CZ18512U1 - Cirkulační fluidní kotel na uhlí a biomasu - Google Patents

Description

Technické řešení se týká řešení teplárenských kotlů na pevná paliva s individuálními tepelnými výkony cirkulačních fluidních kotlů na uhlí a biomasu 3 MW až 16 MW. To je výkonová oblast, která byla při spalování uhlí dříve zajišťována dnes ekologicky neakceptovatelnými roštovými kotli.

Dosavadní stav techniky

Spalovací systém oxidační fluidní spalovací vrstvy křemičitého písku spalující hnědá simá uhlí je popsán v CZ AO 30 120 (PV 9211-82). Předmětem tohoto vynálezu je složení spalovací směsi ío ve fluidním topeništi.

Řešením fluidního uhelného topeniště při aplikaci tohoto autorského osvědčení je uhelná spalovací komora, jejíž konstmkce je předmětem autorského osvědčení č. 242 996 (PV 4603-84). Fluidní topeniště je tvořeno:

- dvouplášťovým spalovacím reaktorem, ve vnitřním prostoru, který je z boků vymezen vyzdě15 nými ocelovými stěnami a zespodu trubkovým propadovým roštem, je oxidační fluidní spalovací vrstva křemičitého písku

- spaliny procházejí žárovými cyklony podle CZ AO 251 391 (1989), teplota spalin je 780 °C

- hnědé uhlí a vápenec jsou dávkovány na oxidační fluidní spalovací vrstvu křemičitého písku šnekovým dávkovačem bez osového hřídele s přívodem sekundárního vzduchu podle patentu

CZ 276 412 (1992)

- nájezd fluidního topeniště zajišťuje celokovová startovací spalovací komora na kapalná paliva instalovaná mezi ventilátorem spalovacího vzduchu a trubkovým propadovým roštem. Startovací spalovací komora s teleskopickým plamencem a pomocnou rotací zóny hoření je realizována podle patentu CZ 136 746 (1970) a CZ AO 190 717 (1982).

Fluidní topeniště s oxidační fluidní spalovací vrstvou křemičitého písku bylo využito k ekologizaci uhelných teplárenských roštových kotlů. Technické řešení podle patentu CZ 283 457 spočívá v:

- vyřazení pasového roštu a jeho náhradě samostatným fluidním topeništěm

- fluidačním médiem je směs spalovacího vzduchu a recyklážích spalin.

V tomto uspořádání se poprvé při spalování kusového simého uhlí podařilo splnit emisní limity čistoty spalin podle zákona č. 352/2002 Sb. o ovzduší pro nové fluidní kotle s tepelným výkonem nad 5 MW.

Nedořešenými zůstaly následující problémy:

- splnění těchto emisních limitů čistoty spalin při spalování uhlí s vysokým obsahem prachových podílů při ekologizaci roštových kotlů s velkoobjemovými topeništi

- snížení spotřeby vápence CaCO₃, molámí poměr dávkování vápence Ca: S = 3,3 při 80% zachycení SO₂ za vzniku síranu vápenatého CaSO₄ je neúnosně vysoký.

Základní opatření ke snížení spotřeby vápence k desulfataci spalin představuje technické řešení absorbéru SO₂ podle českého patentu č. 291 531. Vychází ze základního význaku oxidační fluidní spalovací vrstvy křemičitého písku, tj. že veškeré odpady spalovacího a desulfatačního procesu opouštějí fluidní topeniště se spalinami. Jen částečně nasulfatované Ca aditivum opouští fluidní topeniště jako CaO/CaSO₄ částice. Potom nástřikem vody do spalin se hydratuje oxid vápenatý CaO na hydroxid vápenatý Ca(OH)₂. Ca(OH)₂ reaguje v trase spalin s oxidem siřičitým

-1 CZ 18512 Ul

SO₂ za vzniku CaSO₄. Instalace absorbéru SO₂ s pneumatickými vodními tryskami výrazně snížila spotřebu vápence.

Analýza odpadů zachycených za absorbérem však prokázala, že hydratace CaO na Ca(OH)₂ není úplná. V odpadech byl zjištěn významný obsah CaO.

