PL195937B1 - Sposób spalania paliwa biologicznego w kotle zaprojektowanym do spalania paliwa kopalnego - Google Patents

Abstract

1. Sposób spalania paliwa biologicznego w kotle zaprojektowanym do spalania paliwa kopalnego jako paliwa glównego obejmujacy rozdrabnianie glównego paliwa kopalnego do spalania, doprowadzanie glównego paliwa ko- palnego za pomoca gazu nosnego do co naj- mniej jednego palnika i spalanie glównego pa- liwa kopalnego w komorze spalania kotla, zna- mienny tym, ze miesza sie paliwo biologiczne ze strumieniem pylowego paliwa glównego nie wczesniej niz po rozdrobnieniu glównego paliwa kopalnego i przed zaplonem paliw, przy czym paliwo biologiczne spala sie razem z glównym paliwem kopalnym w tym samym plomieniu. PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób spalania paliwa biologicznego w kotle zaprojektowanym do spalania paliwa kopalnego.

Chodzi tu zwłaszcza o wspólne spalanie drewna, drewna odpadowego i innego rodzaju paliwa biologicznego razem z typowym węglem w kotle zaprojektowanym do spalania węgla, węgla brunatnego, torfu i innych stałych paliw kopalnych jako paliwa głównego.

Ogólnie uznane ograniczenia emisji dwutlenku węgla powodują zmniejszenie zainteresowania stosowaniem paliw kopalnych do wytwarzania energii. Zastąpienie tego rodzaju paliw paliwami odnawialnymi daje możliwość obniżenia całkowitej ilości emitowanego dwutlenku węgla. Jednakże paliwa biologiczne odnawialne są ciągle raczej kosztowną alternatywą i wymagają nakładów na urządzenia, ponieważ nie są one odpowiednie do spalania w siłowniach na paliwo stałe, takich jak opalane węglem lub olejem, bez wprowadzania kosztownych modyfikacji. Jako, że istnieje jednak wiele siłowni opalanych węglem ciągle przewidzianych długiego czasu użytkowania, byłoby korzystne spalanie odpowiedniego paliwa biologicznego w tych instalacjach, jeśli tylko dostarczonoby odpowiednie urządzenia techniczne do tego celu.

Opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5 609 113 opisuje jedną z technologii spalania paliwa drewnianego przy wytwarzaniu energii. W układzie tym komora spalania kotła opalana jest pyłem węglowym i materiałem pochodzącym z drewna, przy czym ten ostatni jest rozdrabniany do ściśle określonej wielkości cząstek. Oddzielne dysze zasilające lub palniki stosowane są dla pyłu węglowego i cząstek węgla, uzupełnione palnikami olejowymi. Ta technologia spalania krępowana jest przez typowy problem dotyczący spalania drewna. Gdy materiał drewniany spalany jest w postaci ścinków bez dodatkowego paliwa, wielkość cząstek paliwa drewnianego musi być bardzo mała, a ilość dużych cząstek stałych we wprowadzanym paliwie stosunkowo mała, aby utrzymać stały płomień w palniku bez stosowania paliwa dodatkowego, takiego jak gaz lub olej. Ciągle jednak istnieje niebezpieczeństwo, że duże zrębki lub inne grudki mogą pozostać częściowo nie spalone w palniku. Ponadto szczególnie duże cząstki mogą przylegać do ścianek komory spalania kotła, powodując tym samym obrastanie powierzchni wymiany ciepła. Dla uzyskania całkowitego spalenia paliwa drewnianego i minimalnego obrastania ścianek komory spalania materiał stosowany jako paliwo musi być dokładnie zmielony, a właściwy rozkład wymiarów jego cząstek musi być zagwarantowany przez przesianie. Opisana powyżej bez technologia spalania przeznaczona jest jedynie do spalania stycznego, co oznacza, żenie jest w zasadzie stosowana do innego rodzaju kotłów lub metod spalania. Ponadto, jako że maksymalna zawartość wody w paliwie drewnianym musi tu być utrzymywana poniżej 20%, co najmniej ścinki drewna z wyrębu i innego rodzaju zawierający wodę materiał musi być suszony przed jego zastosowaniem jako paliwo.

