Techniczna realizacja procesu spalania zależy od rodzaju i wielkości cząstek oraz sposobu ich podawania i mieszania z paliwem: paleniska rusztowe (filtracja powietrza przez warstwę nieruchomych cząstek paliwa stałego), fluidalne (fluidyzacja cząstek paliwa w strumieniu powietrza), pyłowe (transport pneumatyczny cząstek i spalanie objętościowe).
Kotły rusztowe:
Kotły wodne w elektrowniach i elektrociepłowniach przemysłowych: rusztowe 75%, w elektrowniach i elektrociepłowniach zawodowych: pyłowe 50%, rusztowe 32%.
Podczas spalania na ruszcie kolejno zachodzą procesy: suszenie i nagrzewanie, odgazowanie, spalanie koksu, redukcja CO2, wypalenie.
Wsp. nadmiaru pow. wzdłuż rusztu jest zmienny i zależy m.in. od obciążenia.
D ( i i )
Strumień dostarczonego paliwa do kotła:
k
p
wz
m
, D
pal
k- wydajność kotła
W
k
u
Młyny: pierścieniowo-kulowy, średniobieżny 100-300 obr/min; misowo-rolkowy (bezpośrednie zasilanie paleniska pyłem o niedużej wilgotności) średniobieżny, 80-100 obr/min; bijakowo-wentylatorowy, szybkobieżny 1000-2000 obr/min.
Jakość przemiału węgla:
n
model Rosina-Rammlera-Sperlinga R 100 exp( bx
) R
x
x-udział
ziaren większych od x [%], x-średnica
ziarna[mikrometry], b-liczba rozdrobnienia, n-liczba polidyspersji
1
x
b
n
, x
R
n
m-średni statyczny rozmiar cząsteczki odpowiadający pozostałości na sicie Rxm=36,8%
100 exp[ (
) ]
x
x
x
m
m
b i n wyznacza się na podstawie analizy sitowej wykonanej na dwóch sitach: Nr 70 (70x70=4900 oczek o średnich 88 mikrometrów)/cm2, Nr 30 (30x30=900
oczek o średnicy 220 mikrometrów)/cm2
Liczba polidyspersji charakteryzuje stopień równomierności ziaren pyłu. Dla n=nieskończoność pył składałby się z cząstek o jednakowych rozmiarach.
Wartości typowe dla węgla kamiennego: 0,8 młyny szybkobieżne, 1,2 średniobieżne, 1,5 wolnoobrotowe.
B i xm charakteryzują stopień rozdrobnienia pyłu. Im wieksza b przy danej liczbie polidyspersji tym większe rozdrobnienie i większa sumaryczna powierzchnia jego cząstek.
Wyróżnia się kotły fluidalne: z warstwą cyrkulacyjną wew. , warstwą cyrkulacyjną zew., dodatkowo mogą mieć separatory kompaktowe i wymiennik typu INTREX.
Udział energii z węgla w produkcji en. Elekt. Na świecie: 40%, w Europie: 31%.
Moc zainstalowana w Polsce 35 342,1 MW, w tym węgiel kamienny 65%, węgiel brunatny 26%. Produkcja en. elekt. 154 102,1 GWh, w tym węgiel kamienny: 60%, węgiel brunatny 34%.
Wielkość straty niecałkowitego spalania zależy od udziału grubych frakcji w pyle. Zużycie energii do przemiału od udziału frakcji drobniejszych.
Węgiel kamienny: części lotne 20-40%, wilgotność 5-30%, popiół 5-35%. Wartość opałowa 16-29 MJ/kg.
Węgiel brunatny: części lotne 40-60%, wilgotność 15-60%, popiół 10-20%. Wartość opałowa 7-21 MJ/kg.
Wartość opałowa: Wu=Wo-25,1(W+9H) [kJ/kg]
Formuła VDI: Wu=4,187[81C+290(H-O/8)+25S-6W] [kJ/kg]
Uogólnione równanie stechiometryczne utleniania węglowodorów: CmHn+(m+0,25n)O2=mCO2+0,5nH2O
Paliwa gazowe podział: pochodzenia naturalnego (gaz ziemny, metan z pokładów węgla, biogaz, gazy płynne), sztuczne (gaz miejski, gaz koksowniczy, produkty zgazowania węgla).
