CZ16304U1 - Fluídní kotlová jednotka - Google Patents

Description

Technické řešení se týká zajištění čistoty spalin fluidních kotlů na uhlí a biomasu s oxidační fluidní spalovací vrstvou hrubozrnného křemičitého písku s tepelnými výkony do 30 MW dle zákona č. 352/2002 Sb.

Dosavadní stav techniky

Základním problémem fluidního spalování sirných hnědých uhlí v oxidační fluidní spalovací vrstvě hrubozrnného křemičitého písku s tepelným výkonem nad 5 MW s referenční koncentrací oxidu siřičitého SO₂ 3500 až 4500 mg/m³ (6 % O2, NTP, suché spaliny) je dosaženi obsahu SO2 800 mg/m³ při únosné spotřebě desulfatačního vápence CaCO3 a únosných finančních nákladech. Potřebné zachycení SO₂ pouze v oxidační fluidní spalovací vrstvě hrubozrnného křemičitého písku vyžaduje dávkování vápence ke spalovanému uhlí s obsahem nad 15 % hmoty spalovaného uhlí. Z fluidního kotle odcházejí se spalinami popeloviny, síran vápenatý CaSO₄ a oxid vápenatý CaO. Je známo, že převodem CaO na hydroxid vápenatý Ca(OH)₂ a jeho zpětným recyklem do fluidního topeniště je možno dosáhnout intenzifikace desulfatace spalin. Zásadní problém spočívá v řešení reaktoru hydratace oxidu vápenatého Ca(OH)₂ na CaSO₄. Zásadně existují dvě konstrukční řešení tohoto reaktoru.

Prvým řešením hydratačního reaktoru je dvojchodý vertikální reaktor s instalací vodních pneumatických trysek nad přívodem spalin. Jeho zásadní výhodou je téměř totální hydratace CaO při minimální tlakové ztrátě v trase spalin a dlouhodobý kontakt popelovin v Ca(OH)₂ se spalinami na plachetce tkaninového filtru. Jeho zásadní nevýhodou z hlediska chemického inženýrství je skutečnost, že nástřikem vody zvlhčíme popeloviny. Tyto zvlhčené popeloviny se musí v reaktoru při souběžném snižování teploty spalin v reaktoru vlivem odparu vodních kapek zároveň ale podél trasy spalin odsušit. Z tohoto hlediska je reaktor proudovou sušárnou navlhčených popelovin. Intenzita přenosu vlhkosti z navlhčených popelovin do spalin je s ohledem na nízké teplotní spády v reaktoru nízká. Důsledkem je velká výška hydratačního reaktoru v úrovni 10 m nad přívodem vody do spalin.

Druhým řešením hydratačního reaktoru je přívod vody do trasy spalin před cyklonový odlučovač popelovin. Při tomto řešení je intenzita přenosu hmoty a tepla tak vysoká, že obsah vody ve výsypu z cyklonů a odlučovače je pod 0,4 %, odpady jsou tedy zcela suché. Experimentálně bylo ale zjištěno, že kontakt vody a CaO je však příliš krátký a odpady z cyklonového odlučovače obsahují nejen popílek, CaSO₄ a Ca(OH)₂, ale i značnou část nezreagovaného CaO. Značnou nevýhodou dvojchodého vertikálního hydratačního reaktoru při částečném recyklu zachycených odpadů spalovacího procesu zpět do fluidního topeniště je vysoká koncentrace pevných odpadů ve spalinách před tkaninovým filtrem. Ta vede k vysoké četnosti profuků plachetek tkaninového filtru a tím k snižování životnosti těchto tkaninových plachetek.

Podstata technického řešení

Řešení výše uvedené problematiky fluidních kotlů je řešení dle předkládaného technického řešení. Jeho podstata spočívá v tom, že do spalin za fluidním kotlem s oxidační fluidní spalovací vrstvou hrubozrnného křemičitého pískuje instalována jedna nebo několik pneumatických vodních trysek před jeden nebo více cyklonových odlučovačů. Vývody pevných odpadů z tohoto jednoho nebo více cyklonových odlučovačů jsou propojeny pneutrasou sekundárního vzduchu do sesypu či sesypů paliva pro zpětnou částečnou recyklaci pevných odpadů, ostatní vývody pevných odpadů z jednoho či více cyklonových odlučovačů a vývod pevných odpadů z tkaninového filtru jsou propojeny se zásobníkem popelovin.

Zásadní výhodou tohoto řešení je využití Ca(OH)₂ z recyklu zachycených odpadů z cyklonového odlučovače k desulfataci spalin ve fluidním kotli a doplňková hydratace CaO i recyklovaných

-1 CZ 16304 Ul odpadů na Ca(OH)₂, které se podílejí na dokončení desulfatace spalin na tkaninovém filtru.

Vhodnou velikostí cyklonových odlučovačů lze minimalizovat jejich tlakovou ztrátu bez významného snížení přenosu hmoty a tepla v hydratačním reaktoru.

