PTH Intermark, Gliwice, haloizyt, sorbenty

Haloizyt jako dodatek do spalnia biomasy

Przyjęty kierunek rozwoju energetyki polegający na wzroście ilości energii pozyskiwanej
z biomasy zakłada, że ilość ta w latach 2010-2012 ma stanowić co najmniej 10,4% całości wytwarzanej energii elektrycznej, przy czym ilość energii wytworzonej z biomasy pochodzenia rolniczego ma stanowić co najmniej 20 % energii z biomasy.

Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Gospodarki z dnia 14 sierpnia 2008 r. jest to warunek konieczny do zaliczenia energii uzyskanej z biomasy jako pochodzącej z OZE, a więc dającej prawo handlu świadectwami pochodzenia, emisjami itd.

Biorąc pod uwagę rodzaje biomasy stosowane dotychczas w polskich elektrowniach oznacza to, że biomasa będzie stanowić 15-20 % masy użytego paliwa, z czego tzw. biomasa Agro: 3-5 %.

Najczęściej spala się biomasę leśną w różnej postaci, natomiast obecnie najbardziej dostępną biomasą Agro są: słoma zbożowa i rzepakowa, łuska z ziaren słonecznika, siano a także niewielkie ilości pochodzące z upraw energetycznych (wierzba, miskant, proso rózgowe, róża bezkolcowa i in.).

O ile drewno nie stwarza problemów jako paliwo ze względu na swój skład elementarny i małą ilość popiołu, to – jak to wyraźnie pokazują wieloletnie doświadczenia wielu krajów- biomasa Agro jest przyczyną wielu zagrożeń zarówno dla eksploatacji kotłów jak i ze względów emisyjnych.

Główne zagrożenia to:

1. żużlowanie powierzchni ogrzewalnych kotłów,
2. korozja wysokotemperaturowa,
3. defluidyzacja złoża w kotłach fluidalnych,
4. zwiększona emisja mikropyłów.

Zagrożenia te są wynikiem wyższej niż dla biomasy leśnej zawartości metali alkalicznych (zwłaszcza potasu) i chloru. Potas obniża temperaturę mięknienia popiołu do zakresu 700-900^oC. Powstające w czasie spalania eutektyki o niskiej temperaturze topnienia stanowią doskonałe lepiszcze dla wszystkich cząstek popiołu, złoża, a także niespalonych cząstek biomasy, które znajdą się w ich bliskości prowadząc do powstawania aglomeratów o bardzo złożonej budowie. Tworzące się chlorki metali alkalicznych, których temperatura topnienia zawiera się w granicach 500 - 800^oC osadzając się na powierzchniach ogrzewalnych kotła mogą doprowadzić nawet do wielokrotnego przyspieszenia korozji wysokotemperaturowej.

Jedną z metod zmniejszania skali tych negatywnych zjawisk jest stosowanie różnych dodatków.

PTH Intermark od kilku lat we współpracy z naukowcami z Politechniki Śląskiej pod kierownictwem prof. Marka Pronobisa i Południowym Koncernem Energetycznym prowadzi badania nad stosowaniem w tym celu unikalnego minerału- haloizytu, którego kopalnia – jedna z trzech czynnych na świecie- znajduje się w Polsce (Kopalnia „Dunino”). Haloizyt odznacza się wysoką powierzchnia właściwą, dużą reaktywnością w wysokich temperaturach i posiada on szczególną cechę – potrafi absorbować duże ilości potasu.

Dzięki temu temperatura mięknięcia i spiekania popiołu wzrasta o 100-200^oC i w normalnej temperaturze pracy kotła nie dochodzi do aglomeracji cząstek. Popiół uzyskuje strukturę drobnoziarnistą i może być wychwytywany przez istniejące odpylacze. Związanie potasu uniemożliwia także powstanie niskotopliwych chlorków i siarczanów, dzięki czemu proces korozji wysokotemperaturowej jest znacznie zredukowany.

Po przeprowadzeniu obszernych testów laboratoryjnych w 2009 r. zrealizowano kilkumiesięczny program badań w Elektrowni Stalowa Wola na kotle OP-150 spalającym 10-15 ton biomasy na godzinę, z czego w czasie prób od 15 do 50% stanowiła biomasa Agro (głównie słoma i łuska słonecznika). Kocioł ten posiada przedpalenisko z piecem obrotowym, w którym następuje częściowe spalanie i zgazowanie biomasy, za którym usytuowana jest dopalająca komora ze złożem fluidalnym.

Wyniki badań potwierdziły możliwość znacznego ograniczenia za pomocą haloizytu typowych w/w negatywnych zjawisk wynikających ze spalania biomasy zawierającej podwyższone ilości metali alkalicznych.

Wpływ dodatku haloizytu najlepiej ilustruje widok palisady (festonu) parownika stanowiącej część ściany przedpaleniska w próbie z użyciem tego dodatku i bez niego.

Fot.1 Widok palisady przedpaleniska kotła OP-150 po 205 godzinach pracy.

Próba przerwana z powodu braku drożności spalin

Fot.2 Widok palisady przedpaleniska kotła OP-150 po 432 godzinach pracy.

Próbę przerwano w celu sprawdzenia stanu przedpaleniska

Badania wykazały, ze dodatek haloizytu miał wpływ na zmianę struktury popiołu
i podwyższenie temperatury spiekania i topnienia popiołu. Dzięki temu udało się wyeliminować w znacznym stopniu defluidyzację złoża i tworzenie osadów żużlowych na powierzchniach ogrzewalnych.

Radykalnie zmniejszyła się w popiele ilość związków wywołujących korozję wysokotemperaturową.

Skuteczność działania haloizytu zależy od jego dawki, a także sposobu podawania.

PTH Intermark może zapewnić na bardzo korzystnych warunkach stałe dostawy tego minerału do celów badawczych jak również do ciągłego stosowania w zakładach energetycznych.

W przypadku spalania biomasy zawierającej podwyższone w stosunku do biomasy drzewnej ilości metali alkalicznych jego użycie może szybko przynieść wyraźne korzyści ekonomiczne i techniczno-eksploatacyjne. Umożliwia on stosowanie jako paliwa wielu rodzajów biomasy uważanych powszechnie za mniej korzystne i z tego powodu mających niższą, atrakcyjną cenę, co może stanowić źródło dodatkowych zysków dla zakładu energetycznego.

PTH Intermark chętnie nawiąże współpracę z jednostkami zainteresowanymi przedstawionym rozwiązaniem. Chętnie podzielimy się naszymi doświadczeniami a także możemy nieodpłatnie przekazać haloizyt do badań laboratoryjnych