CZ14122U1 - Fluidní kotel na uhlí - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká fluidních kotlů na uhlí, pro něž dle Nařízení vlády č. 352/2002 Sb. platí emisní limity platné pro uhelné kotle s roštovými topeništi. Jedná se tedy o fluidní kotle s tepel5 ným výkonem do 5 MW a fluidní kotle s tepelným výkonem nad 5 MW s řešením odpovídajícím roštovým kotlům využívajícím prvky fluidní techniky.

Dosavadní stav techniky

Dosavadní stav techniky je v technologické části v podstatě vymezen patentem CZ 283 457. Ten je však koncipován na bázi rekonstrukce roštového kotle R 8 ČKD DUKLA s těžkou zazdívkou, ío tj. komplexním vyzděním celého spalovacího prostoru kotle. Nové verze těchto kotlů mají spalovací prostor řešen z membránových stěn, tj. s velkoobjemovým nevyzděným topeništěm.

Má-li být spalováno dnes obtížně prodejné uhlí se změním hruboprach hp 1 nebo ořech o2, je nutno aplikovat výrazně investičně nákladnější řešení dle užitných vzorů CZ 13 483 a CZ 13 672. Tyto zaručují splnění emisních limitů čistoty spalin i pro nové fluidní kotle s tepelným výkonem nad 5 MW.

Očekávaný prudký nárůst cen zemního plynu povede k návratu uhlí do teplárenství. V 1989 byla spotřeba uhlí v československém teplárenství 15 mil t/rok, v současnosti je v ČR spotřeba uhlí v teplárenství 2 mil t/rok. Důsledkem tohoto poklesu spotřeby uhlí je uzavření většiny úpraven uhlí. Výrazný nárůst spotřeby uhlí nebude možné řešit pouze zvýšením produkce uhlí hruboprach hp 1 a ořech 2, ale bude nutno využít i průmyslové směsi PS 1, případně i neupravené topné směsi TS 1 s granulometrií uhelných částic do 40 mm.

Jejich spalování v oxidační pískové fluidní spalovací vrstvě je podstatně jednodušší než fluidní spalování uhlí hp 1 a o2 v tomto spalovacím systému. Při využití možností Nařízení vlády č. 352/2002 Sb. je nutné technické řešení fluidního kotle přizpůsobit výše uvedeným skutečnostem.

Podstata technického řešení

Řešením problematiky fluidních kotlů, které splňují v oblasti čistoty spalin emisní limity roštových uhelných kotlů, je předkládané technické řešení. Jeho podstata spočívá v tom, že fluidní kotel s oxidační spalovací fluidní vrstvou křemičitého písku produkující spaliny s obsahem oxidu uhelnatého CO do 400 mg/m³, oxidu dusičitého NO2 do 650 mg/m³ a oxidu siřičitého SO2 do

2 5 00 mg/m³ vztaženo na normální stavové podmínky (NTP), obsah kyslíku O₂ 6 % a suchý plyn, s teplotou oxidační spalovací fluidní vrstvy křemičitého písku 800 až 890 °C, má výšku sypané vrstvy křemičitého písku pro uhlí o změní do 40 mm minimálně 150 mm a změní křemičitého písku v rozmezí 1 až 2 mm, topeniště s oxidační spalovací fluidní vrstvou křemičitého písku je z boků tvořeno membránovými stěnami vyzděnými minimálně do výšky 1000 mm nad trubko35 vým propadovým roštem a zespodu je vymezeno trubkovým propadovým roštem, na který je připojena trasa spalovacího vzduchu nebo spalovacího vzduchu a spalin, trasa spalovacího vzduchu i trasa spalin jsou opatřeny regulačními klapkami zajišťujícími obsah kyslíku ve spalinách v rozmezí 6 až 13,3 % objemových, sesyp či sesypy uhlí nebo uhlí s Ca aditivem jsou umístěny minimálně 900 mm nad trubkovým propadovým roštem a spojeny s trasou sekundárního vzduchu nebo sekundárního vzduchu a spalin. V oxidační spalovací fluidní vrstvě křemičitého písku je instalována teplosměnná vestavba, která je tvořena trubkovými hady, upevněnými ve vyzděných membránových stěnách. Výška sypané vrstvy křemičitého písku o změní 1 až 2 mm je navýšena minimálně o 100 mm sypanou vrstvou křemičitého písku o změní 0,4 až 1 mm.

