Dr inż. Ryszard Głąbik, Zakład Kotłów i Turbin Kotły fluidalne to jednostki wytwarzające w sposób ekologiczny energię cieplną w postaci gorącej wody lub pary z paliwa stałego (węgiel, drewno, osady z oczyszczalni ścieków, itp.). Podstawowym elementem konstrukcyjnym kotła jest stały ruszt (dno dyszowe), pod który podawane jest powietrze o znacznym spiętrzeniu. Wytłaczane przez dysze powietrze wytwarza stan fluidyzacji złoża fluidalnego, stanowiącego mieszaninę paliwa i inertnego materiału niepalnego (popiół, szamot, piasek kwarcowy). 1 2 Wymieszanie cząstek paliwa z powietrzem i duża powierzchnia styku powodują znaczne zwiększenie powierzchni spalania. Pozwala to na zmniejszenie wymiarów komory paleniskowej, a w związku z tym i całego kotła. Proces spalania w kotle fluidalnym przebiega w temperaturze do 860 ºC, tj. w temperaturze, w której nie tworzą się stałe cząsteczki tlenków azotu. Do złoża fluidalnego dodawany jest sorbent najczęściej w postaci zmielonego kamienia wapiennego, który już w kotle wiąże siarkę z paliwa, powodując znaczną redukcję emitowanych do atmosfery tlenków siarki. Stopień redukcji może osiągnąć 90 95%. 3 Technologia spalania paliwa w kotłach fluidalnych. Konstrukcja kotła fluidalnego. Kotły fluidalne w elektrowniach polskich. Porównanie kotła fluidalnego z kotłem pyłowym. Podsumowanie. 4
Kocioł z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym, z cyklonami zewnętrznymi. W komorze paleniskowej zainstalowano dwa przegrzewacze, rurowy podgrzewacz powietrza. Kocioł fluidalny COMPACT. Brak cyklonów w kotle. Separatory w bocznych ścianach paleniska. Pojedynczy regeneracyjny obrotowy podgrzewacz powietrza w miejsce rurowego. Zastosowanie INTREXU. 5 6 Zaleta kotła fluidalnego ostatnie stopień przegrzewaczy pary typu INTREX są w mniejszym stopniu narażone na działanie wysokotemperaturowej korozji chlorkowej. 7 8
Przegrzewacze wewnątrz komory paleniskowej. Cyklon zewnętrzny. Syfon. Dystrybucja powietrza. 9 10 Dwie podstawowe konstrukcje kotłów z cyrkulującym złożem Cyklony zewnętrzne Konstrukcja COMPACT Powierzchnia ok. 100 m2 Ilość dysz ok. 15000 Ciśnienie powietrza pod dnem dyszowym 20 25 kpa Ciśnienie nad dnem dyszowym 5 kpa 11 12
Do turbiny 56,7 m Kocioł Compact - rysunek Komora paleniskowa i separator - widok z przodu kotła Kanał spalinowy Kanał spalinowy 6,0 m Ciąg konwekcyjny - widok z boku kotła 52,8 m 6,0 Walczak Jakub 50,7 m 49,9 m Nurnik Nurnik Nurnik Spaliny RH II Dwa kanały spalinowe z separatorów złoża do ciągu konwekcyjnego Para wtórna na turbinę 39,4 m SH I SEPARATOR ZŁOŻA Ściany skrzydłowe Ściany skrzydłowe 7,4 m RH I Prawe separatory złoża Lewe separatory złoża 10,5 m Przekrój przez komorę paleniskową - widok od przodu 10,5 Para wtórna do kotła 7,4 32,0 m 6m 6,0 26,0 m Podgrzewacz wody Trasa cząstek popiołu lotnego KOMORA PALENISKOWA 25,2 m Kompensatory INTREX SH II 14 m 17,1 m szczyt wymurówki paleniska 14,0 Trasa cząstek złoża Powietrze pierwotne i wtórne 11,2 m INTREX SH III OBROTOWY PODGRZEWACZ POWIETRZA 3,8 m 7,4 m 15 Intrex-SH III 8.5 m RUSZT Intrex-SH II 16
Miejsce pod nurnik Kanały spalinowe średnica wewnętrzna 1676 mm minimalna grubość 110 mm długość cylindryczna 17000 mm Tylna ściana komory paleniskowej Lewa ściana komory paleniskowej Lewa ściana grodziowa 17 18 19 20
21 22 Para świeża do turbiny Para wtórnie przegrzana Schładzacz pary Walczak RH II Nurnik schładzacz Para wtórnie przegrzana do kotła SH II SH III Kocioł CFB- rysunek Cyklony RH I Podgrzewacz wody Schładzacz pary SH I Rurowy podgrzewacz powietrza Komora paleniskowa syfon kompensator Woda zasilająca 23
25 26 27 28
