Modyfikacja systemów

rozruchowych kotłów

pyłowych w celu redukcji

kosztów i emisji

zanieczyszczeń

Włodzimierz KORDYLEWSKI

Arkadiusz DYJAKON

Mieczysław ŚWIĘTOCHOWSKI

P4-2005-PLASMA

Czerwiec 2005

Przyczyny realizacji zadania

• Negatywne oddziaływanie instalacji

rozruchowej na środowisko.

• Problemy z dyspozycyjnością

systemów rozruchowych.

• Duże koszty eksploatacyjne i

konserwacyjne instalacji mazutowej.

2

Systemy rozruchowe kotłów
pyłowych

1. Z użyciem oleju ciężkiego (mazutu)
2. Z użyciem lekkiego oleju opałowego
3. Z użyciem paliwa gazowego (gaz płynny)
4. Z użyciem pyłu węglowego zapalanego:

a) grzejnikami elektrycznymi (w. brunatny),
b) plazmą elektryczną.

4

Mazutowe instalacje
rozpałkowe

I.

Palniki mazutowe z rozpylaniem:

a) ciśnieniowym,
b) pneumatycznym (parowe, powietrzne).

II. Palniki mazutowe z zapalarkami:

a) gazowymi,
b) wysokoenergetycznymi (elektrycznymi).

5

CHARAKTERYSTYKA

MAZUTOWYCH

INSTALACJI

ROZRUCHOWYCH

W EDF POLSKA

6

Ogólny schemat instalacji
mazutowej

zbiornik

mazutu

rampa rozładowcza

do kotłowni

pompa

filtr

podgrzewacz

mazutu

powrót z
kotłowni

chłodnica

mazutu

7

1 – zawór zaporowo-zwrotny, 2 – zawór zaporowy, 3 – licznik oleju,

4 – filtr oleju, 5 - zawór szybkoodcinający pneumatyczny,

6 – odwadniacz,7 – zawór zaporowy nastawny, 8 – układ pomiarowy

Przykotłowa instalacja
mazutowa

8

- rozpylanie parą

Instalacja przypalnikowa –
zasilanie podstawowe

9

- rozpylanie sprężonym powietrzem

Instalacja przypalnikowa –
zasilanie podstawowe

10

- propan techniczny (propan-butan)

Instalacja przypalnikowa –
zasilanie podstawowe

11

13 14 15

16

13

14

15

16

12

14 11 10 9

7

1

2

3

8

5

4

6

instalacja

zewnętrzna

instalacja

wewnętrzna

palnik
1

palnik
2

K-1

K-3

K-2

K-4

- zapalarka gazowa

- zapalarka wysokoenergetyczna

- pochodnia

Instalacja przypalnikowa –
układ zapłonowy

12

- Lekki olej opałowy,

- brak zasilania rezerwowego.

Instalacja przypalnikowa –
zasilanie rezerwowe w EDF
Polska

13

Dysze rozpylacza

14

PROBLEMY

EKSPLOATACYJNE

MAZUTOWYCH INSTALACJI

ROZRUCHOWYCH

W EDF POLSKA

15

Występowanie stref martwych w
przewodach olejowych i zatykanie lancy
olejowej

Odcinek martwy

dmuchanie lancy

olejowej

16

Wadliwie działająca zapalarka
wysokoenergetyczna

brak iskry

złe usytuowanie

zapalarki

zabrudzenie

elektrod

17

Niewłaściwa praca fotokomórek

złe

ukierunkowanie

fotokomórki

szlakowanie

wziernika

Słaba

selektywność

fotokomórki

18

Inne problemy eksploatacyjne

nieszczelności na

zaworach i kołnierzach

niekontrolowane

mieszanie pary i

oleju

za niskie ciśnienie

do palnika

19

Inne problemy eksploatacyjne

• Problemy z właściwym ciśnieniem

mazutu w instalacji (brak
automatyki).

• Brak regulacji wydatku mazutu na

nastawni.

• Duży stopień cyrkulacji mazutu.
• Zmienna jakość mazutu.

20

Podsumowanie: potrzeba zmian

• Ujednolicenie systemów

rozruchowych.

