Parogenerátory a spalovací zařízení

Transkript

1 Parogenerátory a spalovací zařízení Základní rozdělení a charakteristické vlastnosti parních kotlů, používaných v energetice parogenerátor bubnového kotle s přirozenou cirkulací parogenerátor průtočného kotle

2 Charakteristické vlastnosti parogenerátoru bubnového kotle. 1) Nucený průtok vody je pouze v ohříváku vody a je přerušen bubnem parogenerátoru, který plní funkci gravitačního separátoru páry. ) V bubnu je vždy rozhraní mezi vroucí vodou a sytou parou hladina vody v bubnu je důležitářídící veličina regulace napájení kotle 3) Přirozená cirkulace zajišťuje chlazení varnic a trvalé vyrovnávání chemického složení kotelní vody ve spádových a varných trubkách a umožňuje snadný odluh kotle, udržující koncentraci solí v kotelní vodě v daných mezích. 4) Výhřevné plochy ohříváku vody a přehříváku páry se nemění s výkonem kotle 5) Relativně velká zásoba vody zlepšuje akumulační a regulační vlastnosti kotle ( po určitou dobu je bubnový kotel schopen dodávat větší hmotnostní průtok páry, než odpovídá jeho okamžitému tepelnému výkonu). Charakteristické vlastnosti průtočného kotle. 1) Průtok vody, parovodní směsi i přehřáté páry ve všech výhřevných plochách kotle je vynucen výstupním tlakem napájecího čerpadla. Průtočné rychlosti jsou mnohem vyšší, než je obvykléu kotlů bubnových. Vyšší průtočné rychlosti odpovídá i vyšší přestupní součinitel a z něj plynoucí materiálové úspory. ) Mezi ohřívací, odpařovací a přehřívacíčástí parogenerátoru nejsou u některých typů (Benson, Ramzin) pevné hranice. Při snižování výkonu kotle se obvykle hranice začátku a konce odparu posunují směrem ke vstupu do kotle. 3) Regulace průtočného kotle je obtížnější. K dispozici není výška hladiny v bubnu, parogenerátor má ve srovnání s parogenerátorem bubnového kotle podstatně menší akumulační schopnost. 4) Kotel vyžaduje dokonalou demineralizaci napájecí vody. 5) Hodnota admisního tlaku páry není omezena.

3 6) Při nuceném průtoku je možno použít trubky menšího průměru, odpadá buden a tím klesá hmotnost kotle. 7) Teplotu admisní páry lze udržet konstantní v širokém rozsahu výkonu kotle. 8) Větší regulační pružnost, rychlejší najíždění a odstavování kotle. 9) Odpadá ztráta odluhem. 10) Tvar ohniště, jehož stěny tvoří trubky parogenerátoru lze libovolně tvarovat a tedy i snadno přizpůsobit optimálním rozměrům. Spalovací zařízení Spalovací zařízení parního kotle se skládá z ohniště a z pomocného zařízení, tj. např. spalinových a vzduchových ventilátorů, ohříváku spalovacího vzduchu, zařízení na přípravu paliva ke spalování (sušení, mletí) atd. V energetickém průmyslu převládají prášková ohniště granulační, výtavná, případně cyklónová. V současnosti se stále více prosazují ohniště fluidní. a),b),c),d) -granulační ohniště; a) hořáky dvouřadéčelní; b) hořáky rohové jednořadé; c) hořáky stropní; d) hořáky naklápěcí; e) výtavné ohniště, hořáky v šikmé stěně

4 Schéma cyklónového ohniště Výhody: 1) Úspora mlecí práce ) Vysoký měrný výkon 3) Vysoká míra zachycení popelovin (až 90%)

5 Schéma fluidního ohniště Výhody: Možnost spalování paliv s velmi nízkou výhřevností s velkým podílem popela, úspora mlecí práce a možnost odsíření spalin pouhým přidáním drceného vápence do paliva. Nevýhody: Zejména zvýšená spotřeba energie pro pohon dmychadel primárního vzduchu vzhledem k poměrně značné tlakové ztrátě při průchodu vzduchu fluidní vrstvou. Největší fluidní kotel s parním výkonem 350 t/h v ČR byl uveden do provozu v r v elektrárně Tisová.

6 Provozní parametry spalovacích zařízení Výhřevnost q n [ kj/ kg] - množství tepelné energie, uvolněné dokonalým spálením 1 kg paliva a ochlazením spalin na teplotu 0 0 C bez kondenzace vodních par ve spalinách. Spalné teplo [ ] q v kj / kg - množství tepelné energie, uvolněné dokonalým spálením 1 kg paliva a ochlazením spalin na teplotu 00C se započítáním tepla,uvolněného kondenzací vodních par ve spalinách. Vazba spalné teplo - výhřevnost q = q n v ( W 9. H ) Fosilní palivo se skládá z hořlaviny a přítěže. Hořlavina část paliva, reagující s okysličovadlem. Přítěží tuhých a kapalných paliv je obsah popela a vody. Oxidace hořlaviny probíhá podle rovnic: C + + O CO 33910kJ / kg.h + O H O 41160kJ / kg + O SO 10470kJ / kg + S + Vyjádřením rovnic ve stechiometrickém tvaru lze při známém složení paliva určit potřebné objemové množství kyslíku v [ Nm / kg] Vv V vs min =.V součinitel přebytku vzduchu α = 1 O min Vv min 1 roštová ohniště α opt. = 1,3 1.5 prášková ohniště α opt. = 1,15 1,5 cyklónová ohniště = 1,05 1,1 ohniště na kapalná a plynná paliva 1,01 1,15 α opt. α opt. =

7 V = V + α 1. V [ Nm 3 / kg] Skutečný objem spalin s s min ( ) v min Účinnost a ztráty parního kotle Přímá metoda: η k = M p ( h h ). M a pv. q n nv Nepřímá metoda: ηk = 1 ζ i ζ i součet dílčích ztrát parního kotle Ztráty tepelné energie při provozu kotelní jednotky jsou dány součtem ztrát způsobených nedokonalým uvolněním tepelné energie při spalovacím procesu a ztrát, vyvolaných nedokonalým využitím uvolněného tepla. Do prvé skupiny patří tzv. ztráta mechanickým nedopalem a ztráta chemickým nedopalem. U moderních kotlů jsou obě tyto ztráty relativně velmi malé. Ve druhé skupině se jedná zejména o ztrátu citelným teplem spalin (tzv. komínová ztráta). Jedná se o největší ztrátu parního kotle. Závisí přímo úměrně na množství spalin a na teplotě spalin v patě komína.

8 Charakteristiky a všeobecné zásady regulace parních kotlů Charakteristiky parního kotle- průběhy změn základních provozních parametrů kotle v závislosti na změně hmotnostního průtoku páry Mezi nejdůležitější podmínky automatické regulace kotle patří: a) Parní výkon kotle musí v ustáleném regulačním stavu odpovídat uvolněné energii ve spalovacím prostoru. b) Přebytek vzduchu ve spalovací komoře je udržován na optimální úrovni ve všech provozních stavech kotle při současném udržování konstantního podtlaku ve spalovacím prostoru. c) Tlak a teplota přehřáté páry mají být nezávislé na výkonu kotle. d) Napájení musí odpovídat odběru páry. U bubnových kotlů má být stav hladiny vody v bubnu konstantní, nezávislý na výkonu kotle. Mezi nejdůležitější regulační obvody kotle patří: 1) Regulace napájení, regulace spalování, ) regulace teploty přehřáté páry, 3) ochranná regulace (tlak, teplota, napájení) a pomocné regulační okruhy (mlecí okruhy, úprava přídavné vody, 4) poměr primárního a sekundárního vzduchu).

9 Regulace teploty přehřáté páry a) přehřívák konvekční b) přehřívák sálavý Čištění spalin U velkých energetických kotlů se používají téměř výhradně elektrostatické odlučováky deskové nebo trubkové. K zachycování prachových částic zde dochází působením elektrického pole na elektricky nabité prachové částice Odlučovací schopnost elektrostatických odlučováků je 90 až 99% a jsou schopny zachytit i částice o velikosti menší než. 10µ m

