10

Ź

11/2007

www.informacjainstal.com.pl

Przegląd technologii zgazowania biopaliw stałych

The review of solid biofuels gasification technologies

LILIANA BONDER, MAREK MIROSZ

Biopaliwa stałe

Biomasa wykorzystywana do celów energetycznych nazywana jest biopaliwem. Bio-

masa jest jedynym zasobem energii odnawialnej, który może być źródłem paliw i pro-
duktów opartych na węglu [3]. Biopaliwa stałe mogą być zużywane na cele energetycz-
ne w procesach bezpośredniego spalania, gazyfikacji oraz pirolizy.

Biomasę można pogrupować w następujący sposób [4]:

odpady leśne, ścinki, kora, zieleń, liście, gałęzie, odpady drewna z przemysłu pa-
pierniczego i meblarskiego, odpady z likwidacji upraw ogrodniczych,

odpady drewna (trociny, pył szlifierski), drewno rozbiórkowe oraz z opakowań,

rolnicza (z upraw, produkcji żywności i hodowli zwierzęcej),

inna biomasa roślinna powstająca w czasie uprawy i pozyskania, oraz przetwarza-
nia przemysłowego produktów (siano, słoma, kiszonka, konopie, kukurydza, trzcina
cukrowa i bagienna, łuski itp.),

uprawy energetyczne (trawy, wierzba, topola, eukaliptus, słomy, ziarna upraw zbo-
żowych),

inne paliwa biopochodne (papier i karton, stałe odpady komunalne MSW, paliwa
RDF, osady ściekowe).
Biomasa odpadowa jest cennym biopaliwem wytwarzanym siłami przyrody i po-

wstaje w wyniku gospodarczej działalności człowieka na terenach wiejskich i miejskich.
W procesie zgazowania można wykorzystać jako paliwo wiele rodzajów odpadów, któ-
re obecnie trafiają na składowiska (m in. komunalne, cmentarne poubojowe, medyczne,
farmaceutyczne, garbarskie, zwierzęce, z przemysłu papierniczego, pochodzenia bio-
logicznego itd.).

Technologia zgazowania

Klasyczna technologia zgazowania polega na zmianie składu paliwa przez pod-

grzewanie oraz reagowanie chemiczne z utleniaczami w warunkach ich ograniczo-
nego dostępu, tzn. braku tlenu w stosunku do stechiometrycznego zapotrzebowania
tlenu (

λ = 1) niezbędnego do całkowitego utlenienia paliwa, dzięki czemu straty

ciepła są mniejsze, a spaliny nie zawierają cząstek stałych. Utleniacze stosowane
w procesach zgazowania to:

tlen,

powietrze atmosferyczne,

mieszanina pary wodnej, tlenu i CO

2

,

mieszanina pary wodnej i powietrza,

para wodna.
W zależności od sposobu dostarczenia ciepła do zgazowania, proces może zacho-

dzić [4]:

bezpośrednio (zgazowanie autotermiczne), część biopaliwa dostarczanego do reak-
tora ulega spaleniu (20-30%),

pośrednio (zgazowanie allotermiczne), ciepło do zgazowania pochodzi ze spalania
biopaliwa w oddzielnym urządzeniu i dostarczane jest do reaktora za pomocą sta-
łego, ciekłego lub gazowego nośnika.
Części lotne przechodzą do fazy gazowej, będącej mieszaniną metanu, wodoru,

tlenku węgla i dwutlenku węgla. Pozostałość mineralna przekształcana jest w popiół.
W procesie tworzą się również produkty uboczne, jak kondensujące się lotne i ciekłe
substancje smoliste. Smoła zawiera aromatyczne i poliaromatyczne węglowodory,
głównie toluen, naftalen oraz fenol (w temperaturze poniżej 800

o

C). Zawartość smół

zmniejsza się wraz ze zwiększaniem temperatury procesu, w temperaturze 900

o

C two-

mgr inż. Liliana Bonder
– Politechnika Warszawska,
Wydział Inżynierii Środowiska
mgr inż. Marek Mirosz
– MVV EPS Polska S. A.

