Odzysk koksiku

SPOSÓB I INSTALACJA DO ODZYSKU KOKSIKU Z LOTNEGO POPIOŁU ORAZ UKŁADU ODŻUŻLANIA KOTŁA ENERGETYCZNEGO

Niżej opisana metoda odzysku koksiku jest oparta na pomyśle i patentach Pana dr hab. inż. Henryka Karcza. Metoda jest nowatorska i w znanej autorom literaturze nie ma odpowiednika nie tylko w Polsce, ale i w innych krajach posiadających energetykę opartą o spalanie węgla brunatnego, biomasy lub współspalanie biomasy z węglem kamiennym.

Należy zaznaczyć, że poniższe omówienie nie ma charakteru opisu metody i podawane w nim dane oraz wartości służą jedynie do zobrazowania skali.
W konkretnych rozwiązaniach dla poszczególnych obiektów mogą występować odchyłki od podanych parametrów związane ze szczegółowymi uwarunkowaniami lokalnymi (skład paliwa, typ kotła, etc.)

Zastosowanie metody.
Omawiana metoda może być stosowana w kotłach spalających węgiel brunatny, biomasę oraz przy współspalaniu węgla kamiennego z biomasą i nie ma ograniczeń technicznych i technologicznych w jej zastosowaniu.

W wypadku współspalania węgla kamiennego z biomasą ograniczeniem jest opłacalność ekonomiczna metody. Poza ekonomicznymi nie ma innych ograniczeń (technicznych, technologicznych) do stosowania metody do kotłów o niskiej mocy. Im większa moc kotła tym większa wymagana zawartość biomasy. Szacunki wykazują, że, o ile w warunkach Polski, dla kotłów OP410 czy OP430 dolną graniczną wartością jest poziom 8-9% masowo zawartości biomasy we wsadzie, o tyle np. dla kotła OP1150 będzie to już 13%.
Wartości te należy przyjmować jako przybliżone.

Należy podkreślić, że metoda ma zastosowanie zarówno do kotłów pyłowych i fluidalnych.
Dane szacunkowe wskazują, że ograniczeniem od dołu jest kocioł o mocy ca 10 MW opalany mieszaniną węgla kamiennego i biomasy lub węglem brunatnym. Należy jednak pamiętać, o dużych różnicach związanych przede wszystkim z rodzajem paliwa, kotłem i metodą liczenia oszczędności, co może być związane np. obwiązującym ustawodawstwem (patrz: Korzyści z zastosowania metody).

Korzyści z zastosowania metody
Można wyróżnić dwie grupy korzyści wynikających z zastosowania metody. Są to:

1. korzyści ekonomiczne

  • wynikające z dopalenia odzyskanego koksika w kotle i/lub,
  • wynikające z zastosowania koksiku, jako absorbenta w różnego rodzaju procesach absorpcyjnych i/lub,
  • związane ze zmianą kwalifikacji odpadu (popiół lotny, żużel) z niebezpiecznego, (czyli takiego o zawartości karbonizatu powyżej 3,5% + 0,8% innych substancji palnych) na zwykły.

Wiąże się to z zaprzestaniem ponoszenia opłat składowiskowych za tego typu odpad oraz umożliwia jego sprzedaż do zastosowania w budownictwie i drogownictwie, jako pełnowartościowy surowiec.

  • oszczędności na przesyle paliwa,
  • zmniejszenie tempa zanieczyszczenia elementów kotła.

2. korzyści pozaekonomiczne związane ze zmniejszeniem degradacji środowiska

  • zmniejszenie zapylenia gazów wylotowych,
  • zmniejszenie ilości odpadów niebezpiecznych,
  • zwiększenie czasu eksploatacji wyrobiska itp.

Szacunek spodziewanych oszczędności wynikających z zastosowania metody na przykładzie kotła 360 MW opalanego węglem brunatnym.