Řešení fluidního kotle s oxidační fluidní spalovací vrstvou křemičitého pískuje nutno dopracovat do uspořádání, v němž bude:

- minimalizována spotřeba CaCO₃ k desulfataci spalin

- zajištěna konverze oxidu uhelnatého CO na oxid uhličitý CO₂ a obsah kysličníků dusíku ve spalinách v úrovni emisních limitů pro nové fluidní kotle s tepelným výkonem nad 5 MW i při spalování simých uhlí s vysokým podílem prachových částic. Emisní limity čistoty spalin jsou stanoveny zákonem č. 352/2002 Sb. Za referenčních podmínek (6 % O₂, NTP, suché spaliny) jsou tyto limity pro oxid uhelnatý CO = 250 mg/m³, oxid dusíku NOX jako oxid dusičitý NO2 = 400 mg/m³ a oxid siřičitý SO2 = 800 mg/m³ a tuhé látky =100 mg/m³.

Řešení minimalizace spotřeby vápence k ekologickému spalování uhlí s vysokým podílem prachových částic představuje řešení fluidního cirkulačního kotle podle CZ PV 2003-1555 s oxidační fluidní spalovací vrstvou křemičitého písku.

Základem řešení fluidního cirkulačního kotle je:

- rozdělení spalovacího prostoru na fluidní topeniště a spalovací komoru k dokončení oxidace CO na CO₂

- částečný recykl hydratovaných odpadů spalovacího a desulfatačního procesu do fluidního topeniště.

Toto uspořádání splňuje ekologické nároky na nový fluidní kotel spalující uhlí s vysokým obsahem prachových podílů při minimalizaci spotřeby vápence.

Při realizaci cirkulačního fluidního kotle vznikly následující technické problémy:

- výška fluidního topeniště si vynucuje instalaci přehřívače páry, výpamíku a ekonomizéru v jednom tahu spalin nad sebou, nelze využít dlouhodobé zkušenosti z konstrukce tlakových částí roštových kotlů

- nároky na výšku absorbéru SO₂ při recyklu odpadů se ukazují jako neúnosné

- stavební investiční náklady cirkulačního fluidního kotle jsou příliš vysoké s ohledem na výšku fluidního topeniště.

Podstata technického řešení

Řešením problematiky cirkulačních fluidních kotlů na uhlí a biomasu je uspořádání cirkulačního fluidního kotle na uhlí a biomasu, jehož topeniště je vymezeno z boků membránovými stěnami, z čela membránovou stěnou, zezadu membránovou stěnou, shora přesazeným stropem tvořeným membránovými stěnami propojenými trubkami, zespodu je topeniště vymezeno trubkovým propadovým roštem propojeným s ventilátorem primárního spalovacího vzduchu a recyklážích spalin, membránová sténaje přes sesyp nebo sesypy propojena s dávkovačem nebo dávkovači uhlí a biomasy, sesyp nebo sesypy jsou propojeny s přívodem sekundárního vzduchu nebo sekundárního vzduchu a recyklážích spalin, v topeništi je obsažena sypaná vrstva křemičitého písku granulometrie 0,4 až 2 mm, v této vrstvě je instalována trubková vestavba, která je demontovatelná a vyjímatelná z topeniště, trasa spalin na začátku vymezená trubkami propojujícími membránové stěny přesazeného stropu je tvořena systémem konvekčních výměníků fluidního cirkulačního kotle na uhlí a biomasu, chladičem spalin s pneumatickými vodními tryskami, cyklonem nebo cyklony, tkaninovým filtrem nebo tkaninovými filtry a kouřovým ventilátorem, trubkové membránové stěny jsou částečně nebo zcela vyzděny žáruvzdornou vyzdívkou, teplota spalin na vstupu do spalinového kanálu přesazeného stropu topeniště je minimálně 700 °C. Trubková ve-2CZ 18512 Ul stavba je realizována z feritické chromové žáruvzdorné oceli. V systému konvekčních výměníků cirkulačního fluidního kotle na uhlí a biomasu je instalován konvekční výměník s volnou cirkulací vody, v němž trubky tvarované ohyby do trubkových smyček propojují rozvodné trubky s bubnem. Topeniště je po celé délce a po celé výšce rozděleno zcela nebo částečně vyzděnou membránovou stěnou na dvě samostatná topeniště.

K snadnějšímu porozumění problematice oxidačních fluidních spalovacích vrstev křemičitého písku jsou zde prezentovány technologické poznatky získané na poloprovozní jednotce s tepelným výkonem 40 kW a spalovací komor a uhlí s tepelným výkonem 3 MW podle CZ AO 242 996aCZAO230 120.

ío A/ částice paliva, která leží na fluidním roštu, není schopná fluidovat, pokud pracovní rychlost fluidačního média proudícího fluidním reaktorem je menší než prahová rychlost fluidace této částice paliva. Ta se dostane do vznosu v celém objemu fluidní vrstvy, a to nezávisle na teplotě systému, jestliže je do fluidního reaktoru nasypán inertní sypký materiál, pro nějž platí, že

- měrná hmota částice paliva je menší než měrná hmota inertní fluidní vrstvy při prahu fluidace

- měrná hmota částice paliva je větší než měrná hmota expandované inertní fluidní vrstvy.

