CZ15094U1 - Fluidní uhelný kotel rekonstruovaný z roštového kotle - Google Patents

Description

Fluídní uhelný kotel rekonstruovaný z roštového kotle

Oblast techniky

Technické řešení se týká roštových kotlů rekonstruovaných prvky fluídní techniky na kotle s fluídní technologií oxidační pískové spalovací vrstvy.

Dosavadní stav techniky

V České republice roštové uhelné kotle do 1989 zajišťovaly podstatnou část produkce tepla pro komunální a průmyslové teplárny v oblasti tepelných výkonů až 30 MW. Jejich tlaková část od tepelných výkonů 5 MW i v současné době odpovídá nárokům na efektivní zdroj tepla. Změněné nároky na čistotu spalin si vynutily změnu spalovací technologie uhlí, eventuálně uhlí a biomasy.

S ohledem na skutečnost, že uhelný kotel je obvykle realizován s garancí životnosti vyšší než 30 let, bylo v 90. letech zcela reálné modernizovat tyto roštové kotle změnou technologie spalování a instalací tkaninových filtrů v trase spalin, což je obvykle označováno jako ekologizace těchto kotlů, resp. těchto kotlových jednotek.

V České republice se kotlové jednotky lišily svým systémovým uspořádáním ve vztahu k tepel15 nému výkonu kotlové jednotky. Kotlové jednotky ČKD DUKLA s tepelným výkonem nad

MW byly řešeny jako roštové kotle s velkoobjemovou spalovací komorou nad pasovým roštem. Tlaková část obsahovala vařák s volnou cirkulací vroucí vody, ekonomizér a často i předehřívač vzduchu. Uspořádání topeniště bylo řešeno u kotlů nad 5 MW ve dvou verzích. Prvá, starší, s tzv. těžkou vyzdívkou realizovala topeniště jako vyzděný spalovací prostor nad roštem s tím, že před touto šamotovou vyzdívkou jsou instalovány nekryté trubky vařáku kotle. V druhé, novější verzi tvoří stěny topeniště nevyzděné membránové stěny napojené shodně jako výše uvedené trubky vařáku dřívějšího řešení na buben k zajištění volné cirkulace vroucí vody, a tedy současně i k chlazení stěn trubek.

U kotlů Slatina Brno v oblasti tepelných výkonů pod 3 MW bylo použito systémově odlišné ře25 šení. Topeniště bylo realizováno jako nízký vyzděný prostor nad pasovým roštem. Na vařák navazoval v trase spalin málo intenzívní ohřívač spalovacího vzduchu. Spaliny za kotlem měly proto teplotu mezi 280 až 320 °C, zatímco teplota spalin za roštovými kotli ČKD DUKLA s velkoobjemovými spalovacími topeništi je mezi 200 až 220 °C.

Technické řešení problematiky ekologizace těchto uhelných roštových kotlů představuje uspořá30 dání fluidního kotle dle patentu CZ 283 457 s dávkovači uhlí dle patentového spisu CZ 276 412. Toto řešení bylo realizováno na uhelné kotelně s čtyřmi parními kotli ČKD DUKLA R8. Při realizaci bylo však nutno provést zásadní zásahy do uspořádání spalovacího prostoru tlakové části kotle ČKD DUKLA R8:

Trubky vařáku v topeništi bylo nutno jako ochranu před abrazí zakrýt žárobetonem; toto vedlo ke snížení původního výkonu 8 t/h roštového kotle na 5 až 6 t/h páry (220 °C, 1,3 MPa), neboť teplota spalin z fluidního topeniště je výrazně nižší než z roštového topeniště a při shodném průtoku spalin z obou typů topenišť a při shodné ploše konvekční teplosměnné plochy je přenos tepla menší u kotle fluidního.

Dále došlo ke snížení stropu topeniště; toto bylo vynuceno žádoucím promísením spalin před jejich vstupem do konvekční tlakové části kotle; toto promísení je žádoucí s ohledem na boční přívod uhlí nad fluidní vrstvou, který vede k vysoké produkci oxidu uhelnatého CO v oblasti dávkovačů uhlí i při celkově oxidační atmosféře fluidního topeniště s obsahem 7 až 10 % kyslíku O2; snížení stropu původního roštového kotle ČKD DUKLA bylo ale neúnosně velké, takže bylo pod úrovní horní hladiny erupcí z fluidní oxidační pískové spalovací vrstvy; toto vede ke strhá45 vání částic fluidní vrstvy a k poklesu výšky fluidní oxidační pískové spalovací vrstvy; protože v expandované části fluidní oxidační pískové spalovací vrstvy jsou i jemné částice vápence CaCO₃ dávkovaného s uhlím na fluidní spalovací oxidační pískovou vrstvu, je stupeň zachycení oxidu siřičitého SO₂ nižší, než odpovídá přívodu vápence do fluidního topeniště.

