Czytaj też:
GIG: Próba podziemnego zgazowania węgla
Nuklidy promieniotwórcze w wodach pitnych na Śląsku
1. Wprowadzenie
Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii jest ważnym elementem polityki ekologicznej zmierzającej do zmniejszenia emisji zanieczyszczeń wpływających na zmianę klimatu. Współspalanie biomasy z paliwami konwencjonalnymi w istniejących obiektach energetycznych (elektrowniach, elektrociepłowniach, ciepłowniach) jest jedną z najpopularniejszych metod wytwarzania energii odnawialnej. Podejście do współspalania biomasy uległo na przestrzeni ostatnich kilku lat bardzo znaczącej zmianie; począwszy od traktowania tego procesu jako etapu wyłącznie przejściowego dla wypracowania bardziej zaawansowanych technologii wytwarzania energii odnawialnej; do praktycznego uznania tej technologii jako stanowiącej poważne (i praktycznie niemożliwe do zastąpienia przez inną technologię) źródło w strukturze wytwarzania energii odnawialnej w poszczególnych krajach Europy i świata.
2. Definicja biomasy i jej charakterystyka jako paliwa
Obecnie w obowiązujących aktach prawnych istnieje kilka różniących się między sobą definicji biomasy. W Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dn. 20.12.2005 r. w sprawie standardów emisyjnych z instalacji, biomasa jest rozumiana jako produkty składające się w całości lub w części z substancji roślinnych pochodzących z rolnictwa lub leśnictwa spalane w celu odzyskania zawartej w nich energii, oraz następujące odpady:
3. Potencjalne zagrożenia pożarowe w trakcie współspalania biomasy
Celem wprowadzenia wyżej wymienionych dyrektyw była całkowita eliminacja lub maksymalne zmniejszenie ryzyka, jakie wiąże się ze stosowaniem dowolnego produktu w obszarach, w których może występować atmosfera grożąca wybuchem. Dyrektywa ATEX definiuje jedynie najbardziej podstawowe wymagania jakie musi spełniać produkt przeznaczony do stosowania w strefach zagrożonych wybuchem. Wymagania szczegółowe podane są w normach zharmonizowanych z dyrektywą. Pewne wymagania niesprecyzowane ani w dyrektywie ani w normach mogą też być przedmiotem regulacji wewnętrznych obowiązujących w danym kraju. Niemniej jednak i tu obowiązuje zasada, że przepisy wewnątrzkrajowe nie mogą być sprzeczne z dyrektywą ani nie mogą "zaostrzać" jej wymagań.
Dyrektywa ATEX137 i ATEX95 oraz odpowiednie rozporządzenia mają następujące zadania:
Mówiąc o potencjalnych zagrożeniach pożarowych wynikających z faktu wprowadzenia do współspalania w obiekcie energetycznym nowego paliwa o omówionych w poprzednich punktach odmiennych właściwościach fizykochemicznych, można to zagadnienie omówić, grupując poszczególne operacje jednostkowe składające się na proces współspalania w następujące grupy: składowanie, transport i gospodarka biomasą na terenie obiektu energetycznego, współspalanie. Każdy z tych etapów niesie za sobą potencjalne ryzyko wystąpienia zagrożeń pożarowych, które omówiono poniżej.
3.1 Składowanie biomasy
Budowle i obiekty służące do składowania biomasy na terenie obiektu energetycznego są zróżnicowane w zależności od formy i rodzaju współspalanej biomasy. Przykładowo, biomasa w postaci kłód, papierówki, bądź luźnych trocin i zrębków była i jest składowana na wydzielonych dla celów rozliczeniowych fragmentach istniejących placów węglowych bądź nowoprojektowanych składowiskach (Rys. 1). Biomasa w postaci brykietów czy peletów (słoma, trociny, słonecznik) wymaga utworzenia wiat czy zadaszeń (bądź zamkniętych silosów) z uwagi na konieczność zabezpieczenia tego paliwa przed wilgocią, co oprócz pogorszenia właściwości energetycznych dla jednostki masy takiego paliwa (wilgotność peletów czy brykietów to średnio ok. 10-12%) powodowałoby, że brykiety pod wpływem wody zaczęłyby kruszyć się i rozpadać. Dla biomasy „luźnej”, przyrost wilgoci powierzchniowej w porównaniu do jej wilgoci pierwotnej (50-60%) nie jest już tak istotny.
Rys. 1 Przykładowe składowiska biomasy (hałdy) na terenie elektrowni.
Wzdłuż granicy terenu stanowiącego składowiska biomasy należy przewidzieć zakończenia (np. ścianami żelbetowymi bądź lekką konstrukcją). Wysokość i parametry wytrzymałościowe ścian należy ustalać przy uwzględnieniu warunków składowania biomasy, ochrony przed hałasem oraz ochrony przeciwpożarowej. Ściany te powinny spełniać odpowiednie wymagania odnoszące się do oddzielenia przeciwpożarowego.