Dodatkowo do powyższego przykładu znane są inne podobne technologie spalania drewna w kotłach opalanych węglem. Również te sposoby wymagają mielenia paliwa na wyjątkowo drobne cząstki, mniejsze nawet od 1mm i następnie stosowania oddzielnych palników do spalania takich na przykład jak opisane w opisach patentowych St. Zjednoczonych Ameryki nr nr 5,799,594, 5,431,114, 4,907,962 i 5,263,426.

Mały wymiar cząstek jest niezbędny, ponieważ paliwo drewniane nie może utrzymać spalania przy dużym wymiarze cząstek. Ponadto paliwo musi być dostatecznie suche. Z tych powodów koszty inwestycyjne siłowni zaprojektowanych w tradycyjny sposób przy zastosowaniu do drewna jako paliwa drugorzędowego stają się wysokie. Palniki węglowe układu spalania muszą być uzupełnione palnikami pomocniczymi do paliwa drewnianego i oczywiście elementami zasilającymi dla paliwa drewnianego i jego spalania oraz strumieni powietrza nośnego. Rozdrabnianie drewna do cząstek o małych rozmiarach jest złożone i kosztowne ponieważ drewno będąc materiałem włóknistym nie może być miażdżone tak jak węgiel w młynie kulowym, ale zamiast tego włókna muszą być oddzielane od siebie poprzez siekanie. Mielenie staje się nagle trudniejsze, gdy zmniejsza się wielkość cząstek.

Podczas gdy cięcie drewna na wióry może być wykonane przy stosunkowo niewielkim koszcie i odpowiednie do tego urządzenia zostały zaprojektowane w przemyśle celulozowo-papierniczym, to trudne jest wyłożenie dużej ilości energii na bardzo małe cząstki drewna i odpowiednie urządzenia rozdrabniające są bardzo drogie. Jako, że zwykle potrzebny jest również układ suszenia paliwa, koszty inwestycyjne instalacji spalania drewna powyżej opisanego rodzaju stają się tak wysokie, że jej budowanie uzasadnione jest jedynie z tych powodów, że paliwo dostępne jest po zerowym koszcie lub jego spalanie jest nawet subsydiowane albo zapewnia to jedyną możliwość zredukowania emisji

PL 195 937 B1 dwutlenku węgla z urządzenia. Znane sposoby opisane powyżej pozwalają jednak na zastąpienie jedynie małego udziału procentowego doprowadzanego węgla paliwem biologicznym, zwykle tylko około 5%. Ponadto, wydajność spalania oddzielnych palników do drewna jest niska.

Z opisu międzynarodowego zgłoszenia patentowego WO 9424486 znane jest urządzenie do spalania materiałów organicznych i pyłu węglowego w kotle parowym. Materiał organiczny i pył węglowy są mieszane w komorze zwrotnego zasysania gazu spalinowego. Mieszanina ta jest następnie rozdrobniona w młynie i zawracana do palników w komorze spalania. W urządzeniu według zgłoszenia WO 9424486 paliwo kopalne, w tym przypadku węgiel jest rozdrabniane na pył w dwóch młynach, pomocniczym i głównym młynie węglowym. Paliwo biologiczne może być doprowadzane do każdego młynów zależnie od potrzeby. Mieszanina paliwa kopalnego i paliwa biologicznego poddana obróbce w młynie pomocniczym może być łączona ze strumieniem paliwa wychodzącym z głównego młyna.

W tym znanym urządzeniu paliwo biologiczne jest zawsze obrabiane w młynie węglowym razem z węglem, co ogromnie ogranicza wybór biopaliw, które mogą zostać bezpiecznie (bez ryzyka zapłonu) zastosowane w tym procesie i jednocześnie w sposób efektywny rozdrobnione. Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu spalania paliwa biologicznego w kotle siłowni zaprojektowanej do spalania węgla jako paliwa głównego w sposób, który wymaga tylko niewielkich modyfikacji i nakładów w instalacji i zapewnia niskie koszty operacyjne, przy czym uzyskuje się znacznie poprawioną opłacalność przy wykorzystaniu paliwa biologicznego.

