1

Ciepło spalania (Qc) - ilość ciepła, jaka powstaje przy spalaniu całkowitym i zupełnym jednostki masy lub jednostki objętości analizowanej substancji w stałej objętości, przy czym produkty spalania oziębia się do temperatury początkowej, a para wodna zawarta w spalinach skrapla się zupełnie.

Jednostką ciepła spalania jest J/kg.

Wartość opałowa jest to ilość ciepła wydzielana przy spalaniu jednostki masy lub jednostki objętości paliwa przy jego całkowitym i zupełnym spalaniu, przy założeniu, że para wodna zawarta w spalinach nie ulega skropleniu, pomimo że spaliny osiągną temperaturę początkową paliwa.

Wzór (przybliżony) na wartość opałową paliwa:

Wr=Wt-2,5(9h+w)

gdzie:

h - udział masowy wodoru

w - udział masowy wilgoci w paliwie

Temperatura spali przy której występuje skraplanie się par kwasu siarkowego to temperatura punktu rosienia

Temperatura zapłonu paliwa to temp przy której paliwo się zapala, zależy przede wszystkim od zawartości części lotnych w paliwie, im więcej części lotnych tym temp zapłonu mniejsza.

Temperatura mięknięcia popiolu to temp przy której następuję początek mięknięcia popiołu tzn stan poprzedzający proces przechodzenia popiolu ze stanu stałego w stan ciekły

Nadmiar powietrza jest to wielokrotność ilości powietrza dostarczonej w stosunku d owartości powietrza teoretycznej.

λ=v_p/v^t_p

Qk - strumien energi w parze z kotła

dQk - straty energii w kotle

QB - strumień energi w paliwie doprowadzony do kotła

MDK - strumien masy pary (wydajnośc kotła)

MB - strumien masy paliwa

Ik - entalpia poczatkowa pary

Iwz - entalpia wody zasilającej

Wr - wartośc opaowa paliwa

3

Tlenki azotu powstają przy spalaniu wszystkich rodzajów paliw energetycznych. Powstają głownie w rezultacie utleniania azotu zawartego w powie trzu doprowadzonym do spalania (NOx termiczne) oraz azotu zawartego w paliwie, w którym znajduje się on w postaci związanej i dlatego bez trudności wchodzi w reakcję z cząstkami tlenu, tworząc NOx który dalej utlenia się [3 4 3.8; 3.9] dając tzw. NOx paliwowy. Wyróżnia się również tzw. NOx szybkie, rys. 3.49, które są mało istotne w paleniskach kotłów [3.13; 3.15].

Temperatura

Koncepcja tlenków NOx zwieksza się w miarę podwyższania temperatury spalania w jądrze płomieni a, zwiekszanie koncentracji O2 (wiey nadmiar powietrza ) oraz wydłużenia czasu przebywania cząstek paliwa w strefie wysokich temperatur. Pogorszenie warunków tworzenia się tlenków azotu można uzyskać prze:

1.Zmniejszenie obciążenia cieplnego powierzchni ogrzewalnych wskutek zwiększenia powierzchni ogrzewalnych w komorze paleniskowej; zatem kotły z paleniskiem cyklonowym ze względu na NOx nie powinny być stosowane.

2. Bardziej równomierne rozłożenie obciążenia cieplnego w przestrzeń,
komory paleniskowej, min. w wyniku stosowania palników narożnych.

3.Spowolnienie procesu spalania przez lokalne obniżenie temperatury
na powierzchni cząstek paliwa przy jednoczesnym zmniejszeniu koncentracji
wolnego tlenu w bezpośrednim ich otoczeniu. Najpierw następuje zapłon i spal_a.
nie bogatej mieszanki paliwa (z nadmiarem X < 1). a następnie po doprowadzę-
mu powietrza wtórnego dopalanie paliwa (również ze stopniowaniem tego powie-
trza), czyli wprowadzenie dwustopniowego spalania paliwa. Dzięki temu wydłuża
się proces spalania i obniża się temperatura spalania. W całym obszarze spalania
nadmiar powietrza X powinien mieć taką wartość, aby nie spowodować wzrostu
strat niezupełnego spalania. Sposób ten wymaga odpowiedniej organizacji dopro-
wadzania mieszanki pyłopowietrznej i powietrza wtórnego do komory spalania
lub stosowanie odpowiedniej konstrukcji palników, tzw. palników niskoemisyj-
nych, i stwarza trudności przy spalaniu węgla z powodu niedostatecznego wymieszania powietrza i jego dostępu do cząstek paliwa.

