1 VÝSLEDKY MĚŘENÍ VÝSKYTU POPÍLKU V ZAŘÍZENÍ REINJEKTÁŽE TEPLÁRENSKÉHO KOTLE A JEJICH ZHODNOCENÍ Ing. Petr Rayman, RAYMAN spol. s r. o. Kladno 1. Úvod V rámci rekonstruce odprášení zadního tahu kotle K3 v Teplárně United Energy Komořany byl vznesen požadavek na vypracování studie optimalizace stávajícího zařízení reinjektáže popílku do fluidního kotle. Bylo proto provedeno ověřovací měření parametrů na stávajícím zařízení a zpracována studie na optimalizovaný způsob reinjektáže popílku. V tomto příspěvku je odborná veřejnost seznámena s výsledky měření vztahujícími se k reinjektáži a s návrhem optimalizovaného zařízení, stejně tak jako s některými obecně platnými závěry. 2. Současný stav V současné době se odebírá popílek pro reinjektáž z výsypek vertikálního dvoukomorového elektroodlučovače (EO) vybaveného 4 výsypkami. Elektroodlučovač byl v rámci rekonstrukce odsunu popílku v r. 2004 odstaven z provozu a slouží pouze jako tíhový odlučovač. Výstupní hrdla kotle a navazující kouřovody i elektroodlučovač jsou symetrické. Ve všech výsypkách EO je vytvořena vestavba, která část popílku přivádí k bočnímu odběru z výsypky. Z každé výsypky je materiál přes rotační podavač dopravován krátkým pneumatickým dopravním žlabem do násypky šnekového podavače reinjektáže (obr. 1). Zbylý popílek z výsypek EO, který se nepoužije Obr. 1: Stávající systém odběru popílku systémem reinjektáže, je dopravován systémem malých komorových podavačů do zásobního sila.
2 Z každé dvojice výsypek se popílek dopravuje středotlakou pneumatickou dopravou šnekovým podavačem (tzv. fullerkou ) jedním vstupem do jedné poloviny kotle. Jako zdroj dopravního vzduchu je pro každý šnekový podavač použito samostatné dmychadlo systému ROOTS. Při provozu stávajícího zařízení reinjektáže se vyskytují obtíže spočívající zejména ve značném opotřebení šnekových podavačů a obtížné regulaci reinjektovaného množství popílku. 3. Měření parametrů stávajícího zařízení 3.1 Na stávajícím zařízení bylo v dubnu 2005 firmami RAYMAN spol. s r. o. Kladno, EVMS spol. s r. o. Milevsko a ENVEN a. s. Praha provedeno měření za různých provozních režimů kotle. Cílem tohoto měření bylo mj. stanovit skutečné množství popílku podávaného zařízením reinjektáže do kotle. Schema měření je uvedeno na obr. 2. Byly měřeny průtoky spalin a koncentrace popílku ve Obr. 2: Schema měření
3 čtyřech vstupních kouřovodech EO a na výstupu z EO. Dále byly měřeny odpory obou dopravních potrubí reinjektáže a dopravního potrubí odsunu popílku komorovými podavači. Zde také byl stanoven počet cyklů podavačů a odhadnut jejich užitečný objem. Dále byly měřeny tlakové poměry na koncích dopravních potrubí reinjektáže. Současně byly měřeny parametry pneudopravního zařízení odsunu popílku od látkového filtru. Toto měření nemá však k popisované problematice vztah. Bylo provedeno celkem 10 měření M1 až M10 při různých provozních režimech kotle a zařízení reinjektáže: M1/M2 - Výkon kotle 125 t.hod -1, emisní limit SO2 500 mg.nm -3, nejvyšší možné nastavení reinjektovaného popílku z výsypek EO do fluidního lože M3/M4 - Výkon kotle 125 t.hod -1, emisní limit SO2 500 mg.nm -3, vypnutá reinjektáž popílku z výsypek EO do fluidního lože M5/M6 - Výkon kotle 125 t.hod -1, emisní limit SO2 500 mg.nm -3, minimální reinjektáž popílku z výsypek EO do fluidního lože M7/M8 - Výkon kotle 105 t.hod -1, emisní limit SO2 1500 mg.nm -3, vypnutá reinjektáž popílku z výsypek EO do fluidního lože M9/M10 - Výkon kotle 105 t.hod -1, emisní limit SO2 1500 mg.nm -3, zapnutá reinjektáž popílku z výsypek EO do fluidního lože 3.2 Vyhodnocené výsledky měření jsou shrnuty v tabulce 1. Jsou zde uvedeny pouze údaje Tabulka 1: Výběr naměřených hodnot
