AktualnościOgraniczanie zagrożenia wybuchem w instalacjach współspalania węgla i biomasy w energetyce. Część I: Charakterystyka i parametry biomasy.AktualnościOgraniczanie zagrożenia wybuchem w instalacjach współspalania węgla i biomasy w energetyce. Część I: Charakterystyka i parametry biomasy.Rzetelna analiza ryzyka oraz rozpoznane parametry biomasy w energetyce są fundamentem bezpiecznej eksploatacji nowoczesnych instalacji nawęglania. Proces ten pozwala skutecznie redukować zagrożenie wybuchem biomasy i węgla w elektrociepłowniach. W jaki sposób ograniczyć ryzyko występujące podczas procesu, jakim jest współspalanie węgla i biomasy? Kluczowe znaczenie ma m.in. dobór odpowiednich technologii spalania paliw, sprowadzanie paliw o rozpoznanych właściwościach pożarowo-wybuchowych, kontrola czystości surowców oraz ich prawidłowe magazynowanie. Zapraszamy do lektury artykułu, w którym szczegółowo omawiamy te zagadnienia.
Instalacje nawęglania w elektrowni służą do dostarczenia paliwa konwencjonalnego, jakim jest węgiel, z placu składowego do zasobników przykotłowych. Jeżeli spalanie ma miejsce w kotłach rusztowych lub fluidalnych, węgiel kierowany jest z zasobników bezpośrednio do komory paleniskowej kotła. W przypadku kotła pyłowego węgiel trafia do młyna celem przygotowania odpowiedniej mieszanki pyłowo-powietrznej. Większość elektrowni i elektrociepłowni polskich posiada kotły pyłowe, które wyposażone są zwykle w młyny kulowo-misowe.
Wymagania w zakresie ochrony środowiska wymuszają ograniczanie emisji dwutlenku węgla (CO2), tlenku węgla (CO) i dwutlenku siarki (SO2) oraz tlenków azotu (NOX). Najprościej można to osiągnąć, spalając paliwa niepowodujące takich emisji. Do nich należy biomasa pochodzenia rolniczego lub leśnego. Bezpieczne wprowadzenie biomasy do układu nawęglania elektrowni wymaga uwzględnienia jej własności pożarowo-wybuchowych. W tym celu najlepiej dokonać kompleksowej analizy ryzyka wybuchu całej instalacji nawęglania.
Szczegółowe zasady identyfikacji zagrożeń w zakładach przemysłowych oraz formalne wymogi opisuje dokument zabezpieczenia przed wybuchem (DZPW).
Analiza ryzyka wybuchu dotyczy miejsc i stanowisk pracy, dla których wyznaczono strefy zagrożenia wybuchem. Za wyznaczenie stref zagrożenia wybuchem odpowiedzialny jest inwestor, projektant lub użytkownik. Przepisy wprowadzające obowiązek klasyfikacji obiektów i przestrzeni zewnętrznych pod względem zagrożenia wybuchem obowiązują od dawna, a obecnie są zharmonizowane z obowiązującą dyrektywą unijną ATEX 100 w sprawie urządzeń i systemów ochronnych przewidzianych do stosowania w strefach zagrożonych wybuchem oraz dyrektywą ATEX 137 w sprawie ochrony pracobiorców przed skutkami wybuchu.
Klasyfikacja pod względem zagrożenia wybuchem jest odrębną od analizy ryzyka procedurą, która musi być zakończona integralnym dokumentem. Powinien on zawierać nie tylko ustalenia końcowe w postaci kodu strefy Ex dla kwalifikowanej przestrzeni oraz danych pożarowo-wybuchowych występującego czynnika palnego, lecz również wykazać, że zastosowano właściwe rozwiązania budowlane i niezbędne środki ograniczające możliwość powstawania atmosfer wybuchowych wewnątrz urządzeń i pomieszczeń. Ponadto dokument potwierdza, że zastosowano środki eliminujące źródła zapłonu i zastosowano zabezpieczenia ograniczające skutki wybuchu.
Ograniczenie zagrożenia wybuchem w elektrowni i elektrociepłowni można osiągnąć, stosując odpowiednie środki techniczne, takie jak:
Wymienione środki techniczne mogą być zastosowane wyłącznie zgodnie z posiadaną, aktualną i zatwierdzoną dokumentacją techniczną i dokumentacją techniczno-ruchową urządzeń. Poniżej omówimy najważniejsze z tych środków.