W opracowaniu omówiono krajo-

we i światowe instalacje zgazo-

wania, które są jeszcze na etapie

badań lub mają już zastosowanie

komercyjne. Zgazowanie to kon-

wersja, poprzez proces częściowe-

go utleniania węgla zawartego

w paliwie w gaz, którego główny-

mi składnikami są wodór i tlenek

węgla. Gaz może być użyty jako

paliwo, źródło wodoru lub mate-

riał do produkcji w przemyśle pe-

trochemicznym. Światowa moc

gazogeneratorów wynosi obecnie

ponad 50 000 MW mocy cieplnej

(w tym ponad 12 000 MW ciepła

i energii elektrycznej) i wzrasta

o około 10% rocznie [2].

National and world gasification

plants, which are on research

and commercial stage, are

presented in this paper.

Gasification is a process that

converts, by partially oxidation,

carbonaceous materials into

carbon monoxide and hydrogen.

Gas can be used as fuel, source

of hydrogen or material in

production in petrochemical

industry. The world power of

gasification plants is over

50 000 MW

t

(in this over

12 000 MW produced for heat

and power) and increase about

10% per year.

rzy się o 50% mniej smoły niż w 700

o

C.

Zmienia się również skład smoły, przy
temperaturze 900

o

C benzen stanowi 50%

zawartości wszystkich związków aroma-
tycznych [4].

Poniżej na schemacie przedstawiono

procesy fizyko-chemiczne zachodzące
w kolejnych etapach zgazowania:

Temperatura w strefie utleniania powin-

na być utrzymana w zakresie 700-900

o

C

(dla biopaliwa nie może przekroczyć
1000

o

C). Gdy jest niższa od zalecanej

wartości, dwutlenek węgla nie jest całkowi-
cie redukowany do tlenku węgla, nawet je-
śli czas kontaktu CO

2

z węglem zawartym

w paliwie jest długi. Jeśli temperatura prze-
kracza wartość wymaganą, to popiół topi
się i formuje się żużel, powodujący zawie-
szanie wsadu w strefie redukcji i w konse-
kwencji zatykanie przepływu gazu [6].

Skład oraz wartość opałowa miesza-

niny powstałego gazu zależą od warun-
ków zgazowania (temperatury, ciśnienia,
czasu kontaktu CO

2

i C w strefie redukcji

[6]) oraz zastosowanego czynnika zgazo-
wującego i paliwa:
– znaczna wilgotność (45-58%) materia-

łów poddawanych zgazowaniu powo-
duje relatywnie niską wartość opałową
produkowanego gazu w granicach
1,6-2,5 MJ/Nm

3

[7],

– korzystne jest prowadzenie procesu

w jak najwyższych wartościach tempe-
ratury, wówczas składniki palne (CO,
H

2

, CH

4

) mają zwiększony udział w za-

chodzących reakcjach; wysoka tempe-
ratura zmniejsza zawartość dioksyn
w gazie,

– wzrost ciśnienia oraz udział pary wod-

nej zwiększa uzysk powstawania meta-
nu, co podnosi wartość opałową gazu,

– kaloryczność gazu podnosi również

wyeliminowanie azotu z utleniacza
przez zastosowanie czystego tlenu lub
powietrza wzbogaconego tlenem.
Koszt wytworzenia tlenu ocenia się na
20% wyprodukowanej ze zgazowania
energii [4]. W przypadku zgazowania
w atmosferze powietrza kaloryczność
gazu waha się od 4 do 7 MJ/Nm

3

,

zgazowanie czystym tlenem podnosi
parametr do 10-12 MJ/Nm

3

, poda-

wanie pary wodnej daje wartość 15-
20 MJ/Nm

3

[4]. Para wodna powodu-

je zwiększenie ilości wodoru oraz me-
tanu w powstałym gazie.

Gazogeneratory

Podstawowym elementem każdej

zgazowarki jest gazogenerator inaczej
zwany komorą lub reaktorem zgazowa-
nia. W komorze tej następuje szereg re-
akcji fizyko-chemicznych, w trakcie któ-
rych powstaje gaz. Do zgazowania pali-

wa wykorzystywane są różne typy syste-
mów, główne to:

reaktor ze złożem stałym,

reaktor fluidalny ze złożem pęcherzo-
wym,

reaktor fluidalny z warstwą cyrkulacyjną,

reaktor strumieniowy.

