PL208043B1 - Sposób i instalacja obniżenia korozji wysokotemperaturowej-niskotlenowej rur ekranowych w komorze spalania kotła pyłowego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i instalacja obniżenia korozji wysokotemperaturowej - niskotlenowej rur ekranowych w komorze spalania kotła pyłowego ze szczelinowymi palnikami narożnymi.

Proces korozyjny jest jednoznacznie związany z technologią procesu spalania pyłu węglowego. Największe ubytki korozyjne rur występują na odcinkach znajdujących się w pasie palników oraz między palnikami a dyszami OFA lub SOFA na ścianach bocznych i ścianie tylnej jeżeli palniki umieszczone są na ścianie przedniej oraz na wszystkich ścianach komory z palnikami narożnymi. Powstanie korozji rur ekranowych jest bezpośrednio związane z warunkami panującymi w warstwie przyściennej parownika. Panująca w tej strefie atmosfera redukcyjna obniża temperaturę topienia popiołu i zwiększa się odkładanie substancji mineralnych sprzyjających procesom korozyjnym. Niskie stężenie O2, podwyższane stężenie CO, obecność H2S w spalinach oraz obecność części palnych w lotnym popiele występuje prawie zawsze w rejonach komory paleniskowej, gdzie intensywność korozji rur ekranowych jest największa. Największy wpływ na korozję wysokotemperaturową wywierają związki siarki a szczególnie agresywny H2S, który wystę puje jedynie w atmosferze redukcyjnej. Przy pojawieniu się tlenu H2S szybko utlenia się do tlenku siarki. W spalinach H2S występuje tylko wówczas, gdy współczynnik nadmiaru powietrza jest mniejszy od jeden. Przy zawartości H2S od 0,12 do 0,14 w spalinach, korozja rur parownika może zachodzić z szybkością od 2 do 5 mm na rok. Powstawanie korozji niskotlenowej w komorze kotła jest ściśle związane z niektórymi składnikami części mineralnej węgla a zwłaszcza pirytu, związków metali alkalicznych oraz gazowych składników spalin jak HCI, H2S, SO2. Do warunków sprzyjających zachodzeniu korozji ze znaczną szybkością zaliczany jest duży gradient temperatur w pobliżu ścian komory, omywanie ścian przez płomienie, przemienność warunków redukcyjno-utleniających w pobliżu zdmuchiwaczy sadzy oraz w pobliżu palników rozruchowych. Zachodzi ścisły związek pomiędzy szybkością korozyjnego ubytku rur ekranowych a składem warstwy przyściennej zawierającej składniki gazowe O2, CO, H2S, HCl. Dodatkowym czynnikiem przyspieszającym przebieg korozji nawet w atmosferze utleniającej są wysokie temperatury 1400 - 1600°C w komorze spalania i obecność agresywnych gazów, zwłaszcza w pobliżu ekranów powodują że część substancji mineralnej z węgla sublimuje tworząc pary i gazy KCl, NaOH, SO2, SO3, HCl, H2S, Cl, które biorą udział w reakcji korozji, a gdy równocześnie występuje w procesie spalania niedobór tlenu, tworzą się warunki do powstania dodatkowych czynników agresywnych to jest CO, H2S, HCl. Znane są rozwiązania ograniczające korozję niskotlenową poprzez wytwarzanie osłony z powietrza w obszarze rur ekranowych, gdzie występuje niedomiar tlenu jak to między innymi podano w polskim opisie patentowym P.193830, w którym sposób wprowadzenia powietrza osłonowego do paleniska kotła polega na doprowadzeniu powietrza pod stałym ciśnieniem za pomocą szeregu dysz umieszczonych w określonych strefach paleniska. W strumień powietrza osłonowego wprowadza się pulsacyjnie z częstotliwością od 0,5 do 50 Hz dodatkowy strumień powietrza o amplitudzie ciśnienia wyższej od ciśnienia wprowadzanego powietrza o wielkości od 0,05 do 0,5 MPa. Odrębny strumień powietrza wprowadza się bezpośrednio do poszczególnych dysz, przy czym każda dysza jest połączona przez pulsator z kolektorem sprężonego powietrza o żądanym ciś nieniu. Rozwią zanie wedł ug polskich opisów patentowych 193830 i 177727 wykazują brak równomierności i zbyt mały zasięg penetracji obszarów komory paleniskowej przylegających do rur ekranowych komory, w których występuje korozja niskotlenową. Trudność w osiągnięciu we wszystkich obszarach komory stref przyściennych o pożądanej ilości tlenu a niewielkich iloś ci tlenku wę gla wymaga zastosowania innych bardziej skutecznych sposobów zabezpieczania rur ekranowych przed korozją niskotlenową.

