analiza projektu spalania biomasy.pdf

Moduł szkoleniowy ANALIZA PROJEKTU SPALANIE BIOMASY

KURS ANALIZ PROJEKTÓW “CZYSTEJ ENERGII”

Niniejszy dokument zawiera zapis prezentacji ustnej (głos I slajdy) dla tego modułu szkoleniowego i

może być wykorzystany jako materiał dla prezentera. Prezentacja ustna obejmuje podstawy technologii i

przegląd algorytmów znajdujących się w Modelu RETScreen. Materiał szkoleniowy jest dostępny

bezpłatnie na stronie internetowej RETScreen® International Clean Energy Decision Support Centre

Website: www.retscreen.net . .

S LAJD 1: Analiza projektu Spalanie biomasy

Przedstawiamy moduł szkoleniowy na temat analizy

projektów ogrzewania z zastosowaniem energii z biomasy.

Omówimy w nim kontrolowane spalanie biomasy dla celów

grzewczych. Na zdjęciu widać instalację pracującą w

Szwecji. W tej instalacji spalane są zrębki drewna w celu

produkcji ciepła rozprowadzanego do budynków

zlokalizowanych w gminie.

Slajd 1

S LAJD 2: Zagadnienia

Niniejszy moduł koncentruje się na trzech zagadnieniach. Po

pierwsze, obejmuje przegląd systemów grzewczych na bazie

biomasy, następnie ilustruje kwestie kluczowe dla analizy

projektu ogrzewania na bazie biomasy i po trzecie zawiera

wprowadzenie do modelu obliczeniowego dotyczącego

projektów ogrzewania na bazie biomasy należącego do

narzędzia RETScreen.

Slajd 2

S LAJD 3: Co zapewniają systemy spalania biomasy?

W systemach grzewczych opalanych biomasą spala się materię

organiczną, taką jak zrębki drewna, odpady rolnicze lub nawet

odpady komunalne. Celem jest produkcja ciepła, które można

wykorzystywać w miarę potrzeby – dla celów wentylacji bądź

ogrzewania w budynkach lub całych gminach lub też w procesach

przemysłowych.

Spalanie biomasy stanowi bardzo łatwy sposób produkcji ciepła.

Zazwyczaj wykorzystuje się paliwo dostępne lokalnie, a ponieważ

systemy tego typu wymagają znacznej pracy w zakresie obsługi, są

korzystne jako generujące miejsca pracy. Pieniądze wydane na

systemy grzewcze zasilane biomasą pozwalają utrzymać lokalne

miejsca pracy bardziej skutecznie niż kapitałochłonne gałęzie

przemysłu, takie jak górnictwo nafty i gazu, które znajdują się daleko

od instalacji grzewczej.

Slajd 3

MATERIAŁ

PREZENTERA

RETScreen ® International

Spalanie Biomasy – Ocena Projektu

S LAJD 3: Co zapewniają systemy spalania biomasy? (ciąg dalszy)

Ponadto, w systemach spalania biomasy często wykorzystuje się odpady, takie jak

produkty uboczne z tartaków lub przetwórstwa produktów rolnych. W taki oto sposób

zobowiązanie (do utylizacji odpadów) przekształca się w zasób (źródło energii).

Systemy opalane biomasą można łatwo połączyć z systemami ciepła zdalaczynnego

oraz systemami odzysku ciepła odpadowego. Ciepło zdalaczynne pochodzi z jednego

centralnego źródła (instalacji) działającej w taki sposób, aby ciepło zostało

rozprowadzone do wielu odbiorców zlokalizowanych na obszarze wokół instalacji.

Ciepło jest transportowane podziemnymi rurociągami gorącej wody. Ilość pracy

ludzkiej potrzebnej do prowadzenia centralnej instalacji spalania biomasy jest

znacznie mniejsza, niż pracochłonność wielu mniejszych instalacji spalania biomasy,

rozmieszczonych na potrzeby poszczególnych odbiorców. Instalacja centralna może

również uzasadniać zainwestowanie w urządzenia do odzysku ciepła odpadowego,

które mogłyby wykorzystywać ciepło zrzucane do otoczenia, a pochodzące z instalacji

przemysłowych lub elektrowni. Tego rodzaju przedsięwzięcia pozwalają zredukować

zapotrzebowanie na biomasę oraz paliwa konwencjonalne.