Při poloprovozním výzkumu spalovacího procesu bylo zjištěno, že

- při spalování kusového uhlí je optimální změní křemičitého písku jako inertního materiálu fluidní vrstvy 1 až 1,6 mm

- při spalování dřevní štěpky je optimální změní křemičitého písku jako inertního materiálu fluidní vrstvy 0,6 až 0,9 mm

- při spalování směsi uhlí a biomasy a při spalování uhlí s vysokým podílem prachových částic je optimální změní křemičitého písku jako inertního materiálu fluidní vrstvy 0,4 až 2 mm.

Zásadní výhodou tohoto uspořádání fluidního topeniště je, že velikost dávkovaného kusového uhlí nebo biomasy je limitována volbou dávkovačů paliva do fluidního topeniště na uhlí a bio25 masu.

B/ Hybnost hrubozmných částic křemičitého písku je tak vysoká, že

- křemičitý písek oddrcuje z povrchu hořícího paliva vyhořelou popelovou vrstvu

- veškeré popeloviny opouštějí fluidní topeniště jako úletová frakce ve spalinách

- při spalování uhlí se jedná o kinetické hoření uhlíku C na oxid uhličitý CO₂; je to systém, v němž je dosaženo maximálně dostupné rychlosti spalování tím, že jsou eliminovány difusní odpory průchodu kyslíku vyhořelou popelovou vrstvou; rychlost hoření uhlíku na oxid uhličitý CO₂ je určena kinetikou oxidace uhlíku C na oxid uhelnatý CO a závisí pouze na teplotě spalovacího procesu a velikosti částic uhlí

- pokud dochází k desulfataci uhelných spalin uhlí vápencem, částice zkalcinovaného a částečně nasulfatovaného vápence opouštějí topeniště jako oddrcené prachové částice CaO/CaSO₄ společně se spalinami.

V tomto systému fluidního spalování odpadá trasa žhavých popelovin z fluidního topeniště a entalpie odpadů spalovacího procesuje využívána konvekčními výměníky v trase spalin.

C/ Při spalování kusového uhlí o velikosti částice 10 až 20 mm a výhřevnosti 16 MJ/kg a vsy40 páni křemičitého písku o změní 1 až 1,6 mm na výšku 150 mm a křemičitého písku o změní 0,6 až 0,9 mm na výšku 100 mm, tj. na celkovou výšku 250 mm nad trubkovým propadovým roštem, vznikají po výšce topeniště tři výrazně odlišné hydrodynamické systémy

- homogenní systém o výšce přibližně 1 000 mm a charakteru sopečné lávy

- silně expandovaný tryskající systém dosahující výšky přibližně 2 300 mm nad trubkovým propadovým roštem

-3 CZ 18512 Ul

- mrak uhelných prachových částic a prachových částic Ca aditiva dosahující výšky přibližně 3 500 mm nad trubkovým propadovým roštem.

Klidová výška tohoto spalovacího systému je přibližně 300 mm, tj. převyšuje výšku vsypané vrstvy křemičitého písku 250 mm. Tento nárůst výšky vyplývá ze skutečnosti, že hmota oxidační fluidní spalovací vrstvy křemičitého písku je tvořena hmotou nasypaného křemičitého písku do topeniště a hmotou uhlí a Ca aditiva v topeništi. Hmota uhlí v topeništi je součinem intenzity dávkování uhlí a jeho doby hoření. Hmota Ca aditiva v topeništi je součinem intenzity dávkování vápence a doby sulfatace CaO na CaSO₄.

Poznatky získané při vývoji fluidních kotlů s oxidační fluidní spalovací vrstvou křemičitého písku během jejich dlouhodobého provozu umožnily prezentované řešení cirkulačního fluidního na uhlí a biomasu. Jde o poznatky, které nevyplývaly z dostupných technických a teoretických poznatků o tomto spalovacím a desulfatačním procesu a z řešení podle českého patentu CZ 283 457 a patentové přihlášky CZ PV 2003-1555.

