Kotel s fluidním spalováním

Oblast techniky

Technické řešení se týká kotle s fluidním spalováním, opatřeného fluidním topeništěm se stacionární pískovou oxidační fluidní vrstvou o výšce do 0,7 m a o velikosti granulí písku v rozmezí od 0,3 do 2,5 mm, kde fluidní topeniště je z boků ohraničeno vzduchotěsnou chlazenou stěnou a je ve své spodní části opatřeno fluidním roštem s tryskami, k němuž je připojeno přívodní potrubí spalovacího vzduchu přivedeného pod tlakem v rozmezí 3000 až 9500 Pa, měřeno při normální teplotě a tlaku, pro dosažení rychlosti fluidace v rozmezí 0,3 až 1,2 m/s, měřeno při normální teplotě a tlaku, přičemž do spalovací komory je zaústěno přívodní potrubí ío sekundárního vzduchu.

Dosavadní stav techniky

Doposud známé fluidní kotle se dělí na fluidní kotle s cirkulující fluidní vrstvou, které jsou zpravidla konstruovány pro vysoké výkony, a fluidní kotle se stacionární fluidní vrstvou, které jsou zpravidla konstruovány pro nižší výkony.

Fluidní kotle s cirkulující fluidní vrstvou bývají konstruovány pro spalování uhlí nebo pro spalování biomasy, jako jsou štěpky. Je znám i kotel s cirkulující fluidní vrstvou pro současné spalování uhlí i biomasy.

U kotlů se stacionární fluidní vrstvou byly konány pokusy na jejich využití pro současné spalování uhlí a biomasy. Při těchto pokusech byly štěpky zamíchávány do uhlí a palivo tvořila vlastně směs uhlí a štěpků. Toto palivo se společně dopravovalo dopravním zařízením do násypky kotle. Při pádu paliva do násypky kotle však docházelo vlivem rozdílných měrných hmotností k separaci jednotlivých složek paliva a tím k dehomogenizaci paliva.

Tyto pokusy takto nevedly k požadovanému cíli. U fluidního kotle je totiž důležité, aby palivo bylo podáváno velmi rovnoměrně a aby bylo homogenní tak, aby průměrná výhřevnost byla stále konstantní. Poněvadž však uhlí a štěpky mají rozdílné měrné hmotnosti, dochází k separaci paliva v násypce. Tato separace paliva způsobuje, že podávané palivo do kotle není homogenní a v časovém průběhu podávání se významně mění výhřevnost paliva, což má negativní vliv na udržení konstantní teploty fluidní vrstvy. Tímto dochází krozkývání teplot fluidní vrstvy, dochází k horšímu spalování a k vyšším exhalacím.

U kotle s fluidním spalováním, a to především s fluidním spalováním uhlí, musí být instalovány filtry, nejlépe tkaninové, které zachycují úlet tuhých zbytků po spalování. Každý fluidní kotel, a zvláště kotel menších výkonů, se musí často odstavovat do teplé zálohy, často i do studené zálohy. Při startu kotle, ať již z teplé nebo ze studené zálohy, se musí kotel nutně nacházet ve stavu, kdy nedochází k dokonalému spálení paliva. Při nabíhání kotle z teplé nebo ze studené zálohy nabíhá postupně i teplota fluidní vrstvy. Za tohoto stavu, to jest při nízké teplotě fluidní vrstvy, nemusí vždy padající částečka štěpky padnout do fluidní vrstvy a shořet, tato částečka může vzhledem ke své výrazně menší měrné hmotnosti než jakou má uhlí uletět, jako neshořelá proletět kotlem a zachytit se až na tkaninovém filtru. Dále vzhledem k tomu, že teplota zapálení štěpky je výrazně nižší než teplota zapálení uhlí, může po dosažení provozní teploty kotle dojít ke vzplanutí částečky biomasy zachycené na filtrační tkanině, tím je buďto tkanina propálena, nebo také může dojít ke vzplanutí ěi zahoření, pokud je těchto částeček v jednom místě více.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky dosavadního stavu techniky do značné míry eliminuje kotel s fluidním spalováním opatřený fluidním topeništěm se stacionární pískovou oxidační fluidní vrstvou o výšce do 0,7 m a o velikosti granulí písku v rozmezí od 0,3 do 2,5 mm, kde fluidní topeniště je z boků ohraničeno vzduchotěsnou chlazenou stěnou aje ve své spodní části opatřeno fluidním