Typ kotła Para świeża -strumień przepływu -ciśnienie -temperatura Para wtórna -strumień przepływu -ciśnienie -temperatura Woda zasilająca -temperatura kg/s MPa 0C kg/s MPa 0C 0C CFB 670 COMPACT 185,4 13,17 540 195,5 16,65 565 165,5 2,45 540 180,7 3,85 560 242 250 Typ kotła CFB 672 COMPACT Zużycie węgla kg/s 71,3 73,7 Spaliny wylot -temperatura 0C 157 130 Poziom hłasu db 85 85 Mączka wapienna kg/s 3,8 4,0 33 34 35 36 Lżejsza i zajmująca mniej miejsca konstrukcja, brak cyklonów Wyeliminowanie dużej ilości materiałów ogniotrwałych Krótszy rozruch kotła Brak różnicy w rozszerzalności cieplnej pomiędzy komorą paleniskową a separatorem Zmniejszenie straty promieniowania
37 38 Parametry kotła Ciągły maksymalny przepływ pary 359.8 kg/s Ciągły minimalny przepływ pary 143.9 kg/s Ciśnienie pary wysokoprężnej na dolocie do turbiny 27.50 MPa Temperatura pary wysokoprężnej na dolocie do turbiny 560 C Natężenie przepływu pary wtórnej 306.9 kg/s Ciśnienie pary wtórnej 5.46 MPa Temperatura pary wtórnej 314.3 C Temperatura pary wtórnie przegrzanej na dolocie do części SP turbiny 580 C Temperatura wody zasilającej 289.7 C Paliwo: węgiel kamienny 18-23 MJ/kg, muł 7-17 MJ/kg Palenisko INTREXściany Podgrzewacz wody Strop Rury wieszakowe SH I Ściany Ciągu konwekcyjnego Separator para/woda SH III SH II Separatory Opromieniowany RH I Do rozprężacza RH II INTREX Podgrzewacz WP SH IV INTREX Pompa wody zasilającej DO TURBINY Stacja obejściowa WP Z TURBINY DO TURBINY Ze zbiornika wody zasilającej 39 40
Parametry kotła Ciągły maksymalny przepływ pary 375 kg/s Ciągły minimalny przepływ pary 220 kg/s Ciśnienie pary wysokoprężnej na dolocie do turbiny 26,6 MPa Temperatura pary wysokoprężnej na dolocie do turbiny 544 C Ciśnienie pary wtórnej 5.2 MPa Temperatura pary wtórnej 568 C Temperatura wody zasilającej 273 C Paliwo: węgiel brunatny 8,6 MJ/kg Parametry kotła Ciągły maksymalny przepływ pary 730 kg/s Ciągły minimalny przepływ pary 430 kg/s Ciśnienie pary wysokoprężnej na dolocie do turbiny 26,0 MPa Temperatura pary wysokoprężnej na dolocie do turbiny 554 C Temperatura pary wtórnej 582 C Temperatura wody zasilającej 270 C Paliwo: węgiel brunatny 10,5 MJ/kg 41 42 możliwość wykorzystania jako paliwa mułów popłucznych z instalacji wzbogacania węgla; proste przygotowanie paliwa do spalania oraz proste doprowadzenie paliwa do komory paleniskowej; znaczna (80 %) redukcja emisji SO2 do atmosfery poprzez doprowadzenie do złoża związków wiążących siarkę; niska emisja dwutlenku azotu z uwagi na niską temperaturę złoża (850 oc) i etapowe spalanie; 43 44
niska emisja węglowodorów; bardzo dobry współczynnik wymiany ciepła w komorze paleniskowej; wysoka sprawność spalania, ze względu na mieszanie turbulentne i długi czas przebywania cząstek w złożu cyrkulacyjnym; możliwość gospodarczego wykorzystania powstających w kotłach odpadów paleniskowych; temperatura spalania nie przekracza temperatury mięknięcia popiołu zawartego w paliwie, co wpływa na niewielkie zabrudzenie powierzchni kotłowych. główną wadą technologii fluidalnego spalania jest znaczna ilość koniecznego do wiązania siarki w procesie spalania, a co za tym idzie - znaczna masa popiołów oraz większa erozyjność powierzchni ogrzewalnych. długi rozruch ze stanu zimnego (6,5-7 h) z uwagi na dużą masę ceramiczną. W przypadku spalania paliw dobrych i o małej zawartości popiołu wymagane jest doprowadzenie do komory paleniskowej odpowiedniej ilości materiału inertnego w celu utrzymania stałej cyrkulacji. instalacje powietrza potrzebnego do spalania pracują pod znacznie wyższym ciśnieniem niż w kotłach pyłowych ze względu na większe opory przepływu i konieczność utrzymania złoża fluidalnego. 45 46