A/ Při bočním přívodu uhlí do spalovací fluidní oxidační vrstvy křemičitého písku vzniká i přes celkovou oxidační atmosféru systému silně proměnlivý profil koncentrace kyslíku O₂ v topeništi, minimální obsah O₂ je pod dávkovači uhlí v oblasti bouřlivého vývoje prchavé hořlaviny. Přímým důsledkem je relativně vysoká produkce oxidu uhelnatého CO v této oblasti topeniště. Představa spalovací fluidní oxidační vrstvy křemičitého písku jako ideálně míchaného reaktoru je v případě fluidního spalování z hlediska rovnoměnnosti obsahu O₂ po délce topeniště přílišným zjednodušením problematiky.

B/ Spalování uhlí je z hlediska kinetiky reakcí 1. řádu vůči kyslíku O₂ s tím, že řídící chemickou reakcí je oxidace uhlíku na CO; rychlost oxidace CO na CO₂ je pokládána za natolik rychlou, že doba oxidace CO na CO₂ tvoří zanedbatelnou část doby hoření paliva; provozní výsledky prokázaly, že tato představa řídících dějů spalovací reakce platí až od teploty 700 °C, pod touto teplotou je rychlost oxidace CO na CO₂ tak pomalá, že promísení spalin při obsahu O₂ ve spalinách 10 % nevede k dokončení oxidace CO na CO₂. Řešením problému je vytvoření směšovacího prostoru v topeništi nad spalovací fluidní oxidační vrstvou křemičitého písku s teplotou udržovanou regulací přívodu sekundárního vzduchu nad 700 °C, žádoucí obsah O₂ ve spalinách je 6 až 8 %.

Neočekávaným poznatkem je zjištění, že za těchto podmínek při intenzitě promísení spalin podle CZ PV 2003-1555 je možné minimalizovat objem spalovací komory k dokončení oxidace CO na CO₂ nad oxidační fluidní spalovací vrstvou křemičitého písku na objem vzniklý konstrukcí přesazeného stropu fluidního topeniště podle prezentovaného vynálezu.

C/ 1. Poloprovozní a provozní výzkum desulfatace spalin v oxidační fluidní spalovací vrstvě křemičitého písku v teplotní oblasti 800 až 850 °C s vápenci z odlišných lokalit prokázal, že výsledky v desulfataci spalin při použití různých vápenců jsou prakticky shodné a dosažitelná koncentrace CaSO₄ v CaO částici je pouze přibližně 24 %, třebaže dosažitelná koncentrace CaSO₄ v CaO částici při sulfataci vápence ve stacionární vrstvě je 27 až 56,5 % v závislosti na lokalitě těžby vápenců.

2. Provozní výsledky z provozu fluidního kotle s oxidační fluidní spalovací vrstvou křemičitého písku, z provozu fluidního kotle s popelovou vrstvou a z provozu cirkulačních fluidních kotlů s redukční popelovou vrstvou vedly ke zcela shodným závěrům o stupni sulfatace CaO částice na CaSO₄, obsah CaSO₄ v CaO částici byl u všech systémů prakticky shodný, tj. přibližně 24 % CaSO₄ v CaO částici. Stupeň desulfatace spalin ve fluidním topeništi tedy nezávisí ani na druhu vápence ani na systému fluidního topeniště. Z tohoto poznatku vyplývá zásadní výhoda oxidační fluidní spalovací vrstvy křemičitého písku, tj. že veškeré Ca aditivum je obsaženo ve spalinách jako částice CaO/CaSO₄. Tento nezreagovaný CaO lze využít v dalším technologickém stupni k doplňkové desulfataci spalin.

3. Řešením intenzifikace desulfatace spalin cirkulačního fluidního kotle na uhlí a biomasu je podle českého patentu č. 291 531 převod nezreagovaného CaO v částicích CaO/CaSO₄ ve spali-4CZ 18512 Ul nách nástřikem vody na Ca(OH)₂/CaSO₄ částice a jeho využití k další desulfataci spalin. Vzhledem k reaktivitě CaO z Ca(OH)₂ s SO₂ při teplotách nad 400 °C a přímé reaktivitě Ca(OH)₂ s SO₂ při teplotách v úrovni 100 °C lze intenzifikaci desulfatace provést

- zchlazením spalin do oblasti blízké rosnému bodu spalin, stupeň konverze Ca(OH)₂ na CaSO₄ zásadním způsobem závisí na parciálním tlaku vody ve spalinách a stupni sycení spalin vodní parou

- recyklem částic CaO/CaSO₄ po převedení na částice Ca(OH)₂/CaSO₄ zpět do topeniště.

Zásadním problémem je skutečnost, že navlhlý popílek a navlhlé částice Ca(OH)₂/CaSO₄ se po nástřiku vody do spalin musí v trase spalin usušit tak, aby nedošlo k zalepení spalinové trasy a k io porušení tkaninového filtru. Hnací silou sušení odpadů spalovacího procesuje rozdíl parciálního tlaku vodní páry na povrchu sušené částice a parciálního tlaku vodní páry ve spalinách.