Zdjęcie na tym slajdzie przedstawia elektrociepłownię w gminie Greussenheim

w Niemczech. W instalacji wytwarza się energię elektryczną i ciepło, spalając w tym

celu rzepak.

S LAJD 4: System spalania biomasy – opis

Systemy opalane biomasą, o których mówimy w niniejszej prezentacji, to

wysokosprawne instalacje, w których osiąga się prawie zupełne spalanie biomasy

w kontrolowanych procesach I które często zawierają automatyczne układy zasilania

w paliwo. Prezentacja nie obejmuje domowych pieców na drewno ani kominków.

Systemy spalania biomasy składają się z instalacji produkcji ciepła, systemu

dystrybucji ciepła oraz instalacji zasilania w paliwo.

Slajd 4

W typowych rozwiązaniach instalacja wytwarzania ciepła składa się z czterech źródeł

ciepła. Po pierwsze, jeśli to tylko możliwe, w instalacji stosuje się układ odzysku ciepła

odpadowego, który dostarcza darmowe lub tanie ciepło pochodzące z procesów

przemysłowych lub instalacji wytwarzających energie elektryczną. Po drugie,

zapotrzebowanie podstawowe na ciepło w ilości większej niż ilość

zagospodarowanego ciepła odpadowego, pozyskuje się z układu spalania biomasy.

Po trzecie, wtedy, kiedy zapotrzebowanie na ciepło przekracza łączna wydajność

układu odzysku ciepła i układu spalania biomasy, do systemu włącza się źródło

szczytowe. Źródło takie jest zaprojektowane tak, aby zapewnić niewielka część

rocznego zapotrzebowania energii. Po czwarte, w sytuacjach wyłączenia układu

spalania biomasy lub przerw w dostawie paliwa, ciepło dostarczane jest z układu

zapasowego. W niektórych rozwiązaniach źródło szczytowe pełni również rolę źródła

zapasowego; układ odzysku ciepła jest również opcjonalny.

Układ dystrybucji ciepła transportuje ciepło z instalacji ciepłowniczej do miejsc

zapotrzebowania. Te miejsca mogą znajdować się w tym samym budynku, co

instalacja, lub – w przypadku systemów zdalaczynnych – w grupie budynków

położonych w pobliżu instalacji. Gorąca woda jest rozprowadzana z instalacji za

pomocą sieci izolowanych rur, a schłodzona woda powraca do instalacji celem

ponownego podgrzania.

Operacja zasilania w paliwo obejmuje składniki i procedury wymagane do

niezawodnego podawania paliwa do instalacji. Jest to układ zazwyczaj bardziej

skomplikowany niż układy zasilania w gaz ziemny lub olej opałowy. Miejscowy

operator powinien być odpowiedzialny za gromadzenie i przetwarzanie paliwa

biomasowego i jego transport do instalacji – jeden zetapów takiej operacji

przedstawiono na tym slajdzie.

Strona 2

RETScreen ® International

Spalanie Biomasy – Ocena Projektu

S LAJD 4: System spalania biomasy - opis (ciąg dalszy)

W celu zapewnienia regularnej dostawy paliwa, instalacja musi posiadać teren do

odbioru biomasy, dostępny dla ciężarówek i wystarczająco rozległy na to, aby pojazdy

mogły na nim manewrować. Jeśli to konieczne, powinno być dosyć miejsca dla

ładowarek kołowych i innych pojazdów tego typu. Instalacja powinna być również

wyposażona w wewnętrzny lub zewnętrzny obiekt do magazynowania paliwa;

mniejsze place składowe są tańsze i zajmują mniej miejsca, niż duże obiekty do

magazynowania paliwa, w kontekście ich budowy i przemieszczania paliwa, ale za to

wymagają częstszych dostaw paliwa. Paliwo jest transportowane z miejsca

składowania za pomocą układu zasilania w paliwo, który podaje paliwo do urządzeń

spalania. Transport ręczny jest możliwy w bardzo małych instalacjach, ale jest

pracochłonny. W większych instalacjach wykorzystuje się ładowarki kołowe

i urządzenia automatyczne, takie jak podajniki ślimakowe. Ponieważ konsystencja

i jakość paliwa są zmienne, a nawet można natrafić na małe „wtrącenia” takie jak

pręty, druty, rękawice, automatyczny system zasilania w paliwo powinien mieć

odpowiednią konstrukcję.

