Partner serwisu
27 października 2017

Jak zwiększyć elastyczność kotła? Technologia kopirolizy dla poprawy elastyczności cieplnej kotłów pyłowych

Kategoria: Artykuły z czasopisma

W Polsce narasta problem brakujących mocy wytwórczych oraz poprawy bezpieczeństwa systemu energetycznego w związku z koniecznymi wyłączeniami najstarszych elektrowni konwencjonalnych oraz rosnącym udziałem OZE. Wśród dużej liczby zagadnień, które muszą być rozwiązane, jedno wydaje się nieuniknione – wzrastająca potrzeba zwiększenia elastyczności systemów energetycznych, która może poprawić bezpieczeństwo systemu energetycznego oraz jego efektywność ekonomiczną.

Jak zwiększyć elastyczność kotła? Technologia kopirolizy dla poprawy elastyczności cieplnej kotłów pyłowych

Dla Polski węgiel stanowi gwarancję bezpieczeństwa energetycznego, będąc obecnie podstawowym źródłem pozyskiwania energii. Dzięki bogatym złożom tego surowca, poziom zależności Polski od dostaw węgla z rynków zewnętrznych jest bardzo niski. Węgiel – jako surowiec – przede wszystkim znajduje szerokie zastosowanie do produkcji energii elektrycznej. W Polsce jego wykorzystanie do pozyskania energii utrzymuje się na poziomie około 54%. Ponadto, węgiel ma znaczący potencjał chemiczny, dając nowe możliwości rozwoju tej gałęzi przemysłu. W naszym kraju pozostanie on najważniejszą składową miksu energetycznego, choć nowoczesne elektrownie będą go spalać w mniej niż dotąd szkodliwy dla środowiska sposób. Jednocześnie trzeba liczyć, że wzrośnie udział OZE, gdyż na całym świecie obserwujemy wzrastający udział paliw odnawialnych, szczególnie biomasy, w procesach wytwarzania i przetwarzania energii. Efektywna realizacja nowej strategii produkcji energii elektrycznej wymaga nowych technologii, wśród których na szczególną uwagę zasługuje technologia kopirolizy, polegająca na termicznym, etapowym przetwarzaniu energii mieszaniny węgla i biomasy. Ponieważ oba rodzaje paliw różnią się nie tylko składem chemicznym, lecz także warunkami, w których występuje początek ich termicznego rozkładu (odgazowania), możliwa jest interakcja pomiędzy substancjami stałymi i gazowymi tworzącymi się w trakcie ogrzewania obu rodzajów substancji, stwarzając warunki tworzenia się efektów synergii. 

Ostatnio pojawiły się znaczące zainteresowania badawcze w zakresie kogazowania (kopiroliza jest często etapem poprzedzającym zgazowanie) węgla i różnego rodzaju mieszanek biomasy w celu poprawy zgazowania biomasy poprzez zmniejszenie zawartości smoły w gazie produktowym. Ponadto popiół obecny w biomasie katalizuje proces zgazowania węgla. Jednym z racjonalnych powodów rozwoju tych technologii jest rosnące w znaczeniu odchodzenie od procesów bezpośredniego spalania paliw stałych na rzecz metod pośrednich, w tym szczególnie pirolizy, zgazowania czy choćby uwęglania (produkcja biowęgla).

Kopiroliza węgla i biomasy

Chcąc zachować węgiel jako nośnik energii, nie wystarczą dzisiaj już tylko technologie czystego spalania, gdyż wymagania tzw. „pakietu zimowego UE”, sprowadzające poziom dopuszczalnej emisji CO2 do poziomu 550 kg/MWh, wymuszają stosowanie rozwiązań kombinowanych. Dla sprostania tym wymaganiom nie wystarczy stosowanie zasady termodynamicznego kojarzenia obiegów, możliwego do stosowania dla paliw stałych poprzez zgazowanie węgla. Niestety, wieloletnie wysiłki badaczy i inwestorów (z wyjątkiem RPA) nie doprowadziły do powstania komercyjnych instalacji bez zakłóceń realizujących ten znany od dawna proces. Znaczący postęp osiągnięto tam, gdzie proces zgazowania poprzedzono pirolizą substratów. To realizacja, popieranej przez wielu badaczy, idei rozdzielania reakcji heterogenicznych od reakcji homogenicznych. Oba rodzaje reakcji w przypadku paliw stałych często zachodzą w tych samych objętościach przestrzeni reakcyjnych, natomiast inna jest stechiometria i kinetyka spalania pozostałości koksowej, a inna paliw gazowych, za jakie należy uważać części lotne wydzielane podczas nagrzewania zarówno cząstek węgla kamiennego, jak i cząstek biomasy. Jeśli procesy te zachodzą w tej samej objętości, bądź prawie jednocześnie (np. w przypadku cząstek pyłu węglowego spalanych w żagwi palnika kotła pyłowego, proces odgazowania i spalania części lotnych nakłada się w czasie na proces spalania pozostałości koksowej), niezwykle trudno zorganizować poprawny chemicznie i sprawny termodynamicznie proces przetwarzania w ciepło zawartej w nich energii chemicznej.

Z drugiej strony, jak wykazały doświadczenia, które zebrano podczas wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach czy też elektrociepłowniach przy niskiej emisji CO2 z wykorzystaniem procesów współspalania węgla lub spalania biomasy, wiąże się ze znacznymi stratami oraz generowaniem problemów eksploatacyjnych na niespotykaną dawniej skalę. Pewną nadzieję na poprawę tego stanu rzeczy można wiązać z rozwojem systemów rozproszonej generacji energii z źródeł odnawialnych, szczególnie biomasy, które są predystynowane nie tylko do stosowania bardziej wyrafinowanych metod przetwarzania energii, lecz także stanowią zalążki rozwoju idei gospodarki cyrkularnej, tak zdecydowanie ostatnio popieranej przez Unię Europejską.
 

Cały artykuł został opublikowany w nr 6/2017 dwumiesięcznika "Energetyka cieplna i zawodowa".

fot. 123rf.com
Nie ma jeszcze komentarzy...
CAPTCHA Image


Zaloguj się do profilu / utwórz profil
Strona używa plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z Polityką Plików Cookies. OK, AKCEPTUJĘ