Z chemicko - inženýrského hlediska je absorbér SO₂ proudovou sušárnou, kde sušení odpadů navlhlých nástřikem vody je provázeno souběžným snižováním teploty spalin. Nízké teplotní spády v absorbéru SO₂ vedou k málo intenzivnímu odparu vody z částic odpadů.

Při zvýšení intenzity nástřiku vody, tak aby teplota spalin byla za tkaninovým filtrem v úrovni

100 °C, nutné z hlediska sulfatace Ca(OH₂) a při recyklu odpadů do topeniště, který výrazně zvětšuje jejich obsah ve spalinách, by při dlouhodobém provozu došlo k zalepení absorbéru SO₂ nedostatečně vysušenými odpady, pokud by jeho výška výrazně nepřevyšovala 10 000 mm.

Podle údaje v CZ PV 2003-1555 byl tento problém při desulfataci spalin granulačního kotle vy20 řešen nástřikem vody bezprostředně pod cyklonovou baterií. Při zchlazení spalin nástřikem vody z 240 °C na 100 °C byla vlhkost odpadů na výstupu z cyklonové baterie menší než 0,1 % a provoz spalinové trasy byl dlouhodobě spolehlivý.

Jedná se o neočekávaně úspěšné konstrukční řešení absorbéru SO₂, které technologicky vychází z řešení podle českého patentu CZ 291 531, které je po ověření na granulačním kotli aplikováno na cirkulačním fluidním kotli na uhlí a biomasu.

4. Při ověřování intenzifikace desulfatace uhelných spalin na fluidním kotli 5 MW s fluidní oxidační spalovací vrstvou křemičitého písku v jeho uspořádání jako cirkulačního fluidního kotle na uhlí a biomasu byla zjištěna konverze CaO částice na CaSO₄ 41,6 %. Teplota spalin za tkaninovým filtrem byla 102 °C. K 80% zachycení SO₂ stačí dávkovat vápenec o granulometrii 0,5 až

1 mm s molámím poměrem Ca/S rovným 1,92. Bez intenzifikace desulfatace spalin by spotřeba vápence při 80% zachycení SO₂ musela odpovídat Ca/S = 3,3. Intenzifikace desulfatace spalin umožňuje snížit spotřebu vápence na cirkulačním fluidním kotli na uhlí a biomasu na 58 % spotřeby nutné ke stejnému stupni desulfatace spalin na fluidním kotli bez intenzifikace desulfatace spalin.

D/ Při instalaci tepelné vestavby do spalovací fluidní oxidační vrstvy křemičitého písku je součinitel přenosu tepla zhruba 280 W/m² °C a teoreticky je nezávislý na pracovní rychlosti fluidace. S ohledem na teplotní spád v topeništi je intenzita přenosu tepla na tepelné vestavbě instalované v homogenní části spalovací fluidní oxidační vrstvy křemičitého písku řádově větší, než je intenzita přenosu tepla na konvekčních výměnících cirkulačního fluidního kotle na uhlí a bio40 masu. Navíc se jedná o transport tepla se 100% tepelnou účinností, kterým lze odvést až 48 % tepla, které je předáváno vznikající vodní páře nebo ohřívané teplé vodě. Zcela zásadním problémem je volba materiálu tepelné vestavby s ohledem na okysličující a simé prostředí v topeništi. Navíc je tepelná vestavba vystavena silné abrazi hrubozmnými částicemi křemičitého písku. Provozně bylo ověřeno použití austenitické chromniklové a feritické chromové žáruvzdor45 né oceli a uhlíkové kotlářské oceli. Zásadním poznatkem je výrazně odlišná životnost výše uvedených ocelí, žádná však nesplňuje nároky na životnost konvekčních výměníků parního či horkovodního kotle. Je proto nutno tepelnou vestavbu realizovat jako vyměnitelnou část cirkulačního fluidního kotle na uhlí a biomasu.

-5CZ 18512 Ul

Při použití tepelné vestavby při stejném průřezu fluidního a pasového roštu došlo k nárůstu tepelného výkonu kotlové jednotky o 25 %, třebaže vstupní teplota spalin ve fluidním kotli obecně je výrazně nižší než teplota spalin za pasovým roštem.