Największe możliwości ograniczenia zagrożenia wybuchem stwarza dobór odpowiednich technologii spalania paliwa. Jest to możliwe tylko w procesie decyzyjnym. Można wtedy rozważyć na przykład, czy należy dokonać tylko remontu kotła pyłowego, czy też jest szansa na jego modernizację, choćby przez montaż oddzielnego palnika na biomasę, czy jednak należałoby podjąć decyzję o bardziej zaawansowanych zmianach, np. o zastąpieniu paleniska pyłowego fluidalnym. Podjęcie na tym etapie decyzji umożliwia spełnienie podstawowej zasady bezpieczeństwa, tzn. użytkowania urządzeń zgodnie z przeznaczeniem i w granicach parametrów, na jakie zostały zaprojektowane.
Czynnikiem niebezpiecznym powodującym zagrożenie pożarem i wybuchem w elektrowniach i elektrociepłowniach jest paliwo: węgiel kamienny i biomasa. Krajowe elektrownie i elektrociepłownie stosują technologię, jaką jest współspalanie węgla i biomasy w kotłach pyłowych.
Ustalenie własności pożarowo-wybuchowych pyłu węgla, biomasy i ich mieszanek pozwala ocenić zdolność do tworzenia atmosfer wybuchowych, zdolność do zapłonu oraz przewidzieć skutki ewentualnego wybuchu.
O zdolności pyłów węgla i biomasy do tworzenia atmosfery wybuchowej decydują: rozdrobnienie, zdolność do unoszenia się w powietrzu oraz dolna granica wybuchowości. Węgiel kamienny do opalania kotłów pyłowych jest rozdrabniany w młynach kulowo-misowych do frakcji ziaren mniejszych niż 100 μm. Większe rozdrobnienie powoduje wzrost zagrożenia wybuchem z uwagi na mniejszą energię potrzebną do zapłonu chmury pyłu.
Biomasa kierowana do młyna razem z węglem zostaje rozdrobniona na frakcje ok. 200 μm. Cząstki biomasy, mimo większych rozmiarów, są znacznie lżejsze od ziaren węgla. Skutkuje to intensywnym unoszeniem pyłu biomasy. Może on gromadzić się nie tylko w najbliższej okolicy źródła emisji (np. 1 m), ale również w miejscach bardziej odległych, a co gorsza trudno dostępnych do usuwania nagromadzeń pyłu.
Wartości dolnych granic wybuchowości (DGW) pyłu węgla kamiennego i pyłu biomasy wynoszą odpowiednio: 60 g/m3, 100–150 g/m3. Należy jednak zaznaczyć, że kluczowe parametry biomasy w energetyce oraz węgla muszą zostać ustalone w każdym konkretnym przypadku na drodze badań próbek pyłu. Wartości te określa się oddzielnie dla pyłu węgla, pyłu biomasy i oddzielnie dla mieszanek węgiel – biomasa o dopuszczonym koncesją udziale procentowym biomasy oraz dla różnych gatunków biomasy przewidzianych do spalania.
Zdolność do zapłonu pyłów paliw stałych determinują:
Paliwa gorszej jakości, do których należy biomasa, posiadają wyższą zawartość części lotnych i niższą temperaturę zapłonu niż paliwa o wyższej wartości opałowej. Iskry o energiach zapalających pył biomasy mogą powstawać bardzo łatwo – np. iskry uderzeniowe, krzesane, a nawet elektrostatyczne. Dużą zdolnością zapalającą charakteryzują się iskry uderzeniowe pochodzące od uderzenia zardzewiałych części żelaznych, a jeszcze większą – od uderzenia części aluminium. Minimalna energia zapłonu musi zostać ustalona oddzielnie dla węgla, biomasy oraz ich mieszanek.
Skutki wybuchu zależą od następujących parametrów pyłów palnych:
Mając na uwadze bezpieczeństwo wybuchowe biomasy, należy ustalić i znać te parametry dla paliw sprowadzanych do elektrowni. Parametry te określa się dla mieszanek o dopuszczonym koncesją udziale procentowym biomasy z uwzględnieniem różnych gatunków przewidzianych do spalania.
Z punktu widzenia bezpieczeństwa przeciwwybuchowego najmniej odpowiednia do współspalania z węglem jest biomasa niekwalifikowana, pochodzenia drzewnego. Powodem jest duża zawartość wilgoci. Wtedy wymagana jest wyższa temperatura w młynie, co przy dużej zawartości części lotnych w pyle drzewnym ułatwia zapłon.
