CZ20032118A3

CZ20032118A3 - Fluidní kotel

Info

Publication number: CZ20032118A3
Application number: CZ20032118A
Authority: CZ
Inventors: Jiří Ing. Csc. Mikoda
Original assignee: Jiří Ing. Csc. Mikoda
Priority date: 2003-08-05
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2005-03-16

Abstract

Fluidní kotel na hrubozmné hnědé a černé uhlí s oxidační fluidní pískovou spalovací vrstvou křemičitého písku o změní 0,5 až 2 mm, jehož fluidní topeniště (1)je vytvořeno vyzděnými membránovými stěnami (5). Dno fluidního topeniště (1) tvoří trubkový propadový rošt (2), uhlí s vápencemje přiváděno alespoň jedním sesypem (4) na fluidní oxidační pískovou spalovací vrstvu, ve fluidní oxidační pískové spalovací vrstvě je umístěna trubková teplosměnná plocha (11) s nucenou cirkulací vody nebo parovodní směsi a na snížený vyzděný membránový strop (6)je umístěn hořák (7) na startovací palivo. Mezi ventilátorem (5) startovacího vzduchu a spalovacího vzduchu a recykíažních spalin a trubkovým propadovým roštěm (2)je umístěna startovací komora (9) s hořákem (10) na startovací palivo. Do fluidní oxidační pískové spalovací vrstvy je instalována tryska či trysky (8) startovacího paliva. Vyzděný membránový strop (6) v čelní části fluidního topeniště (1)je snížen na 2,2 až 5 m. Část zachycených pevných odpadů z cyklonů (12) je tlakovou pneumatickou dopravou (19) zavedena jednou či více trasami do fluidní oxidační pískové spalovací vrstvy, tyto odpady mají v důsledku nástřiku vody před cyklon (12) teplotu 100 až 140 °C. Fluidní topeniště (1)je vertikálně rozděleno vyzděnými membránovými stěnami na sekce, každá má svůj vlastní trubkový propadový rošt (2), ventilátor (13) a dávkování paliva přes sesyp ěi sesypy (4). Výsypky (3), trubkový propadový rošt (2) a trubková teplosměnná plocha (11) tvoří jeden konstrukční celek.

Description

Technické řešení se týká zdrojů tepla na bázi hnědých a černých uhlí, případně jejich směsí s biomasou s tepelnou kapacitou v rozmezí 3 až 24 MW v horkovodním a parním provedení se zaměřením na spalování hrubozmných frakcí těchto uhlí.

Dosavadní stav techniky

Dosavadní stav techniky je popsán v užitném vzoru č. 13 483, kde je prezentován cirkulační fluidní kotel řešený zejména pro spalování uhlí s vysokým obsahem síry, zvláště pak pro uhlí s vysokým podílem prachových částí, jmenovitě pro tzv. hruboprachy. To jsou vysokovýhřevné podíly uhlí vznikající při úpravě těženého uhlí. Po prakticky totálním· přechodu českého teplárenství z uhlí na zemní plyn je jejich odbyt minimální. Situace je natolik závažná, že je reálně uvažováno o odstavení úpraven uhlí se sérií kapalinových a mechanických separování vytěženého uhlí na kostku, průmyslové směsi, ořechy a hruboprachy. Potom přichází v úvahu pouze mechanická úprava granulometrie těženého uhlí? na tzv. topné směsi o změní 0 až 40 mm, reálně až se lOOmm částicemi uhlí s minimem prachových podílů a celkovým obsahem síry 1,3 až 1,8%:

Tato skutečnost vyžaduje, aby fluidní kotel respektoval svým technickým řešením tuto zásadní změnu granulometrie paliva, a to zejména novým tvarováním fluidního topeniště a trasy recyklu popelovin do fluidní vrstvy. Při spalování těchto uhlí fluidní topeniště a spalovací komora vyvinuté pro spalování hruboprachů jsou investičně nákladné. Přívod recyklu popelovin se sekundárním vzduchem z boku spalovací komory není efektivní, protože SO₂ se při spalování uvolňuje v celém objemu fluidního topeniště.

