Ogólnopolski Szczyt Energetyczny OSE Gdańsk kwietnia 2018, Gdańsk

Transkrypt

1 Ogólnopolski Szczyt Energetyczny OSE Gdańsk kwietnia 2018, Gdańsk Innowacyjne wykorzystanie napędów strumienicowych FJBS w kotle wodnorurowym zapewnia poprawę warunków eksploatacji i obniżenie emisji NOx. Wyniki eksploatacyjne dla kotła WR25. ROBERT WEJKOWSKI SYLWESTER KALISZ MAREK PRONOBIS PIOTR OSTROWSKI WOJCIECH SZCZYPEK FILIP SZELEJEWSKI N-ERGIA Sp. z o.o., ul. Konarskiego 18 C, Gliwice

2 Technologia FJBS WSTĘP Komora spalania kotła energetycznego wyposażana jest w zespół wentylatorów strumienicowych spalin zabudowanych w kilku płaszczyznach wewnątrz komory spalania. Rozwiązanie FJBS umożliwia intensywne mieszanie spalin w komorze paleniskowej kotła energetycznego w przestrzeni powyżej górnej płaszczyzny spalania. W wyniku działania systemu następuje ujednorodnienie składu i temperatury spalin w komorze. Ponadto FJBS umożliwia wprowadzanie jako medium napędowego aerozolu mocznika w sprężonym powietrzu, stosowanego do usuwania tlenków azotu ze spalin przy zachowaniu wysokiego stopnia wypalenia paliw, a więc do równoczesnej poprawy jakości spalania i ograniczania szkodliwych emisji z kotłów energetyki zawodowej, komunalnej i przemysłowej. Politechnice Śląskiej 2

3 Technologia FJBS WYZWANIA Komory paleniskowe małych kotłów charakteryzuje niejednorodny rozkład temperatury i składu spalin w przekroju poprzecznym komory spalania Stwarza to zagrożenie wyjścia poza zakres okna temperaturowego klasycznych metod SNCR Cel: opracowanie instalacji (oraz algorytm sterowania) wyrównującej pola temperatur i stężeń Rozwiązanie FJBS (Furnace Jet Boiler System) polega na wytworzeniu zawirowania spalin w komorze spalania za pomocą wentylatorów strumienicowych, które zasysają i wyrzucają z dużą prędkością spaliny, tworząc wir wewnętrzny. Czynnikiem napędowym (pędnikiem) wentylatorów strumienicowych jest sprężone powietrze lub para wodna. Strumienice równolegle służą do podania reagenta niekatalitycznej metody SNCR - mocznika, który wprowadzany jest do komory jako aerozol w czynniku napędowym Politechnice Śląskiej 3

4 Technologia FJBS CEL Optymalne okno temperatury dla SNCR Selektywnej Niekatalitycznej Redukcji tlenków azotu mocznikiem mieści się w zakresie od 840 do 1100 C. Maksymalna skuteczność występuje przy ok. 980 C. Wtryskiwanie w wyższej temperaturze prowadzi do wzrostu stężenia NOx, a w niższej do emisji amoniaku. Wtrysk mocznika w odpowiednim oknie temperaturowym zapewnia największą skuteczność metody SNCR. Politechnice Śląskiej 4

5 System SJBS kocioł VKW-40 EC Marcel Rozwój technologii POCZĄTKI Politechnice Śląskiej 5

6 System SJBS kocioł VKW-40 EC Marcel Rozwój technologii POCZĄTKI Politechnice Śląskiej 6

7 Technologia FJBS OKREŚLENIE OKNA TEMPERATUROWEGO DO MONTAŻU DYSZ Politechnice Śląskiej 7

8 Zabudowa strumienic FJBS S P 3 S P 2 S P 1 SL 3 SL 2 SL 1 Strumienice systemu FJBS umieszczenie na 3 poziomach kotła (4730, 5880 i 3580 mm, w dwu kolumnach (po 1 na każdej ścianie bocznej, w odległości ok. 900 mm od ściany tylnej (w przypadku strumienic na ścianie bocznej lewej SL1, SL2, SL3) i 900 mm od ściany przedniej (w przypadku strumienic na ścianie bocznej prawej SP1, SP2, SP3). Politechnice Śląskiej 8

9 Zabudowa strumienic FJBS Skrzynie oraz system regulacji pochylenia ±20 w pionie strumienic w kotle WR 25 PEC Gliwice. SP2 SL2 SP1 SL1 Politechnice Śląskiej 9

