SPALANIE FLUIDALNE 2h [tryb zgodności]
Transkrypt
SPALANIE FLUIDALNE 2h [tryb zgodności]
SPALANIE FLUIDALNE Struktura mieszaniny gaz–ciało stałe w zaleŜności od prędkości przepływu Fluidyzacja Zjawisko fluidyzacji jest procesem dwufazowym polegającym na zawieszeniu warstwy materiału sypkiego nad rusztem fluidyzującym w tłoczonym od dołu strumieniu powietrza. Warstwa fluidalna znajduje się stanie quasirównowagi tylko w określonym przedziale prędkości przepływającego przez nią czynnika gazowego, zaleŜnie od rozmiarów cząstek złoŜa. Diagram: gęstość paliw stałego – prędkość przepływu w paleniskach kotłowych Warstwa fluidalna w kotle fluidalnym a) Warstwa fluidalna w kotle fluidalnym składa się głównie z cząstek materiału inertnego, jak: - piasek, - popiół - sorbentu (kamień wapienny), - węgiel: 3 - 5% masy złoŜa. b) Temperatura w warstwie fluidalnej podczas spalania węgla: 800 – 900 °C c) Optymalna temperatura złoŜa ze względu na proces odsiarczania spalin: Topt = 850 °C Spalanie w łoŜu fluidalnym Cechy procesu spalania w kotłach fluidalnych: a) bezpośredni kontakt cząstek z intensywną wymianą masy i ciepła, zapewnia wyrównaną temperaturę w złoŜu, b) bezpośrednie podawanie sorbentów do złoŜa, umoŜliwia skuteczną kontrolę emisji zanieczyszczeń gazowych (SO2 i HCl), c) łatwość kontroli temperatury złoŜa przez dozowanie paliwa, powietrza i odbiór ciepła, d) duŜa pojemność cieplna złoŜa, umoŜliwiająca spalanie paliw gorszej jakości, w tym zawilgoconych, z duŜą zawartością substancji mineralnej i odpadów. Pęcherzykowe palenisko fluidalne Struktura pęcherzykowego złoŜa fluidalnego Część nadzłoŜowa Spalanie cząstek węgla w złoŜu fluidalnym Mechanizm spalania w złoŜu fluidalnym Struktura cyrkulującego złoŜa fluidalnego Przepływ opadający Przepływ wznoszący Źródła niedopału w kotłach fluidalnych wzrost porowatości cząstek koksu w wyniku utleniania rozpad cząstek w wyniku napręŜeń termicznych w cząstkach zderzenia cząstek w złoŜu ścieranie się cząstek w złoŜu Rozpad cząstek koksu w wyniku wewnętrznego reagowania i kontaktu z cząstkami złoŜa KOTŁY FLUIDALNE WaŜniejsze cechy kotłów fluidalnych Zalety Elastyczność paliwowa Wiązanie SO2 w złoŜu Niska emisja NOx Łatwość prowadzenia Niewielkie ŜuŜlowanie Ograniczona korozja Łatwość przygotowania paliwa Wady WyŜsza moc wentylatora Większe pole przekroju kotła Większe powierzchniowe straty ciepła Mniejsza sprawność spalania Większa erozja Podział kotłów fluidalnych Ze względu na strukturę warstwy fluidalnej: • kotły ze pęcherzykową (stacjonarną) warstwą fluidalną (BFB); • kotły z cyrkulującą warstwą fluidalną (CFB). Podział kotłów fluidalnych Ze względu na ciśnienie w palenisku: • atmosferyczne kotły fluidalne (ciśnienie w kotle bliskie ciśnieniu atmosferycznemu) (ACFB), • ciśnieniowe (ciśnienie znacznie większe od atmosferycznego). Kotły fluidalne ze złoŜem pęcherzykowym