·· f»»· • · w

9 9 9 9

9 9

9 ··

Podstata technického řešení

Základem technického řešení je aplikace poznatků z hoření kusových částic uhlí v hrubozmné fluidní spalovací vrstvě křemičitého písku o změní 1 až 2 mm. a/ Uhlí včetně prchavé hořlaviny hoří uvnitř fluidní spalovací oxidační pískové vrstvy.

b/ Přívod sekundárního vzduchu společně s uhlím nemá prakticky vliv na čistotu spalin, tu garantuje hoření ve fluidní vrstvě.

c/ Je žádoucí, aby s ohledem na maximální dobu kontaktu SO2 a CaO byl co největší objem spalovacího reaktoru teplotně homogenní s teplotami 800 až 850 °C ; z toho vyplývá požadavek na vyzdění fluidního topeniště a požadavek na minimalizaci přívodu sekundárního vzduchu na úroveň nezbytnou pro chlazení sesypu uhlí.

d/ Recykl popelovin z cyklonů, které byly zchlazeny nástřikem vody do spalin, musí být zaveden do více míst fluidní spalovací vrstvy.

e/ Požadavek na udržení obsahu O2 ve spalinách 7,5 až 9,5 % trvá, tak jako nezbytnost intenzifikace tepelného výkonu kotle vestavěnou tepelnou vestavbou fluidní vrstvy. Proto musí studený start kotle být realizován nejen s ohřevem fluidní spalovací vrstvy externí spalovací komorou, ale i spalováním startovacího paliva ve fluidní vrstvě.

f/ Trvá i požadavek na vertikální dělení fluidního topeniště kotle. Po zvládnutí vývoje 6MW modulu fluidního kotle lze takto řešit fluidní kotle s výkony 6,12, 18 a 24 MW.

Výše uvedené problémy řeší fluidní kotel dle prezentovaného technického řešení. Je to fluidní kotel na spalování hrubozmného hnědého a černého uhlí s oxidační pískovou spalovací vrstvou křemičitého písku o změní 0,5 až 2 mm, jehož fluidní topeniště je vytvořeno z vyzděných membránových stěn s tím, že dno fluidního topeniště tvoří trubkový propadový rošt, uhlí s vápencem je přiváděno alespoň jedním sesypem na fluidní oxidační spalovací vrstvu, ve fluidní oxidační spalovací vrstvě je umístěna trubková teplosměnná plocha s nucenou cirkulací vody nebo parovodní směsi, vyzděný membránový strop v čelní ·« ···« • ·♦· f»« ··· #· ·· ·> * 4 · · · • · ·· 9 4 · • · ·······«« ·

4 9 9 9 9 4 9 4 9 9

444 44 4» 44 44 části fluidního topeniště je snížen na 2,2 až 5 m. Mezi ventilátorem startovacího vzduchu a spalovacího vzduchu a recyklážních spalin a trubkovým propadovým roštem je umístěna startovací komora s hořákem na startovací palivo a na snížený vyzděný membránový strop je umístěn hořák na startovací palivo. Do fluidní oxidační spalovací vrstvy je instalována tryska či trysky startovacího paliva. Část zachycených pevných odpadů z cyklonů je tlakovou pneumatickou dopravou zavedena jednou či více trasami do fluidní oxidační spalovací vrstvy; tyto odpady mají v důsledku nástřiku vody do spalin před cyklon teplotu 100 až 140 °C. Fluidní topeniště je vertikálně rozděleno vyzděnými membránovými stěnami na sekce, z nichž každá má svůj vlastní trubkový propadový rošt, ventilátor a dávkování paliva před sesyp či sesypy. Výsypky, trubkový propadový rošt a trubková teplosměnná plocha tvoří jeden konstrukční celek.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení, detailně popsané v příkladu technického řešení, je znázorněno na obrázku 1. Tento obrázek je strojně - technologickým schématem uspořádání fluidního kotle včetně nezbytných zařízení v trase paliva, spalin, odpadů a startu fluidního kotle.

Příklad provedení technického řešení

Fluidní kotel tvoří standardní tlaková část roštového kotle ČKD DUKLA závod Kolín typ R 5, 8 H s vyřazeným pasovým roštem. Membránová stěna 6_ v čelní části fluidního topeniště i je s ohledem na optimální podmínky startu fluidního kotle upravena dle obrázku 1 jako snížený vyzděný strop fluidního topeniště i a je opatřena startovacím hořákem 7 na topný olej.

