ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: ENERGETYKA z. 122
1994 Nr kol. 1262
Rudolf ŻAMOJDO, W ładysław SIKORSKI, Andrzej BOBRYK
In sty tu t Techniki Cieplnej i M echaniki Płynów, Politechnika W rocławska Józef PUPKA, Czesław CIASNOCHA, W acław STARNAWSKI
Zespół Elektrociepłowni WROCŁAW S.A.
STANOWISKO DOŚWIADCZALNE DO BADANIA EKOLOGICZNIE PRZYJAZNYCH METOD
SPALANIA PALIW
S tr esz c z en ie . Opisano rozw iązanie oraz podano dane techniczne instalacji badawczej, zlokalizowanej w Elektrociepłow ni WROCŁAW S.A. do b ad an ia nowych technologii sp alan ia w kotłach pyłu z węgli kam iennych z obniżoną em isją NOx, SÓ2 i lotnego popiołu. Stanowisko doświadczalne z zastosow aniem modelowego ogniowego przedpaleniska cyklonowego o mocy cieplnej 2,0 MW pozwoli przenieść uzyskane wyni
ki z bad ań i rozw iązania konstrukcyjne do w drożenia n a kotłach pyło
wych dużej mocy.
EXPERIMENTAL STAND FOR TESTIN G THE ENVIRONMENTALLY FRIENDLY METHODS OF FU EL COMBUSTION
Sum m ary. The construction is described and th e technical d a ta are given of an experim ental in stallatio n, w hich is located in th e th erm al power station WROCLAW S.A., for testin g new technologies of the boiler coal d u st combustion w ith th e lowered em ission of S 0 2, NOx, and fly ash. The experim ental sta n d w ith th e use of a model igneous cyclone precom bustion cham ber of th e th erm al power of 2,0 MW will allow one to apply th e resu lts yielded in investigations and th e constructional solutions to th e ir im plem entation to th e pulverized-fuel boilers of th e high power output.
VERSUCHSANLAGE ZUR UNTERSUCHUNG VON
UM W ELTFREUNDLICHEN VERBRENNUNGSM ETHODEN
Z u sam m en fassu n g . Beschrieben w urden die konstruktions- lösungen und angegeben die technischen D aten der V ersuchsanlage, in sta llie rte r im F ernk raftw erk WROCLAW S.A. zur U ntersuch un g von neuen Technologien der V erbrennung in K esseln d er Steinkohlen
stäube m it v erringerter NOx und S 0 2 - Em ission un d Flugasche. Der P rü fstan d u n te r Anw endung der m odellartigen Zyklonvorfeuerung mit einer W ärm ekraft von 2,0 MW erlaubtes, die e rh alten en Versuchser
gebnisse und K onstruktionslösungen bei S tau bk esseln hoher Leistung anzuwenden.
1. W STĘP
Stanowisko doświadczalne z przedpaleniskiem cyklonowym do badania ekologicznie przyjaznych m etod spalan ia pyłu z węgli kam iennych je s t konty
nuacją wieloletniej współpracy naukow o-badaw czej In sty tu tu Techniki Ciepl
nej i M echaniki Płynów (ITCiMP) Politechniki W rocławskiej z Zespołem Ele
ktrociepłowni Wrocław S.A. (Elektrociepłownia WROCŁAW i CZECHNICA).
Stanowisko doświadczalne przew idziane jako obiekt eksperym entalny do prow adzenia badań ogniowych n ad m etodam i sp alan ia w kotłach pyłu z węgli kam iennych, które spełniałyby zaostrzone w ym agania norm emisji zanieczy
szczeń pyłowo-gazowych (S 0 2, NOx, CO, C 0 2, pyły) do atm osfery, a były możliwe do realizow ania w realnych w aru n k ach Zespołu Elektrociepłowni Wrocław S.A.
Koncepcję projektową stanow iska doświadczalnego opracowano w Zakła
dzie U rządzeń Kotłowych i Gospodarki Cieplnej ITC i MP z zastosowaniem rozw iązań wg P a ten tu N r P-290507 Politechniki W rocławskiej [1],
Ustalono, że przyjęcie mocy cieplnej 2,0 MW dla skali modelowego ogniowe
go przedpaleniska cyklonowego, przy zachow aniu jego odwzorowania geome
trycznego i technologii procesu spalania z obniżeniem emisji NOx, S 0 2 i popiołu, gw arantuje uzyskanie wiarygodnych wyników dla w drożenia n a kot
łach pyłowych dużych mocy [2].