Biomasa podawana przez układ zasilania w paliwo wpływa do małego bufora

magazynowego, zwanego zasobnikiem dobowym, lub jest kierowana bezpośrednio do

końcowego układu zasilania. Ten podaje odmierzone ilości paliwa biomasowego

wprost do komory spalania.

S LAJD 5: System spalania biomasy - opis (ciąg dalszy)

Niektóre elementy składowe systemów ciepłowniczych opalanych biomasą

omówione przy okazji prezentacji poprzedniego slajdu, przedstawia ten slajd.

Zlewej strony widać układ dostawy i magazynowania biomasy. Układ

przedstawiony na tym slajdzie jest dostosowany do spalania paliwa

przygotowanego jako drobnoziarniste. W konsekwencji, układ pobierania paliwa,

widziany na slajdzie, przemieszcza paliwo z placu składowego do małego

zasobnika dobowego, a w układzie zasilania w paliwo widzianym tutaj w fazie

przemieszczania paliwa z zasobnika dobowego do komory spalania, stosuje się

przenośniki taśmowe lub ślimakowe.

Slajd 5

Komora paleniskowa przedstawiona jest w centralnej części slajdu. Jest to zamknięta

przestrzeń, w której wsad jest spalany w kontrolowanych warunkach, tak, aby

zmaksymalizować sprawność i zapewnić spalanie całkowite i zupełne. Wsad paliwowy

zazwyczaj jest podawany na ruszt, przy czym regulowany strumień powietrza

przepływającego poprzez ruszt i ponad nim, ku górze komory, wpływają na zmianę

szybkości spalania w zależności od bieżącego zapotrzebowania na energię.

W większych systemach czasami stosuje się ruszty wędrujące (ruchome),

pozwalające uformować warstwę paliwa i przesuwać ją poprzez strefy spalania, do

których doprowadza się powietrze w sposób stopniowany. Dzięki przesuwowi rusztu

następuje również zrzucanie popiołu w dół, przy końcu rusztu. Komora paleniskowa

często jest wyłożona materiałem ceramicznym, który zapewnia właściwe

wykorzystanie ciepła przepływającego, poprzez promieniowanie i odbicie ciepło to jest

zawracane do centrum komory i do warstwy paliwa, dzięki czemu utrzymywana jest

wysoka temperatura spalania.

Ciepło jest odbierane przez wymiennik ciepła, usytuowany albo w samej komorze

paleniskowej, albo w kanale transportującym gorące gazy spalinowe z komory

paleniskowej do układu odprowadzania spalin i do komina. W małych układach,

wymiennik ciepła może mieć prostą konstrukcję płaszcza wodnego z izolacją,

otaczającego palenisko. W dużych systemach stosuje się kotły, w których woda, para

lub olej termiczny jest medium transportującym ciepło. Wymiennik dostarcza ciepło do

odbiorów, za pośrednictwem wodnego obiegu ciepłowniczego.

Strona 3

RETScreen ® International

Spalanie Biomasy – Ocena Projektu

Slajd 5: System spalania biomasy - opis (ciąg dalszy)

Popiół denny, który gromadzi się w komorze paleniskowej, można usuwać ręcznie

lub – jak w tym przykładzie – automatycznie. Popiół lotny stanowią drobne cząstki

materii zawieszonej w gazach opuszczających komorę paleniskową. Może on

wydostawać się z instalacji poprzez układ odprowadzania spalin, przez co

przekształca się w emisję pyłową, może również opadać i podlegać wychwytywaniu

lub może gromadzić się w formie osadów (depozytów), które należy usuwać.