• Zmniejszenie przestrzeni martwej w

instalacji mazutowej.

• Zmniejszenie różnorodności paliw

rozpałkowych.

• Poprawa kontroli jakości mazutu.

21

PROPOZYCJE POPRAWY

MAZUTOWYCH INSTALACJI

ROZRUCHOWYCH

W EDF POLSKA

22

Propozycje poprawy sytuacji

- zastosowanie

skanerów

na

podczerwień (np. FIREYE)

23

InSight typu 95

Zapalarka wysokoenergetyczna

HESI 90

Propozycje poprawy sytuacji

- zmniejszenie przestrzeni martwej w instalacji

przypalnikowej

1 – zawór kulowy, 2 – zawór odcinający, 3 – zawór zwrotny płytkowy, 4 – zawór

zaporowo-zwrotny, 5 – kryza, 6 – zawór trójdrożny, 7 – odwadniacz, P – pomiar

ciśnienia

24

Propozycje poprawy sytuacji

- recyrkulacja

mazutu

z

ominięciem

zbiorników głównych

25

z

biornik

mazutu

r

ampa rozł

adowcza

do kotłowni

pompa

filtr

p

odgrzewacz

mazutu

powrót z
kotłowni

chłodnica

mazutu

RECYRKULACJA

MAZUTU

Propozycje poprawy sytuacji

- kontrola jakości mazutu (zastosowanie filtrów

samoczyszczących),

- Każdy palnik raz na zmianę powinien być zapalany,
- Instalacja przykotłowa powinna być wyposażona w

urządzenia do płynnej redukcji ciśnienia mazutu i
pary:

Parametry mazutu i pary dla bezawaryjnej pracy układu olejowego:

* mazut na wyjściu z mazutowni:

p

m

≥ 1,3 MPa; t

m

≥ 130

o

C

* parametry dyspozycyjne pary:

p

p

≥ 1,6 MPa; t

p

≥ 200

o

C

* ciśnienie mazutu przed palnikiem:

p

m

= 0,7 ÷ 1,1 MPa

* ciśnienie pary przed palnikiem:

p

p

= p

m

+ 0,2 ÷ 0,3 MPa

26

Propozycje poprawy sytuacji

- Pompy główne powinny być wyposażone w falowniki,

które umożliwia płynne zasilanie instalacji mazutem,

- Mazutownia oraz instalacja przykotłowa mazutu i

pary winny pracować pod kontrolą układów
automatyki, a oba układy powinny być zintegrowane,

- Rurociągi dostarczające mazut powinny być na całej

trasie ogrzewane i zaizolowane

- W celu kontroli ilości zużywanego mazutu wszystkie

kotły powinny być wyposażone w pomiar ilości oleju
dopływającego i powracającego z kotła,

- Lance olejowe powinny być przedmuchiwane parą

zarówno po stronie pary jak też mazutu,

27

PLAZMOWY

SYSTEM ROZRUCHU

KOTŁÓW PYŁOWYCH

28

Koncepcja plazmowego palnika
pyłowego w EC Czechnica

Plazmotr

on

29

1 – palniki pyłowe główne
2 – plazmotron
3 – mufa

80

16

0

1

2

3

KOCIOŁ

OP-130

1

2 3

Koncepcja plazmowego palnika
pyłowego w EC Czechnica

30

Palnik
muflow
y

powietrz
e

Plazmotro
n

Przewód
pyłowy

woda

31

ZASILANIE

PALNIKA PLAZMOWEGO

PYŁEM WĘGLOWYM

Przygotowanie pyłu węglowego
do PPP

32

Centralna

młynownia

do

palników

pyłowych

Bunkier

pyłu

Separator

Cyklon

(filtr)

Wentylator

1. CENTRALNA MŁYNOWNIA

Przygotowanie pyłu węglowego
do PPP

2. RUROCIĄG GORĄCYCH SPALIN

33

K-1

K-3

K-2

Kanał gorących spalin (powietrza)

Wentylator

podmuchu

K-4

Rurociąg gorących spalin

34

Uwagi:

Uwagi:

-

teoretycznie istnieje możliwość wygrzewania i

teoretycznie istnieje możliwość wygrzewania i

eksploatacji młyna przy wykorzystaniu gorących spalin

eksploatacji młyna przy wykorzystaniu gorących spalin

lub powietrza z innego kotła,

lub powietrza z innego kotła,

-

konieczność rozwiązania problemu doprowadzenia

konieczność rozwiązania problemu doprowadzenia

kanałów transportowych i połączeń z istniejącą

kanałów transportowych i połączeń z istniejącą

instalacją powietrzną kotła,

instalacją powietrzną kotła,

-

trudności z miejscem na nowe kanały w istniejących

trudności z miejscem na nowe kanały w istniejących

instalacjach,

instalacjach,

-

układ nie do wykorzystania podczas rozruchu

układ nie do wykorzystania podczas rozruchu

pierwszego kotła w Elektrociepłowni (brak gorących

pierwszego kotła w Elektrociepłowni (brak gorących

spalin).

spalin).

INDYWIDUALNA INSTALACJA
MIELENIA WĘGLA

35

do

plazmowego

palnika

pyłowego

do

palnika

pyłowego

1

9

7

6

8

5

3

4

2

1 – młyn węglowy,
2 – kanał pyłowy,
3 – zasobnik główny węgla,
4 – rurosuszarka,
5 – filtr cyklonowy,
6 – filtr tkaninowy,
7 – zasobnik przykotłowy
pyłu,
8 – wentylator wyciągowy,
9 – inżektor

3. ZASOBNIK PRZYKOTŁOWY

Zasobnik przykotłowy

36

Uwagi:

Uwagi:

-

konieczność budowy układu dozowania i

konieczność budowy układu dozowania i

transportu pneumatycznego pyłu,

transportu pneumatycznego pyłu,

-

problemy konstrukcyjne wprowadzenia pyłu z

problemy konstrukcyjne wprowadzenia pyłu z

zasobnika

przykotłowego

do

palników

zasobnika

przykotłowego

do

palników

zasadniczych,

zasadniczych,

-

rozwiązanie skomplikowane i kłopotliwe z

rozwiązanie skomplikowane i kłopotliwe z

punktu widzenia elektrowni.

punktu widzenia elektrowni.

INDYWIDUALNA INSTALACJA
MIELENIA WĘGLA

37

4. START NA ZIMNYM MŁYNIE

Uwagi:

-

Uruchomienie i eksploatacja młyna na zimnym

Uruchomienie i eksploatacja młyna na zimnym

powietrzu jest niebezpieczna i mało realna,

powietrzu jest niebezpieczna i mało realna,

-

obecnie procedura odstawiania kotła wymaga

obecnie procedura odstawiania kotła wymaga

opróżnienia młyna przed ponownym uruchomieniem,

opróżnienia młyna przed ponownym uruchomieniem,

ZASTOSOWANIE
MIESZALNIKOWEGO
PODGRZEWACZA POWIETRZA

Uwagi:

Uwagi:



brak niedogodności w stosunku do poprzednich

brak niedogodności w stosunku do poprzednich

propozycji,

propozycji,



podgrzane powietrze służyłoby do wygrzewania

podgrzane powietrze służyłoby do wygrzewania

młyna przed podaniem węgla, a następnie do suszenia

młyna przed podaniem węgla, a następnie do suszenia

i transportu pyłu z młyna do palników,

i transportu pyłu z młyna do palników,



do eksploatacji młyna

do eksploatacji młyna

MKM-25

MKM-25

(kocioł

(kocioł

OP-430

OP-430

i

i

OP-

OP-

380

380

) wymagany jest strumień powietrza około 8,9

) wymagany jest strumień powietrza około 8,9

nm

nm

3

3

/s (32 000 nm

/s (32 000 nm

3

3

/h) o temperaturze 250

/h) o temperaturze 250

o

o

C.

C.

Podgrzewacz powietrza z palnikiem na olej lekki (42

Podgrzewacz powietrza z palnikiem na olej lekki (42

MJ/kg) zużywałby ok. 0,071 kg/s oleju (255 kg/h oleju,

MJ/kg) zużywałby ok. 0,071 kg/s oleju (255 kg/h oleju,

tj. około 3 MW),

tj. około 3 MW),



ingerencja w istniejącą konstrukcję kanałów

ingerencja w istniejącą konstrukcję kanałów

powietrza jest niewielka.

powietrza jest niewielka.