Dno fluidního topeniště i tvoří trubkový propadový rošt 2. Ten je pevně spojen s výsypkami 3 , které zespodu uzavírají fluidní topeniště i. Základní konstrukční částí fluidního topeniště i vymezující jej z boku a výškově jsou membránové stěny 5 se žárobetonovou výduskou. Ve fluidní pískové oxidační spalovací vrstvě je instalována tryska 8 přívodu startovacího topného oleje. Spaliny, které zajišťují první stadium předehřevu fluidní pískové oxidační spalovací vrstvy na 280 °C, zajišťuje spalovací startovací komora 9

4444 ·· 4444 44 44 • 4 4 4 4 4 4 • 4 444 · 4 44 • 4 444 < 4 4 • · 4 4 4 4 4 ·« 444 44 44 * 4 4

4 4

4 4 4

44 s hořákem 10. Zubové čerpadlo 28 s obtokem do zásobníku topného oleje 27 zajišťuje přívod topného oleje do trysky 8.

Uhlí s vápencem je z provozního zásobníku 23 dvěma šneky 24 bez osového hřídele přiváděno do dvou sesypů 4 s výklopnými klapkami a přívodem sekundárního vzduchu z ventilátoru 13. Po ukončení startu, tj. po dosažení teploty fluidní oxidační pískové spalovací vrstvy 800 °C, je ventilátorem 13 přes trubkový propadový rošt 2 do fluidní oxidační pískové spalovací vrstvy přiváděna směs spalovacího vzduchu a recyklážních spalin, které jsou odebírány z trasy spalin za kouřovým ventilátorem 22. Ve fluidní pískové oxidační spalovací vrstvě je instalována trubková teplosměnná vestavba 11. Cirkulační voda horkovodního systému je čerpadlem 17 dopravována přes ekonomizér 16 do trubkové teplosměnné plochy 11 a následně do bubnu 14.

Cirkulace vody přes ohřívač 15 a membránové stěny 5 a 6 je volná přes buben 14 a spodní vodní trámce fluidního kotle.

Spaliny po průchodu ekonomizérem 16 jsou tlakovým pneumatickým rozstřikem vody zchlazeny v absorbéru 18 na 140 až 100 °C a v cyklonech 12 je z nich odloučena hrubá frakce odpadů spalovacího a desulfatačního procesu. Pneutrasou 19 se 4 výstupy jsou tyto odpady zavedeny přes trubkový propadový rošt 2 do fluidní oxidační pískové spalovací vrstvy. Spaliny dále procházejí přes tkaninový filtr 21 s tlakovým profukem a kouřový ventilátor 22 do komína. Pevné odpady z tkaninového filtru 21 a část pevných odpadů z cyklonu 12 jsou. pneumaticky dopraveny do zásobníku popelovin 25 s výstupní pneumatickou hubicí 26.Tyto odpady j sou autocistemou odváženy k likvidaci na stabilizát na skládce odpadů.

Tlakovou pneudopravu zajišťuje šroubový kompresor 20.

Byl realizován fluidní kotel s parametry :

1. Tepelný výkon fluidního kotle : 6 MW vstupní teplota vody : 80 °C výstupní teplota vody : 130 °C • · ·· ··

2. Palivo :

topná směs: výhřevnost : obsah popela: obsah vody: obsah síry celkem granulometrie :

ts 1 MUS a.s. Most

18,2 MJ/kg

17%

26%

1,3 % až 40 ( 100 ) mm

3. Odsiřovací aditivum : vápenec Čížkovice granulometrie : 0,5 až 1 mm obsah CaO : 45 % molámí poměr Ca / S - 3,0

4. Křemičitý písek 1 až 1,6 mm sypaná výška písku : 0, 25 m

5. Stroj ní řešení kotlové j ednotky fluidní topeniště i :

průřez fluidní vrstvy 2 560 x 2 040 výška fluidního topeniště 1_ nad fluidním propadovým roštem 2 5 000 výška stropu 6_ nad čelem fluidního propadového roštu 2 v čele fluidního topeniště i 2 800 teplosměnná plocha trubkové teplosměnné vestavby 12 m² startovací palivo : topná nafta startovací spalovací komora : 2,2 MW / 600 °C • · tryska 8 tepelný výkon : 1 MW startovací hořák 7 tepelný výkon ; 0,4 MW

Absorbční a cyklono vá jednotka 18 a 12 průměr cyklonu 12 1 600 průměr absorbéru 18 800 délka absorbéru 18 4 000

Tkaninový filtr 21 teplosměnná plocha 420 m²

Ventilátor 13 je vybaven regulací otáček a regulací průtoku škrticí klapkou.