Reaktory zgazowania ze złożem stałym

Gazogeneratory ze złożem stałym

różnią się kierunkiem przepływu gazu
przez reaktor (skierowany ku górze, ku
dołowi oraz horyzontalny) albo kierun-
kiem przepływu paliwa i gazu (współprą-
dowy, przeciwprądowy oraz skrzyżowa-

ny). W złożu stacjonarnym występuje du-
ży gradient temperatury i można w nim
wyróżnić kilka stref:

podgrzewania,

suszenia i odgazowania,

zgazowania,

spalania.
W zgazowarkach ze złożem stałym

mogą powstawać strefy z wysoką tempe-
raturą powodujące spiekanie popiołu. Jest
to efekt dużej nierównomierności rozkładu
temperatury wzdłuż wysokości złoża. Pro-
blemem jest także długi czas nagrzewania
i ograniczenia związane z powiększaniem
skali. Główną zaletą tych gazogenerato-
rów jest wysoka sprawność konwersji ma-
teriału wsadowego oraz stosunkowo pro-
sta konstrukcja.

Reaktor fluidalny z warstwą cyrkula-
cyjną

W zgazowarce ze złożem fluidalnym

powietrze i paliwo jest wymieszane w go-
rącym złożu z materiału stałego. Materiał

złoża składa się zwykle z cząstek krze-
mionki, biomasy, katalizatora i popiołu.
Z powodu silnego mieszania nie jest moż-
liwe rozróżnienie stref w gazogeneratorze
– suszenia, pirolizy, utleniania i redukcji.
Temperatura w całym złożu jest stała, wy-
stępuje także wysoki stopień kontaktu czą-
steczek biomasy i czynnika zgazowujące-
go. W reaktorze ze złożem cyrkulacyjnym
materiał złoża wypełnia całą objętość re-
aktora, powoduje to większa niż w reakto-
rze pęcherzowym prędkość czynnika zga-
zowującego wynosząca 5-10 m/s. Uno-
szony materiał złoża jest separowany i za-
wracany do reaktora przez cyklon umiesz-
czony na drodze gazu.

Reaktor fluidalny z warstwą
pęcherzową

W reaktorze pęcherzowym kierunek

przepływu czynnika zgazowującego i opa-
dającego wsadu jest przeciwny. Fluidyzo-
wane złoże materiału wsadu wypełnia dol-
ną część reaktora, w górnej strefie zaś prze-
pływa tylko paliwo gazowe z cząsteczkami
pyłu i smoły. Czynnik zgazowujący pełni
również rolę medium fluidyzującego i jego
prędkość wynosi około 1-3 m/s.

W tabeli 1. podsumowano różnice mię-

dzy opisanymi reaktorami zgazowania.

Zgazowanie pośrednie

W zgazowaniu pośrednim (alloter-

micznym) jako utleniacz stosuje się parę
wodną. Przetwarzanie paliwa w parze
jest procesem endotermicznym, jednak
powstaje w nim więcej metanu na jed-
nostkę objętości niż w zgazowaniu bez-
pośrednim. Ciepło wytwarzane jest
w oddzielnym urządzeniu przez spalanie
biomasy lub produktów jej przetwórstwa
i dostarczane jest do gazogeneratora za
pomocą stałego, ciekłego lub gazowego
nośnika.

Istnieją dwa podstawowe typy reakto-

rów w zależności od zastosowania ze-
wnętrznego źródła ciepła: gazowy reaktor
pośredni i koksowy reaktor pośredni.

Instalacje zgazowania

Poniżej opisano kilka przykładów kra-

jowych i światowych instalacji zgazowa-
nia, które są jeszcze na etapie badań lub
mają już zastosowanie komercyjne.

11

Źródła ciepła

www.informacjainstal.com.pl

11/2007

suszenie

piroliza

oksydacja

redukcja

200 < T(

o

C) < 800 (950)

Rys. 1.
Procesy zacho-
dzące w zgazo-
waniu [5]

Tabela 1. Porównanie charakterystyk różnych typów gazogeneratorów [4]

Typ generatora

Zawartość

Zmienność jakości

Typowa moc cieplna

gazu

instalacji, MWth

Smoła

Pyły

min.

maks.