-1 CZ 12378 Ul roštem s tryskami, k němuž je připojeno přívodní potrubí spalovacího vzduchu přivedeného pod tlakem v rozmezí 3000 až 9500 Pa, měřeno při normální teplotě a tlaku, pro dosažení rychlosti fluidace v rozmezí 0,3 až 1,2 m/s, měřeno při normální teplotě a tlaku, přičemž do spalovací komory je zaústěno přívodní potrubí sekundárního vzduchu, kde podstata technického řešení spočívá v tom, že ke spalovací komoře jsou napojeny alespoň dva dávkovače paliva.

Ve výhodném provedení technického řešení je alespoň jeden z dávkovačů paliva vytvořen jako dávkovač uhlí a alespoň jeden z dávkovačů pálívaje vytvořen jako dávkovač biomasy.

Ve zvláště výhodném provedení technického řešení je pak dávkovač biomasy opatřen řídicím obvodem pro spuštění dávkovače biomasy až po dosažení provozních parametrů kotle.

ío Přehled obrázků na výkrese

Technické řešení bude dále podrobněji popsáno podle přiloženého výkresu, kde je na obr. 1 schematicky znázorněn pohled zepředu na příkladné provedení kotle s fluidním spalováním podle technického řešení a na obr. 2 je schematicky znázorněn pohled z boku na totéž příkladné provedení kotle s fluidním spalováním.

Příklady provedení technického řešení

Na obr. 1 i na obr. 2 je znázorněn pohled na příkladné provedení kotle podle technického řešení. Ve spodní části spalovací komory I je vestavěno fluidní topeniště 2 , tvořené roštem s tryskami. Fluidní topeniště 2 je z boku ohraničeno vzduchotěsnou chlazenou stěnou 3. Nad hladinou 4 pískové oxidační fluidní vrstvy jsou zaústěny dva dávkovače 5, 8 paliva. Dávkovače 5 uhlí jsou tvořeny zásobníky 6 uhlí ve formě trychtýře s širokým otvorem nahoře a se zužujícím se průměrem směrem k šnekovému podavači 7 uhlí. Zpravidla kolmo na zaústění dávkovačů 5. uhlí je zaústěn dávkovač 8 biomasy. Dávkovač 8 biomasy je vytvořen jako zásobník 9 biomasy ve tvaru komolého kužele, kteiý se směrem k šnekovému podavači 10 biomasy mírně rozšiřuje. Tento tvar zásobníku 9 biomasy je vhodný z toho důvodu, aby nedocházelo ke klenbování štěpků. Průměr vstupního otvoru dávkovače 8 biomasy do prostoru spalovací komory i musí být vzhledem k fyzikálním vlastnostem štěpků mnohem větší než průměr vstupního otvoru dávkovače 5 uhlí.

V činnosti kotle podle technického řešení se po každé jeho odstávce kotel spustí tak, že spaluje pouze uhlí, a to do té doby, dokud se nedostane na provozní teplotu. Teprve po dosažení provozní teploty spustí řídicí obvod 11 pro spuštění dávkovače 8 biomasy šnekový podavač 10 biomasy a biomasa, zpravidla ve formě štěpků, se ve fluidní vrstvě ve vznosu smísí s uhlím a v teplotě vysoko převyšující zápalnou teplotu štěpků ve fluidní vrstvě i shoří. Promíchání štěpků s uhlím ve fluidní vrstvě se dosahuje automaticky plynulým a současným přísunem uhlí a štěpků ze dvou vstupních otvorů do prostoru spalovací komory 1. Homogenita takové směsi je velmi dobrá a vzhledem k teplotě fluidní vrstvy nedochází k úletům nespálených štěpků a k jejich pozdějšímu zahoření v tkaninovém filtru.

Průmyslová využitelnost

Technické řešení lze využít u fluidních kotlů, u nichž se požaduje kromě spalování uhlí i spalování biomasy.