Kotłownia na biomasę cz. 2 - BIOPALIWA STAŁE

Poprzedni artykuł opublikowany w styczniowym wydaniu „Magazynie Instalatora" poświęcony był ogólnej analizie różnic pomiędzy kotłownią tradycyjną a kotłownią na biopaliwa stałe. Ten artykuł jest kontynuacją tematyki związanej ze spalaniem biopaliw stałych i poświęcony jest klasyfikacji biopaIiw oraz charakterystyce pelletu drzewnego.

 

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 (pellety, 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 pellet, 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.

 

Pellet najpopularniejszy

Obecnie najbardziej popularnym biopaliwem stałym jest pellet. Na rynku znajduje się pellet uzyskiwany z różnego rodzaju biomasy. Najpowszechniejszy jest pellet wytwarzany z drewna (fot. 1). Pellet 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 pelletów 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 pelletami 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 pelletu (tabela).

 

Parametr Pellet
Wartość opałowa [MJ/kg] 16,9-18,5
Jednostkowa wartość opałowa w stosunku do masy [kWh/kg] -4,7
Jednostkowa wartość opałowa w stosunku do objętości [kWh/m3] -3000
Wilgotność [%] 8-12
Gęstość nasypowa [kg /m3] 650-750
Zawartość popiołu [%] 0,5-1,5

 

W Polsce są specjalne instytuty badawcze, które badają pellet pod względem zgodności z odpowiednimi normami i wydają odpowiednie certyfikaty. Wysoka i stabilna jakość paliwa gwarantowana jest przez producenta dzięki stałej kontroli procesu wytwarzania. Pellet 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 pelletu używa się specjalistycznych linii produkcyjnych. Obecnie na rynku są także pellety wytwarzane na bazie słomy, nasion słonecznika , miskantu cukrowego , rzepaku, pestek owoców i innych naturalnych substancji palnych.

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

 

Konfekcja

Pellet 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. Pellet 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.

Pellet może być magazynowany w workach, w pomieszczeniach przeznaczonych wyłącznie jako magazyn pelletu lub silosach podziemnych. Pellet 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 pellet 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 pelletu 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 pellet 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.

Menu instalacji