Zużycie gazu ziemnego w Polsce: budownictwo i przemysł 41%, gospodarstwa domowe 27%, energetyka 9%.
Liczba Wobbego, która determinuje obciążenie cieplne palnika LW=Wo[(rog/rop)^-0,5] (gęstość gazu i gęstość powietrza) Przy spalaniu całkowitym i zupełnym węgla wywiązuje się 33900 kJ/kg ciepła. Przy spalaniu niezupełnym 30% z tej wartości.
Teoretyczne zapotrzebowanie tlenu: Ot=1,0666(C/12+H/4+S/32-O/32) [m3/kg]
21 C
CO
[%]
2max
O S
C2,37( H
)
8
CO
2max
CO 2
21 / 21O2
V
V
2
V
2
V 2
V
spalin
N
CO
H O
O 2
t
N
V
0,79 V
0,8
N 2
pow
100
C
V
1
,866
CO 2
100
t
V
0, 111 H 0, 0124 W 0, 0161
2
V
H O
pow
Punkt rosy: temperatura przy której para wodna zawarta w powietrzu przechodzi w parę nasyconą zdolną do skraplania się.
Paleniska: tangencjalne (palniki w narożach, z punktu widzenia emisji NOx są najlepsze), frontowe (palniki na ścianach, z zawirowaniem).
Metody odsiarczania spalin:
MOWAP (metoda mokra wapienno-gipsowa). Do spalin wtryskiwana jest zawiesina wodna zawierająca węglan wapnia Lub wapno. Sorbent łączy się z dwutlenkiem siarki i powstaje siarczan wapniowy (czysty gips). Bardzo wysoka skuteczność 96% odsiarczania. Spaliny o temp. 45-55% można odprowadzać przez chłodnię kominową.
SDA (półsucha), sorber: wapień + wodorotlenek Sprawność 85%
Sucha, sorber: wapień sprawność do 40%
Technologie ograniczania emisji tlenków azotu:
Źródłem NOx jest azot zawarty w powietrzu oraz azot związany w paliwie, udział NO w spalinach 90-95%, reszta to NO2
Metody pierwotne – modyfikacja procesu spalania (Stopniowanie powietrza, Stopniowanie paliwa, Recyrkulacja spalin) Metody wtórne – oczyszczanie spalin (Niekatalityczna redukcja NOx (SNCR) czyli wtryskiwanie mocznika lub amoniaku w temp. ok. 1000OC, Katalityczna redukcja NOx (SCR) czyli wtrysk mocznika lub amoniaku w temp. ok. 480OC).
Droga wody i pary w kotle: ekonomizerwalczakparownikwalczakprzegrzewacz konwekcyjny (ten zawieszony)przegrzewacz grodziowypodgrzewacz wody, ewentualnie dodatkowo przegrzewacz wylotowy Najwięcej ciepła przejmuje: dla niskich ciśnień parownik, dla wyższych ciśnień przegrzewacz pary.
Wraz ze wzrostem wydajności Dkotła wzrasta temperatura pary wylotowej za przegrzewaczem, dlatego do pary wtryskuje się wodę (średnio ok. 6%) aby osiągnąć żądaną temperaturę pary przy wlocie na turbinę.
Wyznaczenie strumienia wody wtryskowej: Dp2=Dp1+Dwt; Dwt=Dp1(ip1-ip2)/(ip2-iwz) Dla pracy przy niskim obciążeniu kocioł przepływowy musi korzystać z butli poziomowej.
Zalety orurowania pionowego komory paleniskowej: mniejsze opory przepływu, mniejsze piki temperatury metalu (brak wrzenia pęcherzykowego) Materiały: Dla kotłów na największe ciśnienia wykorzystywane będą stale stopowe z dodatkiem niklu (temperatury rzędu 700OC), stale austenityczne aktualnie znajdują zastosowanie w konstrukcjach przegrzewaczy pary.