Do obliczeń przyjęto jedynie oszczędności wynikające z odzyskania koksika z popiołu lotnego. Najbardziej oczywista i najprostsza metoda zagospodarowania uzyskanego surowca to jego spalenie. Podkreślić jednak należy, że ze względu na wysoką czystość pozyskanego karbonizatu może on służyć do innych celów — np. może być stosowany, jako węgiel aktywny (oszacowanie w dalszej części opracowania).

W ciągu godziny dla potrzeb bloku 360 MW spalane jest około 600 t węgla brunatnego.

Przyjmując zawartość popiołu lotnego w paliwie na poziomie 12% oraz proporcje popiołu lotnego do żużla 70/30 (wg uśrednionych danych literaturowych — w konkretnej lokalizacji zawartość karbonizatu może być większa lub mniejsza) uzyskujemy około 50t/h popiołu lotnego o zawartości koksika na poziomie kilku procent (dane w oparciu o literaturę i ze stron internetowych producentów energii i pomiary własne na kotle OPB 1150).
Koksik (aktualnie) jest odzyskiwany jedynie z układu przesypu. Zgodnie z pomiarami przeprowadzonymi na kotle OPB 1150 zawartość koksiku można określić średnio na 10% (średnia z próbek).

W dalszych obliczeniach przyjęto również, że przez układ przesypowy przechodzi około 18% lotnego popiołu powstającego w kotle.

Ponieważ skuteczność metody wynosi ok. 75%, (na podstawie badań na kotle OPB 1150) ilość pozyskanego koksiku na rok można określić, jako:

Mk = 600 t/h * 0,12 * 0,7 * 0,18 * 0,1 * 0,75 *8.500h = 5.783 t

gdzie poszczególne składowe iloczynu omówiono powyżej.

Wartość opałowa (WO) pozyskiwanego karbonizatu jest w praktyce kilkunastokrotnie większa od wartości opałowej węgla brunatnego i wynosi 33.939 kcal/kg (142.096 kJ/kg). Można przyjąć, że stanowi to około 2% procent energii cieplnej zawartej w paliwie.

Stanowi to odpowiednik ok. 102.000 t węgla brunatnego o wartości opałowej równej 8.050 kJ/kg (średnia dla węgla PGE Bełchatów – dana ze strony internetowej PGE).

Przyjmując do obliczeń koszt tony węgla brunatnego na poziomie 90 PLN, uzyskujemy oszczędność około 9.200.000 PLN rocznie.

Są to szacunkowe oszczędności liczone przy założeniu najprostszego wykorzystania odzyskanego koksiku i nieuwzględniające pozostałych zysków i korzyści wymienionych powyżej.

Inną metodą możliwego zagospodarowania pozyskanego karbonizatu jest wykorzystanie go, jako węgla aktywnego. Nie są jeszcze zakończone badanie potwierdzające jego przydatność, ale z bardzo dużą dozą prawdopodobieństwa można przyjąć, że zakończą się one wynikiem pozytywnym.

W tym wypadku pojawią się dodatkowe zyski dla właściciela obiektu.

Można je oszacować na poziomie 40.000.000 PLN/rok przyjmując cenę węgla aktywnego w wysokości ca 7.500 PLN/t (znalezione przez autorów opracowania najtańsze oferty detaliczne opiewały na kwotę 9 PLN/kg)

Powyższe wyliczenia nie obejmowały innych korzyści dla właścicieli kotła (a także złoża), a które zostały wyszczególnione powyżej.

Są one trudne dla oszacowania przez autorów opracowania, gdyż wymagałoby to częściowego dostępu do danych wrażliwych firm stanowiących ich tajemnicę handlową.

Dodatkowo można przypuszczać, że firma inwestująca w tego typu technologię jest w stanie uzyskać środki inwestycyjne z funduszy europejskich (ograniczenie emisji i wdrażanie nowych technologii).

