañ znalaz³a siê biomasa
i odpady przemys³owe oraz komunalne.
Trudno jednak wymienionym wczeœniej podmiotom wi¹zaæ nadzieje na regularne
i przewidywalne cenowo dostawy biomasy „która jest celem a nie efektem ubocznym” jako
paliwa.
1.1. Producenci roœlin charakteryzuj¹cych siê du¿ym przyrostem rocznym i niewielkimi
wymaganiami glebowymi na dzieñ dzisiejszy dysponuj¹ bardzo ograniczonym area³em, nie
posiadaj¹ profesjonalnych sk³adów magazynowych ani mo¿liwoœci przerobu technolo-
gicznego roœlin. Przy bardzo zmiennych warunkach pogodowych w ostatnich latach, pro-
dukty roœlinne charakteryzuje du¿a zmiennoœæ wartoœci opa³owej i wilgoci.
Dodatkowym utrudnieniem dla odbiorców tego typu biomasy jest logistyka transportu —
bardzo wysoki koszt, a to ze wzglêdu miêdzy innymi na:
a) brak ³adunków powrotnych,
b) ma³a gêstoœæ nasypowa biomasy,
c) zmiennoœæ kierunków odbioru biomasy.
Tak wiêc dla odbiorców spalaj¹cych jako podstawowy surowiec wêgiel kamienny ten typ
biomasy nie stanowi (w mej ocenie) perspektywicznego paliwa.
Natomiast w kot³owniach lokalnych (o ma³ej wydajnoœci np. poni¿ej 0,5 MW), zapro-
jektowanych a nie dostosowywanych na spalanie biomasy — najlepiej w miejscu upraw —
ten typ biomasy ma niew¹tpliwie szereg zalet. Jako paliwo jest ma³o szkodliwe dla œrodo-
wiska: iloœæ dwutlenku wêgla emitowanego do atmosfery podczas spalania równowa¿ona
jest iloœci¹ CO
2
poch³anianego przez roœliny, które odtwarzaj¹ biomasê w procesie fotosyn-
tezy. Wykorzystanie biomasy pozwala zagospodarowaæ nieu¿ytki i spo¿ytkowaæ odpady.
1.2. Jakie s¹ jednak mo¿liwoœci uzyskania wymiernych efektów ekonomicznych w ener-
getyce, ciep³ownictwie, przemyœle cementowym po wprowadzeniu paliwa nazwanego
„odpadem komunalnym i przemys³owym”?
488
Zgodnie z unijn¹ klasyfikacja odpadów mo¿na jako pierwsze kryterium podzia³u przyj¹æ
szkodliwoœæ lub inaczej „kryterium bezpieczeñstwa” odpadów. Istnieje bowiem podzia³ na
odpady niebezpieczne i inne ni¿ niebezpieczne.
Dodatkowo dokonano podzia³u odpadów ujêtych na tzw. listach zielonych, ¿ó³tych
i czerwonych — (dla potrzeb transgranicznego przemieszczania).
Do czego s³u¿¹ te podzia³y?
Podzia³ na odpady niebezpieczne i inne ni¿ niebezpieczne uœciœli³ rodzaj odpadu (ich
pochodzenie), przyporz¹dkowa³ poprzez nadanie numeru kodu odpadu do okreœlonych grup
oraz zakwalifikowa³ w³aœnie do odpadów niebezpiecznych lub innych ni¿ niebezpieczne.
Przemieszczanie odpadów zgodnie z rozporz¹dzeniem nr 259/93 Rady Europejskiej
o transporcie odpadów na terenie Unii Europejskiej okreœli³o, które odpady wymagaj¹
okreœlonych zezwoleñ zgodnie z kolorami list, na których je ujêto.
Te podzia³y sta³y siê jednoczeœnie podstaw¹ do wypracowania „cennika” w przypadku
termicznej utylizacji odpadów. Cenotwórcze sta³y siê: kalorycznoœæ, zawartoœæ chloru oraz
umieszczenie w danym kolorze listy przewozowej.
Kalorycznoœæ jako jedyny wyk³adnik ceny stosowany w górnictwie wêgla kamiennego
w Polsce zawiera te same przedzia³y co odpady. Je¿eli jednak w wêglach typowo ener-
getycznych typu 31—32 przedzia³y s¹ najczêœciej w granicach od 17—27 MJ/kg, tak
w przypadku odpadów przedzia³y stosowane s¹ od 16—35 MJ/kg i powy¿ej.
W górnictwie cennik w zale¿noœci od kalorycznoœci i rodzaju odbiorcy docelowego
okreœla poziom cenowy dla 1 GJ — œrednio oko³o 7,10 z³/netto za 1 GJ. Tyle zap³aci odbiorca.