Stanowisko doświadczalne zlokalizowano n a terenie Elektrociepłowni WROCŁAW S.A. A ktualnie znajduje się w końcowej fazie m ontażu. Urucho
m ienie przewidziano w IV kw. 1994 r.
Przew idziano możliwość przeprow adzenia n a stanow isku doświadczalnym bad ań mających n a celu ustalenie optym alnych param etrów technologicznych dla pracy przedpaleniska cyklonowego, a w szczególności:
- uzyskanie wysokiej obliczeniowej spraw ności cieplnej procesu przy opala
n iu pyłem z krajowych węgli kam iennych, z uzyskaniem m inim um straty niecałkowitego spalania Sn < 1%;
- związanie do 95% popiołu w raz z produktam i odsiarczania w postaci zgra- nulowanego ciekłego żużla. W yeliminowany zostałby tym samym problem b rak u miejsca n a składow anie lotnych popiołów z elektrociepłowni. Szcze
gólnie ważny je s t to problem dla EC. CZECHNICA;
- ograniczenie do m inim um pow staw ania tlenków azotu NOx w wyniku kilkustopniowego spalania z niedom iarem pow ietrza w komorze zgazowa-
Stanowisko doświadczalne do badania. 249
n ia KZG, przy równoczesnym zapew nieniu wysokiego stopnia dopalania gazowych produktów rozkładu węgla w całym procesie sp alan ia w komorze cyklonowej KC i kom orach dopalania KD, przy zrealizow aniu w ew nętrznej recyrkulacji gazów spalinowych;
- chemiczne zw iązanie tlenków siarki SOx poprzez dodaw anie do gorących spalin, w określonych m iejscach układu, sorbentów wapniowych w udosko
nalonej znanej, addytywnej, suchej m etodzie odsiarczania bezpośredniego, z następnym odprowadzeniem produktów reakcji, łącznie z popiołem w postaci ciekłego żużla;
- przebadanie możliwości efektywnego prow adzenia pracy przedpaleniska przy zm iennych w arun k ach obciążenia i zmiennej jakości w ęgla z dotrzy
m aniem w ym agań przepisów ochrony środowiska.
2. STANOWISKO DOŚWIADCZALNE
Schem at ideowy stanow iska przedstaw ia rys. 1.
O znaczenia urządzeń n a rys. 1:
KZG - kom ora zgazowania, gasification cham ber KC - kom ora cyklonowa, cyclone cham ber KD - kom ora dopalania, afterb u rn in g cham ber
KW - komora wychładzania (kocioł wodny) - gas cooler (water boiler) KO - kocioł odzysknicowy, w a s te -h e a t boiler
NW - naczynie wzbiorcze, container
OTP — odpylacz tkaninow y pyłu, coal d u st cleaner
OTS - odpylacz tkaninow y sorbentu, sorbent d u st cleaner POG - pom pa olejowa główna, m ain oil pum p
POZ — pom pa olejowa zapalarki, ig n iter oil pum p P P - podgrzewacz pow ietrza, a ir h e a te r
PW - pompa wodna, w ater pum p P I, P2, P3 - palniki olejowe, oil burn ers
WO — w entylator odpylacza, coal d u st fan W P — w entylator pow ietrza, a ir fan WS - w entylator spalin, ex h au st gas fan ZO - zbiornik oleju, oil ta n k
ZP — zasobnik pyłu węglowego, coal d u st b un ker ZS - zasobnik sorbentu, sorbent d u st b u nk er ZW - zbiornik wodny, w a te r ta n k
ZKC - odżużlacz przedpaleniska, slag tra p of precom bustor ZKW - odżużlacz kotła wodnego, slag tra p of w a te r boiler
SPALIN Y
TRANSPORT PYŁU WĘ3L|
Z E.C. WROCŁAW )
Z E.C. CZECH NICA
POWIETRZE SPREZ.