Sposób spalania paliwa biologicznego w kotle zaprojektowanym do spalania paliwa kopalnego jako paliwa głównego obejmujący rozdrabnianie głównego paliwa kopalnego do spalania, doprowadzanie głównego paliwa kopalnego za pomocą gazu nośnego do co najmniej jednego palnika i spalanie głównego paliwa kopalnego w komorze spalania kotła, charakteryzuje się według wynalazku tym, że miesza się paliwo biologiczne ze strumieniem pyłowego paliwa głównego nie wcześniej niż po rozdrobnieniu głównego paliwa kopalnego i przed zapłonem paliw, przy czym paliwo biologiczne spala się razem z głównym paliwem kopalnym w tym samym płomieniu.

Korzystnie paliwo biologiczne miesza się ze strumieniem paliwa głównego bezpośrednio przed zapłonem paliwa głównego.

Korzystnie paliwo biologiczne miesza się ze strumieniem paliwa głównego bezpośrednio przed doprowadzeniem paliwa głównego do palnika.

Korzystnie paliwo biologiczne stanowi drewno, słoma, odpady w postaci wytłoków trzciny cukrowej i tym podobne odpady włókniste pochodzenia biologicznego lub palna frakcja wydzielona z odpadów komunalnych.

Korzystnie paliwo biologiczne jest paliwem pochodzącym z drewna.

Korzystnie stosuje się gatunek paliwa biologicznego o wielkości cząstek nie większej od 8 mm.

Korzystnie ilość stosowanego paliwa biologicznego odpowiada co najmniej 5% całkowitej entalpii paliwa mieszanego.

Korzystnie zawartość wilgoci w stosowanym paliwie biologicznym jest w zakresie 10 -40%.

Korzystnie paliwem głównym jest węgiel.

Korzystnie paliwo główne i paliwo biologiczne doprowadza się przez pierścień stabilizujący, służący do zapalenia i stabilizacji płomienia palnika.

Wynalazek zapewnia znaczne korzyści.

Zastosowanie paliwa biologicznego liczy się jako zmniejszenie emisji dwutlenku węgla z urządzeń wytwarzających energię, ponieważ spalanie odnawialnych paliw biologicznych nie jest uważane za przyczyniające się do całkowitej emisji dwutlenku węgla. Przykładowo, jeśli drewno stosowane jest do zastąpienia części paliwa spalanego w urządzeniu, przyjmuje się emisję dwutlenku węgla z urządzenia za zmniejszoną o ilość odnawialnego paliwa zastosowanego w tym urządzeniu. Stąd sposób według wynalazku jest bardzo odpowiedni od stosowania w połączeniu z istniejącymi urządzeniami ze względu na niewielką ilość wymaganych modyfikacji i nakładów. Oczywiście modyfikacja istniejącego urządzenia do częściowego wspólnego spalania paliwa biologicznego jest mniej kosztowna niż budowa nowego urządzenia i, ponadto, obecny sposób stanowi wspaniałą technologię wykorzystania paliw biologicznych przy wyższej wydajności spalania niż zapewniana przez urządzenia zaprojektowane do stosowania wyłącznie paliwa biologicznego, takich jak urządzenia wyposażone w typowe kotły fluidyzacyjne lub kotły o ruszcie mechanicznym lub urządzenia do zgazowania. Zasadniczą cechą jest to, że paliwo biologiczne spalane tym sposobem nie musi być mielone na bardzo drobne cząstki, ale zamiast tego może być spalane w niezawodny sposób w typowym palniku zaprojektowanym do

PL 195 937 B1 spalania paliwa kopalnego. Również wymagania względem zawartości wilgoci w paliwie biologicznym są zmniejszone.

Paliwo biologiczne może być wytwarzane w sposób wydajny względem nakładów, na przykład z drewna odpadowego lub innego rodzaju materiału pochodzącego z odpadów, przy czym trudne mogą być wykorzystane również takie odpady, które są trudne do zagospodarowania w inny sposób. Sposób według wynalazku można stosować nawet do mieszanin paliw zawierających tworzywo sztuczne lub inny palny materiał, który przykładowo znajduje się w pewnej ilości w paliwach pochodzących z odpadów. W stosowanym tu znaczeniu paliwo biologiczne dotyczy materiału, który zasadniczo zawiera znaczne ilości materiału pochodzenia biologicznego, ale może również zawierać małe ilości innych materiałów palnych. Szczególnie odpowiednim materiałem są odpady drewniane z cyklinowania w zagospodarowywanych budynkach.