Ze złożem stałym przeciwprądowym bardzo wysoka

niska

bardzo duża

0,05

1,5

Ze złożem stałym współprądowym

bardzo niska

niska

duża

0,5

10

Fluidalny ze złożem pęcherzowym

średnia

wysoka

bardzo niska

0,5

30

Fluidalny ze złożem cyrkulacyjnym

niska

bardzo wysoka

bardzo niska

1

100

Atmosferyczna zgazowarka z cyrkula-
cyjnym złożem fluidalnym CFB

Budowa

System atmosferycznego zgazowywa-

nia CFB opracowany przez fińską firmę
Foster Wheeler jest względnie prosty. Skła-
da się z reaktora zgazowującego, cyklonu
separującego materiał złoża cyrkulacyjne-
go z gazu oraz rury powrotnej zawraca-
jącej cyrkulujący materiał do dolnej części
zgazowarki. Poniżej cyklonu zastosowano
podgrzewacz powietrza, odzyskujący cie-
pło z gorącego gazu. Wszystkie części są
wyłożone materiałem ognioodpornym.
Schemat systemu przedstawiono na rys. 2.

Zasada działania

W zastosowanej technologii rolę czyn-

nika utleniającego spełnia powietrze. Jest
ono wdmuchiwane pod wysokim ciśnie-
niem pod ruszt rozprowadzający powie-
trze, znajdujący się na spodzie reaktora
poniżej złoża. Prędkość powietrza jest tak
dobrana, aby wytworzyć złoże fluidalne.
Część cząsteczek złoża porywana jest do
cyklonu, gdzie następuje odseparowanie
materiału od gazu i skierowanie go do
dolnej części zgazowarki. Gaz oraz części
stałe wydobywają się z dolnej części cy-
klonu.

Cyrkulujące części stałe zawierają

koksik, który jest spalany w atmosferze flu-
idyzującego powietrza. Ciepło z tego pro-
cesu wykorzystywane jest w pirolizie i po-
zostałych endotermicznych reakcjach zga-
zowania. Nośnikiem ciepła jest cyrkulują-
cy materiał, który również stabilizuje tem-
peraturę procesu.

Pył o grubej frakcji opada na dno re-

aktora i usuwany jest przenośnikiem ślima-
kowym zaopatrzonym w płuczkę wodną.

Podczas normalnej pracy instalacji jej

wydajność regulowana jest natężeniem
przepływu paliwa. Paliwo kierowane do
procesu gazyfikacji nie musi być wstępnie
osuszane (dopuszczalny chwilowy poziom
wilgotności do 60%) [8]. Temperatura pro-

cesu kontrolowana jest poprzez ilość po-
dawanego powietrza.

Technologia CFB jest wykorzystywana

do zgazowania takich materiałów jak: mi-
skantus, kora, trociny, torf oraz inne biopali-
wa w jednostkach o mocy od 3 do 70 MW.

Zgazowarka dwustopniowa

Budowa

Proces dwustopniowego zgazowania

polega na tym, że procesy pirolizy i gazy-
fikacji odbywają się w dwóch różnych re-
aktorach. Instalacja składa się z jednostki
pirolitycznej podgrzewanej propanem,
strefy częściowego utleniania i reaktora
zgazowania zbudowanego z żaroodpor-
nej cegły, ruchomego rusztu, komory na
popiół, chłodnicy gazu, systemu oczysz-
czania gazu oraz silnika.

Podgrzewacz powietrza, odparowy-

wacz oraz przegrzewacz są podgrzewa-
ne elektrycznie. Instalacja ma dwa systemy
zasilania: jeden na zrębki drzewne, drugi
na pellety/brykiety. Aby rozdzielić proce-
sy: podgrzewania jednostki pirolitycznej,
podgrzewacza powietrza, odparowania
i przegrzewania pary są one regulowane
niezależnie.

Zasada działania

Paliwo podawane jest do strefy piroli-

zy, gdzie dodatkowo doprowadzane jest
ciepło. Biomasa w procesach pirolizy roz-
kłada się na koksik składający się z węgla
i popiołów oraz na części lotne zawierają-
ce gazy oraz smoły. Lotne produkty piroli-
zy są częściowo odgazowane w strefie
częściowego utleniania, co powoduje
wzrost temperatury gazu i znaczny spadek
zawartości smoły w gazie. Gorące gazy

ze strefy częściowego utleniania oraz kok-
sik z reaktora pirolizy kierowane są do
części zgazowania, gdzie koksik reaguje
chemicznie z parą wodną i dwutlenkiem
węgla tworząc H

2

i CO. Przepływ gazu

przez złoże powoduje dalszy spadek za-
wartości smół. Gaz generatorowy jest
oczyszczany i chłodzony, a nadmiar pary
wodnej wykraplany. Z powodu bardzo
małej ilości smoły w gazie, cząsteczki mo-
gą być odseparowane z gazu filtrem wor-
kowym. Po oczyszczeniu gaz jest wprowa-
dzany do silnika spalinowego, który pro-
dukuje energię elektryczną, a ciepło
z chłodzenia może być dodatkowo wyko-
rzystane. Spaliny oraz gorący gaz po-
wstający podczas procesu mogą być uży-
te do wstępnego podgrzania powietrza,
suszenia i pirolizy. Na rys. 3. przedstawio-
no schemat omawianej technologii.