W tle slajdu widać kotły szczytowe i zapasowe.

Slajd 6: Obciążenie szczytowe a obciążenie podstawowe

Ważnym problemem związanym z projektowaniem instalacji ciepłowniczych

opalanych biomasą jest dobór wielkości układu spalania biomasy. Na ogół stosuje się

dwa rodzaje podejścia do zagadnienia. Projekt uwzględniający zapotrzebowanie

szczytowe zakłada układ spalania biomasy wystarczająco duży, aby zapewnił

dostawę ciepła przy maksymalnym obciążeniu, jakie może wystąpić. W projektach

bazujących na obciążeniu podstawowym, układ spalania biomasy jest tylko na tyle

rozbudowany, aby dostarczać ciepło przy obciążeniu podstawowym, czyli takim, jakie

ma miejsce przy typowych warunkach eksploatacji.

Slajd 6

Projekt bazujący na obciążeniu szczytowym zapewnia maksimum wykorzystania

paliwa biomasowego i minimum zużycia paliw kopalnych. Jest to korzystne wówczas,

gdy koszty paliw kopalnych są bardzo wysokie. Z drugiej jednak strony, układ spalania

biomasy zaprojektowany na obciążenie szczytowe będzie większy czyli bardziej

kosztowny niż układ zaprojektowany na obciążenie podstawowe. Przy zmiennych

obciążeniach będzie pracował pod obciążeniem znacznie niższym od nominalnego

i w konsekwencji ucierpi na tym sprawność a emisja do otoczenia będzie większa.

Układ zaprojektowany na obciążenie podstawowe zazwyczaj zawiera znacznie

mniejszy układ spalania biomasy, co znacznie obniża jego koszt. Z drugie jednak

strony, ponieważ zaspokaja zapotrzebowanie podstawowe, większość rocznego

zapotrzebowania na energię może być przez ten układ zaspokojona. Taki układ może

być bardzo opłacalny. Ponadto, ponieważ układy na biomasę są eksploatowane pod

obciążeniem projektowym lub blisko takiego obciążenia, ich sprawność jest wysoka,

aemisje zredukowane. Jednakże w takiej konfiguracji wymagany jest układ

szczytowy, przez co zwiększa się zużycie paliw kopalnych.

Podczas gdy wybór najlepszego podejścia do zagadnienia zależy od uwarunkowań

dla instalacji, dla dużych systemów o wysokim ciągłym zapotrzebowaniu na energię

raczej wybiera się opcję projektową układów szczytowych, natomiast małe instalacje

słżące tylko do produkcji ciepła grzewczego dla celów centralnego ogrzewania lub

pracujące w warunkach zmiennych obciążeń, zwykle projektuje się jak dla

zapotrzebowania podstawowego.

Slajd 7: Lokalne systemy ciepłownicze

Jak wspomniano wcześniej, w układach ogrzewania zdalaczynnego (centralnego),

centralna instalacja dostarcza ciepło do pewnej liczby odbiorców zlokalizowanych

na obszarze wokół centralnej ciepłowni. Odbiorcy ciepła są często pogrupowani

w sektory złożone z budynków publicznych, komercyjnych i mieszkalnych,

rozmieszczone we wzajemnej odległości kilkuset metrów.

Slajd 7

Strona 4

RETScreen ® International

Spalanie Biomasy – Ocena Projektu

Slajd 7: Lokalne systemy ciepłownicze – ciąg dalszy

Rury zaizolowane, poprowadzone w gruncie, na głębokości 60 do 80 cm służą do

transportowania gorącej wody w obiegu sieci. Gorącą wodę dostarcza się

o temperaturze do 130 o C, natomiast temperatura wody powrotnej wynosi od 40 do

80 o C. Rury nie muszą być poprowadzone poniżej granicy zamarzania gruntu,

ponieważ są zaizolowane i znajduje się w nich krążąca gorąca woda.