W odpadach w zale¿noœci od kalorycznoœci — poddaj¹cy odpady utylizacji termicznej
otrzyma œrednio od 50—60 Euro za tonê. Przy uœrednionej kalorycznoœci dla odpadów na
poziomie 22 MJ/kg spalaj¹cy odpady otrzyma 10 z³/1 GJ. Tak siê dzieje na dzieñ dzisiejszy
w Austrii czy Niemczech. Umo¿liwienie utylizacji termicznej odpadów w energetyce zawo-
dowej, ciep³ownictwie czy te¿ w przemyœle cementowym poprzez odpowiedni¹ politykê
dotycz¹c¹ odpadów daje efekty ekonomiczne widoczne go³ym okiem.
Co zatem stoi na przeszkodzie aby w wiêkszym ni¿ do tej pory stopniu wykorzystywaæ
odpady jako surowiec bêd¹cy paliwem?
1.3. Podstawowym problemem na dzieñ dzisiejszy jest iloœæ uregulowañ prawnych, a co
siê z tym wi¹¿e koniecznoœæ pozyskiwania stosownych zezwoleñ na spalanie odpadów.
Dla zobrazowania problemu w formie za³¹cznika do referatu do³¹czy³em wydruk tytu³ów
obowi¹zuj¹cych aktów prawnych w tym zakresie (za³¹cznik).
Nastêpnym problemem jest interpretacja aktów prawnych w tzw. terenie. Rozbie¿noœæ
interpretacji aktów prawnych na ró¿nych szczeblach administracji pañstwowej jest
ogromna. Nie ma jednoznacznych wyk³adni.
1.4. Spalanie to egzotermiczna reakcja chemiczna, polegaj¹ca na utlenianiu palnych
sk³adników paliwa. ród³em tlenu potrzebnego do przebiegu reakcji z regu³y jest powietrze.
Zarówno powietrze, jak i paliwa doprowadzane do komory spalania nosz¹ nazwê substratów.
Koñcowym efektem spalania s¹: ciep³o i produkty, które mog¹ byæ sta³e, ciek³e i gazowe.
Dla przypomnienia:
Zerowa zasada termodynamiki mówi, ¿e jeœli dwa uk³ady s¹ w równowadze termody-
namicznej z trzecim uk³adem, to s¹ równie¿ w równowadze termodynamicznej miêdzy sob¹.
489
Pierwsza zasada termodynamiki mówi, ¿e ciep³o doprowadzone z zewn¹trz do uk³adu
zamkniêtego jest zu¿ywane na zwiêkszenie energii wewnêtrznej uk³adu U oraz na wyko-
nanie przez uk³ad pracy zewnêtrznej W.
Q = U + W (równanie w postaci skoñczonej)
Druga zasada termodynamiki mówi, ¿e procesy nieodwracalne zachodz¹ce w uk³adzie
termodynamicznym mog¹ tylko zwiêkszaæ energiê tego uk³adu. Zmiana energii jest mo¿liwa
wskutek transportu entropii do lub z uk³adu do otoczenia — b¹dŸ wzrostu entropii wew-
nêtrznej (np. wskutek tarcia).Transport entropii mo¿e odbywaæ siê na skutek przep³ywu
ciep³a.
Powracaj¹c do spalania.
Mówimy o spalaniu ca³kowitym wówczas, gdy ulegn¹ utlenieniu wszystkie sta³e sk³adni-
ki paliwa, natomiast gdy czêœæ palnych sk³adników paliwa pozostaje w ¿u¿lu lub popiele —
wystêpuje spalanie nieca³kowite. Spalanie zupe³ne wystêpuje wtedy, gdy powstaj¹ ostatecz-
ne zwi¹zki niepalne, np.: CO
2
,SO
2
,H
2
O. W wyniku spalania niezupe³nego mog¹ w spa-
linach wyst¹piæ, oprócz zwi¹zków niepalnych, równie¿ zwi¹zki palne, np.: CO, H
2
,CH
4.
W zale¿noœci od mechanizmu przenoszenia, wymiana ciep³a mo¿e byæ realizowana
poprzez:
konwekcjê,
promieniowanie termiczne.
W teorii spalania bardzo istotnym pojêciem jest ciep³o spalania [2—4]. Ciep³o spalania
jest to ciep³o otrzymane przy spalaniu ca³kowitym i zupe³nym paliwa przy sta³ym ciœnieniu,
przy czym produkty spalania zostaj¹ och³odzone do temperatury pocz¹tkowej substratów.
W praktycznych zastosowaniach istotne znaczenie ma wartoœæ opa³owa — (to iloœæ
wydzielonego ciep³a otrzymana przy spalaniu ca³kowitym i zupe³nym paliwa, w warunkach
standardowych — temperatura 298,15°K i ciœnienie 101,325 kPa — przy czym para wodna
powsta³a w czasie spalania nie ulega skropleniu unosz¹c ze sob¹ ciep³o parowania).
