Efektywność energetyczna procesów spalania paliw
Transkrypt
Efektywność energetyczna procesów spalania paliw
Produkty Cementownia Qassim w Arabii Saudyjskiej Elektrownia Jänschwalde w Niemczech Urządzenia pomiarowe ABB Efektywne spalanie paliw jest kluczowym czynnikiem redukcji kosztów operacyjnych w procesach przemysłowych i energetyce. Wraz z zachowaniem norm ochrony środowiska i redukcją zanieczyszczeń są to najważniejsze czynniki rozwoju instalacji energetycznych. Fot. na kolumnach: Arch. ABB K rytycznym parametrem w efektywnym spalaniu paliw kopalnych i biopaliw jest stosunek ilości powietrza do cząsteczek paliwa. Aby następowało pełne spalenie, potrzebna jest odpowiednia ilość tlenu wynikająca z zawartości węgla, wodoru, siarki i innych pierwiastków w paliwie. Takiej stechiometrycznej (wynikającej z równań reakcji, przy której określa się współczynnik λ=1) mieszaniny w praktyce się nie uzyskuje. W układach kotłowych stosuje się pewien nadmiar powietrza, dla których λ przyjmuje wartości od 1,05 dla paliw gazowych do 1,2÷1,4, a nawet 2 dla węgla kamiennego i brunatnego w zależności od rodzaju paleniska. Uzyskiwanie jak największych sprawności procesu spalania jest uzależnione od redukcji strat, w tym: n s traty wylotowej objawiającej się unoszeniem ciepła przez spaliny do otoczenia (wzrost λ powoduje zwiększenie tej straty), n straty niezupełnego spalania wynikającej z odprowadzania gazów palnych (tlenku węgla, metanu, innych węglowodorów) i straty części energii paliwa (odpowied- 34 Dzisiaj Lipiec 2010 nie napowietrzenie paleniska ogranicza tę stratę), n straty niecałkowitego spalania, kiedy część nieopalonego paliwa pozostaje w popiele, żużlu albo jest emitowana w postaci lotnego koksika lub sadzy (większa ilość powietrza minimalizuje tą stratę). Odpowiednia regulacja doprowadzenia paliwa i powietrza do komory paleniskowej jest sztuką balansowania pomiędzy niedomiarem tlenu, gdzie będzie tracona energia (dodatkowo z emisją szkodliwego tlenku węgla i pyłu) i nadmiarem, przy którym ciepło będzie uciekać wraz z większą ilością spalin. Dlatego istotne jest wyznaczenie takiego optimum, przy którym proces spalania zachodził będzie z największą efektywnością. Pomocą służą urządzenia pomiarowe pozwalające na ciągłą kontrolę i regulację procesu. Sondy cyrkonowe Historycznie pomiary rozpoczęto od mierzenia zawartości dwutlenku węgla w spalinach. Składnik ten, powstający w reakcji łączenia węgla zawartego w paliwie z tlenem z po- wietrza, uzyskiwał w teoretycznym punkcie pełnego spalania swoje maksimum. Z tego względu wynik pomiaru nie stanowił jednoznacznego wyznacznika sytuacji. Ta sama zawartość CO2 mogła oznaczać niepełne spalanie (niedomiar tlenu), jak i nadmiar powietrza. Wyjściem z sytuacji było sprawdzanie ilości tlenu w spalinach, co przekładało się proporcjonalnie do nadmiaru powietrza. Ciągłe pomiary zawartości O2 można realizować, stosując wiele metod (więcej o tych pomiarach w „Dzisiaj” nr 19/2007). Początkowo stosowane były analizatory wykorzystujące paramagnetyczne właściwości tlenu. Jednakże te aplikacje potrzebowały rozbudowanych układów przygotowania próbki i częstego serwisu eksploatacyjnego. Pod koniec lat 60. wdrożono pierwsze sondy cyrkonowe, jako urządzenia „in-situ”, czyli bezpośrednio instalowane na kanałach spalin. ABB, będąc jednym z pierwszych producentów sond cyrkonowych, wprowadziła je z sukcesem do europejskiej energetyki zawodowej na początku lat siedemdziesiątych. Wykorzystując czterdziestoletnie doświadczenia, od końca ubiegłego roku dostępna jest nowa generacja cyrkonowych analizatorów zawarto- ści tlenu typu Endura AZ20. Są to urządzenia w pełni automatyczne i bezobsługowe, pozwalające na precyzyjne pomiary przez wiele lat. Konstrukcja sondy, w której umieszczono czujnik na końcu, tuż za filtrem, umożliwia bezpośredni i szybki pomiar (dla gazów wzorcowych opóźnienie wynosi 5 s), szybszy niż dla rozwiązań z inżektorowymi układami zaciągania próbki. Spaliny do elementu pomiarowego dostają się dyfuzyjnie, dzięki czemu filtr się nie zatyka i aplikacja może być stosowana w trudnych warunkach o wysokim zapyleniu bez układu przedmuchu. Z myślą o użytkowni- Efektywność procesu spalania zależy od proporcji paliwa i tlenu. W wyznaczaniu optimum pomocne są urządzenia pomiarowe ABB. Fot. na kolumnach: Arch. ABB Efektywność energetyczna procesów spalania paliw