Kotłownia na biomasę cz. 2 - BIOPALIWA STAŁE

Dla uporządkowania pojęć należy wspomnieć, iż występują biopaliwa w postaci stałej, ciekłej i gazowej. W zależności od stanu skupienia oraz pochodzenia biopaliwa można podzielić na:

• Biopaliwa stałe:

z naturalnego drewna (pelety, zrębki, brykiety, ścinki, trociny, wióry, pył drzewny),
modyfikowane rośliny energetyczne (wierzba energetyczna, trzciny, trawy),
pochodzenia rolnego (ziarna roślin, słomy zbożowe, rzepakowe i kukurydzy, łodygi, trawy),
zagęszczone i osuszone osady ściekowe.

• Biopaliwa ciekłe:

paliwa z ekstrakcji roślin oleistych („biodiesel"),
paliwa z fermentacji alkoholowej (metanol, etanol...),
płynne z drewna: żywice, oleje, benzyny.

• Biopaliwa gazowe:

gaz z drewna („holzgaz" w wyniku zgazowania, pirolizy),
gaz (z fermentacji osadów i ścieków),
gaz z fermentacji odpadów przetwórstwa spożywczego i rolnego,
gaz wysypiskowy.

Substancją wyjściową do produkcji biopaliw jest biomasa. Można wyróżnić biomasę pochodzenia leśnego, rolnego oraz biomasę z odpadów organicznych. Pojęcie biomasy rozszerza ustawodawca o biomasę pochodzenia zwierzęcego oraz pozostałe odpady ulegające biodegradacji. Zgodnie z Dz. U. 156 poz. 969, z dnia 28 sierpnia 2008, § 2: biomasa są to stałe lub ciekłe substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, które ulegają biodegradacji, pochodzące z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, a także przemy słu przetwarzającego ich produkty, a także części pozostałych odpadów, które ulegaj ą biodegradacji.

Biopaliwa mogą występować w formie:

• wysoko przetworzonej, takiej jak pelet, brykiety, „biodiesel", alkohole, oleje, benzyny,

• nisko przetworzonej, takiej jak zrębki, zagęszczone i osuszone osady ściekowe, trawy, słoma, gaz drzewny lub gaz z fermentacji naturalnej': ziarna roślin, torf, gaz wysypiskowy, żywice.

(' oznacza, iż nie zostały poddane rozdrobnieniu lub uszlachetnieniu składu)


Paliwa wysoko przetworzone charakteryzują się stabilną i wysoką wartością opałową, stałym składem fizycznym i chemicznym, stałymi parametrami technicznymi, niską zawartością zanieczyszczeń. Ze względu na wysoki stopień przetworzenia charakteryzują się relatywnie wysoką ceną. Paliwa nisko przetworzone oraz występujące w stanie naturalnym mają mniejszą wartość opałową, większą i zmienną zawartość wilgoci, zmienny skład fizyczny i chemiczny.
Zawieraj ą więcej zanieczyszczeń oraz są trudniejsze w wytworzeniu energii cieplnej. Ze względu na niski stan przetworzenia są tańsze w wytworzeniu w stosunku do paliw wysoko przetworzonych.


Pelet najpopularniejszy

Obecnie najbardziej popularnym biopaliwem stałym jest pelet. Na rynku znajduje się pelet uzyskiwany z różnego rodzaju biomasy. Najpowszechniejszy jest pelet wytwarzany z drewna (fot. 1). Pelet drzewny jest paliwem odnawialnym, standaryzowanym, wysoko przetworzonym, uzy skiwanym ze sprasowania suchych kawałków drewna w formie trocin, wiórów, zręb ków lub innych odpadków w postaci naturalnej bez kory. Paletyzacja nazywana bywa także granulacją, aglomerowaniem lub produkcją minibry kiecików. Proces ten polega na zagęszczaniu, prasowaniu i wysokociśnieniowym formowaniu przygotowanych mate riaiów sypkich i włóknistych. Aglomeryzacja jest tu procesem łączenia pylastego materiału w kształt cylindrycznych minibrykietów o pożądanym kształcie, składzie chemicznym i strukturze.

