6. Kogeneracja gazowa. Paliwa gazowe wykorzystywane w

kogeneracji gazowej. Właściwości paliw świadczące o potencjalnym ich

wykorzystaniu w układach CHP.

Jedną z istotnych cech gazowych układów kogeneracyjnych jest możliwość zasilania

ich różnymi paliwami gazowymi. Zwiększa to możliwość stosowania kogeneracji na małą
skalę w układach rozproszonych. Wykorzystanie innego paliwa niż gaz ziemny poprawia
efektywność ekonomiczną projektu.

Większość paliw gazowych, znajdujących zastosowanie do zasilania układów

kogeneracyjnych, charakteryzuje się niższą (czasami znacznie) wartością opałową w stosunku
do gazu ziemnego. W niektórych przypadkach paliwa te różnią się także radykalnie składem
(np. gaz koksowniczy, gazy syntezowe).

Do podstawowych paliw gazowych, mogących, poza gazem systemowym, znaleźć

zastosowanie w układach kogeneracyjnych zalicza się:



gaz ziemny zaazotowany,



biogazy a w tym:

- gaz z fermentacji biologicznej (np. z oczyszczalni ścieków),
- gaz wysypiskowy



gazy z procesów zgazowania paliw stałych, biomasy lub odpadów,



gazy syntezowe,



gaz z odmetanowania kopalń,



gaz koksowniczy,



inne gazy odpadowe z procesów technologicznych



propan i mieszaniny propanu z butanem (LPG).

O przydatności paliwa w aspekcie zastosowania w układach CHP decyduje:



wartość opałowa



wartość liczby Wobbego

CH

4

45

MJ/m

n3

Gaz wielkopiecowy

3

MJ/m

n3

Gaz koksowniczy

29

MJ/m

n3

Gazy z procesów zgazowania

4 - 20

MJ/m

n3



wysoka odporność na spalanie detonacyjne (stukowe)



odpowiednia prędkość spalania mieszanki paliwowo – powietrznej



niska zawartość zanieczyszczeń i inne.

GAZ ZIEMNY ZAAZOTOWANY

Gaz ziemny zaazotowany powinien spełniać następujące wymagania:



nominalna liczba Wobbego: 35 MJ/mn3,



zakres zmienności liczby Wobbego: 32.5 – 37.5 MJ/mn3,



ciepło spalania: nie mniej niż 26 MJ/mn3,



wartość opałowa: nie mniej niż 24 MJ/mn3,

Przy danych właściwościach stanowi on doskonale paliwo nadające się do zasilania

silników i turbin gazowych.

GAZY PŁYNNE LPG I LNG

Najczęściej stosowane są:



propan techniczny



mieszaniny propanu z butanem

Gaz ten charakteryzuje się wysoką wartością opałową niską odpornością na spalanie

stukowe (niską liczbą metanową).

Stosowany jest zwykle do zasilania silników o zapłonie iskrowym oraz w turbinach

gazowych, pod warunkiem, że komora spalania została do tego przystosowana.



butan techniczny oraz skroplony gaz ziemny.

WADY:

Konieczność transportu

Magazynowanie

Odparowanie przed bezpośrednim zasileniem
urządzenia

Wysoki koszt paliwa

ZALETY:

Dodatni efekt ekonomiczny w przypadki gdy
nie ma możliwości doprowadzenia gazociągu
gazu systemowego.

GAZY FERMENTACYJNE

Gazy fermentacyjne zaliczane są do grupy biogazów tj. gazów powstałych w wyniku

fermentacji substancji organicznej. Głównym składnikiem biogazów jest metan i dwutlenek
węgla.

Charakterystyczne wartości gazów fermentacyjnych:

Zawartość metanu i dwutlenku węgla

65 CH

4

i 35 CO

%

Wartość opałowa

18 - 24

MJ/m

3

Przykładowy skład biogazu z komór fermentacyjnych oczyszczalni ścieków

komunalnych, wykorzystywanego do zasilania silników tłokowych :

CH= 57 – 65 %, CO

2

= 32 – 37 %, N= 0.2 – 0.4 %.

