Struktura mieszaniny gaz ciało stałe w zaleŝności od prędkości przepływu

Transkrypt

1 SPALANIE FLUIDALNE

2 Struktura mieszaniny gaz ciało stałe w zaleŝności od prędkości przepływu

3 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.

4 Diagram: gęstość paliw stałego prędkość przepływu w paleniskach kotłowych

5 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: C c) Optymalna temperatura złoŝa ze względu na proces odsiarczania spalin: T opt = 850 C

6 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 (SO 2 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.

7 Pęcherzykowe palenisko fluidalne

8 Struktura pęcherzykowego złoŝa fluidalnego Część nadzłoŝowa

9 Spalanie cząstek węgla w złoŝu fluidalnym

10 Mechanizm spalania w złoŝu fluidalnym

11 Struktura cyrkulującego złoŝa fluidalnego Przepływ opadający Przepływ wznoszący

12 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

13 Rozpad cząstek koksu w wyniku wewnętrznego reagowania i kontaktu z cząstkami złoŝa

14 KOTŁY FLUIDALNE

15 WaŜniejsze cechy kotłów fluidalnych Zalety Elastyczność paliwowa Wiązanie SO 2 w złoŝu Niska emisja NO x 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

16 Podział kotłów fluidalnych Ze względu na strukturę warstwy fluidalnej: kotły ze pęcherzykową (stacjonarną) warstwą fluidalną (BFB); kotły z cyrkulującą warstwą fluidalną (CFB).

17 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).

18 Kotły fluidalne ze złoŝem pęcherzykowym Palenisko fluidalne ze złoŝem pęcherzykowym

19 Kocioł fluidalny ze złoŝem cyrkulującym

20 Zakres mocy kotłów fluidalnych Kotły CFB Kotły rusztowe Kotły FBC

21 Kotły fluidalne FW Kotły ze złoŝem pęcherzykowym Kotły ze złoŝem cyrkulującym

22 KOTŁY FLUIDALNE ZE ZŁOśEM CYRKULUJĄCYM (CFB)

23 Typy kotłów fluidalnych ze złoŝem cyrkulującym cyklon pow. II paliwo złoŝe b1) pow. I Paleniska fluidalne ze złoŝem ze złoŝem cyrkulującym, b1 z separatorem cyklonowym, b2 z separatorem wewnętrznym b2) kompakt

24 CFB separatorem zewnętrznym (cyklonowym)

25 Schemat kotła fluidalnego Schemat kotła fluidalnego CFB-670 z cyrkulującą warstwą fluidalną

26 Cyrkulacja materiału złoŝa Z. Bis, Kotły Fliudalne, Częstochowa 2010

27 Dno dyszowe paleniska fluidalnego

28 Dolna część komory paleniskowej kotła CFB-670

29 Zamknięcie syfonu kotła CFB-670

30 Dno sitowe komory paleniskowej kotła CFB-670

31 Dysze powietrza w dnie sitowym

32 Parametry eksploatacyjne kotła CFB-670 Parametr Współczynnik nadmiaru powietrza λ Temperatura w złoŝu, T z Stopień wypalenia Efektywność wiązania siarki Emisja NO x (udział NO x w spalinach) Wartość 1,1-1, C 96-98% 90% (Ca/S = 1,5-2,6) mg/m 3

33 CFB z separatorem wewnętrznym

34 Komora paleniskowa kotła ze złoŝem cyrkulującym z separatorem wewnętrznym CFB - 700

35 Kocioł ze złoŝem cyrkulującym z separatorem wewnętrznym CFB - 700

36 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 mm Membrane wall

37 Separacja materiału złoŝa

38 SEPARATOR CONFIGURATIONS, SCALE-UP AND MODULARIZATION MW e MW e Module MW e MWe 100 MW e

39 INTREX

40 INTREX SYSTEM Solids return channels Solids return leg INTREX Superheater 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 Air plenums