Zastosowanie paliwa pochodzącego z odpadów zmniejsza obciążenie zwałowisk i w niektórych przypadkach można nawet uzyskać wynagrodzenie za spalenie takich odpadów. Stosowanie paliw biologicznych i paliw pochodzących z odpadów jest często wspomagane ulgami podatkowymi i innymi działaniami popierającymi społeczeństwa. Ścinki drewna z wyrębu lasów i materiały odpadowe z mechanicznej przeróbki drewna również dobrze nadają się do zastosowania w sposobie według wynalazku i, ponieważ paliwo biologiczne spalane zgodnie ze sposobem według wynalazku nie musi być suche, jakość takiego paliwa może być zmienna w szerokich granicach. Oprócz materiału pochodzącego z drewna można rozważyć stosowanie innych odpadów do spalania, takich jak słoma, wytłoki trzciny cukrowej i tym podobne odpady pozostające z procesów oczyszczania, ale jak dotąd paliwa drewnopochodne okazują się być najbardziej odpowiednie do stosowania w sposobie według wynalazku i w praktyce ich dostępność przynajmniej w krajach nordyckich jest większa niż innych materiałów stanowiących paliwa biologiczne. Wielkość cząstek spalanego materiału może być znacznie większa niż wymagana dla palników specjalnie zaprojektowanych do spalania stałego materiału drewnopochodnego, ponieważ paliwo drewnopochodne nie musi podtrzymywać płomienia, a cząstki drewna są raczej zapalane w głównym płomieniu paliwowym i służą następnie do zwiększenia spalania głównego paliwa. Zawartość wilgoci w paliwie stałym może być znacznie większa, co oznacza, że jakość spalanego paliwa nie musi być tak wysoka jak w przypadku konwencjonalnych układów. W rezultacie dostępne stają się szersze źródła paliw biologicznych, wobec czego próg ograniczający zastosowanie materiałów biologicznych jako paliwa obniża się, ponieważ typowy problem niedostatecznej ilości i małej dostępności paliw biologicznych w pobliżu urządzeń wytwarzających energię jako czynnik przy podejmowaniu decyzji o inwestowaniu traci swe pierwotne znaczenie. Jednym z zasadniczych czynników przy ocenie opłacalności tego sposobu jest to, że pozwala on spalać większe zawartości procentowe paliwa biologicznego w odniesieniu do paliwa kopalnego, przy czym zgodnie z obecnymi badaniami stosując sposób według wynalazku można zastąpić co najmniej 30% paliwa kopalnego paliwem biologicznym. Układ według wynalazku czyni spalanie materiałów pochodzących z odpadów komunalnych i tym podobnych odpadów szczególnie korzystnym, wobec tego, że spalane odpady przechodzą przez wysokotemperaturową strefę „kuli ognia” w kotle, w której są rozkładane organiczne związki węglowodorowe.

Spalanie drewna i ewentualnie innych materiałów biologicznych w połączeniu z węglem wzmaga proces spalania na wiele sposobów. Jako, że drewno jest szczególnie reaktywnym paliwem zawierającym wiele związków lotnych i gotowych do reakcji, dodatek cząstek drewna, na przykład do strumienia cząstek węgla poprawia wydajność spalania węgla i zmniejsza ilość nie spalonych składników w popiele lotnym. W rzeczywistości jakość popiołu lotnego jest bardzo istotną sprawą w przypadku urządzeń wytwarzających energię ponieważ popiół lotny o niskiej zawartości składników nie spalonych może być sprzedawany jako surowiec dla niektórych przemysłów, podczas gdy popiół o niskiej jakości musi być w przeciwieństwie do tego używany jako wypełnienie wgłębień terenu lub transportowany na odpowiednie usypiska, gdzie staje się bezwartościowy lub nawet powoduje powstanie dodatkowych kosztów wskutek manipulowania nim lub składowania. Dodanie drewna zmniejsza też ilość tlenków siarki i azotu powstających przy spalaniu węgla. Takie ulepszenie procesu spalania przez wspólne spalanie z drewnem lub innym paliwem biologicznym daje znaczącą korzyść dopuszczając szerszy wachlarz przy wyborze paliwa. Przykładowo, zmniejszona emisja związków siarki pozwala na spalanie paliw o większej zawartości siarki bez uciekania się do wstępnej obróbki paliwa lub zwiększania rozmiarów układu oczyszczania gazów odlotowych.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładach wykonania na rysunku na którym fig. 1 przedstawia układ zasilany paliwem biologicznym, fig. 2 przedstawia układ doprowadzania paliwa biologicznego i fig. 3 przedstawia układ doprowadzania paliwa biologicznego w innym przykładzie wykonania.