-1 pz 15094 Ul

Ve snaze o maximální zvýšení tepelnéh lovacího vzduchu s recyklážními spalin i kotlem na hranici únosnosti z hlediska! nového filtruje třeba obměňovat po dvo

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky dosavadního stavu tom, že fluidní uhelný kotel s oxidačn

I výkonu uhelného kotle zvýšeným přívodem uhlí a spáni do fluidního topeniště je teplota spalin za fluidním votnosti plachetky tkaninového filtru; plachetku tkanitopných sezónách.

i ichniky do značné míry eliminuje řešení spočívající v lískovou spalovací vrstvou je řešen tak, že spalinová trasa před cyklonovým odlučovačem pěli slovin je opatřena jednou či více, pneumatickými vodnimi tryskami. Cyklonový odlučovač p< Sesyp či sesypy uhlí nebo uhlí s vápen. Pískovou část fluidní oxidační pískové s Fluidní topeniště v oblasti fluidní pískó pneumatických přívodů vápence. Výhody tohoto řešení jsou následující:

1. Je dosaženo tepelného výkonu ekoloj ohrožení životnosti plachetky tkaninoví spalin 160 °C je plachetka tkaninového slovin je napojen spalinovou trasou na tkaninový filtr, m jsou napojeny na pneutrasu recyklovaných odpadů, ftlovací vrstvy tvoří křemičitý písek o změní 1 až 2 mm. j oxidační spalovací vrstvy je napojeno najeden či více jpovaného kotle v úrovni původního roštového kotle bez filtru, experimentálně bylo potvrzeno, že při teplotě tru plně funkční i po pěti topných sezónách.

2. Nástřik vody do spalin vede současn teploty spalin je spojen se zpětným vys i kálního chladiče spalin je nutná výška středně před cyklony zaručí jejich veličí pod 0,4 %, i když teplota spalin za cykl spalin, vodních kapíček a popelovin.

3. Při použití granulometrie písku 1 mrr stabilní výšky fluidní oxidační pískové Protože v recyklu popelovin je i nezrea ně převedený na hydrát vápenatý Ca(OHj;,

4. Přívod vápence do fluidní oxidační p na oxid vápenatý CaO a vysoký stupeň » c zvlhčení popelovin a odpař vody vedoucí ke snížení íšením popelovin. Zatímco při nástřiku vody do vertiadiče spalin zhruba 12 m, nástřik vody téměř bezproychlé odsušení, takže ve výsypu cyklonů mají vlhkost em je v oblasti 110 °C. Do cyklonů je přiváděna směs g ir, ž 2 mm zpětný recykl popelovin vede vedle zachování ialovací vrstvy ke zvýšení stupně vyhoření popelovin. aný oxid vápenatý CaO, navíc nástřikem vody částečjeho recykl zvyšuje stupeň zachycení SO2.

ové spalovací vrstvy zaručuje jeho úplné zkalcinování dagování na síran vápenatý CaSO₄.

Přehled obrázku na výkrese

Technické řešení je znázorněno na ohřáli uhelné kotlové jednotky, jejímž základe páry 8 t/h.

Příklady provedení technického řešení u 1. Jedná se o strojně - technologické schéma fluidní je původně parní kotel ČKD DUKLA R8 s produkcí

Příklad 1

Provedení fluidního kotle znázorněné ýi sem jedné ze čtyř ekologizovaných jedni:

strojně - technologickém schématu obrázek 1 je popik uhelné kotelny.

Uhlí je pásovým dopravníkem 2.1 přes přes dva sesypy 1.4 přiváděno na flui, fluidního kotle přiváděn ze zásobníku 2 dodává šroubový kompresor 4.4 s tlakoý,

Fluidní kotel je principiálně tvořen fluij obě části jsou na sobě technologicky v £ né fluidní topeniště 1.1, které přechází i avozní zásobník 2.2 dvojicí šnekových dávkovačů 2,3 oxidační pískovou spalovací vrstvu. Vápenec je do )řes turniket 2.5 pneutrasou 2.6. Vzduch pneutrasy 2.6 nádobou 4.5.

i ím spalovacím reaktorem a tlakovou konvekční částí, i Istatě nezávislé. Fluidní spalovací reaktor tvoří vyzděspalinový kanál 1.2 s přehřívačem páry 1.3. Fluidní

-2CZ 15094 Ul oxidační písková spalovací vrstva je zespodu ohraničena trubkovým propadovým roštem 1,5. Dno fluidního topeniště 1.1 tvoří výsypka 1,6.

