CZ20033447A3

CZ20033447A3 - Fluidní kotel na uhlí

Info

Publication number: CZ20033447A3
Application number: CZ20033447A
Authority: CZ
Inventors: Jiří Ing. Csc. Mikoda
Original assignee: Jiří Ing. Csc. Mikoda
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2005-08-17

Abstract

Fluidní kotel na uhlí s oxidační spalovací vrstvou křemičitého písku (2), splňující emisní limity nových fluidních kotlů s tepelným výkonem pod 5 MW, jehož minimální výška sypané vrstvy křemičitého písku (2) o změní 1 až 2 mm při spalování uhlí o změní do 40 mm je 150 mm, topeniště (1) je z boků tvořeno membránovými stěnami (3) vyzděnými minimálně do výšky 1 000 mm nad trubkovým propadovým roštěm (4) a zespodu je vymezeno trubkovým propadovým roštem (4), na který je připojena trasa (12) spalovacího vzduchu a trasa (13) spalin, obsah kyslíku ve spalinách je 6 až 13,3 %, sesyp či sesypy (19) uhlí s Ca aditivem jsou minimálně 900 mm nad trubkovým propadovým roštem (4) a jsou spojeny s trasou (17) sekundárního vzduchu. Do oxidační spalovací vrstvy křemičitého písku (2) je instalována teplosměnná vestavba (7). Doplňková sypaná vrstva křemičitého písku (2) o změní 0,4 až 1 mm navyšuje sypanou vrstvu křemičitého písku (2) o změní 1 až 2 mm minimálně o 100 mm.

Description

Fluidní kotel na uhlí

Oblast techniky

Vynález 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 tepelným 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 českým patentem č. 283 457. l en je však koncipován na bázi rekonstrukce roštového kotle R 8 ČKD DUKLA s těžkou zazdívkou, 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 zrněním hruboprach hp 1 nebo ořech o2, je nutno aplikovat výrazně investičně nákladnější řešení dle užitných vzorů č. 13 483 a 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 granulometrii 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 vynálezu

Řešením problematiky fluidních kotlů, které splňují v oblasti čistoty spalin dle Nařízení vlády č. 352/2002 Sb. emisní limity roštových uhelných kotlů, je řešení dle předkládaného vynálezu. 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 2 500 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 při spalování uhlí o zrnění do 40 mm minimálně 150 mm a změní křemičitého písku 1 až 2 mm, topeniště s oxidační spalovací fluidní vrstvou křemičitého písku je z boků tvořeno membránovými stěnami vyzděnými minimálně do výšky 1 000 mm nad trubkovým propadovým roštem a zespodu je vymezeno trubkovým propadovým roštem, na který je připojena trasa spalovacího vzduchu nebo trasa spalovacího vzduchu a spalin, trasa spalovacího vzduchu i trasa spalin jsou opatřeny regulačními klapkami zajišťujícími obsah kyslíku ve spalinách 6 až 13, 3 % objemových, sesyp Či sesypy uhlí nebo uhlí s Ca aditivem • · · 4

444·

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 zrnění 1 až 2 mm je navýšena minimálně o 100 mm sypanou vrstvou křemičitého písku o zrnění 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 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 HjO v oxidační spalovací fluidní vrstvě křemičitého písku navýšené o minimálně 30 % výšky popelovými částicemi. Použití doplňkové frakce křemičitého písku o změní 0, 4 až 1 mm výrazně zefektivňuje spalování prachových podílů uhlí.

Přehled obrázků na výkresech

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

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

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 11.

Spalovací vzduch je trasou 12 s regulační klapkou směšován v sání ventilátorem 14 s trasou 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 media trubkovým propadovým roštem 7. Následně změna teploty oxidační spalovací fluidní vrstvy křemičitého písku 2_ vede ke změně otáček šnekového dávkovače 18 uhlí s vápencem CaCCb přes sesyp 19 na oxidační spalovací fluidní vrstvu křemičitého písku 2. Ventilátor 16 přivádí do sesypu či sesypů 19 pneutrasou F7 popeloviny z turniketu 21 s tím, že tato pneutrasa je současně i trasou 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 15 spalin je instalována startovací spalovací komora na zemní plyn.

4 4 4

4 · 4 4 4 44 • · 4 4 4 • 4 4 4

4 4 4 4 • 4 4 4 4

4444 44 44

Příklad provedení
Byl realizován horkovodní fluidní kotel	se zadávacími parametry
Tepelný výkon	2,4 MW
Vstupní teplota vody	70 °C
Výstupní teplota vody	130 °C
Palivo :
hnědé uhlí
druh:	průmyslová směs PS 1
zrnitost:	0 až 30 mm
výhřevnost:	15,6 MJ/kg
celkový obsah síry :	0,85%

Ca aditivum :

vápenec o zrnění 0,5 až lmm poměr vápence vůči uhlí hmotově 5 %

Technické řešení kotle :

průřez trubkového propadového roštu 4 ohřívač vody 9 teplosměnná vestavba 7 ekonomizér 6 buben 8 výška fluidního kotle tepelný výkon startovací spalovací komory křemičitý písek o zrnění sypaná výška křemičitého písku průtok spalin teplota spalin za ekonomizérem 6 teplota spalin před komínem tepelná účinnost fluidního kotle

000 x 2 600 mm 60 m²2, 7m²55 m²

800 χ 1 500 mm 5 000 mm

1,6MW až 1,6 mm 200 mm m³/s (NTP) 180 °C

120 °C 87% ·« «··« • · ·

9 9

9 9 9

9 9 9 teplota fluidní vrstvy 2 vyhoření popelovin

Čistota spalin :

obsah O₂ ve spalinách obsah CO

NO₂

SO₂ tuhé látky

820 až 840 °C 96%

7,4 %

110 mg/m³360 mg/m³1 905 mg/m³20 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 fluidního 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

PATENTOVÉ NÁROKY

1 .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 2 500 mg/m³ vztaženo na normální stavové podmínky (NTP), obsah 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 při spalování uhlí o zrnění do 40 mm je 150 mm a zrnění křemičitého písku je 1 až 2 mm. fluidní topeniště (1) s oxidační spalovací fluidní vrstvou křemičitého písku (2) jez boků tvořeno membránovými stěnami (3) vyzděnými minimálně do výšky 1 000 mm nad trubkovým propadovým roštem (4) a zespodu je vymezeno trubkovým propadovým roštem (4), na který je připojena trasa (12) spalovacího vzduchu nebo trasa spalovacího vzduchu a spalin, trasa (12) spalovacího vzduchu i trasa (13) spalin jsou opatřeny regulačními klapkami, zajišťujícími obsah kyslíku O₂ ve spalinách 6 až 13,3 % objemových, sesyp či sesypy (19) uhlí nebo uhlí s Ca aditivem jsou umístěny minimálně 900 mm nad trubkovým propadovým roštem (4) a spojeny s trasou (17) sekundárního vzduchu nebo sekundárního vzduchu a spalin.

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

3. Fluidní kotel dle nároku 1 , vyznačující se tím, že výška sypané vrstvy křemičitého písku o změní 1 až 2 mm je navýšena minimálně o 100 mm sypanou vrstvou křemičitého písku o zrnění 0, 4 až 1 mm.