PL 195 937 B1

Podczas gdy, jak się wydaje, główne zastosowanie wynalazku występuje przy wspólnym spalaniu paliw drewnopochodnych z węglem, główne paliwo mogą stanowić również węgiel brunatny lub torf, zaś spalane z nim paliwo może być wybrane z grupy innych podobnych paliw biologicznych wymienionych już wyżej, takich jak słoma, odpady w postaci wytłoków trzciny cukrowej lub tym podobny materiał łatwo dostępny w dostatecznych ilościach, jak również odpady komunalne, zwłaszcza ich palne składniki, które mogą zawierać inne odpady niż organiczne. Dalej w tekście również torf zaliczony jest do paliw kopalnych, podczas gdy w niektórych przypadkach uważa się go za biologiczne paliwo odnawialne.

W opalanym węglem urządzeniu do wytwarzania energii węgiel sprowadza się najpierw z miejsca składowania i wprowadza do młyna do węgla, gdzie rozdrabnia się go na cząstki o odpowiednio niewielkim wymiarze do spalania. Wszystkie zróżnicowane gatunki węgla są ogólnie kruche i stąd łatwe do zmielenia, do czego wykorzystuje się młyn kulowy. Każde urządzenie ma zwykle wiele młynów do węgla i linii doprowadzających do przenoszenia zmielonego węgla do komory spalania kotła. Węgiel doprowadzany jest do komory spalania, przenoszony pneumatycznie wzdłuż linii mającej na wylocie dyszę węgla. Gaz nośny węgla, zazwyczaj powietrze, tworzy część wymaganego powietrza spalania, podczas gdy reszta powietrza do spalania jest obecnie zwykle doprowadzana stopniowo do płomienia palnika i komory spalania. W stanie techniki znanych jest wiele różnych palników i rodzajów zasilania powietrzem jak też konstrukcji kotła i komory spalania. Sposób według wynalazku jest odpowiedni do stosowania w takich urządzeniach kotłowych, w których paliwo kopalne wyładowywane jest z dyszy palnika do komory spalania kotła za pomocą gazu nośnego.

