PL230020B1 - Sposób modyfikacji kotłów wodnych i parowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikacji kotłów wodnych i parowych.

Większej mocy kotły wodne i parowe opalane paliwami gazowymi, ciekłymi lub stałymi składają się z komory spalania stwarzającej warunki do pełnego wypalenia paliwa oraz z jednego lub kilku ciągów konwekcyjnych zapewniających schłodzenie spalin powstałych w komorze.

Na ścianach komory spalania umieszczone są typowo rurki, w których płynie woda lub para wodna, przy czym w nowszych rozwiązaniach rurki te połączone są ze sobą tworząc tak zwaną ścianę szczelną. Rurki te, nazywane ekranami, zapewniają odbiór energii na drodze p romieniowania od strefy spalania.

W ciągach konwekcyjnych spaliny przepływają kanałem, którego przekrój wypełniony jest rurkami zapewniającymi odbiór ciepła od spalin na drodze konwekcji. Konwekcyjne powierzchnie wymiany ciepła stosuje się od tego miejsca w ciągu przepływu spalin, w którym można uznać, że zakończony został proces spalania, a tym samym szybkie chłodzenie nie powoduje przerwania reakcji chemicznych.

Obecnie kotły tego typu, szczególnie opalane paliwami stałymi stoją przed problemem spełnienia rosnących standardów ochrony środowiska, a w szczególności spełnienia norm emisji tlenków azotu. Do obniżenia emisji tlenków azotu, obok metod pierwotnych stosować można metodę selektywnej niekatalitycznej redukcji (SNCR) oraz selektywnej katalitycznej redukcji (SCR). Metoda SCR gwarantuje możliwość osiągnięcia bardzo niskich poziomów emisji tlenków azotu, jednak jest bardzo droga inwestycyjnie i eksploatacyjnie. Z kolei metoda SNCR, polegająca na wtrysku do komory spalania amoniaku lub mocznika, charakter yzuje się niskimi kosztami inwestycyjnymi i umiarkowanymi kosztami eksploatacyjnymi, jednak nie zapewnia dostatecznie niskich poziomów emisji tlenków azotu.

Przyczyną stosunkowo niskiej skuteczności metody SNCR jest fakt, że reakcje chemiczne będące jej istotą, muszą zachodzić w odpowiedniej temperaturze (optymalnie 850°C) i w odpowiednio długim czasie. W kotłach wodnych i parowych ze względu na odbiór ciepła temperatura monotonicznie spada w całym ciągu przepływu spalin.

Sposób według wynalazku polega na tym, że ekrany w górnej części komory spalania pokrywa się warstwą izolacji oraz że w początkowej części ciągu konwekcyjnego kotła usuwa się wymienniki ciepła korzystnie w ich miejsce wprowadzając chłodzone i izolowane ekrany na ścianach ciągu konwekcyjnego.

W sposobie według wynalazku górna część powierzchni wymiany ciepła komory spalania izolowana jest cieplnie, dzięki czemu spaliny nie wymieniają ciepła z ekranami, a co za tym idzie ich temperatura nie spada. Jednocześnie usuwa się część konwekcyjnych powierzchni wymiany ciepła z ciągu konwekcyjnego, co dodatkowo przedłuża czas w jakim spaliny przebywają w stałej temperaturze.

Dzięki takim modyfikacjom uzyskuje się dłuższy czas przebywania spalin w stałej temperaturze, pożądanej z punktu widzenia zachodzenia reakcji SNCR, a tym samym uzyskuje się zwiększenie skuteczności metody usuwania tlenków azotu. Należy podkreślić, że osiągana w ten sposób wyższa skuteczność odazotowania wiąże się z niskimi kosztami inwestycyjnymi w porównaniu z metodą SCR.

Negatywnym skutkiem opisywanej metody jest zwiększenie temperatury wylotowej z kotła, czemu można zapobiec stosując dodatkowe powierzchnie wymiany ciepła na końcu ciągu konwekcyjnego.

P r z y k ł a d

Kocioł wodny rusztowy WR-25 posiada dwa ruszty a szerokości 2,5 m każdy i długości czynnej 7 m oraz komorę spalania o objętości około 300 m³. Przy nominalnej mocy 29 MW spala około 1,5 kg węgla na sekundę w wyniku czego powstaje około 60 m³ na sekundę spalin w przeliczeniu na temperaturę panującą w komorze. Na wylocie z komory spalania temperatura spalin wynosi rzędu 700°C a bezpośrednio za strefą spalania około 1000°C. Spadek temperatury o 300°C jest wynikiem wymiany ciepła z ekranami. Oznacza to, że możliwe jest zaizolowanie ekranów od mniej więcej połowy ich wysokości do wylotu komory spalania, skutkiem czego temperatura w dolnej części komory spalania spadnie o 150°C do poziomu 850°C, a w górnej części dzięki izolacji pozostanie niezmienna. Całkowity czas pobytu spalin w komorze spalania wynosi około 5 s, a zatem w górnej połowie komory spalania spaliny przebywaj 2,5 s, co przy połączeniu z temperaturą 850°C stwarza idealne warunki dla realizacji metody SNCR poprzez wtrysk amoniaku lub mocznika.

Claims (1)

1. Sposób modyfikacji kotłów wodnych i parowych, znamienny tym, że ekrany w górnej części komory spalania pokrywa się warstwą izolacji oraz w początkowej części ciągu konwekcyjnego kotła usuwa się wymienniki ciepła, przy czym korzystnie w ich miejsce wprowadza się chłodzone i izolowane ekrany na ścianach ciągu konwekcyjnego.