Zásadním poznatkem umožňujícím toto řešení je skutečnost, že při spalování kusového uhlí je uvolňování prchavé hořlaviny, na rozdíl od prachových podílů uhlí, pomalé. Druhá skutečnost je poznání, že při spalování kusového uhlí za výše uvedených technologických podmínek oxidační spalovací fluidní vrstva křemičitého písku má charakter ideálně míchaného reaktoru i při poměru

-1 CZ 14122 Ul délky vůči šířce fluidního roštu 1 ku 4, což vede k uvolňování prchavé hořlaviny podél celého fluidního topeniště. Na rozdíl od spalování prachových podílů uhlí podstatná část prchavé hořlaviny shoří na oxid uhličitý CO₂ a vodní páru H₂O v oxidační spalovací fluidní vrstvě křemičitého písku navýšené o minimálně 30 % výšky popelovými částicemi. Použiti doplňkové frakce křemi5 čitého písku o změní v rozmezí 0,4 až 1 mm výrazně zefektivňuje spalování prachových podílů uhlí.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je dále podrobněji prezentováno podle přiloženého výkresu, kde na obr. 1 je schematicky znázorněn podélný řez fluidním kotlem s produkcí 2,4 MW tepla v horké vodě s ío oxidační spalovací fluidní vrstvou křemičitého písku. Na obr. 2 je schematicky znázorněn příčný řez tímto fluidním kotlem.

Příklady provedení technického řešení

Fluidní topeniště I horkovodního kotle jez boků vymezeno částečně vyzděnými membránovými stěnami 3 a zespodu trubkovým propadovým roštem 4. Minimální výška vyzdění je v úrovni horní hladiny erupcí částic z oxidační spalovací fluidní vrstvy 2 křemičitého písku.

Cirkulační voda horkovodního systému je čerpadlem 5 dopravena do ekonomizéru 6, teplosměnné vestavby 7 a následně do bubnu 8. Volnou cirkulaci vody přes ohřívač 9 zajišťují zavodňovací trubky 10, které přivádějí vodu z bubnu 8 do spodních trámců membránových stěn 3. Voda opouští fluidní kotel z bubnu 8 trasou il.

Spalovací vzduch je trasou 12 s regulační klapkou směšován v sání ventilátorem 14 s trasou 13 spalin, obdobně opatřenou regulační klapkou. Ventilátor 14 je opatřen regulační klapkou, které je využíváno při změně tepelného výkonu fluidního kotle ke snížení či zvýšení průtoku fluidačního média trubkovým propadovým roštěm 4. Následně změna teploty oxidační spalovací fluidní vrstvy 2 křemičitého písku vede ke změně otáček šnekového dávkovače 18 uhlí s vápencem CaCO₃ přes sesyp 19 na oxidační spalovací fluidní vrstvu 2 křemičitého písku. Ventilátor 16 přivádí do sesypu 19 či sesypů 19 pneutrasou 17 popeloviny z turniketu 21 s tím, že tato pneutrasa 17 je současně i trasou 17 sekundárního vzduchu.

Trasu 20 spalin tvoří absorbér s nástřikem vody do spalin pneumatickými tryskami, tkaninový filtr, kouřový ventilátor a komín. Popeloviny zachycené na tkaninovém filtru se mechanicky dopravují do krytého kontejneru a na skládce se nástřikem vody transformují na stabilizát.

V trase 1_5 spalin je instalována startovací spalovací komora na zemní plyn.

Byl realizován horkovodní fluidní kotel se zadávacími parametry:

tepelný výkon vstupní teplota vody výstupní teplota vody Palivo:

hnědé uhlí druh:

zrnitost:

výhřevnost:

celkový obsah síry:

Ca aditivum:

2,4 MW 70 °C 130 °C.

průmyslová směs PS 1 v rozmezí 0 až 30 mm 15,6 MJ/kg 0,85 %.

vápenec o změní v rozmezí 0,5 až 1 mm poměr vápence vůči uhlí hmotově 5 %.