4. Zastosowanie recyrkulacji spalin (rys. 3.9 i 3.44); wprowadzenie
spalin pobieranych za podgrzewaczem wody do strefy spalania zmniejsza kon-
centrację tlenu i obniża temperaturę spalania.

5. Stosowanie palenisk fluidalnych (p. 3.16.3).

Jedna z nowszych technologii pozyskiwania ciepła z niskokalorycznych paliw stałych o dużej zawartości siarki i popiołu, mającą duże perspektywy w warunkach krajowych, jest spalanie w złożu fluidalnym.

4

Rys. Schemat idowy półusech wapiennej metody Niro-Atomizer-Flakt i odsiarczania spalin 1-elektrofiltr, 2- zbiornik wapna, 3-zbiornik sorbetu, 4-absorber, 5-filtr workowy, 6-zbiornik produktów odsiarczania

Po odsiarczaniu szczególnie mokrej rośnie rezystywność pyły i nie można stosować elektrofiltru do odpylania.

Połsucha pośrednia - skuteczność do 60%

Połsucha rozpyłowa - do 85%

Połsucha fluidalna - do 95%

Mokra - powyżej 92%

5

Odpylaczem jest zespól urządzeń i części służących do odpylania spalio. znajdujących się pomiędzy początkiem króćca wlotowego odpylacza i końcem króćca wylotowego spalin oraz króćcami wylotowymi lejów zbiorczych pyłu

W elektrowniach i ciepłowniach zawodowych są stosowane wszystkie rodzaje odpylaczy, a mianowicie:

1. elektrofiltry;

2. odpylacze mechaniczne: cyklony pojedyncze, cyklony bateryjne-multicyklony;

3. odpylacze wielostopniowe, stanowiące kombinacje odpylacza me­chanicznego i elektrofiltru.

W dużych elektrowniach kondensacyjnych i elektrociepłowniach krajo wych z reguły są stosowane elektrofiltry poziome (ponad 98% wszystkich urządzeń odpylających).

Rys15.4 Odpylacze spalin” a)odpylacz elektrostatyczny (elektrofiltr): 1-wlot spalin. 2-zespół zasilający(transformator +prostownik), 3-elektroda ulotowa, 4-elektroda osadcza, 5-strzepywacz pyłu, 6-lej pyłowy, 7-wentylator spalin, 8-komin; b)odpylacz tkaninowy(workowy)pulsacyjny: 1-wlot spalin, 2-worek(rękaw) pulsacyjny, 3-wlot sprężonego powietrza, 4-lej pyłowy, 5- wylot spalin; c)działąnie odpylacza elektrostatycznego (elektrofiltr): 1-wlot spalin, 2-elektroda ulotowa, 3-elektron, 4-zjonizowana cząsteczka gazu, 5-cząsteczka pyłu, 6-elektroda osadcza, 7- wylot spalin

Budowę i działanie elektrostatycznego odpylacza spalin (elektrofiltru)
podano na rys 15.4.

Działanie elktrofiltru można w uproszczeniu przedstawić w następujący sposób. Zapylone spaliny przepływają z małą prędkością między elektrodami osadczymi. Przy dostatecznie wysokim napięciu, wzdłuż elektrod emitujących powstaje zjawisko ulotu, któremu towarzyszy pojawienie się w polu elektrostatycznym dużej ilości wolnych jonów. Aniony przyciągane są przez elektrody ujemne (emitujące), które zobojętniają ich ładunki, elektrony zaś wędrują ku elektrodom osadczym. Napotykając po drodze unoszące się cząstki pyłu, ładują je ujemnie i osiadają na elektrodach osadczych. skąd są okresowo strząsane Zobojętnianie jonów na elektrodach związane jest ze stałym do pływem prądu, a więc z poborem mocy. Natężenie prądu na jednostkę dłu­gości elektrody emitującej zawiera się w granicach 0,1 + 0,5 mA/m.