Nieco inne zagrożenie pożarowe jest konsekwencją przechowywania biomasy w postaci pyłu w zamkniętych silosach. Współspalanie biomasy w postaci pyłu jest stosukowo popularną drogą prowadzącą do zwiększenia jej udziału masowego w całkowitym strumieniu paliwa podawanego do procesu spalania (Rys. 2)
Rys. 2 Przykład podawania biomasy w postaci pyłu do pyłoprzepwodów z pominięciem młynów węglowych.
Działanie takie wymaga jednakże zabudowy w obiekcie energetycznym zasobników (silosów) magazynujących pył (drzewny, pochodzący np. ze szlifowania drewna bądź produktów jego przetwórstwa). Wiadomo, że pył po osiągnięciu pewnej koncentracji w otoczeniu atmosferycznym ma właściwości wybuchowe, stąd należy przedsięwziąć szczególne środki bezpieczeństwa polegające na odpowiednim zaizolowaniu i wyposażeniu całego oprzyrządowania elektrycznego w odpowiednie uziemienia, a także wyposażeniu pomieszczenia z silosami w wykrywacze płomienia i zraszalniki.
3.2 Przygotowanie i transport biomasy
W przypadku, gdy na teren elektrowni trafia biomasa wielkogabarytowa (kłody, karpina, papierówka, gałęziówka), przed jej podaniem do przykotłowej instalacji transportu należy ją rozdrobnić do mniejszych rozmiarów (przeciętnie do rozmiaru zrębków 10x10x10 mm.). Odbywa się to w urządzeniach zwanych rębakami, które posiadają również możliwość separacji tzw. nadziarna czyli zrębków o gabarytach przekraczających zadany wymiar geometryczny. Instalacja takiego rębaka, jako miejsce gdzie powstają duże ilości drobin i pyłu drzewnego musi być wyposażona w odpowiednie detektory i zraszalniki (np. systemy mgłowe, pozwalające oprócz redukcji zagrożenia pożarowego na minimalizację zapylenia przy utrzymaniu wartości opałowej biomasy na praktycznie niezmienionym poziomie).
Rys. 3 Przykładowe sposoby podawania biomasy transportem taśmociągowym.
Ogólnie, korzystnie jest objąć całą instalację przygotowania i podawania biomasy monitoringiem (telewizja przemysłowa), a całą instalację podajników skonfigurować tak, aby istniała możliwość odcinania poszczególnych odcinków trasy za pomocą specjalnych ognioodpornych klap. Cykl otwierania i zamykania klap powinien być tak dobrany, aby uniemożliwić rozprzestrzenianie się ognia w przypadku ewentualnego pożaru na teren budynku kotłowni.
Zróżnicowane właściwości fizyczne pyłu biomasy w porównaniu z pyłem węglowym (odpowiednio: gęstość ok. 600 kg/m3 a węgla: 1400 kg/m3 czy kształt cząstek, cząstki węglowe – o kształcie zbliżonym do kuli a cząstki drzewne – o kształcie wydłużonym) powodują wzrost przepustowości odsiewacza dla grubszych cząstek co skutkuje pogarszaniem się jakości przemiału. Zwiększona koncentracja cząstek w gazie w przestrzeniach separacyjnych młyna (nad pierścieniem dociskowym i w cyklonie) zakłóca dodatkowo proces odsiewania], co prowadzi do dalszego pogrubienia produkowanego pyłu.
- w sekwencjach (procedurach) odstawiania zespołów młynowych -wydłużono czas odstawiania zespołu młynowego do rezerwy tzn. przed ostatecznym wyłączeniem podajnika węgla młyn odciążany jest (zmniejszana jest ilość podawanego paliwa do młyna w celu jego „wyjechania”) z jednoczesnym rozpoczęciem procesu schładzania powietrza do młyna z wartości ok. 320°C do wartości 150 °C. Po osiągnięciu tej temperatury następuje właściwe odstawienie zespołu młynowego, czyli wyłączenie podajnika i po upływie 300s od wyłączenia podajnika (czas został wydłużony od początkowej wartości 100s) lub jeżeli wcześniej pobudzi się sygnał o obniżeniu mocy młyna poniżej ustalonej wielkości, wyłączane są kolejno młyn i wentylator;
4. Podsumowanie
Biomasa jako paliwo cechuje się odmiennymi właściwościami fizykochemicznymi w porównaniu do paliw konwencjonalnych spalanych w elektrowniach i elektrociepłowniach. Odmienność tych parametrów wymaga szczególnej dbałości przy doborze i lokalizacji właściwych urządzeń i aparatury przeciwpożarowej a także korekty obowiązujących procedur w zakresie przykładowo sterowaniem pracy młynami węglowymi. Pomimo stosunkowo krótkiego okresu praktycznych doświadczeń związanych ze współspalaniem biomasy na skalę przemysłową, producenci energii odczuli już konieczność wdrożenia pewnych zmian organizacyjnych dla zapewnienia bezpieczeństwa biologicznego.
Jeżeli chcesz codziennie otrzymywać informacje o aktualnych publikacjach ukazujących się na portalu netTG.pl Gospodarka i Ludzie, zapisz się do newslettera.
