Szczegółowy opis rekonstrukcji układu

Szczegółowy opis rekonstrukcji układu paleniskowego –
wykonanej w 2007 przez firmę BBS
Modernizacji kotła dokonano na podstawie poniższych wymagań odnośnie spalania:
• redukcja emisji NOx metodami pierwotnymi do wartości < 200 mg/Nm3, docelowo
190 mg/Nm3 (wzgl. 6%O2)
• przy maksymalnej emisji CO < 200 mg/Nm3, docelowo 180 mg/Nm3 (wzgl. 6%O2)
• osiągnięcie podwyższonych parametrów pary.
Na emisje tlenków azotu i tlenku węgla ze spalania pyłu węgla brunatnego wpłynięto
w szczególności poprzez zastosowanie metod pierwotnych w układzie paleniska.
Wybrane palenisko bazuje na geometrii istniejącej komory spalania
(szer. x głęb. 17124 x 15700 mm). Dzięki nowemu systemowi spalania pyłu węgla
brunatnego osiągnięto zależną od zakresu paliwa temperaturę końcową w komorze
spalania, korzystną w aspekcie powstawania żużla i wtórnego czyszczenia komory
spalania. Na wlocie do konwekcyjnych powierzchni ogrzewalnych wytwarza się
jednorodny profil spalin, a tym samym unika się niesymetryczności w układzie pary.
W celu dotrzymania dopuszczalnych wartości emisji zainstalowano nowe palenisko,
które obejmuje następujące zespoły:
1. 8 szt. palników pyłowych produkcji SIK, z których każdy wyposażony jest w 3 palce.
2. 1 poziom powietrza do OFA (OFA1) z dyszami naściennymi zainstalowanymi na
poziomie 42.000 m.
3. 1 poziom powietrza do OFA (OFA 2) z lancami zainstalowanymi na
poziomie 55.000 m.
4. 2 ruszty dopalające w wersji jako ruszty ruchome.
5. wyremontowany odżużlacz.
6. układ separacji popiół /powietrze gorące.
7. zmodernizowane dysze powietrza pierwotnego.
W celu uzyskania niskich emisji NOx dokonano poniższych działań po stronie spalania:
• obniżenie łącznej nadwyżki powietrza
• stopniowanie powietrza powietrzem OFA w wystarczającej odległości od strefy
spalania głównego eksploatowanej w zakresie podstechiometrycznym
• skoncentrowane wdmuchiwanie pyłu węglowego o jednorodnym rozkładzie, a więc
szybki zapłon.
• wyrównanie ilości powietrza do spalania w okolicy palników w celu dopasowania do
rozkładu pyłu węglowego
• spalanie narożnikowe z dużym przemieszaniem dzięki rozmieszczeniu palników
w celu uniknięcia lokalnych różnic składu spalin.
Dla okołostechiometrycznego spalania przy palniku powstaje przebieg jakościowy
z minimum emisji NOx przy współczynniku ok. λ = 0,8 i znacząco rosnących wartościach
emisji przy współczynniku λ > 0,95. Ze względu na podwyższoną emisję CO i zwiększone
ryzyko korozji ścian nie można wykonać nastaw z ekstremalnie niską stechiometrią palnika.
W doborze palników założono współczynnik λ ok. 0,98 powyżej palników.
Kolejnym zadaniem było osiągnięcie możliwie jak najbardziej jednolitego spalania
podczas podstechiometrycznej eksploatacji palników, aby przejść do strefy dopalania
z jednorodnym, zminimalizowanym stężeniem CO i koksu szczątkowego w spalinach.
Osiąga się to przede wszystkim dzięki rodzajowi i rozmieszczeniu palników w komorze
spalania oraz poprzez dobrane stopniowanie powietrza.
Dzięki rozmieszczeniu palników w układzie spalania narożnikowego uzyskuje się
jednorodny przepływ spalin. Taka koncepcja spalania wykazuje bardzo dobrą reakcję przy
obciążeniu częściowym. Możliwe ograniczenia wynikają z reakcji młynów na obciążenie
częściowe.
Stopniowanie powietrza w palniku gwarantuje domieszanie powietrza wtórnego do
mieszaniny paliwa-gazu nośnego w zależności od przebiegu wypalania. Palenisko jest tak
Opracowanie na podstawie Instrukcji eksploatacji kotła BB-1150 bloku nr 3 po modernizacji –aktualizacja nr 1 z 10.2015
zaprojektowane, aby na całej wysokości palnika zapewniona była praca
podstechiometryczna z różnymi współczynnikami nadmiaru powietrza palca pyłowego.
Aby zapobiec zbyt silnemu wytwarzaniu CO w strefie palnika, przewidziano zasilanie
powietrzem rozmieszczone równomiernie na całej szerokości palnika w postaci powietrza
górnego, dwóch strumieni powietrza środkowego oraz powietrza dolnego. Wybrana
koncepcja palników opiera się więc na pracy z równoległymi strumieniami mieszanki pyłu
węglowego i powietrza z opóźnionym zmieszaniem powietrza i pyłu węglowego wskutek
przestrzennego rozdzielenia dysz powietrza i pyłu węglowego. Rejony zmieszania
powietrza i pyłu węglowego zostały zoptymalizowane pod kątem wyeliminowania rejonów
lokalnego wysokiego nadmiaru powietrza.