Skuteczność ruchowa (średnioroczna) elektrofiltrów w elektrowniach i elektrociepłowniach krajowych wynosi: stare elektrofiltry 2-sekcyjnc - 95%, nowe elektrofiltry 4-sekcyjne - 99,5%.

Nowszymi urządzeniami do odpylania spalin są filtry tkaninowe (wor­kowe) - rys. 15.4b. W dolnej części filtru następuje wstępne bezwładnościowe odpylenie spalin i zmiana kierunku ich przepływu. Dalej przepływ spalin od­bywa się od zewnątrz worka (rękawa) do jego wnętrza. Pył osadza się na zewnętrznej stronie tkaniny filtracyjnej, oczyszczony przechodzi przez nią i da­lej przez płytę sitową, w której są zamocowane worki, wędruje do górnej komo­ry spalin oczyszczonych, a z niej do komina. Impulsy sprężonego powietrza powodują strącenie pyłu osadzonego na zewnętrznej stronie worków do leja pyłowego, skąd jest on odbierany przez instalacje odpopielania elektrowni Płyta sitowa dzieli komorę na dwie części: spalin zapylonych i spalin odpylo­nych. W komorze spalin odpylonych nad każdym rzędem worków jest zabudo­wany rurociąg sprężonego powietrza, wyposażony w dysze, usytuowane piono­wo nad każdym workiem. Proces regeneracji worków (rękawów) filtracyjnych jest przeprowadzany automatycznie za pomocą impulsów sprężonego powie­trza o odpowiednim ciśnieniu, wdmuchiwanego do wnętrza każdego worka (rękawa).

Skuteczność filtrów tkaninowych (workowych) przekracza 99,5%
Temperatura spalin nie może być większa niż 250°C. Spadek ciśnienia spalin
przy przepływie przez filtr tkaninowy jest ok. 5-krotnie większy niż przy
przepływie przez elektrofiltr i wynosi ok. 1 kPa. .

s

Najnowszymi urządzeniami do odpylania spalin są filtry ceramiczne
Są one stosowane do odpylania spalin w elektrowniach gazowo-parowych
Temperatura spalin może dochodzić do 1100°C. Opory przepływu przez filtry
ceramiczne są podobne, jak w przypadku filtrów tkaninowych. Skuteczność ich
jest jednak największa i przekracza 99,9%.

6

Paleniska fluidalne

Na nieruchomej płycie rusztowej 1 (rys. 3.50a) znajduje się rozdrobniony węgiel o wymiarach cząstek 6 ^ 10 mm, tworząc złoże. Doprowadzone od dołu powie­trze 2 przepływa w wolnej przestrzeni kanałami miedzy cząstkami starymi przez nieruchome złoże - zjawisko jak w zwykłym palenisku rusztowym. Przy ciągłym

^a) * 0 4

Zwiększenie strumienia przepływu powietrza złoże pozostaje nieruchome
wzrasta spadek ciśnienia w złożu. Im gęstsze jest ułożenie cząstek w złożu _k