Přirozenou cirkulaci vroucí vody přes vařák 1.8 a membránové stěny fluidního topeniště 1,1 zajišťuje buben 1.7 a zavodňovací trubky spojující buben 1.7 s vodními trámci fluidního topeniště

1,1 a vařáku 1.8. Napájecí čerpadlo 1.10 dodává napájecí vodu do ekonomizéru 1,9 spojeného s bubnem 1/7.

Trasa spalin mezi vařákem 1.8 a ekonomizérem 1.9 je vymezena dnem 1.11. Zachycené odpady jsou přes turniket 1.12 přiváděny do mezizásobníku 1.13 s uzavírací klapkou. Část odpadů je přes turniket 1.14 přiváděna pneutrasou 3.4 recyklážních odpadů do sesypů 1.4. Průtok vzduchu pneutrasou 3,4 recyklážních odpadů zajišťuje ventilátor 3.1.

Do potrubní trasy 4,1 mezi výstup spalin z ekonomizéru 1.9 a cyklonový odlučovač popelovin 5.1 jsou instalovány tři pneumatické vodní trysky 4.2. Tlakový vzduch je do nich dodáván šroubovým kompresorem 4.4. Voda je do pneumatických vodních trysek 4.2 dodávána čerpadlem 4.3. Chlazené spaliny z cyklonových odlučovačů 5.1 popelovin procházejí tkaninovým filtrem

6.1 s tlakovým profukem plachetky tkaninového filtru 6.1. Zachycené popeloviny z cyklonového odlučovače 5.1 popelovin, které nejsou pneutrasou 3.4 recyklážních odpadů zaváděny do sesypů

1.4 jsou přes mezizásobník 1.13 zaváděny do trasy 8.1 pneudopravy. Do pneutrasy 8.2 jsou přes mezizásobník 6.2 s uzavírací klapkou zaváděny zachycené popeloviny z tkaninového filtru 6.1. Popeloviny z kotlové jednotky jsou trasami 8.1 a 8.2 zaváděny do centrálního zásobníku popelo20 vin z kotelny.

Spaliny jsou z tkaninového filtru 6.1 kouřovým ventilátorem 7,1 zaváděny do komína 7.2.

Ventilátor 3.1 fluidačního média přivádí vzduch a recyklážní spaliny do trubkového propadového roštu 1.5. V této trase je instalována startovací jednotka fluidního kotle, kterou tvoří hořák 3.2 na zemní plyn a startovací spalovací komora 3.3.

Zadávací parametry fluidního kotle produkce páry: 8 t/h teplota páry: 220 °C tlak páry: 1,3 MPa

Palivo: I. startovací palivo fluidního kotle při nájezdu fluidního kotle: zemní plyn.

Start je ukončen po dosažení teploty fluidní oxidační pískové spalovací vrstvy 830 °C.

II. Následuje 8hodinový provoz fluidního kotle na uhlí ořech o2.

III. Další provoz fluidního kotle zajišťuje uhlí hruboprach hp 1.

Granulometrie uhlí: ořech o2 výhřevnost: 20,0 MJ/kg síra celková: 1,25% referenční koncentrace SO₂: zhruba 3 600 mg/m³ (referenční podmínky 6 % O₂, NTP, suché spaliny)

Granulometrie uhlí: hruboprach hp 1 výhřevnost: 16,5 MJ/kg síra celková: 1,25% referenční koncentrace SO₂: zhruba 4 000 mg/m³ (referenční podmínky 6 % O₂, NTP, suché spaliny)

Vápenec: granulometrie 0,5 mm až 1 mm molární poměr Ca/S = 1,8

Písek: křemičitý písek granulometrie: 1 až 1,6 mm výška klidové sypané vrstvy křemičitého písku: 25 cm

-3i:z 15094 Ul

Startování fluidního kotle na uhlí ořech popelovin. Další starty kotle jsou realizo^ny s uhlím hp 1. Základní technické parametry:

Průřez roštu 1.5 fluidního topeniště i Střední výška stropu fluidního topení : 2 se týká pouze nájezdu s čistou pískovou vrstvou bez

1.1

2,2 x 3,3 m nad trubkovým propadovým roštei L5: 2,8 m

Počet šnekových dávkovačů 2.3 uhlí: typ: šnekový dávkovač 2.3 bez ó: výstupu kyvnou klapkou

Cyklonový odlučovač 5.1 popelovin:

Tkaninový filtr 6.1:

ALFA-JET PLUS 405/5 1 -3 ILD Kladno plocha plachetky: 400 m²

Startovací spalovací komora 33: tepelný výkon: 3 MW teplota spalin: 600 °C startovací palivo: zemní pl

Technologické parametry:

obsah kyslíku O₂ ve spalinách: průtok fluidačního média ventilátoreti tlaková ztráta trubkového propadovéh a fluidní oxidační pískové spálová průtok směsi spalin a vzduchu pneutr:

recyklovaných odpadů teplota spalin na vstupu do potrubní ti teplota spalin za cyklonovým odlučoy počet pneumatických vodních trysek tlak vody:

tlak vzduchu: průtok vzduchu do tří pneumatických Dosažené výsledky:

produkce vodní páry: tepelná účinnost fluidního kotle: stupeň vyhoření popelovin: čistota spalin:

- obsah CO, NO a TL splňuje en kotle s výkonem nad 5 MW,

- dosažený obsah SO₂ 1 550 mg/rf tepelným výkonem pod 50 MW, ϋ vého hřídele a se šnekovnicí s U průřezem krytou na typ: SVA 14 400/2, ZVVZ Milevsko

LI:

roštu 1.5 vrstvy:

□u3.4 n>y >·

7,5 %

9,8 kg/s

000 Pa

0,4 m/s (NTP) 240 °C

160 °C em5.1 popelovin:

0,4 MPa 0,2 MPa dních trysek 4.2: 20m³/h(NTP) i ;ní limit dle zákona č. 352/2002 Sb. pro nové fluidní splňuje emisní limit Evropské unie pro uhelné kotle s . 2 000 mg/m³.

Všechny údaje se vztahují k referencí .] ti podmínkám, 6 % O₂, NTP, suché spaliny.

Před realizovanou rekonstrukcí kotle byl tepelný výkon: 5,3 t/h páry čistota spalin: CO: 150mg/í

NO₂:

SO₂:

O₂:

pracovní podmínky fluidního kotle:

670 mg/r '

700 mg i o³ 12,6 %

-4CZ 15094 Ul

Ca/S = 2,5 uhlí: hruboprach hp 1 MUS a.s. Most výhřevnost: 16,8 MJ/kg referenční koncentrace SO2: 3 400 mg/m³.

Fluidní kotel tedy nesplňoval ani podmínky čistoty spalin roštových kotlů.

Příklad 2

Provedení fluidního kotle se od řešení popsaného v příkladu provedení 1 liší pouze tím, že:

-jsou zrušeny zásobník 2.4, turniket 2.5 a pneutrasa 2.6 -jako provozní uhlí je použit hruboprach hp 1 AD výhřevnost: 15,8 MJ/kg obsah síry vztažený na suché uhlí: 1,5 %

- referenční koncentrace SO2: 3 750 mg/m³

Zadávací parametry fluidního kotle a strojní řešení realizovaného zařízení je shodné jako v příkladu provedení 1 technického řešení. Shodné jsou výsledky dosažené na tomto fluidním kotli a fluidním kotli v příkladu provedení 1 technického řešení. Odlišný je pouze stupeň zachycení SO₂ ze spalin.

Koncentrace SO₂ ve spalinách při referenčních podmínkách při Ca/S = 2,5 je 2 230 mg/m³.

V souladu s ustanovením zákona č. 352/2002 Sb. fluidní kotel splňuje emisní limit pro roštové kotle modernizované prvky fluidní techniky s tepelným výkonem nad 5 MW.

Claims (4)

1. 20 NÁROKY NA OCHRANU

   1. Fluidní uhelný kotel s oxidační pískovou spalovací vrstvou, vyznačující se tím, že spalinová trasa před cyklonovým odlučovačem (5.1) popelovin je opatřena jednou či více pneumatickými vodními tryskami (4.
2. 2), a že cyklonový odlučovač (5.1) popelovin je napojen spalinovou trasou na tkaninový filtr (6.1).

   25 2. Kotel podle nároku 1, vyznačující se t í m , že sesyp nebo sesypy (1.4) uhlí nebo uhlí s vápencem jsou napojeny na pneutrasu (3.4) recyklovaných odpadů.
3. 3. Kotel podle nároku 1, vyznačující se tím, že pískovou část fluidní oxidační pískové spalovací vrstvy tvoří křemičitý písek o zrnění 1 až 2 mm.
4. 4. Kotel podle nároku 1, vyznačující se tím, že fluidní topeniště (1.1) v oblasti 30 fluidní oxidační pískové spalovací vrstvy je napojeno na jeden či více pneumatických přívodů vápence.