POWIETRZE
W O DA, W A TE R b
PO W IETRZE, AIR L -
SPALINY, G AS
PYŁ W Ę G LO W Y , PULVER IZED COAL OLEJ, OIL
SORBENT, SORBENT ŻUŻEL, SLAG
WODA
ZUZEL
Rys. 1. Schem at ideow y stanow iska badawczego Fig. 1. Schem atic diagram of th e experim ental system
Stanowisko doświadczalne do badania. 251
2.1. P r z e d p a le n isk o cy k lo n o w e
Podstawowe elem enty stanow iska stanow ią:
- kom ora zgazowania - KZG, - kom ora cyklonowa - KC,
- kom ory dopalania — KD (2 komory),
- palniki pyłowe strum ieniow e - 3 szt. n a kom orze KZG i 3 szt. n a komorze KC,
- palniki rozpalkowe - 1 szt. n a komorze KZG i 1 szt. n a komorze KC;
obydwa palniki n a olej napędowy z rozpylaniem m echanicznym (ciśnienio
wym) oraz 1 palnik blokowy w komorze KW,
- zasilanie powietrzem z podgrzewacza pow ietrza z podziałem n a strum ienie z regulow aną te m p e ra tu rą do:
- pow ietrza nośnego do dysz pyłowych kom ory zgazow ania KZG, - pow ietrza do dysz stropowych KZG,
- pow ietrza strefowego ściany przedniej kom ory KZG,
- pow ietrza nośnego do dysz pyłowych kom ory cyklonowej KC, - pow ietrza do głównych dysz kom ory KC,
- po stronie spalin połącznie obu kom ór KD k an a ła m i spalinowym i z kom orą wychłodzenia KW; stanow ią modelowe odwzorowanie kom ory palenisko
wej z projektu k otła O PC-130 z EC CZECHNICA,
- odprowadzenie ciekłego żużla z komór dopalania KD następ u je przez dwa wodne granu lato ry do instalacji odżużlowania kotłowni wodnej elektrocie
płowni (do kotła KW-5),
- chłodzenie ścian przedpaleniska cyklonowego następ u je przez wymuszony przepływ wody pom pam i pobierającym i wodę z uzupełnienia obiegu EC; do u k ład u chłodzenia jako kolektory po stronie zasilan ia i odprowadzenia wody wykorzystano 4 ru ry <|) 159 x 8,8 m m, k tó re są również głównymi słupam i nośnym i konstrukcji stanow iska doświadczalnego,
- konstrukcja nośna, n a której posadowiono przedpalenisko cyklonowe, po
siada opodestowanie dla obsługi ruchowej stanow iska,
- przedpalenisko cyklonowe wyposażone zostało w niezbędną dla prow adze
n ia ruchu a rm a tu rę z elem entam i zdalnego sterow ania z n astaw n i cieplnej w raz z oprzyrządowaniem pomiarowym.
2.2. K om ora w y c h ła d z a n ia KW
Komora w ychładzania, o przekroju w ew nętrznym 1000 x 1000 mm, do której w prow adzane są gazy spalinowe z p rzedpaleniska cyklonowego, stano
wi modelowe odwzorowanie układu, ja k i przyjęto w projekcie do m odernizacji kotłów w EC Czechnica. Oznacza to, że kom ora w ychładzania będzie mogła spełniać ta k ą sam ą funkcję, ja k ą m a spełniać kom ora paleniskow a kotła O P-130, tj. schładzanie spalin wylotowych z przedpaleniska, przy możliwości niezależnej pracy jako paleniska k otła pyłowego z odprowadzeniem popiołu w postaci stałej przy wyłączonym przedpalenisku cyklonowym. W tym celu
w komorze wychładzania KW n a stanow isku doświadczalnym zabudowane zostały strum ieniow e palniki pyłowe w układzie tangencjalnym n a trzech poziomach, po 4 palniki n a każdym.
Chłodzenie ścian komory w ychładzania KW w ykonano podobnie jak w przedpalenisku cyklonowym w postaci płaszcza wodnego zam kniętego szczel
nie spaw anym i ścianam i z blachy grubości 5 mm. Poszczególne segmenty kom ory w ychładzania KW łączone są połączeniam i kołnierzowymi. Prze
strzeń w ew nętrzna pomiędzy ściankam i płaszcza obudowy włączona jest do u kładu chłodzenia wodnego z przepływem wymuszonym.