(porowatość złoża mniejsza), tym strata ciśnienia jest większa. Gdy nadciśnienie powietrza zrówna się z ciśnienienm statycznym słupa ciała stałego (węgla), co jest równoznaczne ze zrównaniem spadku ciśnienia w złożu z ciężarem materiału złoża przypadającym na jednostkę powierzchni, wówczas można zauważyć rozszerzanie się lub ekspansję złoża - porowatość złoża zwiększa się (rys. 3.50b). Dalsze zwiększanie prędkości powietrza powoduje zwiększe­nie ekspansji złoża, natomiast nadciśnienie powietrza pozostaje stałe. W pewnym przedziale prędkości przepływu powietrza, tzw. prędkości krytycznej flui­dyzacji materiał zawarty w złożu osiąga taki stan rozluźnienia, ze poszcze­gólne ziarna ciała stałego zaczynają wykonywać ruchy i przesuwają się względem siebie (rys. 3.50c). Zauważa się wtedy zjawisko fluidyzacji. Przy dalszym zwiększaniu prędkości powietrza (3 5-krotnie w stosunku do pręd­kości krytycznej fluidyzacji) materiał zaczyna cyrkulować w złożu, podobnie jak ciecz wrząca. W tych warunkach złoże składa się z dwu współdziałają­cych faz: fazy pęcherzy powietrza wolnych od cząstek stałych i fazy gęstej (powietrze i cząstki stałe). Gdy prędkość powietrza przekroczy prędkość swobodnego opadania ziaren ciała stałego, wówczas zakończy się proces flui­dyzacji i nastąpi unoszenie (wyrzucanie) cząstek stałych ze złoża - całkowite wyniesienie złoża (transport pneumatyczny) - rys. 5.50d. Zatem proces flui­dyzacji przebiega w pewnym określonym przedziale prędkości przepływu po­wietrza - jest to tzw. prędkość fluidyzacji, która wynosi ok. 2,5 m/s.

Wyobraźmy sobie, że nastąpi zapalenie cząstek palnych w złożu. Za­płon (rozpalenie) złoża może odbywać się bądź za pomocą palnika pyłowego, olejowego lub gazowego, ogrzewającego złoże od góry, bądź przez doprowadze­nie od dołu złoża gorących spalin o temperaturze 800°C. Początek procesu spalania jest podobny jak w zwykłym kotle rusztowym, jednak przebiega w niż­szych temperaturach. Spalanie odbywa się w przedziale temperatur 750-950°C. Poniżej temperatury 750°C pogarszają się warunki utleniania węgla w spalinach występują znaczne stężenia denku węgla CO - zwiększają się straty niezupełnego spalania. Powyżej temperatury 950°C następuje spiekanie 'mięknięcie popiołu, czyli złoże straciłoby swoją charakterystyczną sypką i dro­bnoziarnistą strukturę. Aby utrzymać taki zakres temperatur, należy odpowiednio regulować strumień wywiązującego się i odbieranego w złożu ciepła. Dlatego celowo do złoża doprowadza się balast i utrzymuje duże ilości popiołu oraz zabudowuje się powierzchnie ogrzewalne, przede wszystkim powierzchnie Równika, które bezpośrednio odbierają ciepło od substancji złoża (rys. 3.51).Substancje nieaktywne (balast), tzn. dolomit lub kamień wapienny oraz popiół stanowią 99-97% masy złoża, a części palne l ₊ 3%. W czasie podgrzewania dolomit rozkłada się i wchodzi w reakcję z tlenkami siarki k,/ * ^SO* + »/2 0₂ = CaS0₄ - powstają siarczany wapnia . magnezu ,które pozostają w popiele. Dzięki niskiej temperaturze spalania reakcja ta

Rys. Schemat ideowy kotła z paleniskiem fluidalnym atmosferycznym: 1-część powierzchni parownika zanurzona w złożu; 2-pozostałą część powierzchni parownika jao ekrany w układzie meandrowym rur pionowych; 3-przegrzewacz paey; 4-podgrzewacz wody; 5-zasobnik węgla; 6-zasobnik kamienia wapiennego; 7-podajnik ślimakowy; 8-wentylator powietrza o duzym sprężeniu; 9-odprowadzenie popiołu; 10-odpylacz wstępny; 11-odprowadzenie lotnego koksiku w celu dopalenia; 12-odpylacz końcowy; 13-wylot spalin

