CZ12289U1 - Kotel s fluidním spalováním - Google Patents

Description

Kotel s fluid ním spalováním

Oblast techniky

Technické řešení se týká kotle s fluidním spalováním, opatřeného fluidním topeništěm s fluidním trubkovým roštem s tryskami a s pískovou oxidační fluidní vrstvou, kde fluidní topeniště je z boků ohraničeno vzduchotěsnou chlazenou stěnou, a ke spalovací komoře jsou připojeny podavače paliva s plynule nastavitelným dávkováním paliva.

Dosavadní stav techniky

Stávající uhelné roštové kotle jsou známy jak v parním, tak i v horkovodním provedení a jsou běžně používané ve výtopnách a teplárnách. Tyto stávající kotle však nesplňují přísné emisní limity. Velká část provozovatelů však chce i přesto nadále spalovat pevná paliva. Tyto uhelné roštové kotle jsou popsány například ve spisech CZ 283 457, CZ 273 754 nebo SU 1815494.

Mezi hlavní nedostatky stávajících roštových kotlů lze zařadit vysoký podíl nespálených hořlavých zbytků ve škváře a propadu, který se pohybuje mezi 20 až 30 %. Tyto roštové kotle dále umožňují spalovat uhlí pouze v úzkém rozmezí výhřevnosti a prakticky neumožňují spalování nízkovýhřevných paliv, mají nízkou účinnost spalovacího procesu, která se pohybuje při běžném provozu pod 70 %, a vysoký obsah znečišťujících látek, jako jsou oxid uhelnatý CO, oxid siřičitý SO₂ a oxidy dusíku NO_X.

Výše uvedené nedostatky roštových kotlů byly řešeny různými systémy s nejednoznačnými výsledky. Známým řešením je přestavba roštového kotle s úpravou spalovacího procesu roštového kotle pomocí systému přídavných vzduchů s instalovaným odsiřovacím zařízením. Tento způsob řešení má tyto základní nedostatky: řeší pouze odstranění oxidu siřičitého SO₂, ale jedná se o velmi drahý systém odsíření, obtížně jsou dosažitelné emisní limity oxidu uhelnatého CO a systém neřeší odstranění oxidu dusíku NO_X, přičemž hodnoty oxidu uhelnatého CO nejsou zaručeny v celém rozsahu výkonu roštového kotle.

Dalším známým řešením je přestavba roštového kotle s předřazením fluidního topeniště, které využívá redukční atmosféru. Tento způsob řešení má tyto základní nedostatky: je náročný na zastavěný prostor, a proto jej nelze instalovat do většiny stávajících kotelen, zařízení neplní emisní limity oxidu uhelnatého CO a kotel vybavený tímto topeništěm je schopen spalovat pouze nízko výhřevná paliva pod 10 MJ/kg.

Dalším známým řešením je přestavba roštového kotle na fluidní kotel s vestavěnými teplosměnnými plochami ponořenými do fluidní vrstvy. Tento způsob řešení má tyto základní nedostatky: má velmi náročný a složitý systém na ovládání, provoz a udržení provozních parametrů. Tento systém nebyl v provozu déle než několik hodin.

Dále je z již citovaného patentového spisu CZ 283 457 znám fluidní kotel s náhradou roštu membránovými stěnami. Základní nedostatky tohoto řešení spočívají vtom, že fluidní kotel postavený podle uvedeného patentu bez podstatných změn neplnil emisní limity oxidu uhelnatého CO a oxidu dusíku NO_X.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky dosavadního stavu techniky do značné míry eliminuje kotel s fluidním spalováním, opatřený fluidním topeništěm s fluidním trubkovým roštem s tryskami a s oxidační fluidní vrstvou, kde fluidní topeniště je z boků ohraničeno vzduchotěsnou chlazenou stěnou, a ke spalovací komoře jsou připojeny podavače paliva s plynule nastavitelným dávkováním paliva, jehož podstata spočívá v tom, že k fluidnímu roštu je napojen vysokotlaký ventilátor s regulací otáček pro řízení množství spalovacího a fluidačního vzduchu dopravovaného do fluidní vrstvy,

-1 CZ 12289 Ul k vysokotlakému ventilátoru je napojeno mísicí ústrojí pro nastavení poměru nasávaného vzduchu a vyčištěných recyklovaných spalin, nasávaných z kouřovodu, přičemž na výstupu kotle je napojen alespoň jeden odtahový ventilátor s regulací otáček pro vytvoření řízeného podtlaku v kotli.

Ve výhodném provedení tohoto technického řešení je nad fluidním topeništěm v prostoru spalovací komory nainstalována klenba.