Komora wychładzania posadowiona jest n a dolnej ram ie konstrukcji nośnej.
Odprowadzenie popiołu i żużla z KW włączono do instalacji odżużlania kotła KW-5.
2.3. K ocioł o d z y sk n ic o w y KO
Rolę schładzających powierzchni ogrzewalnych (konwekcyjnych) kotła w instalacji stanow iska doświadczalnego spełnia zabudow any n ad kom orą KW, stojący, pionowy, płomienicowo-opłomkowy kocioł S-10, dostosowany do pra
cy bezciśnieniowej z przepływem wody bez w y tw arzania p a ry wodnej.
2.4. P o d g r z e w a c z p o w ie tr z a P P
Podgrzew pow ietrza do tem p e ra tu ry ok. 240°C realizow any jest w jednostopniowym podgrzewaczu pow ietrza wykonanym z r u r cj) 32 x 3 mm w przepływie przeciwprądowym z przepływem pow ietrza w ew nątrz ru r. Gazy spalinowe dopływają do podgrzewacza pow ietrza z kotła odzysknicowego, a odprowadzane są przez w entylator spalin WS do kom ina kotłowni.
Pow ietrze do procesu sp alania pyłu węglowego pobierane je s t z otoczenia i tłoczone przez w entylator podm uchu WP do podgrzewacza pow ietrza z roz
działem n a strum ienie: do palników przedpaleniska cyklonowego i do palni
ków komory wychładzania.
2.5. U k ła d in sta la c ji p a liw o w ej
Stanowisko doświadczalne posiada dwie niezależne instalacje paliwowe:
- zasilania pyłem węglowym (podstawowe),
— zasilania olejem napędowym (rozpałowe).
Zasilanie stanow iska pyłem węglowym, zależnie od potrzeb, następuje w w yniku tra n sp o rtu pnuem atycznego z młynów bloków ciepłowniczych BC-100 do zasobnika pyłu ZP n a stanow isku doświadczalnym lub dowożone jest tran sp o rtem samochodowym z centralnej młynowni EC Czechnica w specjal
nych pojem nikach. Pyl węglowy z zasobnika dostarczany je s t do przewodów pyłowych podajnikam i ślimakowymi z możliwością zasilania palników przed
paleniska cyklonowego lub przełączenia n a zasilanie palników strum ienio
wych w komorze w ychładzania przy pracy tej komory tylko jako komory paleniskowej kotła wodnego.
Stanowisko doświadczalne do badania. 253
Zainstalow any n a stanow isku badawczym zasobnik pyłu węglowego o pojemności ok. 20 m 3 zapew nia zm agazynow anie pyłu n a 24 godziny pracy instalacji przy zużyciu ok. 360 — 400 kg/godz. Odpowiada to mocy nom inalnej p rzedpaleniska cyklonowego, wynoszącej ok. 2,0 MW, zależnie od jakości pyłu węgla kam iennego. Pod zasobnikiem pyłu węglowego zabudowano 6 szt. po
dajników dozowania pyłu do poszczególnych przewodów pyłowych. Pył dozo
w any je st podajnikam i do strum ienie, w których następ u je jego m ieszanie z powietrzem nośnym i tra n sp o rt do palników przed palenisk a cyklonowego lub po przełączeniu przewodów pyłowych do palników kom ory kotła wodnego (komory w ychładzania KW). Podajniki napędzane są silnikam i elektrycznym i z bezstopniową regulacją obrotów.
Do rozpalania palników pyłowych zastosowano palniki n a olej napędowy;
dwa palniki w przedpalenisku cyklonowym, po jednym P2 w komorze zgazo- w ania KZG i P I w komorze cyklonowej KC. W komorze w ychładzania KW zastosowano jeden p aln ik P3 olejowy blokowy. W szystkie olejowe palniki zasilane są olejem ze zbiornika ruchowego ZO zębatą pom pą olejową POG.