Sposób obniżenia korozji wysokotemperaturowej - niskotlenowej rur ekranowych w komorach spalania kotłów pyłowych ze szczelinowymi palnikami pyłowymi według wynalazku charakteryzuje się tym, że w pierwszej kolejności dokonuje się pomiaru koncentracji pyłu podawanego do danego palnika i przeprowadza się regulację tak, aby koncentracja pyłu do poszczególnych palników była jednakowa lub zbliżona. Następnie prowadzi się regulację dopływu powietrza do wszystkich palników poprzez zwiększenie ilości powietrza wtórnego z jednoczesnym pomiarem zawartości O2 w gazowej warstwie przygranicznej rur ekranowych ściany komory kotła na którą oddziaływują regulowane palniki. Gdy zwiększenie ilości doprowadzonego powietrza wtórnego powoduje wzrost poziomu tlenu w warstwie granicznej zwiększa się ilość doprowadzanego powietrza do stanu aż koncentracja O2 w warstwie granicznej będzie przynajmniej równa 1,86% ale nie większa niż 2%, przy czy zwiększa się także ilość doprowadzonego powietrza do dysz OFA lub SOFA przynależnych do palników aż koncentracja O2

PL 208 043 B1 w warstwie granicznej w pasie dysz OFA i w warstwie przygranicznej nie bę dzie mniejsza od 1,86% i nie wię ksza od 2%.

Instalacja obniżenia korozji wysokotemperaturowej - niskotlenowej rur ekranowych w komorach spalania kotłów pyłowych z narożnymi palnikami szczelinowymi charakteryzuje się tym, że ma regulowane rozdzielacze pyłu na wylocie z młynów węglowych oraz regulowane klapy powietrza pierwotnego, wtórnego i powietrza do dysz OFA i SOFA, a także ma mierniki koncentracji pyłu w przewodach a w gazowej warstwie przyściennej rur ekranowych komory kotła w obszarze oddziaływania palników pyłowych. Instalacja jest wyposażona w programowalny sterownik, którego jedno wejście sterujące jest połączone z miernikiem koncentracji pyłu bezpośrednio za młynem, a drugie wejście jest połączone z sondą czynnika tlenu w gazowej warstwie przyściennej rur ekranowych komory kotła w pasie palnikowym komory kotła ze szczelinowymi palnikami narożnymi. Programowalny sterownik ma oddzielny zespół wyjść dla każdego palnika danego kotła pyłowego, połączonych z przynależnymi im sterującymi wejściami siłowników regulacyjnych klap osadzonych w przewodach powietrza wtórnego, powietrza do dysz OFA i/lub do dysz SOFA danego palnika oraz ze sterującymi wejściami siłowników rozdzielaczy pyłu osadzonych na wylocie z młynów węglowych.

Rozwiązanie według wynalazku pozwala na ciągłą korektę rozpływu pyłu węglowego w pyłoprzewodach zasilających poszczególne palniki oraz na optymalne zasilanie powietrzem wtórnym i powietrzem do dysz OFA lub SOFA wszystkich palników przy automatycznej odrębnej optymalizacji procesu spalania w strefach poszczególnych palników tak, aby w przyściennej strefie przygranicznej koncentracja O2 była większa od 1,86%.

Stosowanie rozwiązania zapewnia zmniejszenie czynników powodujących korozję wysokotemperaturową - niskotlenową przy całkowitym i zupełnym spalaniu oraz emisji NOx mniejszej od dopuszczalnej, co prowadzi do znacznego obniżania kosztów remontów związanych z wymianą rur ekranowych.