Zapłon płomienia z pyłu węglowego następuje w strefie lokalnej nadstechiometrii przy
płaszczyznach przecięcia powietrza i pyłu węglowego i rozchodzi się w kierunku
przepływu. Dla opóźnionego domieszania miarodajna jest odległość między dyszą
powietrzną i pyłową. Po całkowitym zmieszaniu powietrza wtórnego / gazu nośnego
i pozostałych rodzajów powietrza (powietrze rusztowe, powietrze chłodzące, powietrze
szkodliwe, powietrze pierwotne), przy górnej krawędzi palnika uzyskuje się stosunek
nadmiaru powietrza ok. 0,98. Dzięki dobranym współczynnikom powietrza przy palniku
obniża się temperaturę spalania w głównej strefie spalania, a tym samym wyklucza
powstawanie termicznego NOx. Jednocześnie dzięki podstechiometrycznej eksploatacji
palnika zapobiega się korozji ścian. Układ pozytywnie wpływa na poziom emisji NOx.
Pierwotny udział powietrza doprowadzanego do palnika jest podawany przez młyn
w postaci powietrza pierwotnego. Razem z usysem spalin z rurosuszarki oraz pyłem
węglowym ten udział powietrza tworzy mieszankę gazu transportującego/ węgla i jest
podawany do trzech palców pyłowych palnika.
Większa część powietrza do palników doprowadzana jest do dysz palnikowych w postaci
powietrza wtórnego. Na powietrze to składają się: 3 powietrza rdzeniowe (KEL) w palcach
palnikowych, powietrze górne powyżej najwyższego palca palnikowego, powietrze
środkowe 1 (ML1) oraz powietrze środkowe 2 (ML2) między palcami palnikowymi i
powietrze dolne (UL) poniżej najniżej położonego palca palnikowego.
Przekroje poprzeczne dysz są zwymiarowane w taki sposób, aby umożliwić optymalne
podstechiometryczne spalanie węgla w bezpośredniej bliskości palników dzięki
występowaniu odpowiednich prędkości i impulsów. Dysze są rozmieszczone przy
zdefiniowanym odstępie, a powstałe luki wyłożone są
Rysunek 1:Palnik pyłowy
Opracowanie na podstawie Instrukcji eksploatacji kotła BB-1150 bloku nr 3 po modernizacji –aktualizacja nr 1 z 10.2015
wymurówką. Aby zapewnić również funkcję chłodzenia wymurówki w tym rejonie
usytuowane są również przewody z powietrzem chłodzącym i w sposób ciągły zasilane w
ilość powietrza niezbędną do chłodzenia (KUL).
Powietrze dopalające OFA stanowi istotny element stopniowania powietrza i koncepcji
paleniska niskoemisyjnego pod względem wydzielania NOx paleniska.
Zadaniem powietrza OFA jest zapewnienie dopalania CO przy zachowaniu redukujących
warunków. Dodatkowo zapewnione są warunki, aby zasysane przez młyny spaliny nie
prowadziły do zbyt wysokiej zawartości tlenku węgla. CO prowadzi w warunkach
niedopuszczalnie wysokiego poziomu powietrza pierwotnego, względnie fałszywego
w systemie młynów i przy wysoko reaktywnym paliwie - do spalania wstępnego, które
wywołuje wysokie obciążenie termiczne układu młynowego, pulsacje i ogólnie
pogorszenie warunków paleniska.
Dysze OFA 1 usytuowane są na poziomie 42m a OFA2 na poziomie 55m. Poziom OFA 1
składa się z 12 dysz, OFA 2 z 10 dysz. Rozmieszczenie oraz liczb dysz powietrza, jak również
prędkości na wylocie z dysz OFA1 są dobrane w taki sposób, aby zapewnić optymalne
zmieszanie powietrza w strumieniu spalin. Ma to na celu, aby istotny udział CO w spalinach
dzięki tlenowi w powietrzu dopalającym przetworzyć na CO 2. Dysze OFA1 wykonane są jako
dysze podwójne. Podział powietrza odbywa się za pomocą 2 klap (Dysza wewnętrzna klapa
ręczna, dysza zewnętrzna klapa z napędem elektrycznym) Przy niskim poziomie obciążenia
kotła dysza zewnętrzna zostanie zamknięta, przez co zwiększa się prędkość przepływu
w dyszy środkowej. Po pełnym zmieszaniu się powietrza do OFA 1 i spalin wytwarza się
współczynnik nadmiaru powietrza λ = 1,05.
Drugi poziom dysz OFA 2 w strefie powyżej pionowych kanałów usysu spalin do
rurosuszarki ma za zadanie doprowadzanie powietrza niezbędnego do zapewnienia
skutecznego dopalania o wartościach λ < 1,15. Miejsce zamontowania dysz OFA2
pozwala na szybkie doprowadzenie powietrza do obszaru temperatur 850ºC. Zapobiega
również zasysaniu powietrza do rurosuszarek. Na poziomie 55,0m zabudowano 5 dysz po
lewej i po prawej stronie kotła.
Opracowanie na podstawie Instrukcji eksploatacji kotła BB-1150 bloku nr 3 po modernizacji –aktualizacja nr 1 z 10.2015