Według wynalazku paliwo biologiczne miesza się z paliwem kopalnym przed zapłonem głównego paliwa kopalnego, co w praktyce musi zajść przed ujściem linii doprowadzania paliwa palnika do komory spalania. Można rozważyć układ alternatywny taki, który ma doprowadzenie paliwa umieszczone jako ujście z oddzielnej dyszy lub inne podobne elementy doprowadzające bezpośrednio przed końcówką dyszy głównego paliwa, poprzedzające miejsce zapłonu głównego paliwa. Aby uzyskać korzyści ze sposobu według wynalazku ważne jest jednak zagwarantowanie, aby paliwo biologiczne było spalane z paliwem głównym w tym samym płomieniu. Z drugiej strony mieszanie paliwa biologicznego przeciwprądowo do głównego strumienia paliwa powinno zachodzić nie wcześniej niż po zmieleniu głównego paliwa. Spowodowane jest to faktem, że takie urządzenia jak na przykład młyny do węgla używane do pulweryzacji węgla są źle przystosowane do rozdrabniania włóknistego materiału biologicznego takiego jak węgiel i w rzeczywistości doprowadzanie drewna do młyna dla węgla może nawet doprowadzić do niebezpieczeństwa spalenia młyna. Ponadto wynik mielenia uzyskiwany przy doprowadzaniu surowego materiału biologicznego do młyna do węgla jest na tyle gorszy, że nie poleca się prób przepuszczania paliwa biologicznego przez młyn do węgla. Zatem mielenie paliwa biologicznego do odpowiednio małych cząstek korzystnie organizuje się w oddzielnych urządzeniach rozdrabniających. Na fig. 1 pokazano schematycznie wspólne wykorzystanie paliwa biologicznego przy zasilaniu opalanego węglem kotła 1. Wynalazek ma zastosowanie do wszystkich rodzajów kotłów opalanych stałym paliwem w postaci cząstek. Paliwo biologiczne otrzymuje się na stacji transportowej 2, skąd jest ono przenoszone przenośnikami 3 w odpowiednich ilościach do przetwarzania na paliwo. Najpierw paliwo prowadzone jest na bębnie magnetycznym 4, gdzie oddzielany jest od paliwa ewentualny przypadkowy metal ferromagnetyczny. Z bębna magnetycznego 4 paliwo przenoszone jest na sito 5, gdzie większe bryły są oddzielane i przenoszone do kruszarki wstępnej 6. Na tym etapie materiał może być również suszony. Jako, że końcowa zawartość wilgoci w paliwie doprowadzanym do procesu spalania może wynosić nawet 40%, etap wstępnego suszenia jest pomocny głównie dla ułatwienia rozdrabniania paliwa. Z sita 5 materiał biologiczny przepuszcza się do rozdrabniacza, którym może być młyn udarowy 7 w zalecanym i prostym układzie. Gazy odlotowe z kotła mogą być wprowadzane do młyna udarowego linią 9 dla ułatwienia suszenia paliwa w młynie udarowym i kruszarce wstępnej. W chwili opuszczania młyna udarowego 7 wielkość cząstek rozkruszonego materiału powinna być mniejsza od 8 mm, a zawartość wilgoci powinna korzystnie być nie większa niż 25%. Tak duża wielkość cząstek może być dopuszczalna wobec tego, że proces spalania z głównym paliwem we wspólnym płomieniu jest bardzo wydajny. Nawet większa zawartość wilgoci może być dopuszczalna dla paliwa rozdrobnionego, w zależności od składu otrzymanego materiału. Korzystnie zawartość wilgoci w paliwie wynosi 10% do 40%. Po rozdrobnieniu paliwo biologiczne doprowadzane jest linią 8do jednej z grup 11 palników opalanego węglem kotła. Taka grupa 11 palników utworzona jest z palników pracujących na tej samej wysokości na ścianie kotła. Jednym z możliwych położeń palników danej grupy 11 palników są na przykład naroża kotła. Pył węglowy służący jako paliwo główne doprowadzany

PL 195 937 B1 jest do palników liniami 10. W przedstawionym przykładzie wykonania paliwo biologiczne doprowadzane jest tylko do jednej grupy palników, ale z zastrzeżeniem w pełni wystarczającego dostarczania materiału biologicznego, możliwe jest doprowadzanie paliwa biologicznego do wielu palników, nawet do wszystkich.

Figura 2 przedstawia możliwy układ doprowadzania paliwa. W tym przykładzie wykonania paliwo biologiczne mieszane jest ze strumieniem paliwa głównego przed palnikiem przez połączenie linii 8 paliwa biologicznego z linią 10 paliwa głównego. Cząstki paliwa biologicznego ulegają tu mieszaniu z pyłowym paliwem głównym, po czym zapłon i spalanie mieszaniny paliwowej zachodzą w konwencjonalny sposób w płomieniu palnika. Korzystnie w przykładzie wykonania wynalazku wykorzystuje się rodzaj palnika przedstawiony schematycznie na rysunku i osiąga zapłon strumienia paliwa za pomocą pierścienia stabilizującego 12.

Za pomocą takiego pierścienia stabilizującego 12 płomień może być skutecznie zapalany nawet w warunkach niedoboru powietrza tak, że płomień zawsze ulega zapłonowi na końcu palnika i pali się w stały sposób w każdych warunkach. Strumień paliwa zawiera mniej powietrza niż jest potrzebne do całkowitego spalenia paliwa, przy czym więcej powietrza do spalania dodaje się stopniowo do płomienia za pomocą, dysz 13 powietrza drugorzędowego i dysz 14 powietrza trzeciorzędowego. Chociaż układ doprowadzania paliwa tego rodzaju może być wykonalny jako taki, problem może powstawać z powodu dopływu bocznego pyłu węglowego do linii paliwa biologicznego lub efektów przepływu wstecznego w linii paliwa biologicznego wskutek zmian ciśnienia w układzie zasilania. Stąd stwierdzono, że bardziej korzystne jest doprowadzanie paliwa w sposób pokazany na fig. 3 do środka głównego strumienia paliwa w pierścieniu stabilizującym tak, że mieszanie zachodzi bezpośrednio przed zapłonem płomienia. Żaden z tych układów doprowadzania nie wymaga oddzielnego układu zapłonu, a całkowite spalanie węgla wspomagane jest, między innymi czynnikami, lotnymi składnikami wnoszonymi przez paliwo biologiczne. Odpowiednio do tego, wynalazek jest szczególnie odpowiedni do stosowania w połączeniu z tego rodzaju nowoczesnymi palnikami, w których proces spalania może być łatwo regulowany. Tym niemniej można również rozważyć zastosowanie wynalazku w innego rodzaju palnikach.