Zawartość siarki w gazie wynosiła 0.06 g/m

3

, a średnia wartość opałowa 20.9 MJ/m

n3

GAZ WYSYPISKOWY

Gaz wysypiskowy powstaje w procesie biologicznego rozkładu substancji organicznej

zawartej w odpadach.

Typowy skład gazu wysypiskowego:

45 - 58 % metan, 32 - 45 % dwutlenek węgla, 0 - 5 % azot, >1 - 2 % wodór, 2 % tlen oraz

śladowe ilości innych związków.

Typowa wartość opałowa: 12 – 22 MJ/mn3

.

Gaz wysypiskowy z reguły wykorzystywany jest w układach silnik tłokowy-generator,

rzadziej w układach siłowni z turbinami gazowymi. Wynika to przede wszystkim z większej
sprawności silników oraz niższych nakładów inwestycyjnych.

GAZ Z ODMETANOWANIA KOPALŃ

Gaz zakumulowany w pokładach węgla zawiera od 80 – 98 % CH4. Pozostałe

składniki to głównie azot i dwutlenek węgla oraz niewielkie ilości innych związków.

Właściwości charakterystyczne zbliżone do gazu ziemnego.

GAZY Z PROCESÓW ZGAZOWANIA PALIW STAŁYCH (GAZY SYNTEZOWE),
BIOMASY I ODPADÓW

Zgazowaniem nazywamy konwersję paliwa stałego do postaci gazowej. W tabelach

znajdują się wielkości świadczące potencjale w wykorzystaniu danych gazów w układach
CHP.

Charakterystyczne wielkości gazu syntezowego:

wodór (H2)

74 %

metan (CH4)

0,8 %

azot (N2)

25 %

argon (Ar)

0,3

Charakterystyczne wielkości gazu procesowego (zgazowanie biomasy):

wodór (H2)

7 %

metan (CH4)

4,5 %

azot (N2) i tlen (O

2

)

59 %

Tlenek węgla (CO)

19 %

GAZY ODPADOWE Z PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH

Gazy odpadowe z procesów chemicznych to gazy zawierające w głównej mierze CO, CO

2

oraz H. powstają one głównie w procesach hutniczych i chemicznych.

Do najważniejszych gazów odpadowych, które znajdują zastosowanie w energetyce, zaliczyć

można:

- gaz wielkopiecowy,
- gaz konwertorowy,
- gaz gardzielowy,

- gaz generatorowy,
- gaz oczyszczający w instalacji syntezy amoniaku,
- gaz poreakcyjny w procesie produkcji formaliny,
- gaz odpadowy z procesu konwersji węgla na tzw. „paliwo bezdymne”
- gazy odpadowe z procesów rafineryjnych i inne.

Orientacyjne stężenia wodoru w gazach odpadowych z różnych procesów przemysłowych

Średnie, orientacyjne parametry innych gazów odpadowych:



- Gaz wielkopiecowy:

Stosunkowo wysoka zawartość tlenku węgla

25-30%

Średnia zawartość dwutlenku węgla

10-15%

Wysoka zawartość azotu

50 – 60 %

Niska zawartość wodoru tlenu metanu

-

Średnia wartość opałowa: 3,2 – 3,7 MJ/Mn



- Gaz konwertorowy:

Wysoka zawartość tlenku węgla

60 %

Średnia zawartość dwutlenku węgla

16-18%

Średnia zawartość azotu

20 %

Niska zawartość wodoru tlenu metanu

-

Średnia wartość opałowa wynosi: 7 – 8,5 MJ/Mn



- Gaz koksowniczy:

W przybliżeniu 15 % wsadu węgla przechodzi do postaci gazowej.

Średnia zawartość tlenku węgla

10 %

Średnia zawartość dwutlenku węgla + azotu

10%

Niska zawartość metanu i jego pochodnych

3 %

Wysoka zawartość wodoru

50 %

Wartość opałowa: 17 – 18 MJ/mn