jest stabilna oraz pogarszają się znacznie warunki powstawania NOx (p. 3.16.2). Występujące w złożu fluidalnym pęcherze powietrza wprawiają w ruch złoże, uaktywniają mieszanie się cząstek starych w złożu, dostarczają tlen do palących się cząstek paliwa. Zachodzi intensywna wymiana ciepła między cząsteczkami węgla i popiołu oraz między złożem fluidalnym a umieszczoną w nim po­wierzchnią ogrzewalną. Następuje szybkie wyrównywanie temperatur w złożu. Przejmowalność (współczynnik wnikania) energii cieplnej od warstwy fluidalnej do powierzchni w niej zanurzonej wynosi 280 570 W/ (m² K). Wartość przejmowalności w ciągu konwekcyjnym współczesnych kotłów nie przekracza 70 W/(m²K). Dzięki temu powierzchnia zanurzona w złożu, mając mniejsze wymiary niż w kotle klasycznym, przejmuje 50 70% całego strumienia ciepła wydzielanego w kotle. Zatem można zmniejszyć wymiary kotła. Wysokość zło­ża wynosi 0,8 + 1,5 m i jest utrzymywana przez regulację strumienia popiołu 9 pobieranego ze złoża (rys. 3.51.) Ważnym zagadnieniem jest zasilanie złoża paliwem Doprowadzenie paliwa powinno być równomierne na całej po­wierzchni poprzecznej złoża. Podawanie paliwa może odbywać się za pomocą podajników śrubowych, pneumatycznych lub narzutowych jak w przypadku kotłów rusztowych. Paliwo nie może być podawane na warstwę zewnętrzną złoża, lecz do jego wnętrza lub dolnej warstwy. Z uwagi na duże ilości lotnego koksiku w instalacji jest zabudowany odpylaczacz 10, którego zadaniem jest wy­chwycenie i odprowadzenie koksiku do dalszego spalania. W złożu fluidalnym mogą być spalane

8

Hydraulicznego usuwaniu ich (żużla i popiołu )z terenu elektrowni.Pompy bagrowe

transportującej wody 1:5+1:15 na obwałowany teren - składowisko odpadów

paleniskowych (hałdę).Na składowisku tym następuje odsączenie wody, zwanej nadosadową lub powrotną, która krąży w obiegu zamkniętym, wymuszony przez pompy wody powrotnej, umieszczone w budynku pompowni, zlokalizowanej przy składowisku

tłoczą wówczas rurociagami pulpę popiołowo-żużlową, o stosunku jej masy do masy

Mokre składowisko odpadów paleniskowych działa na otoczeni filtracie wody nadosadowej do wód gruntowych oraz przez pylenie przesuszonych odpadów paleniskowych (popiołu), z tych kwater składowiska, na któtych odpady są używane do podwyższania obwałowań składowiska.

Wieloletnie badania wpływu składowisk paleniskowych na wody gruntowe. prowadzone w naszym kraju przez ..Energopomiar". wykazały, że ten zależy głownie w początkowym okresie eksploatacji od warunków geologicznych i hydrogeologicznych podłoża (czaszy składowiska). W miarę upływu czasu zachodzi proces uszczelniania czaszy składowiska przez drobne frakcje popiołu lotnego i wpływ na wody gruntowe maleje. Miarą tego wpływu jest przyrost zanieczyszczeń, w wodach gruntowych w skutek kontaktu z wodą nadosadową oraz zasięg tego wpływu.

Badania wykazały, że zasięg ten określony od granicy składowiska wynosi:

— w przypadku torfów i namułów organicznych 50100 m;

- w przypadku piasków drobnych i pylastych. pyłów i glin pylastych 100+30Gm:

— w przypadku piasków średnich i grubych 300-h 500 m;

- w przypadku żwirów 1000 m. Pylenie osuszonej powierzchni składowisk popiołu występuje przy prędko-

i wialni ponad 3-5 m/s. Wilgotność odpadów przekraczająca 20% eliminuje ich pylenie. Tak samo działa wilgotność powietrza przekraczająca 90%.

Przeciwdziałać pyleniu składowisk można przez stosowanie wodnych instalacji zraszających lub przez pokrywanie powierzchni składowiska natryskiem środków blonotwórczych. Naturalnym sposobem ochrony terenów sąsiadujących ze skła­dowiskiem odpadów paleniskowych jest obsadzanie strefy ochronnej wokół składowiska (300*500 m w zależności od powierzchni składowiska, patrz p. 1514» szybko rosnącymi drzewami (np. topole, olchy) i krzewami. Po zakończeniu ekscy­tacji składowiska odpadów paleniskowych, których wysokość dochodzi do 3O-50m ad terenem, są one rekultywowane leśniczo lub rolniczo (na zboczach sadzi się drzewa. na płaszczyźnie górnej stosuje się uprawy rolne).