Přehled obrázku na výkrese

Technické řešení je dále podrobněji popsáno na obrázku 1, který je strojně - technologickým schématem fluidní kotlové jednotky.

Příklady provedení technického řešení

Základní částí fluidní kotlové jednotky je uhelný fluidní kotel s oxidační fluidní spalovací vrstvou hrubozrnného křemičitého písku. Topeniště fluidního kotle je tvarově vymezeno vyzděnými ío membránovými stěnami 1,1 a trubkovým propadovým roštem 13. Spaliny z topeniště fluidního kotle procházejí přes ohřívač 1,4 a ekonomizér 1,5 a vstupují do trasy spalin. Ve fluidní oxidační spalovací vrstvě hrubozrnného křemičitého písku je instalována tepelná vestavba 13. Cirkulaci vody přes membránové stěny 1,1, tepelnou vestavbu 1.3 a ohřívač 1.4 zajišťuje trasa volné cirkulace vody s bubnem 1.6, zavodňovacími trubkami 1.7 a vodními trámci 1.10.

Uhlí s vápencem jsou trasou 4.1 s pásovým dopravníkem přes zásobník 4,2 dvojicí šnekových podavačů 4.3 přiváděny přes sesypy 4,4 na fluidní oxidační spalovací vrstvu hrubozrnného křemičitého písku.

V trase spalin je do spalin pneumatickými tryskami 2.1 nastřikována voda. Její přívod zajišťuje čerpadlo 23. Tlakový vzduch dodává šroubový kompresor 2.3. Zchlazené spaliny procházejí přes dvojici cyklonových odlučovačů 2.4 a 2.5 a přes tkaninový filtr 3.1 díky podtlaku vyvinutému kouřovým ventilátorem 5.1 do komínu 53.

Pevné odpady odloučené ve fluidním kotli jsou turniketem 2.12 přiváděny do pneutrasy 5.5 sekundárního vzduchu s ventilátorem 5.4. Do této pneutrasy 5.5 jsou přes turniket 2,6 přiváděny i pevné odpady z cyklonového odlučovače 2.4. Do tlakové pneumatické trasy 2.8 se šroubovým kompresorem 23 jsou do zásobníku 2.9 popelovin přes uzávěry 2.7 a 33 přiváděny pevné odpady z cyklonového odlučovače 2,5 a tkaninového filtru 33..

Fluidačním médiem je směs spalovacího vzduchu a recyklážních spalin dodávaná ventilátorem 53 do trubkového propadového roštu 13.

Topeniště fluidního kotle je uzavřeno dnem 1.9. Horká voda opouští fluidní kotel trasou 1.8 z bubnu 1.6. Mezi ventilátorem 53 a trubkovým propadovým roštem 13 je instalována na obrázku 1 neznázoměná startovací spalovací komora na zemní plyn.

Byl realizován horkovodní fluidní kotel se zadávacími parametry:

Tepelný výkon: 6 MW

Vstupní teplota vody: 70 °C

Výstupní teplota vody: 130 °C

Palivo:

hnědé uhlí druh výhřevnost průmyslová směs PSI 15,6 MJ/kg áditivum vápenec o zrnění 0,5 až 1 mm poměr vápence vůči uhlí hmotově 10 %

Technické řešení spalinové trasy:

-2CZ 16304 Ul

Počet vodních pneumatických trysek 2.1 Průměr cyklonových odlučovačů 2.4. 2.5 Výška cyklonových odlučovačů 2.4, 2.5 Plocha tkaninového filtru 3.1

Teplota spalin za tkaninovým filtrem 3.1 Průtok spalin

Čistota spalin:

1400 mm 5000 mm 400 m² 90 °C

5,5 m³/sec (NTP)

	CO: NO2:	110 mg/m3 360 mg/m3
10	SO2:	770 mg/m3
	O2:	7,4 %

Jsou splněny emisní limity čistoty spalin pro nové fluidní kotle s tepelným výkonem nad 5 MW (ref. podmínky).

Claims (1)

15 1. Fluidní kotlová jednotka s oxidační fluidní spalovací vrstvou hrubozrnného křemičitého písku, vyznačující se tím, že do trasy spalin za fluidním kotlem s oxidační fluidní spalovací vrstvou hrubozrnného křemičitého písku je instalována jedna nebo několik vodních trysek (2.1) před jeden nebo více cyklonových odlučovačů (2.4, 2.5), vývody pevných odpadů z jednoho nebo více cyklonových odlučovačů (2.4, 2.5) jsou propojeny pneutrasou (5.5) sekundár20 ního vzduchu do sesypu či sesypů (4.4) paliva pro zpětnou částečnou recyklaci pevných odpadů, ostatní vývody pevných odpadů z jednoho či více cyklonových odlučovačů (2.4, 2.5) a vývod pevných odpadů z tkaninového filtru (3.1) jsou propojeny se zásobníkem (2.9) popelovin.