Szacunkowo można przyjąć te dodatkowe oszczędności na poziomie 2 – 7 mln PLN/rok przy zastrzeżeniu, że o ile dolna kwota da się oszacować z dość dużym przybliżeniem, to górna będzie silnie zależna od warunków lokalnych.

Biorąc to wszystko pod uwagę, można stwierdzić, że szacowane zyski zastosowania metody będą mieściły się w przedziale 11.000.000 – 45.000.000 PLN/rok.

Należy zwrócić uwagę, że w szacunku tym nie ma oszczędności wynikających z zastosowania metody do układu odżużlania. Autorzy patentu i opracowania nie posiadają badań pozwalających na określenie stopnia odzysku a co za tym idzie dokładnego szacunku korzyści, ale, można przypuszczać, że dane wypadną podobnie jak dla ciągu popiołu lotnego (analizy własne).

Uwzględniając, bardzo niski relatywnie koszt instalacji oraz uwzględniając koszta eksploatacji (nie powinny przekroczyć 100.000 PLN/rok — szacunek autorów) czas zwrotu inwestycji nie powinien przekraczać 6 miesięcy dla rozpatrywanego kotła (skrajnie 12 miesięcy przy założonych warunkach brzegowych i uwzględniając jedynie odzysk z popiołu lotnego).

Skrócony opis rozwiązań technicznych zastosowanych w metodzie.

Jak wspomniano wyżej metoda jest oparta o autorskie rozwiązania Pana dr hab. inż. Henryka Karcza i chroniona patentami i zgłoszeniami patentowymi, do których jest uprawniony.

Szczegółowy opis metody można znaleźć w opisach patentowych lub uzyskać od naszej firmy.

Oddzielenie koksika zawartego w popiele lotnym może następować dwufazowo.

Transportowany układem odpopielania kotła lotny popiół kierowany jest do wibracyjnego przesiewacza sitowego wyposażonego w zestaw sit o odpowiednio dobranych wymiarach oczka. Stopniowanie nie stwarza warunków hamujących odpływu popiołu (szczegółowy opis w załączonym pliku: nazwa 1).

Oczyszczony w ten sposób częściowo popiół może być transportowany, (jeśli istnieje uzasadnienie eksploatacyjne) do cylindrycznego reaktora fluidyzacyjnego. W reaktorze tym następuje separacja pozostałych zawartych w popiele ziaren koksiku (nieoddzielonych na sitach) o mniejszych wymiarach.

W zrealizowanym projekcie zastosowano (po próbach) tylko jeden stopień (sita).

Możliwe jest również oddzielenie koksiku z układu odżużlania kotła.

Odbywa się ono w zbiorniku przepompowni zawierającego wodę, jako ciecz flotacyjną. W zbiorniku tym mieszaninę napowietrza się powietrzem pochodzącym z kolektora umieszczonego w cieczy flotacyjnej.

Po przeprowadzeniu flotacji z dna zbiornika usuwa się osad (pompą bagrową), a koksik osiadły na powierzchni jest zbierany i kierowany do zbiornika, gdzie następuje jego odsączenie.

Podsumowanie

Omawiana metoda jest na tyle innowacyjna, że literatura specjalistyczna i wiedza ekspercka autorów nie wskazuje na żadne inne realizacje tego typu przedsięwzięcia.

Badania przeprowadzane na instalacji pilotowej potwierdziły wszystkie przyjęte założenia. Osiągnięte wyniki są wręcz o kilkanaście – kilkadziesiąt lepsze procent od założeń teoretycznych.

Tym samym zastosowanie metody jest polecane dla istotnej poprawy ochrony środowiska (jak wspomniano powyżej m.in. poprzez eliminację odpadu niebezpiecznego) przy jednoczesnej poprawie wyniku finansowego producenta energii.

Łatwość stosowania (np. brak wrażliwości na typ kotła czy paliwa – z wyjątkiem ograniczeń omówionych powyżej), możliwość stosowania do kotłów o bardzo różnej mocy itp. daje szerokie możliwości stosowania w energetyce i ciepłownictwie.