Poniżej jest przedstawiony pokrótce test wspólnego spalania drewna i węgla, przy czym grube paliwo drewniane było mieszane z węglem przed jego mieleniem. Mieszanie przeprowadzano w miejscu składowania węgla i materiał doprowadzano do młynów węglowych. Paliwo biologiczne stosowane w teście było mokre, miało zawartość wilgoci w zakresie 38 -55% i dużą ilość substancji lotnych. Paliwo biologiczne odznaczało się również niską zawartością popiołu, azotu, chloru i siarki, jak również miało małą entalpię. Wielkość cząstek trocin w materiale była duża, a ilość dużych cząstek, .takich jak pałeczki, wysoka. Przy przesiewaniu potrzebne było sito 8 mm mesh dla otrzymania 100% klasyfikacji. Podczas testów badano zachowanie się materiału paliwa w młynie do węgla, a rezultat spalania przy różnych zawartościach domieszek paliwa drewnianego śledzono w dwóch różnych szeregach testów. Badania działania młynów do węgla ujawniły, że paliwo biologiczne powoduje pewne problemy w młynach do węgla. Zwłaszcza większe cząstki paliwa biologicznego, takie jak pałeczki i wióry powodują nagromadzenie materiału drewna w młynach, uwolnienie dymu, pogorszenie rozdrabniania węgla i ewentualne niebezpieczeństwo pożaru młyna. Dlatego można przyjąć, że miękkie i bardziej włókniste materiały biologiczne, takie jak słoma całkowicie nie nadają się do wspólnego doprowadzania z węglem do młyna do węgla, ponieważ młyny do węgla nie są zaprojektowane do obróbki takiego materiału. Zatem wyniki testów potwierdzają zamysł, że paliwo biologiczne powinno być mieszane z węglem, który jest już w postaci pyłu, zwłaszcza w przypadkach, gdy stosuje się duże ilości paliwa biologicznego lub gruby materiał biologiczny. Dlatego zgodnie z wynalazkiem paliwo biologiczne miesza się z węglem jedynie po zmieleniu węgla. Układ ten ma tę zaletę, że do przetwarzania paliwa biologicznego nie musi być używany drogi młyn do mielenia węgla, ale przeciwnie, rozdrobnienie paliwa biologicznego można przeprowadzić stosując mniej kosztowne urządzenie rozdrabniające, takie jak młyn udarowy.

W pierwszym szeregu testów spalania, objętościowa ilość drewna w paliwie mieszanym wynosiła 17% objętościowych, co odpowiada około 4 -5% wagowym i około 1 -2% całkowitej entalpii paliwa mieszanego. Podczas szeregu testów ilość drewna zwiększono do20% objętościowych, odpowiadających około 6-7% wagowym. Wskutek niejednorodnego mieszania i zmian entalpii składników paliwa, rzeczywisty skład procentowy mieszaniny był zmienny. W drugim szeregu testów ilość drewna w paliwie mieszanym dalej zwiększono do 25% objętościowych, co odpowiada 9 - 10% wagowym i 3 -4% całkowitej entalpii paliwa mieszanego. W każdym z szeregu testów zapłon płomienia i proces

PL 195 937 B1 spalania przebiegały normalnie. Również powstawanie popiołu lotnego i sadzy były normalne. Ponadto temperatury komory spalania kotła jak również cała praca kotła pozostały normalne.

