ZAGADNIENIA PROJEKTOWE PALNIKÓW PYŁOWYCH

ZAGADNIENIA PROJEKTOWE PALNIKÓW PYŁOWYCH

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

Koncentracja węgla w mieszance pyłowogazowej do palników pyłowych 1. Koncentracja pyłu w czynniku transportująco- suszącym jest dobierana w ten sposób, Ŝeby powietrze pierwotne wystarczyło do spalenia części lotnych. 2. Koncentracja węgla kamiennego w mieszance pyłowopowietrznej: Węgiel kamienny: 0,5 kg/m 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 JeŜeli transport jest powietrzem to: 0,2-0,3 kg/m n 3

Temperatura powietrza powietrza pierwotnego i wtórnego do palników pyłowych 1. Temperatura mieszanki pyłowo-gazowej za młynem (do pyłoprzewodów): Węgiel kamienny: 80-120 C Węgiel brunatny: 130-160 C 2. Temperatura powietrza wtórnego (i pierwotnego) Węgiel kamienny: 250-350 C Węgiel brunatny: 250-350 C

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: im więcej doprowadza się powietrza pierwotnego, tym trudniej zapala się mieszanka

Wybrane dane pyłowych palników wirowych Strumień pyłu węglowego: Moc palnika: 4-18 Mg/h 25-175 MW Liczba wiru: S = 0,4-0,7 Prędkość mieszanki u 1 : Prędkość powietrza wtórnego u 2 : 20-22 m/s 26-30 m/s Stosunek prędkości: u 2 /u 1 = 1,3-1,4

Wybrane dane pyłowych palników strumieniowych Strumień pyłu węglowego: Moc palnika: Prędkość mieszanki u 1 : Prędkość powietrza wtórnego u 2 : 3-18 Mg/h 25-175 MW 25-30 m/s 40-50 m/s Stosunek prędkości: u 2 /u 1 = 1,5-1,7

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

Opory przepływu palników pyłowych (cd.) PrzybliŜone wartości współczynników oporu Palnik wirowy, zawirowywacz łopatkowy powietrza pierwotnego: ϕ = 120 o ζ 1 = 3,0 ϕ = 90 o ζ 1 = 2,0 Palnik strumieniowy: prosty kanał: ζ 1 = 1,2 mieszanie z powietrzem wtórnym: ζ 1 = 1,7

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 Strumień masy pyłu do palnika, t/h Moc cieplna palnika, MW t 75 68,1 3-4 - 3,7-3 25 130 93,1 4 4 3,7 25 220 168,6 4-6 4-6 7,4-3,7 50-25 410 313,9 8-16 8-16 7,4-3,7 50-25 670 608,3 8-24 8-24 11,2-3,7 75-25 935 846,9 8-36 8-36 15-3,7 100-25 1600 1279-12-48 15-10 100-44 2500 2000-16-48 18,6-10 126-44

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 12 25 50 100-125 200 300 550 600 65, 75 120, 130 220 410 670 ~ 1000 ~ 2000 10,9x10,9-15x15 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) 16-28 w 4-7 warstwach Pojedyncze palenisko 8x6 lub 4x6 7-9.3 9,3-14 14-23,36 18,6-29 23,3-52 40-75 41-67,5

Zalecenia doboru palników pyłowych

PYŁOWE PALNIKI WIROWE

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

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

PYŁOWE PALNIKI WIROWE z osiowymi łopatkami zawirowywacza

Budowa pyłowych palników wirowych z osiowymi łopatkami zawirowywacza

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.

Zawirowywacz 1. Kąt nachylenia łopatek β jest stały i ma zasadniczy wpływ na bliską aerodynamikę palnika, decyduje o wielkości strefy recyrkulacji. Podczas spalania węgli brunatnych i kamiennych wartość kąta nachylenia łopatek jest w zakresie β = 50-60 o. 2. Stopień zawirowania powietrza wtórnego (liczba wiru S) zmienia się przesuwając osiowo zawirowywacz, co powoduje, Ŝe część powietrza trafia do dyfuzora nie zawirowane. 3. Większa liczba łopatek poprawia zawirowanie, ale zwiększa opory przepływu.

Budowa palnika wirowego z ruchomym zawirowywaczem osiowym

PYŁOWE PALNIKI WIROWE z promieniowymi łopatkami zawirowywacza

Budowa pyłowych palników wirowych z promieniowymi łopatkami zawirowywacza

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

Zawirowywacz 1. Kąt nachylenia łopatek α moŝna łatwo zmieniać, co umoŝliwia regulacje stopnia zawirowania powietrza wtórnego. 2. Kąt nachylenia łopatek jest w zakresie: α = 30-45 o 3. Liczba łopatek n jest w zakresie: n = 8-16.

INTENSYWNOŚĆ ZAWIROWANIA

Intensywność zawirowania n Intensywność zawirowania definiowana jest jako stosunek pędu obrotowego M do iloczynu pędu liniowego K i charakterystycznej długości 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. Intensywność zawirowania moŝna więc wyrazić następująco: S =

Intensywność zawirowania n 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 zaleŝy przede wszystkim od stosunku prędkości obwodowej i osiowej w zawirowywaczu.

Zawirowywacz tangencjalny

Intensywność zawirowania n zawirowywacza tangencjalnego n = d 0 d ' cos z ε b ( α ) b grubość łopatki, m d 0, d średnice, m α- kat nachylenia łopatki, o z liczba łopatek ε - odległość między łopatkami

Zawirowywacz osiowy Geometria Przekrój

Rekomendowana liczba łopatek zawirowywacza osiowego Stosunek średnic d 1 /d 0 0,33 0,5 0,6 0,67 Liczba łopatek, z 12 18 24 30

Intensywność zawirowania zawirowywacza osiowego Ruchomy zawirowywacz osiowy Intensywność zawirowania n = 4δ d ( d + d ) 0 0 ε z 1 ε- odległość międy łopatkami, m δ- grubość łopatki, m z liczba łopatek

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

Wymagane nadciśnienie przed zawirowywaczem Przepływ powietrza wtórnego przez zawirowywacz wymaga Ŝeby 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.

Wymagane nadciśnienie p 1 na nadanie prędkości z zawirowywacza p 1 = ρu w2 /2 = ρ(u w,x2 + U w,t2 )/2 gdzie: U w prędkość wypływu przez zawirowywacz; U w,x, U w,t składowa osiowa i styczna wektora prędkości PoniewaŜ strumień objętości V określa się przez prędkość osiową V = F*U w,x, więc wygodnie wymagane nadciśnienie wyrazić w postaci: p 1 = ζ 1 ρu w,x2 /2 gdzie ζ 1 = 1 + (U w,t /U w,x ) 2 = 1 + n 2 n jest intensywnością zawirowania.

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

OGÓLNE ZASADY PROJEKTOWANIA PALNIKÓW PYŁOWYCH

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

1. Moc palnika P p Pp Obliczenia strumieni = Pk /(η n), MW 2. Strumień węgla do palnika pyłowego sb wp sb wp = P p /Q w,r, 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 λ: V ptp = λ V ptr

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 ZałoŜenie: 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

Obliczenia geometrii: załoŝenia 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

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 :

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

Literatura 1. Izmaljan D.M., Teorija gorenija i topocznye ustrojstva, Energia, Moskva, 1976. 2. Basu P., Cen Kefa, Jestin L., Boilers and Burners, Springer, N.York, 2000. 3. Rolicki H., Urządzenia kotłowe, Pol. Gdańska, Gdańsk, 1996