E/ Od teplárenského kotle je obvykle požadován regulační rozsah tepelný výkonů 40 % až 100 % maxima tepelného výkonu kotle. Fluidní kotel podle čs. patentu CZ 283 457 tyto nároky splňuje, protože pracovní rychlost fluidace fluidačního média tvořeného primárním spalovacím vzduchem a recyklážními spalinami při použití změní křemičitého písku 1 až 1,6 mm může být v rozsahu 0,45 až 0,95 Nm/s. Situace se zásadně mění při použití křemičitého písku o změní 0,4 až mm a instalaci tepelné vestavby v topeništi. Rozsah regulace tepelného výkonu kotle se snižuje na 70 až 100 % maxima tepelného výkonu kotle. Rozšíření regulačního rozsahu tepelného výkonu kotle je možné pouze sekcováním fluidního topeniště na samostatné reaktorové celky s tím, že podstatná část konvekčních výměníků a trasa spalin kotle je společná pro celý fluidní kotel.

F/ V parních a horkovodních kotlích je standardním konvekčním výměníkem svislý svazek velkoprůměrových trubek v trase volné cirkulace vody přes buben. Intenzita přenosu tepla mezi spalinami a tímto svazkem trubek je minimální. Zásadní výhodou tohoto uspořádání je, že intenzita cirkulace vody je úměrná tepelnému výkonu parního a horkovodního kotle. S ohledem na regulaci cirkulačního fluidního kotle na uhlí a biomasu je žádoucí tento výměníkový systém zachovat. Je však nutno intenzifíkovat přenos tepla mezi spalinami a vodou vhodným tvarováním svazku trubek při minimalizaci tlakové ztráty na straně volné cirkulace vody.

Cirkulační fluidní kotel na uhlí a biomasu podle prezentovaného technického řešení představuje řešení zdroje tepla s minimalizovanými investičními a provozními náklady. Je schopen spalovat kusové uhlí i uhlí s vysokým podílem prachových částic při dodržení emisních limitů čistoty spalin pro nové fluidní kotle s tepelným výkonem 5 až 50 MW. Zásadní výhodou je, že při konstrukci cirkulačního fluidního kotle na uhlí a biomasu bylo možno aplikovat dlouhodobé poznatky z konstrukce tlakových systémů roštových kotlů.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení cirkulačního fluidního kotle na uhlí a biomasu je podrobněji znázorněno na obrázcích 1, 2 a 3. Obrázek 1 je strojně - technologické schéma cirkulačního fluidního kotle na uhlí a biomasu. Obrázek 2 je řezem B-B cirkulačního fluidního kotle na uhlí a biomasu. Obrázek je řez A-A cirkulačního fluidního kotle na uhlí a biomasu. V symbolice číselného označení obrázků samotná čísla označují aparáty cirkulačního fluidního kotle na uhlí a biomasu a čísla za tečkou označují jednotlivé části těchto aparátů.

Příklad provedení technického řešení

Cirkulační fluidní kotel na uhlí a biomasu produkuje energetickou páru pro souběžnou výrobu elektrické energie a teplárenské páry.

Trasu paliva tvoří zastřešená skládka uhlí, zastřešený sklad dřevní štěpky, silo vápence, dávkovače jednotlivých paliv a zavážecí dopravník, který palivovou směs zaváží do dávkovače paliva 14. Tento dávkovač paliva 14 je tvořen provozním zásobníkem paliva 14.1 a šnekovými dávkovači 14.2 bez osového hřídele, které palivo přivádějí přes sesypy 1.10 do topeniště 1. V sesypech 1.10 jsou instalovány skluzy paliva 1.11 a výkyvné klapky 1.12.

Fluidační médium tvořené primárním spalovacím vzduchem a recyklážními spalinami je do topeniště i přiváděno přes trubkový propadový rošt 2 ventilátorem 11. Ve výtlačné trase ventilátoru 11 je i hořák 12 a startovací spalovací komora 13. V topeništi 1 je instalována trubková vestavba 3, která je demontovatelná a vyjímatelná z topeniště 1. V topeništi 1 jsou instalovány řídící termočlánky 28 a 29. Termočlánek 29 je součástí okruhu řízení tepelného výkonu cirkulačního fluidního kotle na uhlí a biomasu. Termočlánek 29 je součástí okruhu řízení přívodu sekundárního vzduchu do topeniště 1.

-6CZ 18512 Ul

Spaliny, které opouštějí spalovací fluidní oxidační vrstvu křemičitého písku, procházejí přes trubky 1.8 spalinovým kanálem přesazeného stropu topeniště I do přehřívače páry 6, vařáku 5, ekonomizéru 7, chladiče 8 spalin, cyklonu 16 a tkaninového filtru 21 a kouřovým ventilátorem 26 jsou odváděny do komína 27. V trase spalin je instalován automatický analyzátor 30 obsahu

O₂ ve spalinách, který ovládá regulační klapku 31 v trase recyklu spalin.