Podczas testów spalania były mierzone zawartości Oa, CO, CO2, NO, NOX i SO2 w gazach odlotowych. Jako, że zawartość siarki w paliwie drewnianym stosowanym w testach spalania była niezwykle niska, jej udział w emisji SO2 był korzystny i ponadto rosnący wraz z większą proporcją drewna w paliwie mieszanym. Również emisja NOX została zmniejszona przez zastosowanie paliwa drewnopochodnego. Wpływ wspólnego spalania z paliwem biologicznym na emisję tlenku azotu jest znaczną zaletą, ponieważ zwłaszcza drewno w pełni nadaje się do stopniowego spalania dzięki dużej zawartości substancji lotnych, co oznacza, że warunki pracy kotła mogą zostać zmodyfikowane do wspólnego opalania w dużych ilościach drewnem, tak, aby wytwarzać mniejsze ilości emitowanych tlenków azotu. Zatem okazuje się, iż jedną zdróg zmniejszenia emisji tlenków azotu można znaleźć łącząc stosowanie paliwa biologicznego z odpowiednimi zmianami technik spalania.

Zawartość nie spalonych składników w popiele lotnym była badana za pomocą codziennie pobieranych próbek. Założono pierwotnie, że dodatek drewna, który powodował zmniejszoną skuteczność rozdrabniania młynów do węgla, będzie powodował większą zawartość nie spalonych składników w popiele lotnym. Nieoczekiwanie jednak stwierdzono w testach wspólnego spalania wyraźne zmniejszenie od samego początku zawartości nie spalonych składników w popiele lotnym. Zmniejszenie to można przypisać przyczynianiu się drewna do bardziej kompletnego spalania węgla, ponieważ drewno jest paliwem bardzo reaktywnym, zawierającym znaczną ilość składników lotnych.

Na podstawie tych szeregów testów oczywiste jest, że dodanie drewna do głównego paliwa w opalanym węglem kotle nie zakłóca działania kotła, a raczej wspomaga proces spalania i ułatwia zmiany warunków spalania w kierunku mniejszych emisji. Zgodnie z istotą wynalazku, sprawą zasadniczą jest, że drewno i węgiel są spalane w płomieniu tego samego palnika, przy czym dodatek drewna przyczynia się korzystnie do całkowitego spalania. Ilość dodanego drewna może być stosunkowo duża a jego cząstki grube. Jako końcowa uwaga do wyżej opisanego szeregu testów - należy pamiętać, że układy do testów nieznacznie odbiegały od wiedzy zgodnej z wynalazkiem, ponieważ paliwo drewnopochodne mieszano z węglem przed wprowadzeniem do młynów do węgla.

Claims (10)

1. Sposób spalania paliwa biologicznego w kotle zaprojektowanym do spalania paliwa kopalnego jako paliwa głównego obejmujący rozdrabnianie głównego paliwa kopalnego do spalania, doprowadzanie głównego paliwa kopalnego za pomocą gazu nośnego do co najmniej jednego palnika i spalanie głównego paliwa kopalnego w komorze spalania kotła, znamienny tym, że miesza się paliwo biologiczne ze strumieniem pyłowego paliwa głównego nie wcześniej niż po rozdrobnieniu głównego paliwa kopalnego i przed zapłonem paliw, przy czym paliwo biologiczne spala się razem z głównym paliwem kopalnym w tym samym płomieniu.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że paliwo biologiczne miesza się ze strumieniem paliwa głównego bezpośrednio przed zapłonem paliwa głównego.

3. Sposób według zaostrz. 1, znamienny tym, że paliwo biologiczne miesza się ze strumieniem paliwa głównego bezpośrednio przed doprowadzeniem paliwa głównego do palnika.

4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że paliwo biologiczne stanowi drewno, słoma, odpady w postaci wytłoków trzciny cukrowej i tym podobne odpady włókniste pochodzenia biologicznego lub palna frakcja wydzielona z odpadów komunalnych.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że paliwo biologiczne jest paliwem pochodzącym z drewna.

6. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 4, albo 5, znamienny tym, że stosuje się gatunek paliwa biologicznego o wielkości cząstek nie większej od 8 mm.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ilość stosowanego paliwa biologicznego odpowiada co najmniej 5% całkowitej entalpii paliwa mieszanego.

8. Sposób według zaostrz. 1, znamienny tym, że zawartość wilgoci w stosowanym paliwie biologicznym jest w zakresie 10 - 40%.

9. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że paliwem głównym jest węgiel.

10. Sposób według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że paliwo główne i paliwo biologiczne doprowadza się przez pierścień stabilizujący, służący do zapalenia i stabilizacji płomienia palnika.