O energetycznym wykorzystaniu odpadów decyduje przede wszystkim ich wartoœæ
opa³owa która zale¿y od nastêpuj¹cych czynników: zawartoœci wilgoci, zawartoœci czêœci
lotnych, zawartoœci substancji mineralnej (popio³u).
Charakterystykê odpadów mo¿na zilustrowaæ za pomoc¹ trójk¹ta Tannera [5].
490
przewodzenie,
Wspó³rzêdne tego wykresu wyznaczaj¹: zawartoœæ czêœci palnych, czêœci mineralnych
i wilgoci. Na wykresie poszczególnym punktom paliwa s¹ przypisane wartoœci temperatury
spalania. Mo¿na wiêc wyznaczyæ zakres zmiennoœci temperatur dla spalania autonomicz-
nego. Odpady bêd¹ siê samodzielnie paliæ (nie jest wymagany dodatek surowców ener-
getycznych) wówczas, gdy zawartoœæ wilgoci bêdzie poni¿ej 50%, udzia³ czêœci palnych
(organicznych) bêdzie powy¿ej 25%, a zawartoœæ substancji mineralnej (popio³u) bêdzie
poni¿ej 60%. Zawartoœæ czêœci mineralnych i wilgoci w odpadach wp³ywaj¹ negatywnie na
proces spalania poprzez wykorzystanie czêœci ciep³a na odparowanie wilgoci i podgrzanie
popio³u.
Dla odpadów przyjmuje siê równie¿ — zamiast minimalnej temperatury spalania —
minimaln¹ wartoœæ opa³ow¹ dla której mo¿liwe jest zrealizowanie stabilnego spalania. Do
tej pory nie opracowano jednak jednoznacznych kryteriów dla odpadów stosowanych jako
paliwo alternatywne.
1.5. Odpady jako paliwo alternatywne to pojêcie dosyæ p³ynne. Teoretycznie paliwo
alternatywne mo¿e sk³adaæ siê z (do) 10 rodzajów odpadów, a wartoœæ opa³owa tej mie-
szanki musi byæ powy¿ej 16 MJ/kg. W praktyce paliwo alternatywne to mieszanka dwóch
lub trzech odpadów. Decyduje o tym mo¿liwoœæ podania odpadów na kocio³, granulacja
produktu, sposób utylizacji powsta³ych odpadów w procesie spalania itd.
2. Paliwa alternatywne w przemyœle cementowym dzielone s¹ ze wzglêdu na stan skupienia
[5—9].
I tak wyró¿niamy paliwa:
gazowe (gaz pizolityczny, biogaz itp.),
p³ynne (oleje zu¿yte, rozpuszczalniki itp.),
sta³e (opony, odpady drzewne, tworzywa sztuczne itp.).
Stosowany jest równie¿ podzia³ wprowadzony przez Cembureau, dziel¹cy paliwa alter-
natywne na 5 klas [10]:
p³ynne paliwa alternatywne: zu¿yte rozpuszczalniki o niskiej zawartoœci chloru, oleje
hydrauliczne, t³uszcze i oleje smarowe itp.,
proszkowane, granulowane lub pokruszone sta³e paliwa alternatywne: trociny itp.,
wstêpnie pokruszone sta³e paliwa alternatywne: ciête opony, odpady gumowo-plasti-
kowe, odpady drewna itp.,
bry³owe paliwa alternatywne: opony, bale plastikowe itp.
Sta³e paliwa alternatywne mo¿na podzieliæ z kolei na 4 grupy [11]:
grupa 1: suche paliwa o drobnych wymiarach, które siê nie klej¹, o wymiarze poni¿ej
2 mm, wilgotnoœæ oko³o 10—15% (np. py³ drzewny),
grupa 2: suche paliwa o du¿ych wymiarach, które siê nie klej¹, o wymiarze poni¿ej
20 mm, wilgotnoœæ oko³o 10—15% (np. odpady tworzyw sztucznych),
grupa 3: suche paliwa, które maj¹ tendencjê do klejenia, o wymiarze poni¿ej 20 mm,
wilgotnoœæ oko³o 10—15% (np. m¹czka kostna),
grupa 4: mieszaniny, o wymiarze poni¿ej 2 mm, wilgotnoœæ oko³o 10—15% (np. py³
drzewny).
491
gazowe paliwa alternatywne: gaz pizolityczny, biogaz itp.,
Plik z chomika:
hantajo
Inne pliki z tego folderu:
analiza projektu spalania biomasy.pdf
(556 KB)
analiza ekonomiczna budowy i eksploatacji biogazowni rolniczych w Polsce.pdf
(214 KB)
zasoby biomasy, zapotrzebowanie.pdf
(398 KB)
założenia programu rozwoju biogazowni rolniczych.pdf
(342 KB)
Wieloletni program promocji biopaliw lub innych paliw.pdf
(239 KB)
Inne foldery tego chomika:
Arkusze obliczeniowe
Biotechnologia w ochronie środowiska
COBRTI
Cyklon
e-book
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin