Technická data ke kotli K14 společnosti Tameh

• Foto

Parametry kotle:

• Výstup přehřáté páry: 320 t/h
• Přetlak přehřáté páry: 10,5 MPa(a)
• Teplota přehřáté páry: 525°C

Garantované parametry emisí a účinnosti kotle K14:

• NO_x: ≤150 mg/Nm³
• SO₂: ≤200 mg/Nm³
• CO: ≤150 mg/Nm³
• TZL: ≤10 mg/Nm³
• Účinnost kotle: ≥ 92,4 %

Cyklon je chlazený vodou a nachází se mezi spalovací komorou a druhým tahem. Tangenciální vstup do cyklonu vytváří vír, který odděluje cirkulující pevné částice od spalin. Oddělené částice padají na dno cyklonu, kdežto spaliny odcházejí vírovou trubkou do spojovacího potrubí a do druhého tahu. Pevné částice ze dna cyklonu se fluidním uzávěrem vrací do hustého lože.

HLAVNÍ PRINCIP ŘÍZENÍ

Kotel je připojen ke třem vysokotlakým rozvaděčům páry spolu s ostatními kotli na teplárně. Řízení kotle probíhá převážně v režimu regulace průtoku (výkonu). Kotel je možné provozovat rovněž v tlakové regulaci. Přívod paliva do spalovací komory je regulován průtokem páry podle požadované hodnoty nastavené obsluhou.

Účelem řízení procesu je:

• minimalizovat emise a dosáhnout vysoké tepelné účinnosti,
• minimalizovat používání aditiv,
• zajistit bezpečný provoz a vysokou dostupnost provozu.

Účelem systému fluidního spalování je účinně spalovat různé druhy předepsaných paliv. Stabilního spalování je rovněž dosaženo pomocí paliv s vysokou vlhkostí z důvodu vysoké výhřevnosti materiálu lože.

Malé částice se rychle spalují v prostoru nad hladinou fluidní vrstvy (freeboardu), kdežto větší částice padají do prostoru hustého lože, kde se vysuší a zplyňují, a zbytkové uhlí se spaluje do té doby, než se velikost částic zmenší natolik, aby je fluidizační plyn přenesl do horní části spalovací komory. Ke konečnému spálení dochází v prostoru freeboardu (řídká fáze). Částice, které před opuštěním spalovací komory neshořely, jsou odděleny od spalin v cyklonu a vrací se zpět do spodní části spalovací komory.

Systém fluidního spalování obsahuje tyto hlavní součásti:

• rošt fluidního lože,
• materiál fluidního lože (popel a palivo),
• chladiče ložového popela (BAC),
• cyklon,
• fluidní uzávěr.

Písek, částice pevného paliva a popela z materiálu lože jsou fluidizovány primárním vzduchem a spalinami vzniklými při spalování. Písek je prosátý přírodní písek o zrnitosti 0,05 až 0,7 mm. Fluidní vzduch (primární vzduch) je do spalovací komory přiváděn vysokotlakým ventilátorem přes trysky fluidního vzduchu přivařené k žebrům mezi trubkami vodou chlazeného roštu.

Fluidizace končí v rozšířené zóně spalování paliva, vysokou turbulencí, dokonalým kontaktem pevných částic s plynem a vysokou rychlostí přenosu tepla v loži. Rychlost spalování fluidního lože je tak vysoká, že výstup páry lze upravovat změnou průtoku paliva podle požadavku zatížení.

V technologii spalování v cirkulujícím fluidním loži je rychlost fluidizace udržována tak vysoko, že část materiálu lože je fluidizačním plynem propírána. Je vedena do prostoru hustého lože ve spodní části spalovací komory a řídká fáze do horní části spalovací komory. Většina propraných částic se vrací zpět do zóny s hustou fází blízko stěn spalovací komory, kde je rychlost plynu proudícího vzhůru nižší (vnitřní cirkulace ve spalovací komoře) a téměř všechny ostatní proprané částice jsou odděleny od spalin v cyklonu a vráceny zpět do hustého lože přes fluidní uzávěr (vnější cirkulace). Jen ty nejmenší částice jsou unášeny spalinami přes cyklon do tkaninového filtru.

Z cyklonu částice padají do fluidního uzávěru, který se nachází pod cyklonem. Fluidní uzávěr je malé fluidní lože, které slouží jako ucpávka zabraňující proudění spalin ze spodní části spalovací komory přímo do cyklonu. Materiál lože ve fluidním uzávěru je fluidizován samostatnými vysokotlakými dmychadly a fluidní uzávěr je rozdělen na dvě samostatně řízené části. Fluidní ucpávka je pokrytá žáruvzdorným materiálem a spojena se stejnou cirkulací vody jako cyklon.

Turbulence je nejvyšší v zóně s hustou fází, což vede k dobrému promíchání materiálu lože, paliva, fluidizačního plynu a recirkulovaných pevných částic z cyklonu, a tedy k malým teplotním rozdílům mezi různými částmi lože. 

Proprané částice značně zlepšují intenzitu přestupu tepla v prostoru freeboardu (řídká fáze), protože konvekční přestup tepla z částic do výhřevné plochy je daleko vyšší oproti přestupu tepla z plynu. Proprané částice rovněž zachovávají rovnoměrný vertikální teplotní profil po celé výšce spalovací komory a teplotní profil lze (v omezené míře) regulovat množstvím cirkulujícího materiálu.

Dolní stěny spalovací komory chrání žáruvzdorný materiál s nízkou tepelnou vodivostí. Žáruvzdorný materiál napomáhá efektivnímu spalování paliv s vysokou vlhkostí v zóně s vysokou teplotou spalování a chrání trubky před erozí.

Sekundární vzduch vchází do spalovací komory ve dvou úrovních. Spodní úroveň sekundárního vzduchu se stále používá ke spalování a horní úroveň pro vyšší zatížení. Rozdělení vzduchu na primární a sekundární je určováno kvalitou paliva, kapacitou kotle a teplotou lože.

Teplota lože závisí na kvalitě a množství paliva v loži a měří se na osmi (8) místech v prostoru lože. Teploty se obvykle pohybují od 700°C do 900°C. Teplotu lože reguluje rychlost fluidizace.

Výška lože je řízena měřením tlakového rozdílu ve spalovací komoře. Když tlakový rozdíl překročí přípustné mezní hodnoty, je třeba z lože ubrat písek nebo jej do lože přidat. Množství nečistot v palivu značně ovlivňuje nutnost odběru hrubého materiálu, což má také vliv na množství přídavného písku.

Fluidizací se označuje uvedení částic pevného zrnitého materiálu do stavu vznosu pomocí plynu. Ve fázi fluidizace jsou vzduch nebo spaliny dmychány vrstvou pevných částic takovou rychlostí, že se částice oddělí a chovají se podobně jako kapalina.

Rychlost fluidizace je definována jako rychlost plynu vypočtená pro volnou plochu průřezu roštu při tlaku a teplotě lože. Materiál fluidního lože způsobuje pokles tlaku plynu proudícího ložem. Pokles tlaku je způsoben tím, že plyn udržuje fluidizované částice ve vzduchu. Měřením a sledováním tlakového rozdílu ve fluidním loži lze určit, zda se v něm nahromadil nefluidizovaný materiál, např. kameny.

PAROVODNÍ SYSTÉM KOTLE

Kotel je vybaven čtyřmi najížděcími hořáky na zemní plyn. Najížděcí hořáky slouží k ohřevu fluidního lože na teplotu požadovanou k tomu, aby tuhé palivo začalo hořet. Uhlí je do kotle přiváděno prostřednictví pásových dopravníků s výkoností 385 t/h do tří uhelných sil. Systém přívodu paliva do kotle se skládá ze tří linek pro 50% přívod
paliva. Jedna linka se skládá z hřeblového řetězového dopravníku, drtiče, vyvažovací nádoby, dopravního šneku a skluzu do spalovací komory. 

SYSTÉM PŘÍVODU PALIVA

Hrubý materiál (ložový popel) je ze spalovací komory odváděn přes dva chladiče ložového popela (BAC) umístěné na obou bočních stěnách. Teplo z ložového popela je využíváno k fluidizací chladného primárního vzduchu průchodem přes lože popela. Vzduch je ohříván ložovým popelem a veden do spalovací komory jako ohřátý sekundární vzduch.

Spalovací vzduch je rozdělen na primární (fluidní) vzduch a sekundární vzduch. Oba tyto proudy vzduchu procházejí příslušnými vzduchovými ventilátory, primárním vzduchovým ventilátorem a sekundárním vzduchovým ventilátorem. Spalovací vzduch je ohříván spalinami v trubkovém předehřívači vzduchu. K ohřevu primárního vzduchu se také používá spirálový parní předehřívač vzduchu, zejména při najíždění a nízkých zatíženích kotle. Spalovací vzduch pro spouštěcí hořáky je přiváděn ze systému sekundárního vzduchu.