Takto zkonstruovaný kotel zajišťuje při použití paliva v širokém rozsahu jak jeho granulometrie, tak i jeho výhřevnosti dokonalejší spalování tohoto paliva při velmi nízkém obsahu oxidu uhelnatého CO, oxidů dusíku NO_X i oxidu siřičitého SO₂ ve spalinách.

io Přehled obrázků na výkrese

Technické řešení bude dále podrobněji popsáno podle přiloženého výkresu, kde je na obr. 1 schematicky znázorněno příkladné technologické schéma kotelny.

Příklady provedení technického řešení

V příkladném provedení kotle podle technického řešení znázorněného na obrázku 1 je v prostoru spalovací komory £ nad fluidním topeništěm uspořádána klenba 3 ze žáruvzdorných materiálů. Montážní průlez je osazen žárobetonovou fixovací kostkou. Pro odpuštění popelovin z fluidní vrstvy zespodu z podkotlí jsou vytvořeny výsypky 4. Výsypky 4 jsou odděleny těsným posuvným hradítkem k zabránění úniku písku z fluidní vrstvy.

Čelo kotlů je opatřeno šnekovými podavači 5 s násypkou 7. V přívodním potrubí 9 sekundárního vzduchu je uspořádána automatická klapka AK3. Proud sekundárního vzduchu je zaveden do každého sesypu a slouží k usměrnění a zavedení paliva do fluidní vrstvy. Dále vzduch slouží jako sekundární vzduch přivedený do míst s nejvyšší spotřebou kyslíku a k zamezení vniknutí spalin do dopravní trasy uhlí. Tlaková část kotle, to jest buben 11, výpamík apřehřívák 14 páry a ekonomizér 13 jsou vytvořeny tak, jak je to v oboru běžné.

V činnosti kotle podle technického řešení je směs vzduchu a recyklačních spalin přes trubkový rošt 2 fluidního topeniště do fluidní vrstvy dopravována vysokotlakým provozním ventilátorem 15. Vysokotlaký provozní ventilátor £5 je osazen frekvenčním měničem, který reguluje jeho otáčky v závislosti od požadovaného výkonu kotle. V trase vysokotlakého provozního ventilátoru je umístěna sonda £6 pro měření průtoku a regulační klapky RK1 a RK2, které tvoří mísicí ústrojí 8 pro nastavení poměru nasávaného vzduchu a vyčištěných recyklovaných spalin, regulují množství recyklačních spalin a čistého spalovacího vzduchu. Odběr recyklačních spalin je proveden z tahu kouřovodu 20 za filtrem 23.

Startovací ventilátor 17 je v chodu pouze při startu kotle ze studeného stavu. Předehřev fluidní vrstvy při studeném startu kotle zabezpečuje hořák 18 na spalování zemního plynu nebo lehkých topných olejů se spalovací komorou 19. Spaliny z kotle jsou do kouřovodu 20 dopravovány kouřovým ventilátorem 2£. Kouřový ventilátor 2£ je ventilátor 21 s frekvenčním měničem, který zabezpečuje stále stejný nastavitelný podtlak v kotli. V trase spalin je instalován vírový odlučovač 22 a tkaninový rukávový filtr 23. Tkaninový rukávový filtr 23 je stavebnicového typu se základním modulem sestávajícím z plechové skříně osazené na ocelové nosné konstrukci. Uvnitř tkaninového rukávového filtru 23 jsou na drátěných konstrukcích filtrační hadice ušité z filtrační textilie odpovídající kvalitou a úpravou nárokům technologie. Čistění filtračních ploch je prováděno proplachem tlakovým vzduchem ze zásobníku 24 tlakového vzduchu spojeného s kompresorem 25. Filtrační jednotka zajišťuje plnění emisí v úrovni pod 50 mg/m³ při N.T.P. (normálních tlakových podmínkách) a 6 % kyslíku O₂.

Odlučovače popílku, tj. tkaninový rukávový filtr 23 a vírový odlučovač 22, jsou opatřeny výpustnými turnikety 26, jimiž se odpouští popílek do pneudopravy popelovin. Rovněž je přes

-2 CZ 12289 Ul výpustný turniket 26 odváděn popílek z posledního tahu kotle. Pneudoprava popelovin dopravuje popeloviny do stávajícího zásobníku popelovin. U tohoto zásobníku je upravena výpusť ze zásobníku. Zásobník je utěsněn a nahoře opatřen filtrem.

Přívod uhlí je zabezpečen stávající dopravní trasou a odtud je uhlí stávajícím pásovým dopravníkem zaváženo k násypce 7 kotle. Násypka 7 kotle slouží jako provozní zásobník s uzávěry uhlí.