4 vztahující se k tématu tohoto příspěvku. Výkonnosti pneudopravy reinjektáže uvedené v tabulce jsou stanoveny pro každou větev nepřímo výpočtem pro dané dopravní trasy z naměřených odporů dopravních potrubí. Ze zjištěných hodnot je možno vyvodit následující závěry: - naměřené hodnoty odpovídají skutečným bilancím výskytu popílku v látkovém filtru, elektrickém odlučovači a reijektáži - přesto že objemový tok spalin na vstupu do výsypek EO na levé a pravé straně je prakticky stejný a zadní tah je symetrický, liší se zcela zásadně hmotnostní toky tuhých částic vstupujících do výsypek EO na levé a pravé straně - je rozdílné i granulometrické složení popílku vstupujícího do výsypek EO na levé a pravé straně. Na levé straně se vyskytují větší a těžší částice, než na straně pravé. - byly zjištěny rozdílné tlakové poměry na vstupech reinjektáže do kotle, a to jak při provozu reinjektáže, tak bez ní 3.3 Velice důležitým zjištěním učiněným na základě vyhodnoceného měření bylo kromě stanovení reinjektovaného množství popílku i poznání, že popílek je do obou stran kotle podáván v naprosto rozdílném množství. Také byl korigován názor provozovatele zařízení, že vzhledem ke značně intenzivnějšímu opotřebovávání pravého šnekového podavače je jeho výkonnost výrazně vyšší. Měření prokázalo, že je tomu přesně naopak. Opotřebení šnekového podavače lze přičíst nedostatečnému vytvoření materiálové zátky ve šneku a profukování zaprášeného vzduchu do násypky šnekového podavače, do rotačního podavače a přes něj do výsypky EO. Další zajímavou informací je fakt, že ke vzniku rozdílu v hmotnostním toku tuhých znečišťujících látek mezi levou a pravou stanou kouřovodů a EO dochází již v kotli samotném a symetrické provedení navazujícího zařízení již na tuto skutečnost nemá vliv. Nehomogenní stav fluidního lože dokládají i prokázané rozdílné tlakové poměry na vstupních průchodkách reinjektáže do kotle. 4. Návrh rekonstrukce zařízení reinjektáže Poznatků získaných z provozu stávajícího zařízení a z provedeného podkladového měření bylo využito při návrhu nového zařízení reinjektáže. Vzhledem k prokázanému nerovnoměrnému
5 rozdělení výskytu popílku ve výsypkách EO bylo rozhodnuto opustit stávající koncepci dopravy popílku přímo od výsypek s využitím nevhodných šnekových podavačů a zařízení navrhnout jako dvoustupňové. Schema zařízení je zvedeno na obr. č. 3. Obr. 3: Funkční schema nového zařízení reinjektáže Pro eliminaci nerovnoměrného výskytu popílku ve výsypkách EO a umožnění separátní regulace reinjektovaného množství popílku do každé poloviny kotle jsou navrženy dva mezizásobníky popílku, pneumatická doprava pro plnění mezizásobníků popílkem a dvě nezávislá zařízení pro zafukování popílku z mezizásobníků do obou stran kotle včetně dávkování popílku. 4.1 Mezizásobníky popílku: Dva mezizásobníky popílku jsou umístěny v prostoru mezi elektroodlučovači K2 a K3 a mezi