Palenisko fluidalne ze złoŜem pęcherzykowym Kocioł fluidalny ze złoŜem cyrkulującym Zakres mocy kotłów fluidalnych Kotły CFB Kotły rusztowe Kotły FBC Kotły fluidalne FW Kotły ze złoŜem pęcherzykowym Kotły ze złoŜem cyrkulującym KOTŁY FLUIDALNE ZE ZŁOśEM CYRKULUJĄCYM (CFB) Typy kotłów fluidalnych ze złoŜem cyrkulującym cyklon pow. II paliwo złoŜe b1) b2) pow. I kompakt Paleniska fluidalne ze złoŜem ze złoŜem cyrkulującym, b1 − z separatorem cyklonowym, b2 − z separatorem wewnętrznym CFB separatorem zewnętrznym (cyklonowym) Schemat kotła fluidalnego Schemat kotła fluidalnego CFB-670 z cyrkulującą warstwą fluidalną Cyrkulacja materiału złoŜa Z. Bis, Kotły Fliudalne, Częstochowa 2010 Dno dyszowe paleniska fluidalnego Dolna część komory paleniskowej kotła CFB-670 Zamknięcie syfonu kotła CFB-670 Dno sitowe komory paleniskowej kotła CFB-670 Dysze powietrza w dnie sitowym Parametry eksploatacyjne kotła CFB-670 Parametr Współczynnik nadmiaru powietrza λ Temperatura w złoŜu, Tz Stopień wypalenia Efektywność wiązania siarki Emisja NOx (udział NOx w spalinach) Wartość 1,1-1,2 850-870 °C 96-98% 90% (Ca/S = 1,5-2,6) 200-400 mg/m3 CFB z separatorem wewnętrznym Komora paleniskowa kotła ze złoŜem cyrkulującym z separatorem wewnętrznym CFB 700 Kocioł ze złoŜem cyrkulującym z separatorem wewnętrznym CFB - 700 FW CFB SOLIDS SEPARATOR DESIGN FEATURES: Integrated with furnace: Panel wall structure No / few expansion joints Water or steam cooled Normal insulation • Lower radiation loss • Less refractory • Shorter start-up time • Smaller foot-print • • • • • Mineral wool Refractory 25-50 mm Membrane wall Separacja materiału złoŜa SEPARATOR CONFIGURATIONS, SCALE-UP AND MODULARIZATION 500-800 MWe 200-300 MWe Module 300-500 MWe 150-200 MWe 100 MWe INTREX INTREX™ SYSTEM Solids return leg Solids return channels INTREX™ Superheater Air plenums Integrated Heat Exchanger • Heat exchange from solid bed material to tube surface • High heat transfer rate • Heat exchange rate can be controlled • Less heat transfer surface than in conventional gas to solid heat exchangers • Suitable for large-scale units Simple Design • No moving parts: no wear Resistant to Erosion • Low erosion rate due to low velocities Resistant to Corrosion • Tube corrosion rate reduced by Cl-free environment UKŁADY NAWĘGLANIA KOTŁÓW FLUIDALNYCH Typy układów nawęglania PodzłoŜowe DozłoŜowe NadzłoŜowe ZłoŜe pęcherzykowe: pozłoŜowe nawęglanie pneumatyczne ZłoŜe pęcherzykowe: nadzłoŜowe nawęglanie ślimakowe Schemat nawęglania kotła CFB 670 Z. Bis, Kotły Fliudalne, Częstochowa 2010 Wylot kanału nawęglającego w kotle CFB 670 Z. Bis, Kotły Fliudalne, Częstochowa 2010 ZłoŜe cyrkulujące: nawęglanie nadzłoŜowe ZłoŜe cyrkulujące: silosy i podajniki układu nawęglania ZłoŜe cyrkulujące: galeria nawęglania WYBRANE CECHY KOTŁÓW FLUIDALNYCH Efektywność spalania w kotłach fluidalnych