ZAGADNIENIA PROJEKTOWE PALNIKÓW PYŁOWYCH

Transkrypt

1 ZAGADNIENIA PROJEKTOWE PALNIKÓW PYŁOWYCH

2 Podstawowe parametry palników pyłowych 1. Typ palnika (pyłowy, strumieniowy) 2. Moc palnika 3. Przekroje kanałów: mieszanki gazowo-pyłowej powietrza wtórnego 4. Opory przepływu

3 Koncentracja węgla w mieszance pyłowogazowej do palników pyłowych 1. Koncentracja pyłu w czynniku transportująco- suszącym jest dobierana w ten sposób, żeby powietrze pierwotne wystarczyło do spalenia części lotnych. 2. Koncentracja węgla kamiennego w mieszance pyłowopowietrznej: Węgiel kamienny: 0,5 kg/m n 3 (100 C) Inaczej jest dla węgla brunatnego: - generalnie koncentracja pyłu wynika z tzw. współczynnika wentylacji młyna (wentylatorowego) = 1,6 kg pow /kg węgla, stąd: Węgiel brunatny: 0,625 kg/m 3 Jeżeli transport jest powietrzem to: 0,2-0,3 kg/m n 3

4 Udział powietrza pierwotnego w całkowitym strumieniu powietrza do palnika a) Dla węgli chudych (o małej zawartości części lotnych V daf = 14-28% ): 12-17% b) Dla węgli tłustych (bogatych w części lotne V daf >= 28% ): 20-25% Uwaga 1: im więcej doprowadza się powietrza pierwotnego, tym trudniej zapala się mieszanka Uwaga 2: w palnikach niskoemisyjnych strumień powietrza pierwotnego jest zwykle mniejszy!

5 Temperatura powietrza powietrza pierwotnego i wtórnego do palników pyłowych 1. Temperatura mieszanki pyłowo-gazowej za młynem (do pyłoprzewodów): Węgiel kamienny: C Węgiel brunatny: C (maks.180 C) 2. Temperatura powietrza wtórnego (i pierwotnego) Węgiel kamienny: C Węgiel brunatny: C

6 Wybrane dane pyłowych palników wirowych Strumień pyłu węglowego: Moc palnika: 4-18 Mg/h MW Liczba wiru: S = 0,4-0,7 Prędkość mieszanki u 1 : Prędkość powietrza wtórnego u 2,oś : m/s m/s Stosunek prędkości: u 2 /u 1 = 1,3-1,4

7 Wybrane dane pyłowych palników strumieniowych Strumień pyłu węglowego: Moc palnika: Prędkość mieszanki u 1 : Prędkość powietrza wtórnego u 2 : 3-18 Mg/h MW m/s m/s Stosunek prędkości: u 2 /u 1 = 1,5-1,7

8 Opory przepływu palników pyłowych Opory przepływu dla powietrza pierwotnego (u 1 ) i wtórnego (u 2 ) oblicza się ze wzoru: p = ½ u i 2 (i = 1, 2), Pa gdzie:,, u oznaczają: współczynnik oporu, gęstość i prędkość przepływu. Współczynnik oporu 2 bierze się jak dla czystego powietrza, a 1 jak dla zapylonego powietrza.

9 Opory przepływu palników pyłowych (cd.) Przybliżone wartości współczynników oporu Palnik wirowy, zawirowywacz łopatkowy powietrza pierwotnego ( - kąt nachylenia łopatek): = 120 o 1 = 3,0 = 90 o 1 = 2,0 Palnik strumieniowy: prosty kanał: 1 = 1,2 mieszanie z powietrzem wtórnym: 1 = 1,7

10 Liczba, strumień węgla i moc palników wirowych w kotle pyłowym Wydajność kotła, t/h Moc cieplna kotła, MW t Liczba palników Na ścianie przedniej Inne mocowanie palników Strumień masy pyłu do palnika, t/h Moc cieplna palnika, MW t 75 68, , , , , ,4-3, , ,4-3, , ,2-3, , , ,

11 Liczba, strumień węgla i moc palników strumieniowych w kotle pyłowym Moc bloki, MW e Wydajność kotła, t/h Przekrój paleniska m x m Elementy palników Liczba palników X liczba warstw Moc palnika, MW t , , ~ 1000 ~ ,9x10,9-15x15 16x19,6 4 x 2 4 x 2 4x(2-3) 4x(3-4) 4x(4-5) Podwójne palenisko 8x4, pojedyncze palenisko, 4x(5-7) w 4-7 warstwach Pojedyncze palenisko 8x6 lub 4x , ,36 18, , ,5

12 Zalecenia doboru palników pyłowych do typu paliwa

13 PYŁOWE PALNIKI WIROWE

14 Wymagania dotyczące pyłowych palników wirowych 1. Aerodynamika wylotu palnika zapewniająca: a) pewny zapłon, b) stabilne utrzymywanie się płomienia, c) efektywne spalanie. 2. Efektywna kontrola obciążenia palnika (regul. mocy). 3. Kontrola generacji NOx. 4. Niezawodna i pewna obsługa. 5. Dopasowanie do układu nawęglania i paleniska.