-2CZ 14122 Ul

Technické řešení kotle:

průřez trubkového

	propadového roštu 4	1000 x 2600 mm
	ohřívač 9 vody		60 m1 2
5	teplosměnná vestavba 7		2,7 m2
	ekonomizér 6		55 m2
	buben 8		0 800 x 1500 mm
	výška íluidního kotle tepelný výkon startovací		5000 mm
10	spalovací komory		1,6 MW
	křemičitý písek 0 změní		v rozmezí 1 až 1,6 mm
	sypaná výška křemičitého písku	200 mm
	průtok spalin		2 m3 */s (NTP)
	teplota spalin za ekonomizérem 6	180 °C
15	teplota spalin před komínem	120 °C
	tepelná účinnost íluidního kotle	87%
	teplota fluidní vrstvy 2		820 až 840 °C
	vyhoření popelovin Čistota spalin:		96 %.
20	obsah O2 ve spalinách	7,4 %
	obsah CO	110 mg/m5 360 mg/m3
	NO2
	SO2	1905 mg/m3
	tuhé látky	20 mg/m3.

Čistota spalin je vztažena na referenční podmínky 6 % O2, NTP, suché spaliny dle Nařízení vlády č. 352/2002 Sb.

Průmyslová využitelnost

Prezentované řešení kromě plnění své základní funkce íluidního uhelného kotle je vhodné i pro spalování směsí uhlí s kaly z čistíren odpadních vod a směsi uhlí s biomasou, kterou je obvykle dřevní štěpka.

Claims (3)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Fluidní kotel na uhlí s oxidační spalovací fluidní vrstvou křemičitého písku produkující spaliny s obsahem oxidu uhelnatého CO do 400 mg/m³, oxidu dusičitého NO2 do 650 mg/m³ a oxidu siřičitého SO2 do 2500 mg/m³ vztaženo na normální stavové podmínky (NTP), obsah

35 kyslíku 6 % O₂ a suchý plyn, s teplotou oxidační fluidní spalovací vrstvy křemičitého písku 800 až 890 °C, vyznačující se tím, že minimální výška sypané vrstvy křemičitého písku pro uhlí o změní do 40 mm je 150 mm a změní křemičitého pískuje v rozmezí 1 až 2 mm, fluidní topeniště (1) s oxidační spalovací fluidní vrstvou (2) křemičitého pískuje z boků tvořeno membránovými stěnami (3) vyzděnými minimálně do výšky 1000 mm nad trubkovým propadovým

40 roštem (4) a zespodu je vymezeno trubkovým propadovým roštěm (4), na který je připojena trasa (15) spalovacího vzduchu nebo spalovacího vzduchu a spalin, trasa (12) spalovacího vzduchu i trasa (13) spalin jsou opatřeny regulačními klapkami, zajišťujícími obsah kyslíku O₂ ve spalinách v rozmezí 6 až 13,3 % objemových, sesyp (19) či sesypy (19) uhlí nebo uhlí s Ca aditivem jsou umístěny minimálně 900 mm nad trubkovým propadovým roštem (4) a spojeny s pneutrasou (17)

45 sekundárního vzduchu nebo sekundárního vzduchu a spalin.

-3 CZ 14122 Ul

2. Fluidní kotel podle nároku 1, vyznačující se tím, že do oxidační spalovací fluidní vrstvy (2) křemičitého písku je instalována teplosměnná vestavba (7), která je tvořena trubkovými hady, upevněnými ve vyzděných membránových stěnách (3).

3. Fluidní kotel podle nároku 1, vyznačující se tím, že fluidní vrstva (2) se skládá 5 z výšky sypané vrstvy křemičitého písku o změní v rozmezí 1 až 2 mm, navýšené minimálně o 100 mm sypané vrstvy křemičitého písku o změní v rozmezí 0,4 až 1 mm.