Przedmiot wynalazku został ukazany oraz objaśniony za pomocą rysunku przedstawiającego schemat instalacji do obniżenia korozji wysokotemperaturowej - niskotlenowej rur ekranowych w komorze spalania.

W procesie obniżania korozji rur ekranowych w komorach spalania pyłu węglowego ze szczelinowymi palnikami pyłowymi stosuje się jeden młyn węglowy zasilający dwa palniki w mieszankę pyłowo-powietrzną. Powietrze pierwotne konieczne do podgrzewu węgla do wentylacji młyna i transportu pyłu do palnika ustala się na poziomie stałym wynikającym z własności fizyko-chemicznych węgla i wentylacji mł yna. Powietrze z wentylatora Wp kieruje się do podgrzewacza obrotowego PP umieszczonego na wylocie z kotła, gdzie podgrzewa się i poprzez klapę główną KG kieruje się do kanału 1 powietrza pierwotnego, skąd doprowadza się do układu młynowego. Powietrze pierwotne kierowane do młyna M1 w ilości od 10 do 30% całkowitej ilości powietrza do spalania jest regulowane klapą 1a uruchamianą siłownikiem 1b. Pył węglowy z młyna M1 poprzez rozdzielacz Z1 jest podawany do palnika P1 pyłoprzewodem 32 w którym jest zainstalowany miernik 36 koncentracji pyłu, przy czym młyn węglowy M1 poprzez identyczny układ Z2, 33, 37 zasila palnik P2. Z kolektora 1 jest zasilany palnik P1 powietrzem wtórnym poprzez klapę regulacyjną 9 uruchamianą siłownikiem 10 a jednocześnie z kolektora 5 podaje się powietrze do dyszy 01 OFA umieszczonej nad palnikiem P1. Sondą S1 są pobierane spaliny z warstwy przyściennej i podawane do miernika tlenu dokonującego pomiaru O2 w spalinach, zaś wynik pomiaru jest przekazywany do sterownika S jako wejście sterujące We1.

Miernik 36 koncentracji pyłu osadzony w pyłoprzewodzie 32 dokonuje pomiaru koncentracji pyłu i przekazuje na sterują ce wejś cie We5 sterownika S. Wymaganą koncentrację pył u uzyskuje się za pomocą rozdzielacza Z1 uruchamianego siłownikiem SZ1, przy czym jednocześnie reguluje się koncentrację pyłu węglowego w pozostałych pyłoprzewodach 33, 34, 35, odrębnie dla każdego z palników P1, P2, P3, P4, a także reguluje się dopływ powietrza wtórnego i powietrza do dysz OFA lub SOFA kolejno i odrębnie dla każdego z palników P1...P4. Regulacje dopływu powietrza prowadzi się poprzez zwiększenie ilości powietrza wtórnego z jednoczesnym pomiarem zawartości O2 w gazowej warstwie przygranicznej rur ekranowych ściany komory kotła K na którą oddziaływuje regulowany palnik, a gdy zwiększenie ilości doprowadzanego powietrza wtórnego powoduje wzrost poziomu tlenu w warstwie granicznej zwiększa się ilość doprowadzonego powietrza poprzez wysterowanie klapy regulacyjnej 9 uruchamianej siłownikiem 10. Ilość doprowadzonego powietrza wtórnego zwiększa się do stanu aż koncentracja O2 w warstwie granicznej będzie przynajmniej równa 1,86% a poprzez odpowiednie wysterowanie klapy 24 uruchamianej siłownikiem 25 zwiększa się ilość doprowadzanego powietrza do dysz OFA lub SOFA przynależnych palnikowi P1 aż koncentracja O2 w warstwie granicznej w pasie dyszy OFA nie będzie mniejsza od 1,86%. Poprzez odpowiednie wysterowanie klapy 9 z siłownikiem 10

PL 208 043 B1 zwiększa się ilość doprowadzonego powietrza wtórnego aż do osiągnięcia w warstwie przygranicznej koncentracji O2 w ilości 2% a poprzez odpowiednie wysterowanie klapy 24 uruchamianej siłownikiem 25 zwiększa się ilość doprowadzonego powietrza do dyszy OFA lub SOFA aż koncentracja O2 w warstwie przygranicznej wyniesie 2%. Także do osiągnięcia koncentracji O2 w ilości 2% przeprowadza się regulację dopływu powietrza do pozostałych palników P2, P3, P4 i dysz OFA 02, 03, 04 lub dysz SOFA.