SYSTÉM SPALOVACÍHO VZDUCHU

Tkaninový filtr spalin (BHF) se nachází za třetím tahem kotle CYMIC™. Jeho hlavním účelem je oddělit popílek z proudu spalin filtrací přes filtrační tkaninu. Filtr se skládá z demontovatelných oddílů. Podtlak vytvářený spalinovým ventilátorem nasává spaliny ze třetího tahu přes filtr.

Vyčištěné spaliny proudí hadicemi filtru do výstupního otvoru z BHF. Popílek zůstává na vnějším povrchu pytlů. Popílek ze skluzu ve spodní části BHF je pneumatickými dopravníky přepraven do sila na popílek.

TKANINOVÝ FILTR SPALIN

Regulace emisí NO_x ve spalinách

Systém vstřikování čpavkové vody využívá technologii selektivní nekatalytické redukce (SNCR). Systém slouží ke snižování emisí dusíku (NO_x) včetně NO a NO₂.

Systém SNCR je založen na chemických reakcích mezi čpavkem (NH₃) a oxidy dusíku (NO_x). Po vstříknutí čpavku do spalin spolu reagují oxidy dusíku a čpavek za vzniku neškodného plynného dusíku a vodní páry.

Nejkritičtějšími parametry pro dosažení vysokého snížení NO_x a nízkého čpavkového skluzu při co nejnižší spotřebě čpavku jsou: teplota v místě vstřiku, doba setrvání a dostatečné promísení čpavku se spalinami. Nejdůležitější rámcové reakce, které zde probíhají, jsou tyto:

4 NH₃ + 4 NO + O₂→4 N₂ + 6 H₂O
NO + NO₂ + 2 NH₃→2 N₂ + 3 H₂O

Optimální rozsah teplot reakce závisí na podmínkách spalování. Přítomnost CO a uhlovodíků má tendenci optimální teplotu snižovat. Pokud se čpavek vstříkne při příliš vysoké teplotě, emise NO_x se mohou v důsledku oxidace čpavku zvýšit. Při příliš nízkých teplotách je rychlost reakce pomalá a čpavkový skluz se zvyšuje.

Přítomnost čpavku ve spalinách brání přeměně CO na CO₂. Z toho vyplývá, že ke spalování by mělo docházet v místě vstříknutí čpavku. Optimální rozsah teplot je 750–900°C a optimální doba setrvání je 0,5 až 0,6 sekund. Čpavek se přivádí jako 24,5% vodný roztok čpavku. Průtok čpavku je regulován podle zatížení kotle a měření NO_x.

REGULACE EMISÍ SO₂ VE SPALINÁCH

Účelem systému dávkování vápence je přivádět do kotle vápenec potřebný k odsíření spalin. Systém dávkování vápence zahrnuje tyto součásti:

• vápencové silo s pomocným zařízením,
• dmychadla přísunu vápence,
• násypka a podavače vápence,
• zařízení pro přísun vápence (trysky, potrubí a ventily).

Vápenec se do spalovací komory dávkuje ke snížení koncentrace SO_x ve spalinách. SO₂ vzniká ze síry v palivu. Téměř všechnu síru v palivu představuje SO₂ nebo SO₃. Množství vznikajícího SO₃ je ve srovnání s tvorbou SO₂ malé. Jeho část může být absorbována popelem z paliva (tzv. autoredukce) v závislosti na obsahu vápníku v popelu a podmínkách spalování. Absorpce síry ve spalovací komoře je založena na dvou hlavních reakcích:

CaCO₃ + teplo →CaO + CO₂ (kalcinace)
CaO + SO₂ +½ O₂→CaSO₄ + teplo (sulfatace)

Z vápencového sila materiál propadá ručně ovládaným stavidlovým uzávěrem a výsypkou do rotačních podavačů s pohonem s proměnnými otáčkami, které regulují průtok vápence do spalovací komory. Oba rotory rotačních podavačů jsou rozděleny na dva samostatné bloky tak, aby každý podavač podával materiál do dvou samostatných přívodních potrubí. K vyprazdňování sila lze použít tlakový vzduch zajišťující proudění materiálu ze sila.

Technical data for K14 boiler of the company Tameh
The boiler with circulating fluid bed from the company Valmet is a single-drum unit consisting of a gastight combustion chamber of membrane construction, cyclone and second flue. The superheater part is divided into three stages. The secondary superheater is in the combustion chamber. In the second and third flue there is the tertiary superheater, primary superheater, one economiser with smooth tube and one with ribbed tubes and battery of combustion gas air superheaters.

Autor

• (red)