Kotły z cyrkulacyjnym paleniskiem fluidalnym RAFAKO-EVT. Aspekty projektowe, ruchowe oraz przebieg wdrażania w Polsce

(1)

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: ENERGETYKA z. 121

1994 Nr kol. 1261

Andrzej MAZURKIEWICZ, S tanisław KRUPKA Fabryka Kotłów „RAFAKO” S.A., Racibórz

KOIŁY Z CYRKULACYJNYM PALENISKIEM FLUIDALNYM RAFAKO - EVT.

ASPEKTY PROJEKTOWE, RUCHOWE ORAZ PRZEBIEG WDRAŻANIA W POLSCE

S tr esz c z en ie . Opracowanie określa wpływ param etrów paliw a i p a

ry oraz param etrów cyrkuł ującego m ate ria łu stałego n a konstrukcję kotła i jego osiągi eksploatacyjne. Podano również doświadczenia eks

ploatacyjne oraz przebieg w drażan ia tego typu kotłów w Polsce.

CIRCULATING FLUIDIZED BED BOILERS RAFAKO - EVT.

DESIGN AND OPERATING BEARINGS AND PROCESS OF ACCUSTOM IN POLAND

Sum m ary. This pap er appoints influence of fuel and steam p aram eters, and p aram eters of circulating solid m aterial on th e boiler’s design and its operating perform ances. T here have also been given operating experiences and process of accustom of th is type of boilers in Poland.

KESSEL MIT ZIRKULIERENDER W IRBELSCHICHTFEUERUNG RAFAKO - EVT.

PROJEKT - UND BETRIEBSASPEKTE, ANLEITUNGSVORLAUF IN POLEN

Z u sam m en fassu n g. B ericht um fasst den Einfluss den B rennstoff - D am pfparam eter auch den Einfluss d er zugeführten Feststoffparam eter a u f K esselauslegung u n d B etriebsergebnisse. Es w urden auch B etrieb s-E rfah ru n g en u n d A nleitungsvorlauf des Kessels m it ZAWSF in Polen gegeben.

(2)

144 Andrzej Mazurkiewicz, Stanisław Krupka

WSTĘP

Konieczność zm niejszenia zanieczyszczenia środow iska naturalnego, za

ostrzające się przepisy odnośnie do emisji gazów szkodliwych zm uszają produ

centów urządzeń energetycznych do szukania nowych rozw iązań bardziej przyjaznych dla środowiska naturalnego. Jednym z rozw iązań kompleksowo zmniejszającym szkodliwość kotłów dla otoczenia je s t zastosow anie palenisk fluidalnych, a w szczególności kotłów z cyrkulacyjnym paleniskiem fluidal

nym. Zm niejszają one bowiem emisję gazów szkodliwych, takich ja k S02, NOx, HC1, H F oraz pozwalają n a spalanie paliw odpadowych, niskokalorycz- nych i wysokozapopielonych.

F abryka Kotłów RAFAKO S.A. od 1986 roku zajm uje się wdrożeniem kot

łów z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym . Prace prowadzone były w dwóch kierunkach:

- przygotowanie i budowa pilotowego - doświadczalnego kotła o mocy 5 MWt,

- przygotowanie i zakup licencji od doświadczonej firm y europejskiej w bu

dowie tego rodzaju kotłów.

W 1988 roku, działając wspólnie z In sty tutem E nergetryki, RAFAKO S.A zaprojektowało, a w 1989 roku wyprodukowało i dostarczyło kocioł wodny z cyrkulacyjnym paleniskiem fluidalnym o nazwie AKFc o mocy 5 MWt. Kocioł ten został zabudowany w KWK Dębieńsko, a koszty jego budowy pokryte zostały z funduszów C.P.B.R. Projekt zabudowy kotła został opracowany przez Energoprojekt Gliwice.

Kocioł AKFc został uruchom iony w 1990 roku i do dzisiaj służy jako baza doświadczalna. Eksploatacja kotła AKFc prowadzona je s t przez RAFAKO - ENERGO n a koszt RAFAKO S.A.

Budowa pilotowego kotła AKFc spełnia następujące zadania:

- pozwala n a prowadzenie badań umożliwiających rozszerzenie wiedzy uzy

skanej z zakupu licencji,

- pozwala n a badanie zachow ania się paliw a i addytywów ta k pod względem charakterystyk i tworzącego się złoża fluidalnego, ja k i pod względem osią

gów ekologicznych.

- pozwala n a prowadzenie badań właściwości popiołu pod względem możli

wości ich utylizacji.

Zaznaczyć należy, że kocioł AKFc został zaprojektow any n a podstawie rozeznania literaturow ego, a ponieważ większość rozw iązań je s t objęta taje

m nicą, lite ra tu ra nie była zbyt bogata. U zyskane doświadczenia z budowy i eksploatacji tego kotła pozwoliły n a lepsze przygotowanie się do zakupu licencji (zaw arcia umowy kooperacyjnej).

Sytuacja ekologiczna w Polsce i wchodzące przepisy o ochronie środowiska n aturalnego wymagały, by RAFAKO w krótkim czasie przygotowała się do projektow ania i produkcji całej serii ruchowo pewnych kotłów z cyrkulacyj-

(3)

Kotły z cyrkulacyjnym paleniskiem fluidalnym. 145

nym złożem fluidalnym oraz przekonała inwestorów, że oferowany przez RAFAKO produkt nie je s t obarczony błędam i prototypu. Budowa i doświad

czenia uzyskiw ane n a doświadczalnym kotle AKFc nie mogły wystarczyć do tego celu. Dlatego też równolegle z w drażaniem kotła doświadczalnego prow a

dzono szerokie rozeznanie techniki światowej w zakresie tego typu kotłów dla przygotowania umowy licencyjnej (kooperacyjnej) z firm ą m ającą duże do

świadczenie w projektow aniu i budowie tak ich kotłów.

W lutym 1990 roku RAFAKO podpisało umowę kooperacyjną z niem iecką firmą EVT n a współpracę w zakresie p alen isk z cyrkulacyjnym złożem fluidal

nym. Umowa ta um ożliwia w ykorzystanie doświadczeń projektowych, wy

twórczych i eksploatacyjnych z pracujących w Niemczech kotłów wg proje

któw EVT.

Wyboru firm y współpracującej dokonano po gruntow nym rozeznaniu ry n ku, przy czym wzięto między innym i pod uwagę:

- najbardziej rozpowszechniony system wśród kotłów z cyrkulacyjnym pale

niskiem fluidalnym ta k pod względem ilości jednostek, ja k i pod względem mocy, tj system z bezpośrednim naw rotem popiołu z gorącego cyklonu (separatora) do komory paleniskowej,

- firmę EVT, gdyż konstrukcje tej firm y zostały rozw inięte dla węgli zbliżo

nych do polskich, a system um ożliwiający w ykorzystyw anie popiołu ze złoża jako rezerwy m ateriału inertnego oraz jego dodaw anie w czasie pracy kotła do paleniska umożliwia regulację złoża (tem p eratu ry w komorze paleniskowej) w szerokim zakresie zm ian paliw a w czasie eksploatacji kotła,

- przy wyborze licencjodawcy wzięto również pod uwagę długoletnią dobrą współpracę z EVT przy projektowaniu palenisk, młynów oraz całych kotłów.

W tablicy 1 przedstaw iono listę referencyjną kotłów z cyrkulacyjnym zło

żem fluidalnym EVT i RAFAKO - EVT.

Opierając się n a umowie kooperacyjnej z EVT, RAFAKO dysponuje obecnie projektami kotłów parowych z cyrkulacyjnym paleniskiem fluidalnym o wy

dajności 40 — 650 t/h i kotłów wodnych o mocy 30 - 230 MWt.

WPŁYW JAKOŚCI PALIWA I PARAMETRÓW PARY NA KONSTRUKCJĘ KOTŁA

Na kompozycję i konstrukcję ko tła z cyrkulacyjnym paleniskiem fluidal

nym m a wpływ wiele czynników, z których najw ażniejsze to:

- wielkość kotła (wydajność, moc),

- w arunki lokalne, ograniczenie tere n u zabudowy, kompozycja istniejącego budynku, istniejący system zabudowy itp.,

- rodzaj spalanego paliwa, - p aram etry pary.

(4)

T ab lica 1 Lista referencyjna k o t ł ó w z c y r k u l a c y j n y m p a l e n i s k i e m f lu id a l n y m

Rok złożenia zamówienia Ordering year

Zamaw iający Miejsce zainstalowania

Custom er Plant location

Liczba N um ber

W ydajność ciepła Therm capacity

MW

Parametry pary

Steam data Paliwo

Fuel

t/h MPa °C

1985

2.87

Papierfabrik Aug.