Instalacja z narożnymi palnikami szczelinowymi zawiera młyn M1 zasilający pyłem węglowym dysze palników P1, P2 oraz młyn M2 zasilający dysze palników P3, P4. Powietrze pierwotne konieczne do podgrzewu węgla z wentylatora Wp jest kierowane do podgrzewacza obrotowego PP umieszczonego na wylocie z kotła K w którym jest podgrzewane i przez klapę główną KG jest kierowane do kolektora 1 powietrza pierwotnego, a następnie poprzez klapę 1a uruchamiane siłownikiem 1b jest doprowadzone do młyna M1 i poprzez klapę 1c uruchamianą siłownikiem 1d jest kierowane do młyna M2. Powietrze wtórne z odgałęzienia 2 kolektora 1 jest regulowane klapą 3 uruchamianą siłownikiem 4 a powietrze kierowane przewodem 5 do dysz OFA jest regulowane klapą 6 uruchamianą siłownikiem 7. Palnik P1 jest zasilany powietrzem wtórnym poprzez rurociąg 8, klapę regulacyjną 9 z sił ownikiem 10, natomiast palnik P2 jest zasilany poprzez rurocią g 11, klapę regulacyjną 12 uruchamianą siłownikiem 13. Palnik P3 jest zasilany poprzez rurociąg 14, klapę regulacyjną 15 z siłownikiem 16, zaś palnik P4 jest zasilany poprzez rurociąg 17, klapę regulacyjną 18 z siłownikiem 19. Dysze OFA 01, 02, 03, 04 są zasilane poprzez rurociągi 20, 21, 22, 23 w które są zainstalowane klapy 24, 26, 28 i 30 uruchamiane siłownikami 25, 27, 29, 31. Na wyjściu z młyna M1 są zainstalowane żaluzje Z1, Z2 regulujące ilość pyłu węglowego do palników P1, P2 a na wyjściu z młyna M2 są zainstalowane żaluzje Z3, Z4 regulujące podawanie ilości pyłu do palników P3, P4. Pyłoprzewody 32, 33, 34, 35 są zaopatrzone w mierniki 36, 37, 38, 39 koncentracji pyłu. Sygnał o ilości pyłu jest przekazywany do sterownika S w postaci sygnałów analogowych We5, We6, We7, We8 a ze sterownika S wychodzą sygnały wyjściowe We5, We6, We7, We8 do siłowników SZ1, SZ2, SZ3, SZ4 sterujących położeniem żaluzji Z1, Z2, Z3, Z4 na wyjściu z młynów M1 i M2. Na podstawie pomiarów zawartości tlenu w warstwie przyściennej ściany ekranowej K1 sonda S1 określa pracę palnika P1 a sondy S2, S3, S4 określają pracę palników P2, P3, P4. Z poszczególnych sond S1, S2, S3, S4 do sterownika S przychodzą informacje o koncentracji O2 w warstwie przyściennej poszczególnych ścian K2, K3, K4 komory kotła K w postaci sygnałów analogowych We1, We2, We3 i We4. Sterownik S w pierwszej kolejności wyrównuje koncentrację pyłu w poszczególnych palnikach poprzez przekazanie sygnału wyjściowego Wy5, Wy6, Wy7 i Wy8 oddziaływującego na odpowiednie siłowniki SZ1, SZ2, SZ3, SZ4 rozdzielaczy Z1, Z2, Z3, Z4 oraz generuje sygnały w oparciu o informacje otrzymane z mierników 36, 37, 38, 39 pyłu w postaci sygnałów wejściowych We5, We6, We7, We8. Wyrównanie ilości pyłu doprowadzonego do poszczególnych palników ma charakter wstępnej, zgrubnej regulacji procesu spalania w komorze kotła i jest na poziomie 5 - 10%. Sondy S1, S2, S3, i S4 umieszczone na ścianach komory w miejscach o największym zagrożeniu korozyjnym przekazują informacje o koncentracji O2 w warstwie przyściennej w postaci sygnałów analogowych We1, We2, We3, We4 do sterownika S, które dotyczą palników P1, P2, P3, P4. Sterownik S poprzez sygnały wyjściowe Wy1, Wy2, Wy3, Wy4 oddziaływuje na siłowniki 10, 13, 16 i 19, które uruchamiają położenie klap 9, 12, 15 i 18 regulujących ilość doprowadzonego powietrza wtórnego do palników P1, P2, P3, P4. Sterownik S oddziaływuje również sygnałami wyjściowymi Wy9, Wy10, Wy11 i Wy12 na siłowniki 25, 27, 29, 31, które uruchamiają położenie klap 24, 26, 28 i 30 zasilających powietrzem dysze OFA 01, 02, 03 i 04.