15 Stosowane typy pyłowych palników wirowych W praktyce kotłowej stosuje się dwa typy pyłowych palników wirowych: z osiowymi łopatkami zawirowywacza, z promieniowymi łopatkami zawirowywacza.

16 PYŁOWE PALNIKI WIROWE z osiowymi aparatami zawirowywującymi

17 Budowa pyłowych palników wirowych z osiowymi łopatkami zawirowywacza

18 Zastosowania pyłowych palników wirowych z osiowymi łopatkami zawirowywacza Palniki te mają zastosowanie głównie dla spalania: węgli brunatnych, młodych węgli kamiennych o zawartości części lotnych ponad 25% (daf) i cieple spalania Q s > 16,8 MJ/kg.

19 Zawirowywacz powietrza wtórnego 1. Kąt nachylenia łopatek jest stały i ma zasadniczy wpływ na bliską aerodynamikę palnika, decyduje o wielkości strefy recyrkulacji. Podczas spalania węgli brunatnych i mlodych kamiennych wartość kąta nachylenia łopatek jest w zakresie = o. 2. Stopień zawirowania powietrza wtórnego (liczba wiru S) zmienia się przesuwając osiowo zawirowywacz, co powoduje, że część strumienia powietrza trafia do dyfuzora nie zawirowana. 3. Większa liczba łopatek poprawia zawirowanie, ale zwiększa opory przepływu.

20 Budowa palnika wirowego z ruchomym zawirowywaczem osiowym

21 PYŁOWE PALNIKI WIROWE z radialnymi łopatkami zawirowywacza

22 Budowa pyłowych palników wirowych z radialnymi łopatkami zawirowywacza

23 Zastosowania pyłowych palników wirowych z radialnymi łopatkami zawirowywacza Palniki te dobrze nadają się do spalania węgli kamiennych o zawartości części lotnych ponad 25% (daf).

24 Zawirowywacz radialny 1. Kąt nachylenia łopatek można łatwo zmieniać, co umożliwia regulacje stopnia zawirowania powietrza wtórnego. 2. Kąt nachylenia łopatek zawirowywacza zmienia się w zakresie: = o 3. Liczba łopatek n jest w zakresie: n = 8-16

25 INTENSYWNOŚĆ ZAWIROWANIA

26 Intensywność zawirowania n Intensywność zawirowania definiowana n jest jako stosunek pędu obrotowego M do iloczynu pędu liniowego K i charakterystycznego wymiaru L: n = M/(KL) Pęd obrotowy M definiuje się następująco: M = QU t r, kg m 2 /s 2 gdzie: Q strumień masy powietrza, U r styczna składowa prędkości powietrza, r promień powietrza zawirowanego. Pęd osiowy K definiuje się następująco: K = Q U x, kg m/s 2 gdzie: U x osiowa składowa prędkości powietrza.

27 Intensywność zawirowania n Intensywność zawirowania można więc wyrazić następująco: n U U t x r L Gdzie: U t prędkość obwodowa U x prędkość osiowa r promień zawirowywacza L charakterystyczny wymiar liniowy (średnica) Liczba wiru zależy przede wszystkim od stosunku prędkości obwodowej i osiowej w zawirowywaczu.

28 Zawirowywacz tangencjalny

29 Intensywność zawirowania n zawirowywacza tangencjalnego n d d z b b grubość łopatki, m d 0, d średnice, m - kat nachylenia łopatki, o z liczba łopatek - odległość między łopatkami

30 Zawirowywacz osiowy Geometria Przekrój

31 Rekomendowana liczba łopatek zawirowywacza osiowego Stosunek średnic d 1 /d 0 0,33 0,5 0,6 0,67 Liczba łopatek, z

32 Intensywność zawirowania zawirowywacza osiowego Ruchomy zawirowywacz osiowy Intensywność zawirowania n d d d z - odległość międy łopatkami, m - grubość łopatki, m z liczba łopatek

33 Rekomendowana intensywność zawirowania, n Rodzaj węgla/palenisko Powietrze pierwotne, n Powietrze wtórne, n Mocowanie palników Kamienny, brunatny/z ciekłym odprowadzaniem żużla 0-2,5 3,0-3,5 Na ścianie przedniej Kamienny, brunatny/z ciekły odprowadzaniem żużla Kamienny, brunatny/z suchym odprowadzaniem żużla 3,0 2,5 3,0-3,5 3,0 Na przeciwległych ścianach Na przeciwległych ścianach

34 Wymagane nadciśnienie przed zawirowywaczem Przepływ powietrza wtórnego przez zawirowywacz wymaga żeby od strony wlotowej do zawirowywacza było nadciśnienie p będące suma dwóch składników: p = p 1 + p 2 gdzie: p 1 wynika z nadania odpowiedniej prędkości przez zawirowywacz, p 2 wynika z oporów przy przepływie przez zawirowywacz.