Ogrzewanie zdalaczynne ma sporo zalet w porównaniu z pojedynczymi instalacjami

grzewczymi w poszczególnych budynkach. Centralna ciepłownia może być

zaprojektowana w pewnym – korzystnym – stopniu skomplikowania, zatrudniać

obsługę i stosować urządzenia automatyki, co nigdy nie byłoby uzasadnione w małej

jednostce. To z kolei pozwala na to, żeby w dużej instalacji zastosować

wysokosprawne układy spalania biomasy, podczas gdy mniejsze instalacje albo

powinny być dostosowane do spalania paliw kopalnych, wówczas są prostsze

w konstrukcji i łatwiejsze w obsłudze, albo powinny stanowić niskosprawne układy na

biomasę, takie jak piece na drewno. Podstawowa wadą instalacji spalających paliwa

kopalne jest wysoki koszt paliwa. Ponadto takie instalacje wywołują poważne

konsekwencje w środowisku. W porównaniu do niskosprawnych układów na biomasę

w poszczególnych budynkach, centralna ciepłownia oferuje wyższą sprawność,

mniejsze emisje, komfort związany z łatwosterowalnym źródłem ciepła, lepsze

bezpieczeństwo, zorganizowaną i efektywną produkcję paliwa, łatwe wykorzystanie

każdego rodzaju ciepła nadmiarowego (odpadowego) i wygodę dla operatora.

Nakłady początkowe w przypadku układów ciepła zdalaczynnego są wysokie.

Najłatwiej jest dostosować taki układ do nowoprojektowanych osiedli. Połączenie

układu spalania biomasy i układu ciepłowniczego wymaga większej uwagi, niż proste

układy spalania paliw kopalnych. Wszystkie te czynniki wymagają znacznego stopnia

wyspecjalizowania urządzeń i organizacji.

S LAJD 8: Paliwa biomasowe

Jako paliwo wsadowe można wykorzystać wiele rodzajów materii organicznej,

o niskim koszcie. Możliwości zastosowania obejmują drewno i odpady drzewne

w formie klocków, trocin, zrębków, wiórów, odpady z produkcji rolnej, takie jak słoma,

sieczka, plewy, odpady zwierzęce, szybkorosnące rośliny energetyczne hodowane

specjalnie w celu pozyskania biomasy, w tym wierzba, niektóre gatunki traw, topola,

czy też stałe odpady komunalne. Na slajdzie przedstawiono dwa możliwe rodzaje

paliwa wsadowego: drewno i łupiny orzecha.

Slajd 8

Paliwa z biomasy charakteryzują się wahaniami jakości i konsystencji w stopniu

znacznie większym niż paliwa konwencjonalne, które są rafinowane do uzyskania

produktu o zunifikowanej konsystencji. Z uwagi na tę zmienność, istotne jest to, aby

ocenić potencjalne dostawy paliwa pod względem wilgotności, zawartości popiołu

i wartości opałowej. Większość rodzajów paliw wsadowych pochodzących z biomasy

zawiera wilgoć, a im więcej paliwo zawiera tejże wilgoci, tym większą ma masę

(gęstość), co jest istotne podczas transportu i przetwarzania i tym mnie efektywnie

będzie spalane, z uwagi na konieczność odparowania zawartej w nim wody. Mokry

wsad może również prowadzić do wyższych emisji tlenku węgla i niespalonych

węglowodorów z uwagi na niska temperaturę panującą w układzie spalania. Ponadto

wilgoć jest przyczyną aktywności biologicznej zachodzącej podczas magazynowania

biomasy.

Popiół stanowi niepalna substancja nieorganiczna pozostała z wsadu. Substancja ta

nie wyzwala energii podczas spalania wsadu i może powodować powstawanie

stanowiących problem depozytów w komorze paleniskowej, urządzeniach do

odpopielania i w wymiennikach ciepła.

Wartość opałowa jest to ilość ciepła generowana podczas spalania paliwa. Stanowi

ona funkcję względnych proporcji zawartości w paliwie węgla pierwiastkowego,

wodoru i tlenu i jest ograniczana zawartością popiołu i wilgoci.

Strona 5

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: