SPALANIE FLUIDALNE 2h [tryb zgodności]

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