6 K3 a K4. Každý zásobník bude v budoucnosti využit i pro zařízení sousedního kotle (K2 resp. K4). Každý ze zásobníků je vybaven třemi bodovými stavoznaky (minima, maxima a havarijního maxima), pojistným ústrojím proti překročení přípustného tlaku uvnitř zásobníku, provzdušňovacím zařízením ve výsypce, dvěma hrdly pro vírový odlučovač a dvěma hrdly pro odprašovací potrubí, uzamykatelným vstupním otvorem s vnitřním žebříkem a výstupním hrdlem. Zásobníky budou uloženy na nosných konstrukcích kotvených k nosnému rámu EO. Odprášení každého mezizásobníku bude provedeno potrubím zaústěným do stěny EO. Toto potrubí bude uzavíráno dálkově ovládanou armaturou. 4.2 Plnění mezizásobníků: Pro plnění mezizásobníku popílkem zachyceným ve výsypkách EO bude využito stávající zařízení pneumatické dopravy malými komorovými podavači do sil aglomerace. Do dopravního potrubí bude vsazena dálkově ovládaná rozbočka pro dopravu do mezizásobníků. Nové dopravní potrubí bude opatřeno rozbočkou, která umožní plnit střídavě vždy jeden z mezizásobníků. Souběžně s dopravním potrubím je vedeno potrubí přifukovacího vzduchu tak, aby byla zachována funkčnost stávajícího principu dopravy. Do mezizásobníků jsou dopravní potrubí zaústěna vírovými odlučovači. 4.3 Reinjektáž popílku: Pro reinjektáž popílku do kotle jsou použita dvě funkčně shodná zařízení jedno pro levou a druhé pro pravou stranu kotle. Pod výsypkou každého mezizásobníku je umístěn regulační uzávěr s dávkovacím rotačním podavačem. To umožňuje spolehlivě dávkovat popílek v rozsahu 1 až 4 t/h. Na výstupní hrdlo rotačního podavače navazuje skluzové potrubí, krátký fluidní dopravník a gravitační komora průtokového podavače. V průtokovém podavači se směšuje popílek s dopravním vzduchem a směs zde vstupuje pod tlakem vysoké fluidní vrstvy do dopravního potrubí. To je vedeno podél stěny kotle a zaústěno do něj průchodkou. Zdrojem dopravního vzduchu pro každou polovinu zařízení je dmychadlová stanice. Zařízení pneumatické dopravy je navrženo s respektováním přetlaku na vstupní přírubě průchodky do fluidního lože kotle, který byl ověřen měřením a byl stanoven na cca 10 kpa. Tento přetlak je téměř nezávislý na režimu provozu kotle.
7 4.4 Regulace dávkovaného množstí popílku: Na začátku každé větve zařízení pneumatické dopravy bude kontinuálně měřen odpor dopravního potrubí. Ten je proporcionálně závislý na dopravní výkonnosti. Proto bude v závislosti na odporu dopravního potrubí řízeno otevření regulačního uzávěru a tím drženo na nastavené úrovni množství reinjektovaného popílku požadované operátorem kotle. Navržený způsob dávkování bude samozřejmně vyžadovat cejchování při provozu kotle a zpětnou vazbu od jeho provozních parametrů. V případě, že bude požadavek na stanovení přesného hmotnostního toku popílku do fluidního lože, je možno velice snadno instalovat průtokovou váhu nad každou gravitační komoru průtokového podavače. Od údaje této váhy potom bude otevírán regulační uzávěr tak, aby se v gravitační komoře vytvořil sloupec popílku odpovídající zadanému hmotnostnímu průtoku. 5. Závěr Provedené podkladové měření na stávajícím zařízení bylo velice užitečné. Pomohlo zmapovat proces odprášení a reinjektáže jako celku a stanovit skutečné bilance spalin a znečišťujících příměsí jak v celém zařízení, tak zejména v jednotlivých jeho částech. Byla prokázána nevhodnost řešení stávající reinjektáže pneumatickou dopravou šnekovými podavači. Ty jsou nevhodné nejen pro svou náchylonost k opotřebení při dopravě popílku, ale také jsou vysoce nevhodné pro dopravu velice malých výkonností, kdy se již nevytváří materiálová zátka ve šneku. Navíc při použití stávajícího řešení je reinjektované množství popílku zcela závislé na jeho výskytu ve výsypce EO (a bočním odběru z ní) a není možno jej regulovat. Navržené řešení zařízení reinjektáže dovolí vytvořením zásoby popílku jeho reinjektáž zcela nezávisle na jeho výskytu ve spalinách a na jeho rozdělení ve výsypkách EO. Také umožní vzájemně nezávislé dávkování do obou stran kotle v libovolném množství z regulačního rozsahu. V Milevsku, březen 2006