Start ze studeného stavu kotle zabezpečuje startovací zdroj tepla, tvořený hořákem 18 a spalovací komorou 19, v případě, že teplota pískové fluidní vrstvy klesne pod 450 až 500 °C. V tomto případě je otevřena trasa startovacích recyklačních spalin do fluidní vrstvy fluidního topeniště a ío uzavřena trasa spalovacího vzduchu.

Startovací recyklační spaliny o teplotě 500 °C jsou přes otevřenou automatickou klapku AKT vedeny do fluidní vrstvy fluidního topeniště. Spaliny z fluidní vrstvy procházejí přes kotlové těleso, přes vírový odlučovač 22, tkaninový rukávový filtr 23 a kouřový ventilátor 21 do kouřovodu 20. Při tomto pracovním režimu je mimo provoz provozní ventilátor 15, automatické klapky AK6, AKT a AK4 jsou otevřeny. Automatické klapky AK1 a AK3 jsou uzavřeny.

Poté co teplota fluidní vrstvy dosáhne rozmezí 350 až 400 °C, začne se šnekovými podavači 5 dávkovat uhlí. Při dosažení teploty 600 °C je vypnut plynový hořák 18 spalovací komory 19 a teplota fluidní vrstvy nadále stoupá pouze vlivem přívodu paliva. Rychlost dávkování je řízena automatickým systémem, který vylučuje předávkování uhlí do fluidní vrstvy.

Standardní pracovní režim kotle je pak následující: po dosažení teploty fluidní vrstvy 800 °C je odstavena startovací trasa, tzn. je uzavřena klapka AKT a vypnut startovací ventilátor 17. Provozní ventilátor 15 se spouští ihned po uzavření automatické klapky AKT, po jeho rozběhu se otvírají klapky AK1 a AK3. Trasa spalin přes vírový odlučovač 22 a tkaninový rukávový filtr 23 je klapkou AK4 stále otevřena.

Teplota fluidní vrstvy je nadále udržována automaticky řízeným dávkováním uhlí šnekovými podavači 5 na střední teplotu 830 °C, cožje standardní pracovní režim kotle. Plynulý regulační rozsah výkonu kotle je v rozmezí 50 až 100 % jmenovitého výkonu kotle.

Výkon kotle je dán v závislosti na množství spalovacího vzduchu přiváděného do fluidní vrstvy fluidního topeniště, množství spalovacího vzduchu a tím i výkon kotle je automaticky a dálkově řízen, dávkování pálívaje automatické aje řízeno mikroprocesorem.

Odstavení fluidní spalovací vrstvy probíhá takto: odstavení kotle je zajištěno odstavením fluidace fluidní spalovací vrstvy s prakticky okamžitým zastavením hoření paliva a zastavením produkce tepla v kotli. K obnovení pracovního režimu kotle dochází při poklesu tlaku páry na výstupu 27 páry zpřehříváku 14 páry jejím odběrem na hodnotu nastavenou obsluhou jako minimální technologický tlak páry. Start z teplého stavu kotle pak probíhá takto: při teplotě fluidní vrstvy nad 500 °C je možný start z tzv. teplého stavu kotle. Při nájezdu kotle z teplého stavu je otevřena klapka AK1, AK3 a AK4, a uzavřena klapka AKT. Zapne se automaticky řízené dávkování uhlí šnekovými podavači 5. Po dosažení pracovní teploty 800 °C ve fluidní vrstvě, což trvá zhruba 20 až 25 minut, se kotel dostává do standardního pracovního režimu.

Teplý start je možný do 24 hodin po odstavení kotle.

Claims (2)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Kotel s fluidním spalováním, opatřený fluidním topeništěm s fluidním trubkovým roštem (2) s tryskami a s oxidační fluidní vrstvou, kde fluidní topeniště je z boků ohraničeno vzduchotěsnou chlazenou stěnou, a ke spalovací komoře (1) jsou připojeny podavače (5) paliva

45 s plynule nastavitelným dávkováním paliva, vyznačující se t í m , že k fluidnímu roštu

-3 CZ 12289 Ul (2) je napojen vysokotlaký ventilátor (15) s regulací otáček pro řízení množství spalovacího a fluidačního vzduchu dopravovaného do fluidní vrstvy, k vysokotlakému ventilátoru (15) je napojeno mísící ústrojí (8) pro nastavení poměru nasávaného vzduchu a vyčištěných recyklovaných spalin, nasávaných z kouřovodu (20), přičemž na výstupu kotle je napojen alespoň jeden

5 odtahový ventilátor (21) s regulací otáček pro vytvoření řízeného podtlaku v kotli.

2. Kotel sfluidním spalováním podle nároku 1, vyznačující se tím, že nad fluidním topeništěm je v prostoru spalovací komory (1) nainstalována klenba (3).