38

Przygotowanie pyłu węglowego
do PPP

5. NAGRZEWNICA OLEJOWA

39

Φ

8

00

około 2000

Wlot do kanałów

powietrznych

przed

wentylatorem

młynowym

około

20 000 nm

3

/h

t=400

0

C

Palnik na
olej lekki

Wlot zimnego powietrza

INSTALACJA
MIESZALNIKOWEGO
PODGRZEWACZA POWIETRZA

40

Podgrzewacz powietrza mógłby być włączony w układ kanałów

Podgrzewacz powietrza mógłby być włączony w układ kanałów

powietrza w obrębie kotła w miejscu pokazanym na rysunku.

powietrza w obrębie kotła w miejscu pokazanym na rysunku.

Schemat

kanałów

powietrza i

spalin kotła OP-

380

UZASADNIENIE
MIESZALNIKOWEGO
PODGRZEWACZA POWIETRZA



Bezpośredni zapłon pyłu węglowego płomieniem plazmowym

Bezpośredni zapłon pyłu węglowego płomieniem plazmowym

daje przede wszystkim korzyści ekonomiczne. Jednak wadą tego

daje przede wszystkim korzyści ekonomiczne. Jednak wadą tego

rozwiązania jest brak możliwości stabilizowania procesu spalania

rozwiązania jest brak możliwości stabilizowania procesu spalania

w kotle w stanach awaryjnych (np. zawieszenia się węgla na

w kotle w stanach awaryjnych (np. zawieszenia się węgla na

trasie zasobnik kocioł, zasypanie młyna itp.).

trasie zasobnik kocioł, zasypanie młyna itp.).



Aby system zapłonu pyłu plazmą był do zaakceptowania musi

Aby system zapłonu pyłu plazmą był do zaakceptowania musi

być połączony z układem awaryjnego podtrzymywania procesu

być połączony z układem awaryjnego podtrzymywania procesu

spalania innym paliwem. Paliwem właściwym może być olej lekki.

spalania innym paliwem. Paliwem właściwym może być olej lekki.

Niektóre EC mają już to rozwiązane. Jest to paliwo nie stwarzające

Niektóre EC mają już to rozwiązane. Jest to paliwo nie stwarzające

problemów eksploatacyjnych, wadą jest jego wysoka cena.

problemów eksploatacyjnych, wadą jest jego wysoka cena.

Dlatego w proponowanym rozwiązaniu zużycie oleju byłoby

Dlatego w proponowanym rozwiązaniu zużycie oleju byłoby

niewielkie.

Służyłoby

przede

wszystkim

jako

element

niewielkie.

Służyłoby

przede

wszystkim

jako

element

bezpieczeństwa pracy kotła.

bezpieczeństwa pracy kotła.



Uzupełnieniem całego systemu rozpałkowego kotła byłby w.w.

Uzupełnieniem całego systemu rozpałkowego kotła byłby w.w.

podgrzewacz

powietrza,

który

wykorzystywał

by

układ

podgrzewacz

powietrza,

który

wykorzystywał

by

układ

rozprowadzenia oleju lekkiego w obrębie kotła niezbędny również

rozprowadzenia oleju lekkiego w obrębie kotła niezbędny również

z w/w powodów.

z w/w powodów.

41

42

ANALIZA EKONOMICZNA

INSTALACJI

ROZRUCHOWYCH

Analiza ekonomiczna instalacji
rozruchowej

Czynniki wymagające uwzględnienia:
- koszt paliwa rozruchowego,
- koszt pary grzewczej i rozpylającej,
- koszt energii elektrycznej (napęd pomp

olejowych),

- koszt zatrudnienia personelu,
- koszt konserwacji instalacji rozpałkowej

(palniki olejowe, zapalarka, armatura),

- koszt niedyspozycyjności instalacji,

43

Dysze rozpylacza – EL Rybnik

Wariant 1

Wariant 2

komora mieszania

rozdzielacz

dysza rozpylacza

płytka rozpylacza

dysza rozpylacza

45