Podstawowe etapy produkcji to suszenie surowca drzewnego, mielenie do odpowiedniej wielkości ziarna i prasowanie. Przygotowany surowiec poddaje się działaniu wysokiego ciśnienia z dodatkiem pary wodnej lub wody, przy ciśnieniu od 15 do 60 MPa. W procesie technologicznym nie stosuje się żadnych dodatków chemicznych ani sztucznych lepiszczy. Niekiedy, dla obniżenia parametrów sprasowy wania oraz dla poprawienia stabilności mechanicznej, dodawane są nieznaczne ilości 13% substancji organicznych, takich jak mąka ziemniaczana, mąka kukurydziana, odpady alkoholowe, odpady z przemysłu papierniczego lub m.


Parametry w zgodzie z normą,


Geometrię oraz pozostałe parametry fizyczne i energetyczne określają normy przedmiotowe, np. norma austriacka ONORM M7135, norma niemiecka DIN 51731, norma szwedzka SS 187120 lub norma włoska CTIR 04/5. W Europie brak jednej wspólnej normy dla jednoznacznej klasyfikacji peletów pochodzenia drzewnego. Taki stan rzeczy nieco komplikuje egzekwowanie parametrów jakościowych paliwa i każdorazowo wymaga deklarowania zgodności z konkretną normą. Należy dodać, iż w wielu punktach normy narodowe znacząco różnią się między sobą. W największym stopniu znormalizowane są zagadnienia związane z peletami w Austrii, gdzie dodatkowo znajdują się dwie normy ONORM M7136 i ONORM M7137, poświęcone odpowiednio logistyce oraz przechowywaniu paliw. Należy także dodać, iż najbardziej restrykcyjna jest norma austriacka ONORM M7135, np. w zakresie zawartości popiołu. Ze względu na zróżnicowane wymagania poszczególnych norm można ogólnie określić parametry modelowe i cechy pele tu (tabela).

 

 

 

 

 

 

W Polsce są specjalne instytuty badawcze, które badają pelet pod względem zgodności z odpowiednimi normami i wydają odpowiednie certyfikaty. Wysoka i stabilna jakość paliwa gwarantowana jest przez producenta dzięki stałej kontroli procesu wytwarzania. Pelet drzewny występujący w postaci brykiecików wizualnie przypomina kołki stolarskie ma kształt walca o średnicy 6 lub 8 mm i długości 20 do 30 mm. Do produkcji peletu używa się specjalistycznych linii produkcyjnych. Obecnie na rynku są także pelety wytwarzane na bazie słomy, nasion słonecznika , miskantu cukrowego , rzepaku, pestek owoców i innych naturalnych substancji palnych. 

Pelet z drewna	Pelet ze słomy
Pelet z miskantu cukrowego	Pelet z nasion słonecznika

Pelety drzewne charakteryzuje wysoka wartość opałowa. 2,1 kg peletu zastępuje 1 litr oleju opałowego. Wartość opałowa peletu sięga 70% wartości opałowej najlepszych gatunków węgla. Pelet jest paliwem ekologicznym, spalanym w kotłach o wysokiej sprawności. Podstawowymi produktami jego spalania są dwutlenek węgla (CO2) i woda (H2O). Spalanie peletów nie powoduje zachwiania bilansu CO2 w powietrzu, ponieważ wcześniej CO2 z powietrza zostało pobra ne do wzrostu drewna w procesie fotosyntezy 6CO2 + 6H2O> C6H12O6 + 6O2.

Spalanie peletów drzewnych powoduje niską emisją SO2 i NOx do atmosfery, gdyż paliwo nie zawiera żadnych szkodliwych substancji chemicznych, takich jak kleje lub lakiery. W wyniku spalania uzyskuje się niewielką ilość popiołu, który jest odprowadzany z palnika ko tia do zbiornika magazynowego. Niewielka jego część unoszona ze spalinami osadza się w komorach osadczych kotła. W kotłach o średniej i dużej mocy są specjalne urządzenia dla wychwytywania popiołu ze spalin (cyklony, multicyklony). Ponadto popiół ze spalenia peletu stanowi doskonały nawóz dla rolnictwa lub ogrodnictwa.


