Wykład IV cz. .I KOTŁY FLUIDALNE

Fluidyzacja spalania paliw jest procesem tworzenia w komorach spalania kotłów zawiesiny drobnych cząsteczek węgla i substratów w przepływającym strumieniu mieszaniny powietrza i spalin. W wyniku właściwe dobranych wymiarów cząstek ( analizy frakcyjnej ) i prędkości przepływu gazów powstaje ruch turbulentny - faza fluidalna - powodując wzrost intensywności spalania co umożliwia prowadzenie procesu w niższych temperaturach ( 800 - 900^o C ) i w komorach spalania o akceptowalnych wymiarach. W konsekwencji następuje znaczące obniżenie wytwarzania NO_x . Ponadto w kotłach fluidalnych następuje utlenienie śladowych ilości sodu i wanadu powodujących w turbinach gazowych korozję łopatek wirników o kierownic. Fluidyzacji w wyniku prowadzenia spalania przy niskich temperaturach ponadto umożliwia spalanie niskokalorycznego węgla o dużych zawartościach części niepalnych - 20 30% - spalano nawet węgla o zawartości popiołu ok. 60 %. Można więc spalać paliwa o minimalnych wartościach opałowych rzędu 6300 kJ/ kg ( w kotłach bez chłodzenia warstwy fluidalnej ) oraz węgle o ok. 13000kJ/kg przy odbiorze ciepła z warstwy. Tak więc w kotłach f. Można spalać węgiel brunatny ,muły i przerosty węgla kamiennego -w EC położone przy kopalniach - czy odpady komunalne. Również fluidyzacja pozwala w komorze spalania na równolegle prowadzić proces odsiarczania w wyniku dodawania do złoża tlenków wapnia jako zmielonego kamienia wapiennego czy kopalnego dolomitu W warstwie fluidalnej SO₂ wiązane jest według reakcji:

CaCO₃ + ciepło → CaO + CO₂ a następnie SO₂ + CaO + ½ O₂ = CaSO₄ ( siarczan wapnia - gips ). Ca SO₄ jest usuwany wraz z popiołem. Skuteczność odsiarczania wynosi nawet do 95%. Stosunek nadmiaru reagenta wynosi Ca/S = 1,5 przy sprawności odsiarczania ok. 80% i Ca/S = 2,5 przy 95 %. Jednoczenie ulega zmniejszeniu emisja NO_x o 50 - 80 % w stosunku do kotła pyłowego. Systematykę kotłów fluidalnych pokazano poniżej:

W warstwie fluidalnej zachodzi rozdrobnienie węgla - ziarn pierwotnych - na drobniejsze frakcje.

Koncepcja kotła fluidalnego

Uszeregowanie procesów w warstwie fluidalnej(3)

Procesy spalania oraz wymiany ciepła zachodzą zarówno w czynnym złożu fluidalnym jak i w warstwie górnej w której występuje również masa inertna składająca unoszonego popiołu, paliwa, sprgentu. produktów spalania oraz azotu. Złoże fluidalne zasilane jest węglem i sorbentem oraz powietrzem np. z pewnym udziałem recyrkulujących spalin. Temperatura złoża stabilizowana jest zanurzonym w nim wymiennikiem ciepła. Intensywność wymiany ciepła w obu warstwach jest wyższa niż w kotłach rusztowych czy pyłowych co pozwala zmniejszyć powierzchnie ogrzewalne i wymiary kotłów.

Stany fluidyzacji osiągane w miarę wzrostu prędkości powietrza;

Stan I - warstwa nieruchoma, stan podobny do spalania na kotłach rusztowych

Stan II rozluźnienie złoża- bombelkowanie, kanalikowanie ,wzrost wysokości złoża,

Stan III złoże fluidalne i wrzenie materiału sypkiego,

Stan IV transport pneumatyczny - unoszenie materiału

Prędkość poślizgu w funkcji porowatości złoża fluidalnego

Schemat układu gazowo parowego z atmosferycznym kotłem fluidalnym oraz pyłowym kotłem gazowym : 1-sprężarka, 2 - turbina powietrzna lub spalinowa, 3 - prądnica 4 - kocioł fluidalny, 5 - układ oczyszczania spalin, 6- kocioł pyłowy, 7 - odzysknicowa wytwornica pary, 8 - turbina parowa , 9- skraplacz 10 - pompa zasilająca, 11 i 12 - spalinowy i parowy podgrzewacz wody, 13 - odgazowywacz

Schemat układu gazowo-parowego z atmosferycznym powietrznym kotłem fluidalnym i odzysknicową wytwornicą pary: oznaczenia jak poprzednio

Schemat układu gazowo - parowego z ciśnieniowym parowym kotłem fluidalnym: oznaczenia jak poprzednio

Schemat układu parowo gazowego z ciśnieniowym powietrznym kotłem fluidalnym i rozcieńczeniem spalin

J. Kucowski i inni. Energetyka a ochrona środowiska. WNT 1997

dolomit - minerał węglan wapnia i magnezu Ca Mg(CO₃)₂ , o przełomie muszelkowym połysku szklistym, czasami perłowym, , bezbarwnym, występuje jako skała osadowa stosowany w hutnictwie jako topik, po wypaleniu jest materiałem ogniotrwałym.

A. Miller J. Lewandoweski. Układy gazowo - parowe WNT 1993

KOTŁY FLUIDALNE

Atmosferyczne

Nadciśnieniowe

Z złożem stacjonarnym

Z złożem cyrkulacyjnym

Złoże fluidalne

---