Składowanie odpadów paleniskowych w postaci suchej ma miejsce wówczas. gdy popiół lotny spod elektrofiltrów jest transportowany w postaci nawilżonej lub zgranulowancj za pomocą przenośników taśmowych. Granulowanie polega na zmianie stanu skupienia popiołu lotnego, wychwyconego w elektrowni na skutek dodatku wody i obróbki w specjalnych urządzeniach, zwanych pi torami Granulatory są to urządzenia w kształcie talerzy pochylonych pod kątem ok. 45°, obracających się dookoła swej osi i majacvch dodatkowe mieszadło.

Do taerza jest doprowadzony popiół lotny i jest dozowana woda. W zalezności od wielkości dodatków wody do popiołu kata pochylenia talerza, liczby obrotów talerza i mieszadla na minutę uzyskiwanie granulki mają różną średnicę(3-25 mm)i twardości. Zaleta granulatu uzyskiwanego w tym procesie jest jego minimalne pylenie podczas załadunku, transportu, wyładunku i składowania. Proces granulowania popiołu lotnego odbywa się na terenie elektrowni (koło elektrofiltrów).

Żużel bywa transporlowany , za pomocą przenośników taśmowych po wydobyciu go z osadników hydraulicznych na terenie elektrowni i odsączeniu go z wody.

Odpady paleniskowe w postać, nawilżonej są dostarczane przenośnikami, taśmowymi na leżące w pobliżu elektrowni składowisko lub w postać, suchej są ładowane za pomocą rękawów bezpylnych. na szczelne wagony kolejowe bądź cierny samochodowe, przebaczone do przewozu cementu i wywozom na odległe lądowiska odpadów paleniskowych. W przypadku składowisk suchych występuje jedynie pylenie powierzchniowe, któremu przeciwdziała się podobnie, jak to opisano wyżej w przypadku składowisk mokrych.

Rekultywacja składowisk popiołu i żużla opiera się na wieloletnich bada­niach właściwości popiołu jako podłoża rozwoju roślin oraz na badaniach wazo­nowych i testowych. Z kilkudziesięciu gatunków testowych roślin, głównie traw, roślin motylkowych i zbóż, wytypowano kilkanaście gatunków najbardziej prede­stynowanych do uprawy na składowiskach popiołu i żużla. Wybrane rośliny poddano następnie badaniom w warunkach naturalnych na poletkach doświadczalnych, ułożonych na składowiskach popiołu i żużla z węgla kamiennego i z węgla bru­natnego. Zastosowano szeroki zestaw kombinacji w doborze gatunków roślin, nawożenia i metod uprawy. Przeprowadzone następnie próby polowe wykazał) » pełni możliwość zabezpieczenia składowisk odpadów paleniskowych przed pyle­niem metodami biologicznymi. Okazało się również, że na składowiskach tych może być prowadzona produkcja roślin użytkowych. Do takich wniosków upoważniają wyniki, osiągnięte w drugim i trzecim roku upraw: na składowisku elektrowni Halemba (węgiel kamienny) plony rzepaku jarego, nostrzyku białego, jęczmienia jarego i buraków pastewnych odpowiadały prze­ciętnie zbiorom uzyskiwanym na glebach IV klasy bonitacyjnej:

• na składowisku elektrowni Konin (węgiel brunatny) plony siana z mieszanki nostrzyku białego z trawami wynosiły 78 q/ha:

• na składowisku elektrociepłowni Siekierki (węgiel kamienny) plony kapust) Pastewnej przekroczyły 200 q/ha;

-na składowisku elektrowni Skawina (węgiel kamienny) porost trawy kupkówki lepszy niż na okolicznych łąkach naturalnych.

Bada się również wartość odżywczą produktów rolnych wyhodowanych na składowiskach .

---