Konfekcja


Pelet może być konfekcjonowany w zależności od przeznaczenia w małych workach, zawierających paliwo o masie 10, 15, 16, 20, 25 lub dużych workach tzw. Bagach lub Big Bagach o masie 700, 800 lub 1000 kg. W przypadku paliwa konfekcjonowanego, transport odbywa się na typowych paletach. Pelet może być dostarczany luzem bez konfekcjonowania. Wówczas transport odbywa się w cysternach samochodowych o ładowności do 24 000 kg. Załadunek do cystern może być pneumatyczny lub za pomocą odpowiednich ramp załadowczych. Wyładunek zawsze jest pneumatyczny w układzie jedno lub dwururo wym. W Polsce wyładunek zazwyczaj odbywa się w systemie jedno rurowym, analogicznie jak przy wyładunku innych materiałów sypkich, takich jak zboże. Pelet może być magazynowany w workach, w pomieszczeniach przeznaczonych wyłącznie jako magazyn peletu lub silosach podziemnych. Pelet jest odporny na samozapłon, dlatego nie stwarza problemów przy magazynowaniu. Wysokość składowania może wynosić do 3 m. Jest także odporny na procesy gnilne, zaś jego gładka powierzchnia utrudnia pochłanianie wilgoci z powietrza, co korzystnie wpływa na trwałość oraz stabilność biologiczną. Jednak okres magazynowania nie powinien być dłuższy niż rok. Dzięki regularnej budowie i odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej pelet jest materiałem łatwym w magazynowaniu i transporcie, co powoduje, iż doskonale nadaje się do spalania w kotłach działających automatycznie, niewymagających stałej obsługi. Nie bez znaczenia jest także aspekt ekonomiczny w skali regionu. Produkcja i ogrzewanie przy wykorzystaniu peletu często ma charakter lokalny. Pobudza lokalny rynek w zakresie wytwarzania biomasy i jej przetwarzania do biopali wa. Rozwija się gospodarka w regionie poprzez tworzenie nowych miejsc pracy, wykorzystanie środków finansowych na cele własne. Ze względu na wysokie walory użytkowe, ekonomiczne oraz ekologiczne pelet drzewny stanowi podstawowe biopaliwo stałe w energetyce małej i średniej. Tematem następnego artykułu będzie ogólna charakterystyka zrębki drzewnej.


Grzegorz Ojrzyk


Literatura:

Dz .U. 156 poz. 969 Rozporządzeniem Ministra Gospodarki z dnia 14 sierpnia 2008 r. w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia, uiszczenia opłaty zastępczej, zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii oraz obowiązku potwierdzania danych dotyczących ilości energii elektrycznej wytworzonej w odnawialnym źródle energii. ÖNORM M 7135: 2000: Presslingeaus naturbel assenem Holz oder naturbelassenerRinde, Pell etsund Briketts; Anforderungen und Prüfbestimmungen. ÖNORM M 7136: 2002: Presslingeaus naturbel assenemHolz oder naturbel as senerRinde, Pell ets, Qualitätssiche rungin der Transportund Lagerl ogi stik.
ÖNORM M 7137: 2003: Presslingeaus naturbe l assenemHolz Holzpell ets, Anforderungen an die Pell etslagerung bel m Endkunden.
DIN 51731: Prüfung fester Brennstoffe
Preßlinge aus naturbel assenem Holz
Anforderungen und Prüfung.
SS 18 71 20. 1998: Biobränslen och torvBränslepell etsKlassificering. (Biofuels and peatFuel pell etsClassifica tion). Swedish Standards Institution. Stockholm:SIS.Standard. CTIR04/5: 2004: Caratterizzazione del pell et a fini energetici.