2,9m³/s (NTP) l,8m³/s (NTP) 0,4 m³/s ( NTP ) 1 380 kg/h

97,2 % 6,5 MW

6. Základní materiálová bilance průtok spalovacího vzduchu recykl spalin sekundární vzduch spotřeba uhlí

7. Technologické výsledky vyhoření popelovin maximální výkon kotle čistota spalin ( 6 % O2, suché spaliny, NTP )

CO: 170 mg/m³

NO2: 342 mg/m³

SO2: 715 mg/m³ tuhé látky : 17 mg/m³teplota spalin za kotlem 160 °C teplota spalin za komín 110 °C teplota fluidní oxidační pískové spalovací vrstvy 830 až 850 °C obsah O2 ve spalinách za fluidním kotlem 7,5 až 9,5 %

Základní výhody nového řešení:

a/ Na minimálně upravené tlakové části roštového kotle ČKD DUKLA R 5,6 byl vyvinut fluidní kotel splňující emisní limity čistoty spalin pro nové fluidní kotle s tepelným výkonem nad 5 MW dle zákona č. 86 / 2002 Sb.

b/ Je spalováno hrubozmné uhlí o velikosti až 100 mm bez úpravy jeho granulometrie.

c/ Spotřeba vápence byla snížena na ekonomicky únosnou míru.

d/ Byly sníženy investiční náklady kotlové jednotky na 3,5 až 4 mil Kč / MW v cenách 2003.

e/ Cena 1 GJ tepla dosahuje v období návratnosti investice ( 4 roky ) 200 Kč / GJ. Po splacení investice na výstavbu kotlové jednotky tato cena klesá na 130 Kč / GJ (2003) Cena 1 GJ z kotlů na zemní plyn je v 2003 zhruba 400 až 450 Kč / GJ s tím , že dále výrazně poroste nad 600 Kč / GJ. Cena tepla z uhlí poroste v úrovni inflace.

Průmyslová využitelnost

Průmyslové kotle podle prezentovaného technického řešení na kvalitativně podstatně vyšší úrovni nahrazují roštové kotle parní, teplovodní a horkovodní s tepelnými výkony 4 až 24 MW.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Fluidní kotel na hrubozmné hnědé a černé uhlí s oxidační fluidní spalovací vrstvou křemičitého písku o změní 0,5 až 2 mm, vyznačující se tím, že fluidní topeniště (1) je vytvořeno vyzděnými membránovými stěnami (5) s tím, že dno fluidního topeniště (1) tvoří trubkový propadový rošt (2), uhlí s vápencem je přiváděno alespoň jedním sesypem na fluidní oxidační pískovou spalovací vrstvu, ve fluidní oxidační pískové spalovací vrstvě je umístěna trubková teplosměnná plocha (11) s nucenou cirkulací vody nebo páro vodní směsi, vyzděný membránový strop v čelní části fluidního topeniště (1) je snížen na 2,2 až 5 m.
2. Fluidní kotel podle bodu 1, vyznačující se t í m, že mezi ventilátorem (5) startovacího vzduchu a spalovacího vzduchu a recyklážních spalin a trubkovým propadovým roštem (2) je umístěna startovací komora (9) s hořákem (10) na startovací palivo.
3. Fluidní kotel podle bodu 1, vyznačující se tím, že do fluidní oxidační pískové spalovací vrstvy je instalována tryska či trysky (8) startovacího paliva a na snížený vyzděný membránový strop (6) je umístěn hořák (7) na startovací palivo.
4. Fluidní kotel podle bodu 1, vyznačující se tím, že část zachycených pevných odpadů z cyklonu (12) je tlakovou pneumatickou dopravou (19) zavedena jednou či více trasami do fluidní oxidační pískové spalovací vrstvy, tyto odpady mají teplotu 100 až 140 °C v důsledku nástřiku vody do spalin před cyklon (12).
5. Fluidní kotel podle bodu 1, vyznačující se tím,že fluidní topeniště (1) je vertikálně rozděleno vyzděnými membránovými stěnami na sekce, z nichž každá má svůj vlastní trubkový propadový rošt (2), ventilátor (13) a dávkování paliva přes sesyp či sesypy (4).
6. Fluidní kotel podle bodu 1, vyznačující se tím, že výsypky (3), trubkový propadový rošt (2) a trubková teplosměnná plocha (11) tvoří jeden konstrukční celek.