Nucenou cirkulaci vroucí vody přes trubkovou vestavbu 3 zajišťuje vodní cirkulační čerpadlo JO. Parovodní směs z trubkové vestavby 3 je zaváděna do bubnu 4. Na buben 4 je napojen i systém samovolné cirkulace vody přes výpamík 5 a membránové stěny 1.1, 1,2 a 1.3 topeniště 1. Přívod napájecí vody do ekonomizéru 7 zajišťuje napájecí čerpadlo 9.

ío Trasa odpadů spalovacího procesu je v zásobníku 17 cyklonu 16 rozdělena na dva proudy. Recykláží proud odpadů je dopravován trasou sekundárního vzduchu na výtlaku ventilátoru L5 přes sesyp 1.10 do topeniště 1. Odpady spalovacího procesu jsou do výtlačné trasy ventilátoru 15 zaváděny přes turnikety 19 a 20. Nerecyklované odpady jsou dopravníkem 18 dopravovány do zásobníku 23 pod tkaninovým filtrem 21. Do zásobníku 23 jsou dopravníkem 22 přiváděny dále odpady spalovacího procesu, zachycené v tkaninovém filtru 21. Odpady spalovacího procesu ze zásobníku 23 jsou přes turniket 24 dopravovány tlakovou pneudopravou 25 do centrálního zásobníku odpadů. Odtud jsou odváženy autocistemou k jejich stavebnímu využití.

Topeniště 1 je vymezeno z boků membránovými stěnami U_, z čela membránovou stěnou 1.3 a zezadu membránovou stěnou 1.2. Po celé výšce je topeniště 1 vyzděno žáruvzdornou vyzdívkou

1.4. Vodní cirkulaci přes membránové stěny topeniště 1 zajišťuje buben 4, zavodňovací trubky

5.1. podélné vodní trámce 1,5 a příčné vodní trámce 1.6. Cirkulaci vody přes zadní membránovou stěnu 1.2 umožňuje trubka 1.7 a trubky 1.8, napojené přes trubku 1,9 stropem topeniště i do bubnu 4. V čelní membránové stěně 1.3 jsou instalovány sesypy 1,10 paliva. Vypuštění obsahu topeniště i umožňuje výpusť 1.14. Topeniště i je instalováno na stojanech 1,16. Membránové stěny 1.1 jsou napojeny do bubnu 4 přes trubky 1,13. Topeniště 1 je zespodu uzavřeno dny 1,15.

Trubkový propadový rošt 2 je tvořen centrálními trubkami 2,1, příčnými trubkami 2.2 a nátrubky 2.3, které jsou shora uzavřené, a fluidační médium proudí přes otvory v bocích nátrubků 2.3.

Trubková vestavba 3 je tvořena trubkovými smyčkami 3.1. Tyto jsou napojeny na přívodní rozvodné trubky 3.4 a výstupní rozvodné trubky 33. Trubkové smyčky 3.1 jsou spojeny nosnými přírubami 3.2 s bočními membránovými stěnami 1,1 topeniště.

Okruh samovolné cirkulace vody v cirkulačním fluidním kotli na uhlí a biomasu je realizován v úseku vařáku 5 propojením bubnu 4 zavodňovacími trubkami 5.1. podélnými vodními trámci 1.5, příčnými vodními trámci 1.6, rozvodnými trubkami 5.2 a 5.3 a svazkem pravoúhle tvarovaných trubek 5.4. V bubnu 4 je instalován odlučovač páry z parovodní směsi.

Přehřívač páry 6 je realizován ze zdvojených trubkových svazků 6.1 propojených trubkovou komorou 6.2, do které je z napájecího čerpadla 9 přiváděna přes tlakové vodní trysky voda k regulaci teploty přehřáté vodní páry.

Ekonomizér 7 je tvořen pláštěm 7,1 a zdvojenými trubkovými svazky 7.2. Ekonomizér 7 je s výpamíkem 5 propojen dny 73, které jsou na straně odpadů spalovacího procesu napojeny na turnikety 20.

Chladič 8 spalin tvoří plášť 8.1 a série pneumatických vodních trysek 8.2.