10 Zabudowa strumienic FJBS Politechnice Śląskiej 10

11 Zabudowa strumienic FJBS Politechnice Śląskiej 11

12 Zabudowa strumienic FJBS Politechnice Śląskiej 12

13 Zabudowa strumienic FJBS Politechnice Śląskiej 13

14 Zabudowa strumienic FJBS Politechnice Śląskiej 14

15 Badanie skuteczności działania instalacji FJBS Pomiar temperatury i składu spalin został przeprowadzony dla niskiej mocy kotła 11 MWt. Badanie termoparą zostało przeprowadzone na lewej ścianie kotła. Do pomiaru wykorzystano otwory znajdujące się na wysokości strumienic z poziomu 2 (4730 mm). Wzierniki były położone na środku i tyle lewej ściany kotła. System FJBS wyłączony System FJBS włączony Temperatura w kotle [ o C] ,4 1 1,6 2 Głębokość kotła [m] Wykres rozkładu temperatur w środku kotła Wykres rozkładu temperatur w tyle kotła Politechnice Śląskiej 15

16 Badanie skuteczności działania instalacji FJBS Ustawienie nr 1 NOx [mg/m 3 n], CO [mg/m 3 n] Ustawienie nr :00:00 09:40:00 10:20:00 11:00:00 11:40:00 12:20:00 13:00:00 13:40:00 14:20:00 15:00:00 15:40:00 16:20:00 17:00:00 17:40:00 18:20:00 19:00:00 19:40:00 Moc [MW], O 2 [%] Spaliny: stężenie CO Wydajność kotła Spaliny: stężenie NOx Spaliny: stężenie O2 Politechnice Śląskiej 16

17 Badanie skuteczności działania instalacji FJBS NOx [mg/m 3 n], CO [mg/m 3 n] Ustawienie 2 Ustawienie 3 Ustawienie :00:10 09:40:10 10:20:10 11:00:10 11:40:10 12:20:10 13:00:10 13:40:10 14:20:10 15:00:10 15:40:10 16:20:10 17:00:10 17:40:10 18:20:10 19:00:10 Moc [MW], O 2 [%] 19:40:10 Czas [hh:mm:ss] Spaliny: stężenie CO Spaliny: stężenie NOx Wydajność kotła Spaliny: stężenie O2 Politechnice Śląskiej 17

18 Badanie skuteczności działania instalacji FJBS NOx [mg/m 3 n], CO [mg/m 3 n] :00:00 09:40:00 Moc [MW], O 2 [%] 10:20:00 11:00:00 11:40:00 12:20:00 13:00:00 13:40:00 14:20:00 15:00:00 15:40:00 16:20:00 17:00:00 17:40:00 18:20:00 19:00:00 19:40:00 Czas [hh:mm:ss] Spaliny: stężenie CO Spaliny: stężenie NOx Wydajność kotła Spaliny: stężenie O2 Wykres redukcji NOx z dnia Politechnice Śląskiej 18

19 Badanie skuteczności działania instalacji FJBS Próba uzyskania jak największej redukcji NOx. Mocznik podawany z maksymalnym ciśnieniem 9,5bar Ustawienie nr 6 NOx [mg/m 3 n], CO[mg/m 3 n] Ustawienie nr :12:4013:27:4013:42:4013:57:4014:12:4014:27:4014:42:4014:57:4015:12:4015:27: Moc [MW], O 2 [%] Spaliny: stężenie CO Wydajność kotła Spaliny: stężenie NOx Spaliny: stężenie O2 Politechnice Śląskiej 19

20 Badanie skuteczności działania instalacji FJBS Wstępne próby dla mocy 20 MWt stężenie NH 3, ppm N Czas, min Pomiary poślizgu amoniaku i zawartości związków amonowych podczas przeprowadzanych pomiarów Politechnice Śląskiej 20

21 Technologia FJBS PODSUMOWANIE Dotychczasowe pomiary systemu FJBS na kotle nr 1 WR 25 w PEC Gliwice były przeprowadzane przy niskiej i średniej mocy kotła. Osiągnięto stopień redukcji NOx w zakresie 40-60% i stężenie mg/m3n NO2 w spalinach Napęd strumienicowy pozwala na wymieszanie spalin z powietrzem i mocznikiem w komorze spalania bez użycia dodatkowej wody, dzięki czemu następuje wyrównanie pola temperatury i stężenia składników spalin wewnątrz kotła. W trakcie podawania reagenta następuje tylko nieznaczny wzrost stężenia tlenku węgla. Regulacja położenia strumienic daje możliwość skierowania strumienia spalin tak, aby reagent był podawany w okno temperaturowe reakcji niekatalitycznej SNCR oraz pozwala dostosować się do aktualnej wydajności kotła przy zapewnieniu redukcji tlenków azotu do możliwie niskich wartości. Obecnie prowadzone są badania instalacji FJBS+ dla dużych mocy kotła WR 25 oraz optymalizacja strumienia podawanego mocznika, pod kątem uzyskania jak największego stopnia redukcji NOx przy minimalnym ulocie mocznika. Politechnice Śląskiej 22