Koehler AG HKW Koehler O berkirch/Baden

1 67 100 11,5 535 W ęgiel kamienny 100%

Pulpa papierowa Bituminous coal 100%

Paper sludge 1985

10.88

Rheinische Braunkohlenwerke AG,

Köln Ersatzanlage, Fabrik Frechen Kraftwerk W achtberg

1 162 175

z wtórnym przegrzew em

with RH

17,8 530 Reński węgiel brunatny 100%

Rhineland brown coal 100%

1986

9.93

TWS Technische W erke der Stadt Stuttgart AG

HKW Stuttgart-Gaisburg

2 132 150 7,4 500 W ęgiel kamienny 100%

Gaz ziemny 50%

Bituminous coal 100%

Natural gas 50%

1986

89

Stadtwerke Pforzheim Pforzheim

1 75 90

z wtórnym przegrzewem

with RH

14,3 540 W ęgiel kamienny 100%

Bituminous coal 100%

1987 8.91

Rheinische B raunkohlw erke AG, Köln Ersatzanlage, Fabrik Ville Kraftwerk Berrenrath

2 194,4 250 9,0 510 Reński węgiel brunatny 100%

1988 3.93

Rheinisch-W estfälisches Elektrizitätswerk AG, Essen Kraftwerk G oldenberg-W erk

1 312,6 400 11,5 505 Reński węgiel brunatny 100%

146AndrzejMazurkiewicz, StanisławKrupka

(5)

cd. tablicy 1

Rok złożenia zamówienia Ordering year

Zam aw iający M iejsce zainstalowania

Custom er Plant location

Liczba Number

W ydajność ciepła Therm capacity

MW

Parametry pary

Steam data Paliwo

Fuel

t/h MPa °C

1989 Zespól Elektrociepłowni Lublin-W rotków

1 165,0 230 13,5 540 W ęgiel kamienny 100%

Bitum inous coal 100%

1989 Instytut Energetyki (kocioł doświadczalny wodny)

1 5,0 60 1,63

ciśnienie wody

160 W ęgiel kamienny, brunatny Bitum inous coal

Brown coal 1992 Elektrociepłownia

Bielsko-Biała II

1 176,8 230 13,8 540 W ęgiel kamienny z

dom ieszką mułu Bitum inous coal with coal sludge

1993 Elektrociepłownia Żerań 1 315,0 450 10,0 510 W ęgiel kamienny 100%

Bituminous coal 1993 Starogardzkie Zakłady

Farmaceutyczne POLFA Starogard Gdański

2 60,11 75 4,5 455 W ęgiel kamienny 100%

Bitum inous coal

Kotłyz cyrkulacyjnympaleniskiemfluidalnym...147

(6)

W ielkość k o tła bezpośrednio wpływa n a wielkość poszczególnych elemen

tów i urządzeń kotła, co m a wpływ n a dobór ilości urządzeń, takich jak separatory cyklonowe, odsiewacze (schładzacze popiołu), zam knięcia syfono

we (pojedyncze lub podwójne), podajniki węgla, podajniki popiołu chłodzone wodą itp. W raz ze wzrostem wielkości kotła w zrasta przekrój komory paleni

skowej, co powoduje, że ilość miejsc doprowadzenia paliw a, addytyw u, nawra

cającego popiołu a także ilość miejsc odprowadzenia popiołu z paleniska musi być w iększa dla zachowania równomierności rozłożenia m ateriałów stałych w komorze paleniskowej (w złożu fluidalnym).

Wielkość cyklonów ze względów konstrukcyjnych i przepływowych jest ograniczona, co powoduje, że przy większych kotłach stosuje się dwa, trzy lub cztery seperatory cyklonowe. Ma to istotny wpływ n a kompozycję kotła.

Ponadto niektóre kompozycje kotła (patrz rys. 1) n ad ają się tylko dla małych kotłów.

W zależności od wielkości kotła, przy stosow aniu zasady jednakowej pręd

kości fluidyzacji (prędkości spalin w odniesieniu do przekroju komory), wyso

kość paleniska rośnie proporcjonalnie do wielkości kotła. Wysokość paleniska pow inna zabezpieczać odpowiedni czas przebyw ania cząsteczek w palenisku dla um ożliwienia spalenia ich. Dlatego też kom ora paleniskow a nie powinna być niższa od około 22 - 24 m. Ma to miejsce przy kotłach m ałych (około 50 MW). Przy kotłach dużych dla zm niejszenia wysokości komory palenisko

wej stosuje się ścianę działową w komorze paleniskowej, dw ustronnie ogrze- w aną,zm niejszającą wysokość o około 0,3 m n a każdy 1 m wysokości ściany.

Ścianę działową stosuje się od wysokości około 10 m nad górną kraw ędzią leja, by nie pracow ała w zbyt gęstej w arstw ie fluidalnej, a ponadto dolną część ściany zabezpiecza się osłoną przeciwerozyjną.

W arunki lo k a ln e

W zależności, czy projektowany kocioł przeznaczony je s t do zabudowy na wolnym terenie, czy dobudowywany je st do istniejących urządzeń (przedłuże

nie istniejącej kotłowni), czy wreszcie wbudowywany je s t w miejsce usuw ane

go kotła w ograniczonym miejscu, istnieje w iększa lub m niejsza swoboda w doborze kompozycji kotła. N a rys. 1 do 7 przedstaw iono różne kompozycje sylw etek kotłów z jednym , dwoma lub czterem a cyklonami. Są one stosowane w zależności od wielkości kotła i w arunków lokalnych. W zależności od w arun

ków lokalnych usytuow anie zasobników węgla względem kotła może być prze

dnie, tylne lub boczne.

J a k o ść p a liw a i p ara m etry p ary

Specyficzną cechą kotłów z cyrkułacyjnym złożem fluidalnym je s t przyjęcie tem p e ra tu r spalin na wylocie z komory paleniskowej n a określonym poziomie.

T em peratu ra ta wynosi dla węgli bru n atny ch 830 - 850°C, a dla węgli ka

m iennych 850 - 870°C. W ynika to z optymalizacji procesów odsiarczania

(7)

Rys. 1. U kład 1 - tzw. plecakowy z jednym cyklonem separacyjnym Fig. 1. A rrangem ent 1 - so called k napsackal w ith one se p a ra tin g cyclone

(8)

Coalbunkers

u<D

TJ C C -H

03 03 -P C O O Q) CO

•PW

0£

•H

Rys. 2. U kład 2 - tzw. plecakowy z dwoma cyklonami separacyjnym i Fig. 2. A rrangem ent 2 - so called knapsackal w ith two sep aratin g cyclones

(9)

Kotty z cyrkulacyjnym paleniskiem fluidalnym.

Fig. 3. A rrangem ent 3 - middle w ith two se p aratin g cyclones

(10)

Rys. 4. U kład 4 - tzw. klasyczny z dwoma cyklonam i separacyjnym i Fig. 4. A rrangem ent 4 - so called classical w ith two sep aratin g cyclones

(11)

Kotły z cyrkulacyjnym paleniskiem fluidalnym. ^{1 5 3}

C o a l b u n k e r s a n d l i m e s t o n e c o n t a i n e r ZASOB N I K I HEGLA

I K A M I E N I A W A P I E N N E G O {

Rys. 5. U kład 5 - tzw. obrócony z dwoma cyklonam i separacyjnym i Fig. 5. A rrangem ent 5 - so called ro tated w ith two se p aratin g cyclones

(12)

Coalbunkers

Rys. 6. U kład 6 - tzw. klasyczny z czterem a cyklonami separacyjnym i Fig. 6. A rrangem ent 6 - so called classical w ith four se p aratin g cyclones

(13)

Kotły z cyrkulacyjnym paleniskiem fluidalnym...

Rys. 7. U kład 7 - tzw. obrócony z czterem a cyklonam i separacyjnym i

155

Fig. 7. A rrangem ent 7 - so called ro ta te d w ith four se p aratin g cyclones

(14)

(rys. 8) i redukcji pow staw ania tlenków azotu (rys. 9), ja k również z uwzględ

nienia niebezpieczeństwa spiekania się popiołu.

High porosity O Wysfokc»- porowatość

Temperature in the furnace [ C]

T e m p e ra tu ra w p a le n is k u [*]

+ N iska p o ro w a to ś ć Low porosity

Rys. 8. Stopień w iązania siarki w zależności od te m p eratu ry w palenisku Fig. 8. S ulphur fixation degree versus te m p eratu re in th e furnace

Przyjęcie określonej (prawie stałej) tem p e ra tu ry spalin n a wylocie z komory paleniskowej oraz jednostkow a ilość spalin będąca charakterystyczną cechą spalanego paliw a determ inuje poziom energetyczny spalin n a wylocie z pale

n iska (na wlocie do powierzchni konwekcyjnych) i ilość ciepła przejętego w palenisku.

Ilości spalin powstające przy spalaniu węgla kam ienego n a jednostkę wy

tworzonego ciepła w zależności od własności węgla różnią się nieznacznie, tj.

0 - 5%, natom iast ilości te dla węgli b runatnych są większe o 15 - 50%.

Również ilości popiołu n a jednostkę ciepła dla węgli kam iennych różnią się 1 - 3 razy, a dla węgli brunatnych są większe 2 - 9 razy. W pływa to bardzo na udział ciepła przejmowanego w palenisku.

N a rys. 10 przedstaw iono zależność przejętego w palenisku ciepła w % od ciepła przejmowanego przez czynnik w kotle od g atunku spalanego paliwa.