Kiedy zawartość wilgoci w paliwie jest

niższa niż 20-25 %, proces pobiera wodę
i cały kondensat może być kierowany
z powrotem do procesu jako czynnik zga-
zowujący. Jeżeli zawartość wilgoci w pali-
wie przekracza 25 % proces będzie wy-
twarzał kondensat. Ponieważ zawartość
smoły jest niezwykle mała, kondensat
z dwustopniowego procesu zgazowania
może być wprowadzony do kanału ście-
kowego [9].

Proces dwustopniowego zgazowania

ma wysoką sprawność oraz mały wpływ
na środowisko. Powstający gaz charaktery-
zuje się niezwykle niską zawartością smoły
i względnie wysokim ciepłem spalania.

Gaz opuszczający zgazowarkę ma

temperaturę ok. 800

o

C, a spaliny z silnika

450 – 600

o

C, zależnie od stosunku paliwa

do powietrza, ciśnienia itd. Badania i roz-
wój dwustopniowego procesu zgazowa-

12

Ź

11/2007

www.informacjainstal.com.pl

Rys. 2.
Zgazowarka CFB [8]

Rys. 3.
Schemat procesu dwustopniowego zgazowania [1, 10]

nia doprowadziły do stworzenia solidnej
konstrukcji, gdzie jednostka pirolizy jest
zewnętrznie podgrzewanym podajnikiem
ślimakowym i koksik jest zgazowany na
złożu stałym.

Informacje dodatkowe

W latach 1996-1999 wykonano wiele

badań na dwustopniowej zgazowarce
o mocy 100 kW [9]. Jako paliwo stosowa-
ne były zrębki drzewne, brykiety oraz pel-
let. Wykonano pomiary zawartości smoły
w surowym gazie powstającym podczas
procesu zgazowania. Zawartość smoły nie
przekroczyła 25 mg/Nm

3

. Pomiary za fil-

trem kieszeniowym wykazały zawartość
smoły 4-6 mg/Nm

3

. Kiedy gaz ma bar-

dzo małą zawartość smół, proces oczysz-
czania gazu staje się bardzo prosty i nie-
zawodny.

Skład gazu zależy od ilości wody lub

pary dodanej do procesu oraz sprawności
energetycznej urządzenia. Zgazowanie
w atmosferze pary wodnej daje wysoką
szybkość reakcji, redukuje ilość cząstek sa-
dzy, a gaz powstający w procesie ma dużą
zawartość H

2

. Duża zawartość wodoru po-

woduje dobre właściwości palne gazu i ma-
łą emisję spalin. Na wykresach poniżej po-
równano skład gazu powstającego pod-
czas procesu. Rys. 4. pokazuje średnie war-
tości podczas testu, w którym stosunek ma-
sowy biomasy i pary wynosił 1: 1. Rys. 5.
przedstawia średni skład gazu z testu,
gdzie para nie jest dodawana do reakcji.

Sprawność wytwarzania gazu oblicza

się na podstawie energii zawartej w pali-
wie, oraz przepływu i kaloryczności gazu.
Kiedy spaliny i gaz powstający w procesie
jest używany do podgrzewania, suszenia
i pirolizy sprawność procesu może osią-
gnąć 90%, opierając się na wartości opa-
łowej. W jednostopniowym procesie zga-
zowania sprawność wynosi około 80 %
[9]. Wysoka sprawność procesu dwustop-
niowego zgazowania daje możliwość do-
starczania mniejszego strumienia powie-
trza do zgazowania koksiku niż w innych
systemach zgazowania i dlatego zawar-
tość azotu w gazie jest znacznie mniejsza.

