2 godzin temu
Zanieczyszczenie powietrza pozostaje jednym z kluczowych problemów współczesnej cywilizacji. Wraz z postępującą transformacją energetyczną i stopniowym odchodzeniem od węgla, coraz większą rolę odgrywa biomasa.
Biomasa jest odnawialnym źródłem energii, jakkolwiek jej niewłaściwe wykorzystanie może prowadzić do istotnych emisji szkodliwych pyłów. Skuteczna redukcja tych emisji wymaga odpowiedniej wiedzy i technologii. W naszym kraju istnieje duży potencjał przedsiębiorstw produkcyjnych zajmujących się wytwarzaniem kotłów biomasowych. Regulacje dotyczące emisji wymagają nowego podejścia do optymalnego prowadzania procesu spalania oraz dodatkowo oczyszczania spalin.
Czy polska nauka wspiera przedsiębiorstwa z obszaru produkcji takich urządzeń?
Istnieją jednostki naukowe, które nie tylko prowadzą badania w tym obszarze, ale dla których ważna jest kooperacja z przemysłem. Instytut Maszyn Przepływowych im. Roberta Szewalskiego PAN prowadzi zaawansowane badania procesów spalania i odpylania. Co ważne, są przedsiębiorstwa które skutecznie wdrażają rozwiązania Instytutu do praktyki przemysłowej.
– Nowoczesne kotły na biomasę są zaawansowanymi technologicznie urządzeniami, w których każdy parametr pracy ma znaczenie. Do podstawowych działań w optymalizacji spalania należy odpowiednie kształtowanie geometrii paleniska, zapewniające adekwatny przepływ gazów, oraz precyzyjne sterowanie procesem spalania – w tym regulacja dopływu powietrza, temperatury i czasu przebywania paliwa w strefie spalania – mówi prof. D. Kardaś.
W oparciu o badania laboratoryjne oraz zaawansowane symulacje numeryczne pracownicy Instytutu analizują zjawiska zachodzące wewnątrz kotłów. Dzięki temu można tak dobrać parametry pracy urządzeń, aby ograniczyć powstawanie cząstek stałych jeszcze przed opuszczeniem komory spalania. Efektem jest projektowanie palenisk, w których biomasa ulega niemal całkowitemu spaleniu, a ilość pozostałości jest minimalna.
Nawet najlepiej zoptymalizowany proces spalania nie pozwala na całkowite wyeliminowanie zanieczyszczeń. Spalanie biomasy wiąże się z powstawaniem drobnych, groźnych dla zdrowia frakcji pyłu, które są szczególnie trudne do usunięcia. Z tego względu konieczne jest stosowanie zaawansowanych instalacji oczyszczania spalin. W tym obszarze coraz powszechniej stosowane są nowoczesne elektrofiltry. Zaletą elektrofiltrów w stosunku do mechanicznych systemów filtracyjnych jest niski spadek ciśnienia na urządzeniu odpylającym.
Tunel pomiarowy w Instytucie Maszyn Przepływowych im. Roberta Szewalskiego PAN do badania struktur opływów elektrod w ścieżce elektrofiltrowej. Elektrofiltr wykorzystuje oddziaływania elektrostatyczne do usuwania cząstek pyłu ze strumienia gazu. Proces ten obejmuje trzy zasadnicze etapy: elektryzację cząstek, dryf w polu elektrycznym i osadzanie na elektrodach zbiorczych. Ważnym elementem nowoczesnych systemów odpylania elektrostatycznego jest świadome i precyzyjne kształtowanie strefy elektryzacji i kontrola wyładowania elektrycznego. Kształt i rozkład pola elektrycznego wokół elektrody zbiorczej ma również duże znaczenie, szczególnie w aspekcie reemisji pyłu z powierzchni elektrody. Z kolei homogenizacja przepływu jest kluczowa dla zapewnienia wysokiej skuteczności odpylania (większa niż 99%). Dla zaprojektowania odpowiednich systemów przegród i sit otworowych kształtujących przepływ konieczne jest wykorzystanie zaawansowanych metod obliczeniowych mechaniki płynów.
Rozwiązania opracowane w Instytucie zostały wdrożone do praktyki przemysłowej m.in. przez przedsiębiorstwa Klimosz Sp. z o.o. (kotły) i inne przedsiębiorstwa produkcji kotłów, Elenergy Sp. z o.o. (średniej wielkości elektrofiltry), Elfiprojekt Sp. z o.o. (małe elektrofiltry), wieloletnim partnerem Instytutu był koncern RAFAKO S.A.
Tekst: dr hab. inż. Adam Cenian, prof. IMP PAN, Instytut Maszyn Przepływowych PAN im. R.Szewalskiego