Zapłon oleju w palnikach olejowych n astęp u je od palników z zap alark i (3 szt.) zasilanych również olejem napędowym od pomp POZ z rozpalaniem od iskrow nika wysokonapięciowego. Zapłon palników olejowych może być w yjąt
kowo realizow any również za pomocą przenośnego p aln ik a spawalniczego acetylenowo-tlenowego. P alniki olejowe spalają lekki olej napędowy, pobiera
ny ze zbiornika ruchowego o pojemności ok. 400 dm 3. W palnikach tych zastosowano lotnicze dysze rozpylające w tryskiw aczy w ym ontowane z komór spalania silników samolotów M IG -17 wycofanych z eksploatacji.
2.6. U k ła d in s ta la c ji o d sia r c z a n ia
M ączka w apienna będzie d ostarczana do zasobnika sorbentu ZS n a stan o wisko doświadczalne z u kład u odsiarczania kotłów wodnych pneum atycznie powietrzem sprężonym pobieranym z sieci EC.
Z ainstalow any n a stanow isku badawczym zbiornik m ączki w apiennej o pojemności ok. 0,5 m 3 w ystarcza n a 24 godz. pracy instalacji przy jej całkowi
tym obciążeniu. Z zasobnika m ączka w apienna dozowana je s t podajnikiem ślimakowym do komory fluidyzacyjnej i dalej tran sp o rto w an a pneum atycznie do dysz w komorze zgazowania KZG, w komorze cyklonowej KC lub w komo
rze w ychładzania KW w zależności od potrzeb i program u badań. Czynnikiem transportującym je s t osuszone powietrze sprężone. Całość instalacji odsiar
czania wyposażona je s t w kom plet zaworów oraz a p a ra tu rę kontrolno-pom ia
rową i centralne autom atyczne sterow anie pracą instalacji.
2.7. A p a ra tu ra k o n tr o ln o -p o m ia r o w a i a u to m a ty z a c ji
W instalacji stanow iska doświadczalnego zaprojektow ano rozbudow any no
woczesny uk ład pomiarowy um ożliwiający w ykonanie pełnego zak resu pro
gram u bad ań przedpaleniska.
Prow adzenie ruchu instalacji technologicznej całego stanow iska badawcze
go odbywać się będzie z wydzielonego pom ieszczenia centralnej nastaw ni, w której zabudow ana je s t a p a ra tu ra do zdalnej kontroli i rejestracji procesu oraz sterow ania napędam i potrzeb własnych urządzeń.
LITERATURA
[1] Żamojdo R., Sikorski W.: Sposób sp alania pyłu węglowego i urządzenia do sp alania pyłu węglowego. Zgłoszone w Urzędzie Patentow ym RP Nr P-290507 z dn. 31.05.1991. W łaściciel upraw niony — Politechnika Wroc
ław ska.
[2] Żamojdo R., Sikorski W.: A naliza możliwości redukcji NOx, S 0 2 i popiołu po zabudowie przedpaleniska cyklonowego w kotle O PC -130 EC CZE- CHNICA. In sty tu t Techniki Cieplnej i M echaniki Płynów Politechniki Wrocławskiej. R aport Serii SPRAWOZDANIA N r 34/92. Praca nie publi
kowana. Wrocław 1992.
Recenzent: Prof. dr hab. inż. Tadeusz CHMIELNIAK
Wpłynęło do Redakcji 3.08.1994 r.
A b stract
The constructional solution is described and th e technical d a ta are given of an experim ental in stallatio n of th e th erm al power of 2.0 MW for th e ingeous tests of a new technology of th e coal d u st combustion w ith th e use of a cyclone precom bustion cham ber, th e technology should fulfil th e requirem ents of sta n d a rd s of the perm issible em ission of d u st-g a s im purities to the atm osphere (S 0 2, NOx, CO, and fly ash).
The diagram of an experim ental stan d is shown in Fig. 1. The combustion process technology is based upon th e solution given in th e p a te n t pending No.
P -2 9-050 7 [1]. The experim ental sta n d is equipped w ith th e developed m easuring system th a t gu aran tees to obtain th e reliable resu lts to be technologically im plem ented to th e high power pulverized-fuel boilers. The experim ental in stallation is located in th e th erm al power statio n WROCLAW S.A. A t th e presen t tim e the in stallation is in final stage of assembly. The s ta r t of th e in stallation is planned in th e la s t q u a rte r of 1994.