Zgazowarka pośrednia Milena

Budowa

Milena jest nazwą zgazowarki pośred-

niej (allotermicznej), stworzonej i opaten-
towanej przez Energy research Centre of
the Netherlands (ECN). Została stworzona
z myślą o wytwarzaniu gazu wolnego od
azotu z wysoką zawartością węglowodo-
rów. Układ laboratoryjny ma moc 30 kW
i produkuje gaz o stabilnych parametrach.
Efektywność wytwarzania gazu wynosi ok.
80% i możliwe jest utrzymanie takiej
sprawności przy dużych systemach.

W układzie Milena biomasa jest pod-

grzewana i zgazowana w złożu cyrkulują-
cym składającym się z gorącego piasku.
Mniej reaktywne cząstki stałe koksiku są
kierowane do komory spalania, gdzie

podgrzewany jest cyrkulujący piasek. Mi-
lena jest prostym i zwartym układem, do-
brze przystosowanym do pracy przy pod-
wyższonym ciśnieniu. Zgazowanie odby-
wa się w pionowej rurze, w cyrkulującym
złożu pęcherzowym. Komora zgazowania
i spalania koksiku są zintegrowane, co
schematycznie pokazano na rys. 6.

W 2004 r. zrealizowany został układ

zgazowarki Milena o wydajności biomasy
5 kg/h. Usytuowanie zgazowarki na sta-
nowisku doświadczalnym umożliwia przy-

łączenie do niej wielu różnych urządzeń,
między innymi:

reaktora TREC – urządzenia do wyso-
kotemperaturowego usuwania smoły
i do filtracji,

systemu OLGA – instalacji do usuwa-
nia smoły,

wysokotemperaturowego filtra cera-
micznego,

chłodnicy gazu,

skrubera,

silnika spalinowego.

Zasada działania

Zasada działania całego systemu po-

kazana jest na rys. 7. Podane sprawności
wynikają z obliczeń dla systemu wielko-
-skalowego. Sprawność przetworzenia
biomasy na gaz syntezowy to około 70%.
Dodatkowo jest możliwość wytworzenia
energii elektrycznej w siłowni parowej

z kilkuprocentową sprawnością. W syste-
mie tym oczyszczanie gazu ze smoły od-
bywa się za pomocą systemu OLGA, do-
datkowo stosuje się różne procesy adsorp-
cji, aby usunąć np. siarkę lub chlor.

Informacje dodatkowe

Testy wykonywane były wielokrotnie

w różnych warunkach. Parametrami
zmiennymi były:

masowy strumień paliwa (biomasy),

rodzaj materiału złoża,

13

Źródła ciepła

www.informacjainstal.com.pl

11/2007

Rys. 5.
Skład gazu z gazyfikacji powietrznej [9]

Rys. 4.
Skład gazu z gazyfikacji parowej [9]

Rys. 6.
Schemat technologii
zgazowania pośred-
niego Milena [10]

Rys. 7.
System przetwarzania biomasy na gaz syntezowy oparty na systemie Milena [10]

ilość materiału złoża,

przepływ powietrza fluidyzującego.
Bazując na wynikach eksperymentów

laboratoryjnych i doświadczeń ECN zwią-
zanych z efektami powiększania mocy
w zgazowarkach CFB, został obliczony
skład gazu dla urządzenia wielko-skalo-
wego. Jako paliwo do obliczeń przyjęto
drewno o wilgotności 25%. Ponadto zało-
żono, że smoły są usuwane całkowicie
przez system oczyszczania spalin ze smo-
ły OLGA. Skuteczność usuwania benzenu
i toluenu będzie na poziomie odpowiednio
50% i 75%. Odseparowane smoły, benzen
i toluen będą zawracane do komory spa-
lania w systemie Milena. Tabela 2. przed-
stawia wyliczony skład surowego gazu dla
urządzenia o mocy 100 MWt. Sprawność
otrzymanego gazu wynosi około 80%.

Przeciwprądowa zgazowarka ze zło-
żem stałym EKOD

Budowa

Zgazowarka ze złożem stałym EKOD

została zaprojektowana przez polską fir-
mę Modern Technologies & Filtration. Takie
reaktory o konstrukcji przeciwprądowej
produkowane są w Zakładzie Mechanicz-
nym ZAMER. Urządzenia przeznaczone
są do zgazowania biomasy oraz paliw al-
ternatywnych. Zaletą konstrukcji jest możli-
wość stosowania paliwa o nieregularnych
kształtach i stosunkowo dużych rozmia-
rach oraz wysoka sprawność konwersji
paliwa na poziomie 84% [11].