Paliwa do momentu spalenia posiadają energię chemiczną, która może się wydzielić w różnych miejscach i w różnych sytuacjach – bądź wskutek działania innej postaci energii towarzyszącej procesom, bądź wskutek niezamierzonej reakcji chemicznej. Przyczyną zapłonu i wybuchu może być także reakcja zgazowania (pirolizy) zachodząca przy podgrzewaniu paliw bez dostępu powietrza. Piroliza biomasy wewnątrz urządzeń, szczególnie wewnątrz młyna, jest prawdopodobna, gdyż zachodzi w temperaturze 250–350°C. Piroliza węgla zachodzi w temperaturze 400–700°C.
Aby zapobiegać ryzyku wybuchu instalacji, warto skonsultować się z fachowcami – sprawdź, jak działa kompleksowe doradztwo w zakresie środowiska oraz bezpieczeństwa technicznego EKO-KONSULT.
Paliwo sprowadzane do elektrowni (węgiel i biomasa) powinno być paliwem czystym, to jest niezawierającym żadnych zanieczyszczeń. Węgiel już w kopalni powinien być pozbawiony kamienia. Nie powinien być zanieczyszczony złomem żelaznym, a tym bardziej złomem metali kolorowych. Również inne zanieczyszczenia (np. szmaty, drewno) muszą zostać usunięte, gdyż przyspieszają samonagrzewanie węgla. Biomasa nie powinna zawierać podobnych zanieczyszczeń, a także części nadwymiarowych i zawartości lakierów czy środków do impregnacji drewna, gwoździ, tworzyw sztucznych, gumy itp. Urządzenia do wykrywania i usuwania zanieczyszczeń z paliwa stosuje się obowiązkowo w linii nawęglania każdej elektrowni.
Czystość paliw ma decydujące znaczenie w ograniczaniu występowania iskier uderzeniowych i krzesanych w urządzeniach linii nawęglania oraz w zapobieganiu rozwojowi reakcji egzotermicznych w miejscach skupisk paliwa.
Poważnym zagrożeniem składów paliw stałych jest skłonność do samonagrzewania i samozapłonu. Magazynowanie paliw nie powinno prowadzić do ich degradacji przez tlenie i rozwój reakcji egzotermicznych. W tym celu należy posiadać odpowiednie, oddzielne place składowe dla węgla i biomasy. Węgiel na placu składowym powinien być formowany w pryzmę. Aby ograniczyć dostęp tlenu do węgla, pryzmę należy zagęszczać w trakcie formowania przez walcowanie. Zagęszczać należy także boki pryzmy. Stan pryzmy, a głównie jej powierzchni i temperatura składowanego węgla powinny być systematycznie sprawdzane. Temperatura węgla w pryzmie ponad 45°C świadczy o zapoczątkowaniu procesu tlenia. Proces ten musi zostać natychmiast przerwany. Tlące cząstki węgla skierowane do układu nawęglania elektrowni mogą spowodować pożar lub wybuch. Składowisko węgla powinno być wyposażone w instalację hydrantową.
Składowisko biomasy powinno być zabezpieczone przed opadami atmosferycznymi. Wtedy struktura biomasy i zawartość wilgoci w czasie składowania pozostaną niezmienione. Nie zwiększy się również zawartość pyłu. Aby uniknąć degradacji, biomasa powinna zostać możliwie szybko skierowana do spalenia. Składowisko biomasy powinno być wyposażone w instalację zraszaczową wodną. Zdalny stały nadzór zapewnia monitorowanie składowiska za pomocą TV przemysłowej. Stan placów składowych węgla i biomasy powinien umożliwiać łatwe i szybkie oczyszczenie z pozostałości paliwa.
Cząstki pyłu biomasy są znacznie lżejsze od ziaren węgla, przez co łatwiej unoszą się w powietrzu i osiadają w trudno dostępnych miejscach. Ponadto biomasa charakteryzuje się wyższą zawartością części lotnych oraz niższą temperaturą zapłonu, co zwiększa ryzyko inicjacji wybuchu.
Do najważniejszych parametrów należą: dolna granica wybuchowości (DGW), minimalna temperatura zapłonu obłoku i warstwy pyłu, minimalna energia zapłonu (MEZ), a także maksymalne ciśnienie wybuchu i wskaźnik wybuchowości Kst.
Składowisko biomasy powinno być chronione przed opadami atmosferycznymi, wyposażone w instalację zraszaczową oraz stały system monitoringu wizyjnego. Biomasa powinna być przekazywana do spalenia możliwie szybko, a place składowe regularnie czyszczone z pozostałości paliwa.
|
EKO-KONSULT Spółka z o.o. ul. Narwicka 6, 80-557 Gdańsk + 48 58 554 31 38 (39) |
|
Napisz do nas: |
|
Oddział w Krakowie: 32-095 Modlnica, +48 669 890 009 |