Rodzaj węgla Czas spalania, s Węgiel brunatny Węgiel kamienny Antracyt 20 ÷ 30 50 ÷125 200 ÷ 300 Stopień wypalenia, % 93 ÷ 96 86 ÷ 93 78 ÷ 85 Zalety fluidalnej technologii spalania •uproszczenie układu nawęglania; •moŜliwość spalania paliw niskiej jakości; •moŜliwość odsiarczania spalin w kotle; •ograniczenie emisji NOx dzięki niskiej temperaturze w palenisku fluidalnym. WaŜniejsze róŜnice między kotłami pyłowymi i fluidalnymi Typ kotła Temperatura Pyłowy Paliwo Wysoka: W. kamienny 1100-1400 oC 31-33 W. brunatny Fluidalny Niska: CFB 800-900 oC Popiół/ ŜuŜlowanie Obcią Ŝenie powierz. MW/m2 Przetopiony/ Pow. występuje 3-4 W. kamienny, Nie jest Pow. brunatny, przetopiony/ 3-6 biomasa i brak odpady Porównanie wybranych parametrów kotłów pyłowych i fluidalnych Typ kotła Parametr ObciąŜenie cieplne: qA, MW/m2 qv, MW/m3 Rozmiar średni cząstek paliwa, Kotły fluidalne ze złoŜem cyrkulującym Kotły fluidalne ze złoŜem Kotły pyłowe 1,8-2,5 0,2-0,4 1,2-1,5 0,1-0,2 3,0-5,5 0,08-0,2 3-30 mm < 25 mm < 0,3 mm pęcherzykowym RóŜnice w popiołach z kotłów pyłowymi i fluidalnymi Typ kotła/ składnik Pyłowy Fluidalny CFB CaO SiO2 SO3 Al2O3 Fe2O3 MgO Na2O LOI 2-12 40-55 0,5-6 13-30 4-17 1,8-8 0,3-0,7 0,7-15 25 26 10,8 9,6 15,4 0,8 0,4 2-12 Tendencje rozwojowe Scale-Up and Some Key References UNIT CAPACITY (MWe) 600 550 500 450 400 350 FIRST GENERATION DESIGN 300 250 200 150 100 50 0 1970 1975 1980 YEAR OF INITIAL OPERATION 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Supercritical once-through CFB, PKE ŁAGISZA 460 MWe PLANT Porównanie wymiarów z CFB Turów Komora paleniskowa Intrex Separator materiału stałego Separator materiału stałego Podgrzewacz obrotowy Elektrofiltr Parametry bloku CIŚNIENIOWE KOTŁY FLUIDALNE REAKTORY PFBC I-szej generacji Karita, Japonia Układ gazowo-parowy z ciśnieniowym kotłem fluidalnym PFBC) I-szej generacji Dane techniczne ciśnieniowego kotła fluidalnego układu gazowo-parowego z PFBC I-szej generacji Karita P = 1,5 MPa Układ gazowo-parowy z PFBC Schemat ciśnieniowego kotła fluidalnego I-szej generacji (układ gazowo-parowy z PFBC) Cottbus, Niemcy Układ gazowo-parowy z ciśnieniowym kotłem fluidalnym PFBC I-szej generacji Cottbus, Niemcy Turbina gazowa, Cottbus, Niemcy Cottbus, Niemcy REAKTORY PFBC II-giej generacji Schemat ciśnieniowego kotła fluidalnego II-giej generacji Chłodnica gazu syntezowego syngaz Urządzenie odsiarczające Kamień wapienny Urządzenie odsiarczające Filtr ceramiczny Cyklon CaS Reaktor zgazowania częściowego Reaktor zgazowania częściowego Chłodnica gazu syntezowego CaS Komora spalania popiół powietrze Turbina gazowa węgiel powietrze popiół Turbina parowa Utleniacz PFBC Utleniacz PFBC Turbina parowa spaliny Schemat ciśnieniowego kotła fluidalnego II-giej generacji (Kita Kyushu City), Electric Power Development Co., Ltd. Urządzenie odsiarczające Reaktor zgazowania Utleniacz