Schemat układu zgazowania EKOD

przedstawiono na rys. 8. Układ składa się
z reaktora zgazowania (1), systemu zała-
dunku paliwa, w którego skład wchodzą
śluza (2) i zespół transportowo-załadowczy
(3), zespołu usuwania popiołów (4), prze-
wodu doprowadzającego gaz do układu
spalania (5), instalacji powietrza (6) oraz
zespołu palnika i komory spalania (7).

Zasada działania

Paliwo do instalacji dostarczane jest

w kontenerach i dozowane w górnej części

reaktora zgazowania. Śluzy oraz zespół
transportowo-załadowczy (np. szufladowy)
eliminuje niekontrolowany przepływ powie-
trza do reaktora oraz wydobywanie się ga-
zu. Dozownik zaopatrzony jest w system
gaśniczy od strony zgazowarki.

Czynnik utleniający, powietrze, dopro-

wadzane jest obwodowo w dolnej, cylin-
drycznej, części urządzenia. Paliwo
w trakcie przechodzenia w dół przez reak-
tor zgazowania podlega procesom susze-
nia, pirolizy i zgazowania.

Proces zgazowania realizowany jest

w temperaturze 600-800

o

C i przy ciśnie-

niu atmosferycznym. W komorze zgazo-
wania usuwane są lotne substancje orga-
niczne pod wpływem wysokiej temperatu-
ry i następuje zamiana pozostałego węgla
organicznego pod wpływem powietrza
i pary wodnej na mieszaninę CO, CO

2

oraz H

2

. Zamiana węgla organicznego

następuje w warunkach wysokich wartości
temperatury 800-1100

o

C.

Powstały gaz odprowadzany jest

z górnej części reaktora i zostaje spalony
w komorze spalania. Temperatura w ko-
morze spalania osiąga poziom 900

o

C, co

w przypadku stosowania paliwa alterna-
tywnego gwarantuje czas przebywania
spalin w temperaturze powyżej 850

o

C

przez co najmniej 2 s.

Gazy spalinowe o temperaturze ok.

850

o

C kierowane są do kotła odzyskowe-

go, gdzie ciepło jest odbierane od spalin
i wykorzystywane do podgrzania wody.
Wychłodzone spaliny o temperaturze ok.
250

o

C przechodzą do instalacji filtracyjnej.

Popiół przechodzi do części stożkowej

reaktora i poprzez zespół usuwania po-
piołów wyprowadzany jest na zewnątrz
urządzenia. Popiół może być wystudzany
w śluzie wodnej na dnie urządzenia i wy-
dobywany automatycznie podajnikiem śli-
makowym.

Informacje dodatkowe

W instalacjach EKOD proponuje się

zastosowanie jako utleniacza powietrza
lub/i pary wodnej. Skład wyprodukowa-
nego gazu zależy od temperatury, ciśnie-
nia, składu paliwa, czasu przebywania re-
agentów w reaktorze i od granulacji pali-
wa [13]. Gdy temperatura procesu wzra-
sta, skład równowagowy przesuwa się
w kierunku zwiększonego udziału CO, H

2

i CH

4

. Wyższa temperatura jest korzystna

14

Ź

11/2007

www.informacjainstal.com.pl

Tabela 2. Obliczony skład gazu i spalin w urzą-
dzeniu o mocy 100 MWth. Zgazowarka Milena
opalana drewnem o wilgotności 25% [10]

Związek

Jednostka

Gaz syntezowy Spaliny

CO

% s. m.

29

-

H

2

% s. m.

31

-

CO

2

% s. m.

20

18

N

2

+ Ar

% s. m.

–

80

CH

4

% s. m.

14

-

C

2-5

% s. m.

5

-

C

6-7

% s. m.

1

-

smoła (C

8+

)

g/Nm

3

s. m.

45

-

H

2

O

% m. m.

35

4

O

2

% s. m.

–

2

Rys. 8.
Schemat układu zgazowania EKOD [12]

Rys. 10.
Instalacja zgazowania typu EKOD w Słubicach,
widok z boku [12]

Rys. 9.
Instalacja zgazowania typu EKOD w Słubicach,

Dane techniczne:
Wydajność

ok. 2,3 MW

Zużycie odpadów drewna ok. 800 kg/h
Maks. wymiary odpadów

30 cm

Moc elektryczna zainstalowana 14 kW
Masa

43 t

Inne paliwa
– słoma, trzcina
– guma
– folia, „pety” itp.