41 UKŁADY NAWĘGLANIA KOTŁÓW FLUIDALNYCH

42 Typy układów nawęglania PodzłoŜowe DozłoŜowe NadzłoŜowe

43 ZłoŜe pęcherzykowe: pozłoŝowe nawęglanie pneumatyczne

44 ZłoŜe pęcherzykowe: nadzłoŝowe nawęglanie ślimakowe

45 Schemat nawęglania kotła CFB 670 Z. Bis, Kotły Fliudalne, Częstochowa 2010

46 Wylot kanału nawęglającego w kotle CFB 670 Z. Bis, Kotły Fliudalne, Częstochowa 2010

47 ZłoŜe cyrkulujące: nawęglanie nadzłoŝowe

48 ZłoŜe cyrkulujące: silosy i podajniki układu nawęglania

49 ZłoŜe cyrkulujące: galeria nawęglania

50 WYBRANE CECHY KOTŁÓW FLUIDALNYCH

51 Efektywność spalania w kotłach fluidalnych Rodzaj węgla Czas spalania, s Stopień wypalenia, % Węgiel brunatny Węgiel kamienny Antracyt

52 Zalety fluidalnej technologii spalania uproszczenie układu nawęglania; moŝliwość spalania paliw niskiej jakości; moŝliwość odsiarczania spalin w kotle; ograniczenie emisji NO x dzięki niskiej temperaturze w palenisku fluidalnym.

53 WaŜniejsze róŝnice między kotłami pyłowymi i fluidalnymi Typ kotła Temperatura Paliwo Popiół/ ŜuŜlowanie Pyłowy Fluidalny CFB Wysoka: o C Niska: o C W. kamienny W. brunatny W. kamienny, brunatny, biomasa i odpady Przetopiony/ występuje Nie jest przetopiony/ brak Obcią Ŝenie powierz. MW/m 2 Pow. 3-4 Pow. 3-6

54 Porównanie wybranych parametrów kotłów pyłowych i fluidalnych Typ kotła Parametr Kotły fluidalne ze złoŝem cyrkulującym Kotły fluidalne ze złoŝem pęcherzykowym Kotły pyłowe ObciąŜenie cieplne: q A, MW/m 2 1,8-2,5 1,2-1,5 3,0-5,5 q v, MW/m 3 0,2-0,4 0,1-0,2 0,08-0,2 Rozmiar średni cząstek paliwa, 3-30 mm < 25 mm < 0,3 mm

55 RóŜnice w popiołach z kotłów pyłowymi i fluidalnymi Typ kotła/ składnik CaO SiO 2 SO 3 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 MgO Na 2 O LOI Pyłowy , ,8-8 0,3-0,7 0,7-15 Fluidalny CFB ,8 9,6 15,4 0,8 0,4 2-12

56 UNIT CAPACITY (MW e ) Tendencje rozwojowe Scale-Up and Some Key References FIRST GENERATION DESIGN YEAR OF INITIAL OPERATION

57 Supercritical once-through CFB, PKE ŁAGISZA 460 MW e PLANT

58 Porównanie wymiarów z CFB Turów

59 Komora paleniskowa

60 Intrex

61 Separator materiału stałego

62 Separator materiału stałego

63 Podgrzewacz obrotowy

64 Elektrofiltr

65 Parametry bloku

66 CIŚNIENIOWE KOTŁY FLUIDALNE

67 REAKTORY PFBC I-szej generacji

68 Karita, Japonia

69 Układ gazowo-parowy z ciśnieniowym kotłem fluidalnym PFBC) I-szej generacji

70 Dane techniczne ciśnieniowego kotła fluidalnego układu gazowo-parowego z PFBC I-szej generacji - Karita P = 1,5 MPa

71 Układ gazowo-parowy z PFBC

72 Schemat ciśnieniowego kotła fluidalnego I-szej generacji (układ gazowo-parowy z PFBC)

73 Cottbus, Niemcy

74 Układ gazowo-parowy z ciśnieniowym kotłem fluidalnym PFBC I-szej generacji Cottbus, Niemcy

75 Turbina gazowa, Cottbus, Niemcy

76 Cottbus, Niemcy

77 REAKTORY PFBC II-giej generacji

78 Schemat ciśnieniowego kotła fluidalnego II-giej generacji Urządzenie odsiarczające Reaktor zgazowania częściowego Kamień wapienny Urządzenie odsiarczające Reaktor zgazowania częściowego powietrze syngaz CaS węgiel powietrze CaS popiół Chłodnica gazu syntezowego popiół Chłodnica gazu syntezowego Cyklon Turbina parowa Filtr ceramiczny Komora spalania Turbina gazowa Utleniacz PFBC spaliny Utleniacz PFBC Turbina parowa

79 Schemat ciśnieniowego kotła fluidalnego II-giej generacji (Kita Kyushu City), Electric Power Development Co., Ltd. Urządzenie odsiarczające Reaktor zgazowania Utleniacz