35 Wymagane nadciśnienie p 1 na nadanie prędkości z zawirowywacza p 1 = U w2 /2 = (U w,x 2 + U w,t 2 )/2 gdzie: U w prędkość wypływu przez zawirowywacz; U w,x, U w,t składowa osiowa i styczna wektora prędkości Ponieważ strumień objętości V określa się przez prędkość osiową V = F*U w,x, więc wygodnie wymagane nadciśnienie wyrazić w postaci: p 1 = 1 U w,x2 /2 gdzie 1 = 1 + (U w,t /U w,x ) 2 = 1 + n 2 n jest intensywnością zawirowania.

36 Opór przepływu przez zawirowywacz p 2 Spadek ciśnienia na zawirowywaczu p 2 wynika z oporów przepływu przez niego: p 2 = 2 U w2 /2 gdzie 2 jest współczynnikiem oporu. Zawirowywacz jest skomplikowaną konstrukcją, więc współczynnik oporu 2 jest rekomendowany na podstawie doświadczeń dla palników. I tak: 2 = 1,1 n + 1,5 dla zawirowywaczy z tangencjalnymi łopatkami, 2 = 0,7 n + 1,0 dla zawirowywaczy z osiowymi łopatkami,

37 OGÓLNE ZASADY PROJEKTOWANIA PALNIKÓW PYŁOWYCH

38 Założenia 1. Kocioł Moc cieplna kotła: P k, MW Sprawność kotła: Liczba palników pyłowych: n Współczynnik nadmiaru powietrza: Stopień dossania powietrza do kotła: % 2. Węgiel Wartość opałowa w stan. rob: Q r i MJ/kg Udziały węglu: C, H, O, S i W r, % 3. Palnik Typ palnika Rozdział strumieni mieszanki i powietrza wtórnego

39 1. Moc palnika P p Obliczenia strumieni P p = P k /( n), MW 2. Strumień węgla do palnika pyłowego sb wp sb wp = P p /Q ir, kg/s 3. Zapotrzebowanie teoretyczne powietrza do spalania całkowitego i zupełnego V pt : V pt = 8,88C + 26,6H + 3,3(S-O), m n3 /kg 3a. Uwzględniając wilgoć w węglu W r V ptr = (1-W r /100) V pt 3b. Z uwzględnieniem współczynnika nadmiaru powietrza : V ptp = V ptr

40 Obliczenia strumieni (cd) 4. Całkowity strumień powietrza do palnika sv ptp sv ptp = sb wp V ptp, m n3 /s 5. Strumień powietrza pierwotnego do palnika pyłowego sv pow1 Założenie: koncentracja pyłu w mieszance c pył = 0,5 kg/m n 3 sv pow1 = sb wp /c pył, m n3 /s 6. Strumień powietrza wtórnego palnika pyłowego sv pow2 : sv pow2 = sv ptp - sv pow1, m n3 /s

41 Obliczenia geometrii: założenia Temperatury czynników i ich prędkości wypływu z dyszy: T 1 temperatura powietrza pierwotnego T 2 temperatura powietrza wtórnego u 1 prędkość wypływu powietrza pierwotnego u 2 prędkość wypływu powietrza wtórnego

42 Obliczenia geometrii: dysze 1. Pole przekroju dyszy powietrza pierwotnego F 1 : F 1 = (sv pow1 T 1 )/(u 1 273), m 2 Średnica przewodu powietrza pierwotnego D 1 : 2. Pole przekroju dyszy powietrza wtórnego F 2 : F 2 = (sv pow2 T 2 )/(u 2 273), Średnica przewodu powietrza pierwotnego D 2 :

43 Obliczenia zapotrzebowanie na sprężanie powietrza 1. Powietrza pierwotne p 1 : 1 = 3, 1 = 1,2 kg/m 3 p 1 = 0,5 1 1 u 12, Pa 2. Powietrze wtórne p 2 : 2 = 4, 2 = 1,2 kg/m 3 p 2 = 0,5 2 2 u 22, Pa

44 Literatura 1. Izmaljan D.M., Teorija gorenija i topocznye ustrojstva, Energia, Moskva, Basu P., Cen Kefa, Jestin L., Boilers and Burners, Springer, N.York, Rolicki H., Urządzenia kotłowe. Przykłady obliczeń, Pol. Gdańska, Gdańsk, 1996 (asygn )