4500

2

1

5

3

4

6

7

ze względu na minimalizację zawartości
dioksyn w gazie syntezowym.

Na zdjęciach rys. 9, 10, 11 przedsta-

wiono układ zgazowania EKOD zbudo-
wany w Słubicach, który pracuje na odpa-
dach drzewnych.

Podsumowanie

W pracy krótko scharakteryzowano

biopaliwa stałe oraz podano podstawowe
informacje o technologiach ich zgazowa-
nia. Opisano rodzaje gazogeneratorów
oraz przedstawiono kilka istniejących in-
stalacji pracujących w omawianej techno-
logii. Tak szerokie zróżnicowanie syste-
mów zgazowania pozwala w każdym

przypadku indywidualnie dobrać odpo-
wiedni typ zgazowarki, w zależności od
mocy urządzenia oraz rodzaju i jakości
paliwa. Dużą zaletą technologii jest to, że
reakcji zgazowania podlega mokra bio-
masa, która jest trudno palna lub niepalna
w szeroko stosowanych urządzeniach
energetycznych (spalanie biomasy o wil-
gotności 55-60% uniemożliwia utrzymanie
ciągłości procesu).

Inne przykłady wykorzystania techno-

logii zgazowania, możliwości wykorzysta-
nia gazu powstającego podczas zgazo-
wania, pełną charakterystykę biopaliw
stałych oraz prawne, ekonomiczne i orga-
nizacyjne możliwości wykorzystania bio-
masy przedstawiono w [1].

L I T E R AT U R A

[1]

Bonder L., Mirosz M., Zastosowanie techno-
logii zgazowania biopaliw stałych w cie-
płowniach i elektrociepłowniach miejskich
i przemysłowych na przykładzie Ciepłowni
w Sokółce. Praca dyplomowa magisterska,
Warszawa, 2007.

[2]

Phillips G., Gasification – a versatile solution
for clean power, fuels & petrochemicals & an
opportunity to reduce CO

2

emissions. Foster

Wheeler, 7th World Congress of Chemical
Engineering, Glasgow, 2005.

[3]

Overend R., US perspective on bioenergy.
Success Stories on Bio-Energy, National
Exhibition Centre, Birmingham, UK, 2004.

[4]

Rybak W., Spalanie i współspalanie biopa-
liw stałych. Oficyna Wydawnicza Politech-
niki Wrocławskiej, 2006.

[5]

Grochal B., Technologiczne i ekonomiczne
aspekty zgazowywania biomasy. Warsztaty
Wykorzystanie biomasy w inwestycjach
miejskich.

[6]

Gao Xian Sheng, Biomass Gasifiers: From
Waste to Energy Production", Biomass 20
(1989) 3-12, Great Britain, 1989.

[7]

Marciniak M., Technologie złoża fluidalne-
go dla termicznego wykorzystania paliw po-
chodzenia odpadowego. Paliwa z odpa-
dów, tom IV.

[8]

Foster Wheeler, The Foster Wheeler gasifi-
cation technology for biofuels: refuse – deri-
ved fuel (RDF) power generation.

[9]

Gobel B. i inni, High performance gasifica-
tion with the two-stage gasifier. 12th Europe-
an Conference on Biomass for Energy, Indu-
stry and Climate Protection, Amsterdam, Ho-
landia, 2002.

[10]

van der Drift A., van der Meijden C. M., Bo-
errigter H., Milena gasification technology
for high efficient SNG production from bio-
mass. 2005.

[11]

Chmielniak T., Żuromski Z., Zgazowanie
biomasy w układach małej mocy na przy-
kładzie gazogeneratora firmy Zamer.

[12]

Ściążko M., Zgazowanie biomasy i paliw
alternatywnych. Konferencja Inżynieria Che-
miczna i aparatura w procesach przemysło-
wych i ochronie środowiska, Gliwice,
2005.

[13] konsultacja z Modern Technologies&Filtra-

tion.



15

Źródła ciepła

Rys. 11.
Instalacja zgazowania typu EKOD w Słubicach,
dozownik paliwa [12]