10 Metody snižování emisí SO Snižování emisí oxidů síry a dusíku bylo vyvoláno přijetím zákona o ovzduší 309/91 Sb.,resp. jeho novely zákonem 18/9 Sb. V průběhu 90. let minulého století byl za cenu značných nákladů prakticky dokončen program snižování emisí škodlivin v elektrárnách ČEZ Realizovat lze: a) Snižováním obsahu síry v uhlí (separace pomocí vody - lze snížit obsah pyritu v uhlí o 30 až 60 %, ale za cenu vysokých energetických ztrát) b) Odsiřováním spalin snižování obsahu SO ve spalinách před jejich vstupem do ovzduší c) Zaváděním nových technologií tzv. čisté uhelné technologie (Clean Coal Technologies), Ad a) Z hlediska dnešní legislativy nepoužitelné jako konečná metoda. Ad b) Metoda regenerační - aktivní látka se po reakci s oxidem siřičitým regeneruje a vrací zpět do procesu, oxid siřičitý se dále zpracovává (finančně velmi náročné, v ČR se prakticky nepoužívá) Metoda neregenerační - aktivní látka reaguje na dále využitelný nebo nevyužitelný produkt a zpět do procesu se nevrací. Z hlediska způsobu zachycování se používají metody: a) mokré SO se zachycuje v kapalině nebo vodní suspenzi aktivní látky. b) polosuché - aktivní látka je ve formě vodní suspenze vstřikována do proudu horkých spalin, kapalina se poté odpaří a produkt reakce se zachycuje v tuhém stavu c) suché SO reaguje s aktivní látkou v tuhém stavu.

11 V současnosti jsou všechny elektrárny ČEZ vybaveny odsiřovacím zařízením nebo fluidním spalováním. V převážné většině se jedná o zařízení, používající tzv. mokrou vápencovou metodu, která je dominující i ve většině evropských zemí. Program odsíření elektráren ČEZ. Název elektrárny Počet bloků Použitá metoda Doba výstavby Počerady 5x00 MW Prunéřov I 4x110 MW Prunéřov II 5x10 MW Tisová I 3x55 MW Fluidní spalování Tušimice II 4x00 MW Mělník III 1x500 MW Ledvice x110 MW Odsiřování PS.V.M Ledvice 1x110 MW Fluidní spalování Tisová II 1x100 MW Odsiřování PS.V.M Mělník II x110 MW Chvaletice 3x00 MW Dětmarovice 4x00 MW Hodonín x50 MW Fluidní spalování Poříčí 1x50 MW Fluidní spalování Poříčí 1x55 MW Fluidní spalování M.V.M mokrá vápencová metoda PS.V.M polosuchá metoda

12 Suchá odsiřovací metoda Nevýhodou této metody je velmi nízká účinnost cca 50% Z hlediska současných emisních limitů je její využití pro větší celky prakticky vyloučeno. Polosuchá odsiřovací metoda Jemnou mlhou vodní suspenze sorbentu (pálené vápno nebo vápenný hydrát) procházejí spaliny a dochází k chemickým reakcím mezi kyselými složkami spalin a suspenzí sorbentu. Voda se vypaří a granule suchého zreagovaného vápence jsou unášeny spalinami. Tyto částice se zachycují obvykle na tkaninových filtrech. Účinnost cca % + H O Ca( OH) ; Ca( OH ) CaSO H O CaO + + Ca( OH ) CaSO H O SO 3 + SO3 4 + Optimální podmínky pro popsané chemické reakce nastávají při ochlazení spalin na teplotu rosného bodu. Obvyklá provozní teplota spalin za reaktorem je C nad touto teplotou z důvodu zabránění možné kondenzace vlhkosti ve spalinách. M.S.M. je vhodná zejména pro menší a střední kotelní jednotky s výkonem do 00 MW, u kterých by mokrá odsiřovací technologie byla příliš nákladná. Produktem této metody je porézní aglomerát, skládající se z popílku, siřičitanu vápenatého s příměsí síranu vápenatého a ze zbytku nezreagovaného sorbentu. Zatím pro něj není využití a ukládá se na skládky.

13 Mokrá vápencová odsiřovací metoda Realizací této metody odsíření spalin např. pro blok s výkonem 00 MWe vybavený kotlem spalujícím hnědé uhlí se z cca Nm3/h spalin s průměrnou koncentrací SO 6500mg/Nm3 získá 15 t/h energosádrovce, spotřebuje 9 t/h vápence a při běžné účinnosti odsíření 95% se zachytí cca 6 500kg SO za hodinu. Koncentrace oxidu siřičitého ve spalinách klesne na hodnotu mg/ Nm 3.