Claims (2)

1. Sposób obniżenia korozji wysokotemperaturowej - niskotlenowej rur ekranowych w komorze spalania kotła pyłowego ze szczelinowymi palnikami pyłowymi, znamienny tym, że w prowadzonym procesie w pierwszej kolejności dokonuje się pomiaru koncentracji pyłu podawanego do danego palnika P1, P2, P3, P4 i przeprowadza się regulację tak, aby koncentracja pyłu do poszczególnych palników była jednakowa lub zbliżona a następnie prowadzi się regulację dopływu powietrza do palników P1... P4 poprzez zwiększenie ilości powietrza wtórnego z jednoczesnym pomiarem zawartości O2 w gazowej warstwie przygranicznej rur ekranowych ściany komory kotła K na którą oddziaływują regulowane palniki, a gdy zwiększenie ilości doprowadzonego powietrza wtórnego powoduje wzrost poziomu tlenu w warstwie granicznej zwiększa się ilość doprowadzonego powietrza do stanu, aż koncentracja O2 w warstwie granicznej będzie przynajmniej równa 1,86% ale nie większa od 2%, przy

PL 208 043 B1 czym zwiększa się także ilość doprowadzonego powietrza do dysz OFA lub SOFA przynależnych do palników P1... P4 aż koncentracja O2 w warstwie granicznej w pasie dysz OFA i w warstwie przygranicznej nie będzie mniejsza od 1,86% i nie większa od 2%.

2. Instalacja obniżenia korozji wysokotemperaturowej - niskotlenowej rur ekranowych w komorach spalania kotłów pyłowych z narożnymi palnikami szczelinowymi, znamienna tym, że zawiera regulowane rozdzielacze Z1, Z2, Z3, Z4 zainstalowane na wylocie z młynów węglowych M1, M2 i regulowane klapy 3, 6, 1a, 1c, 1e powietrza pierwotnego, wtórnego i powietrza do dysz OFA i SOFA oraz ma zainstalowane mierniki 36, 37, 38, 39 koncentracji pyłu węglowego w pyłoprzewodach 32, 33, 34, 35 zasilających palniki P1... P4, a w gazowej warstwie przyściennej rur ekranowych komory kotła K w obszarze oddziaływania palników pyłowych P1, P2, P3, P4 są umieszczone sondy S1, S2, S3, S4 sterowane przez programowalny sterownik S, którego jedno wejście sterujące We jest połączone z miernikami 36, 37, 38, 39 koncentracji pyłu a drugie wejście We jest połączone z sondami S1, S2, S3, S4 w gazowej warstwie przyściennej rur ekranowych komory kotła K, przy czym programowalny sterownik S ma oddzielny zespół wyjść dla każdego z palników P1, P2, P3, P4 danego kotła pyłowego, połączonych z przynależnymi im sterującymi wejściami siłowników 10, 13, 16, 19 regulacyjnych klap 9, 12, 15, 18 osadzonych w przewodach 8, 11, 14, 17 powietrza wtórnego, siłowników 25, 27, 29, 31 regulacyjnych klap 24, 26, 28, 30 powietrza do dysz OFA 01, 02, 03, 04 oraz ze sterującymi wejściami siłowników SZ1, SZ2, SZ3, SZ4 rozdzielaczy pyłu Z1, Z2, Z3, Z4 osadzonych na wylocie z mł ynów węglowych.