Technická specifikace cirkulačního fluidního kotle na uhlí a biomasu:

Produkce páry:

Pára:

Tepelný výkon: Teplota napájecí vody:

t/h

330 °C / 2,5 MPa 14,9 MW 105 °C

-7CZ 18512 Ul

Minimální produkce páry: 7,0 t/h

Palivo: směs uhlí PS 1 a dřevní štěpky v poměru 1 : 1 hmotově

Uhlí: průmyslová směs PS 1 výhřevnost:	14,5 MJ/kg
Síra:	1,6%
Změní:	10 až 40 mm
Dřevní štěpka: částečně předsušená
Výhřevnost:	10 MJ/kg
Střední změní:	50 χ 50 χ 50 m
Piliny:	do 10 %
Granulometrie:	1 až 10 mm
Vápenec: Granulometrie	0,5 až 1 mm

Čistota spalin při referenčních podmínkách NTP, 6 % O₂, suché spaliny CO: 250 mg/m³

NO_X jako NO₂: 400 mg/m³

SO₂: 800 mg/m³

Tuhé látky: 100 mg/m³

Tepelná účinnost cirkulačního fluidního kotle na uhlí a biomasu: Průtok spalin:

Teplota spalovací fluidní oxidační vrstvy křemičitého písku: Teplota spalin na vstupu do přehřívače páry 6:

Obsah O₂ ve spalinách:

Teplota spalin vstupujících do komína 27:

Teplota spalin za ekonomizérem T.

Průřez cirkulačního fluidního kotle na uhlí a biomasu:

Výška kotelny s cirkulačním fluidním kotlem na uhlí a biomasu: Průměr šneků bez osového hřídele:

Počet :

Cyklony 16:

Průměr:

Počet:

Nástřik vody do spalin:

Startovací spalovací komora 13:

Tepelný výkon:

Palivo:

Teplota spalin:

Tkaninový filtr 2±:

Plocha:

86%

12,2Nm³/s 830 °C 740 °C 7,6 %

100 °C 180 °C

000 χ 6 000 mm 12 800 mm 0 240 mm 4

1 600 mm 4 pneumatických trysek 8.2

3MW lehký topný olej 600 °C

1040m²

-8CZ 18512 Ul

Profuk tlakovým vzduchem.

Průmyslová využitelnost

Prezentované řešení kromě plnění své základní deklarované funkce je vhodné k spalování kalů z čistíren odpadních vod a granulovaných odpadů.

Cirkulační fluidní kotel na uhlí a biomasu lze provozovat i se samostatným dávkováním uhlí s vápencem a samotné dřevní štěpky.

Claims (4)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Cirkulační fluidní kotel na uhlí a biomasu, vyznačující se tím, že jeho topeniště (1) je vymezeno z boků membránovými stěnami (1.1), z čela membránovou stěnou (1.3), zezadu ío membránovou stěnou (1.2), shora přesazeným stropem tvořeným membránovými stěnami (1.2) a (1.3) propojenými trubkami (1.8), zespodu je topeniště (1) vymezeno trubkovým propadovým roštem (2) propojeným s ventilátorem (11) primárního spalovacího vzduchu a recyklážích spalin, membránová stěna (1.3) je přes sesyp nebo sesypy (1.10) propojena s dávkovačem nebo dávkovači (14) uhlí a biomasy, sesyp nebo sesypy (1.10) jsou propojeny s přívodem sekundárního

   15 vzduchu nebo sekundárního vzduchu a recyklážích spalin, v topeništi (1) je obsažena sypaná vrstva křemičitého písku z rozmezí granulometrie 0,4 až 2 mm, v této vrstvě je instalována trubková vestavba (3), která je demontovatelná a vyjímatelná z topeniště (1), trasa spalin na začátku vymezená trubkami (1.8) je tvořena systémem konvekčních výměníků fluidního cirkulačního kotle na uhlí a biomasu, chladičem (8) spalin s pneumatickými vodními tryskami (8.2), cyklonem

   20 nebo cyklony (16), tkaninovým filtrem nebo tkaninovými filtry (21) a kouřovým ventilátorem (26), teplota spalin na vstupu do spalinového kanálu přesazeného stropu topeniště (1) je minimálně 700 °C.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že trubková vestavba (
3. 3) je realizována z feritické chromové žáruvzdorné oceli.

   25 3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že v systému konvekčních výměníků cirkulačního fluidního kotle na uhlí a biomasu je instalován konvekční výměník s volnou cirkulací vody, v němž trubky (5.5) tvarované ohyby do trubkových smyček, propojují rozvodné trubky (5.2) a (5.3) s bubnem (4).
4. 4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že topeniště (1) je po celé délce a

   30 po celé výšce rozděleno zcela nebo částečně vyzděnou membránovou stěnou (1.1) na dvě paralelní samostatná topeniště.