(15)

34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12

10

8 6 4 2

0

800 1000 1200 1400

T em peratu ra w palenisku [•]

T e m p e r a t u r e in t h e furn a c e [°C]

Rys. 9. W zrost ilości pow stałych term . NOx w odn. do ilości powstałej przy 850°C Fig. 9. Inerease of am ount of created NOx in relation to the am ount created a t 850°C

Z wykresu widać, że dla węgla brunatnego wielkość ta wynosi 43 - 55%, a dla węgla kam iennego 65 — 67%.

Na rys. 11 przedstaw iono zależność udziału ciepła parow ania w całości ciepła przejmowanego przez kocioł w zależności od param etrów pary, tem pe

ratury wody zasilającej i obecności przegrzew u międzystopniowego. Z porów

nania rys. 10 i 11 widać, że dla węgla kam iennego ciepło przejm ow ane przez komorę paleniskow ą je s t większe od ciepła parow ania dla większości stosowa

nych param etrów , dla węgla brunatnego, w zależności od jakości paliwa, ciepło przejm ow ane przez komorę je s t większe od ciepła paro w ania dla wyso

kich param etrów pary i w niektórych przypadkach dla średnich param etrów pary. Oznacza to, że tam , gdzie ciepło przejm ow ane przez kom orę palenisko-

(16)

30 H ---- ---- ---- ---- 1---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- — —

7 0 0 0 9 0 0 0 1 1 0 0 0 1 3 0 0 0 1 5 0 0 0 1 7 0 0 0 1 9 0 0 0 2 1 0 0 0 2 3 0 0 0 25000

W a rto ś ć o p a fo w a p a liw a [ k J / k g ] Fuel net calorific value [kJ/kg]

Rys. 10. Udział ciepła przejmowanego w palenisku z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym Fig. 10. Portion of ta k en up h e a t in th e furnace w ith circulating fluidized bed

w ą je s t wyższe od ciepła parow ania, nie zachodzi konieczność stosowania parującego podgrzewacza wody.

W przypadkach gdy ilość przejmowanego ciepła w palenisku znacznie prze

kracza ciepło parow ania, zm niejsza się podgrzew wody w podgrzewaczu, co ze względów term odynam icznych i ekonomicznych je s t niekorzystne, a w krań

cowej sytuacji niemożliwe. W takich przypadkach m usi być zastosowany przegrzewacz w komorze paleniskowej.

Zm niejszanie podgrzewu wody prowadzi do zm niejszenia różnicy tempera

tu r n a wylocie spalin z przegrzew acza konwekcyjnego. Przyjm uje się, że m inim alna różnica tem p e ra tu r pomiędzy spalinam i a p a rą n a wlocie n a przegrzewacz konwekcyjny nie może być m niejsza od 60 K.

N a rys. 12 przedstawiono, jak i udział przegrzew acza zabudowanego w komorze paleniskowej je st konieczny i jak i udział możliwy dla kotłów na param etry powyżej 100 b ar w zależności od rodzaju węgla. Z w ykresu wynika, że dla typowych param etrów kotłów z przegrzewem międzystopniowym ist

nieje zawsze konieczność stosow ania przegrzewaczy w komorze paleniskowej,

(17)

5 4 0 / 2 2 0 , 5 4 0 / 3 2 0 'C

Steam pressure at the outlet [bar]

C iś n ie n ie p o r y na w y lo c ie [ b a r ]

O 5 4 0 /2 0 0 - C ń 5 1 0 / 2 0 0 ‘C

X 4 8 0 / 2 0 0 * C V 4 5 0 / 1 6 0 'C

Rys. 11. U dział ciepła parow ania Qpar w funkcji ciśnienia p ary n a wylocie z kotła Fig. 11. Portion of h e a t of evaporation Qevap versus ste am p ressu re a t th e outlet of th e

boiler

niezależnie od rodzaju spalanego paliw a. Dotyczy to również kotłów bez mię- dzystopniowego przegrzew acza o p a ra m etrac h 540°C i 135 bar, a ponadto dla węgla kam iennego i kotłów o p a ra m etrac h 540°C i 100 b a r oraz 510°C i 100 bar. Przy niższych p aram etrach stosow anie przegrzew aczy w komorze paleni

skowej nie je s t konieczne, lecz w skazane ze względów ekonomicznych.

Dla kotłów n a ciśnienia poniżej około 80 b ar dla węgla brunatnego i poniżej około 40 b a r dla węgla kam iennego stosow anie przegrzew aczy w komorze paleniskowej je s t niemożliwe, a może zachodzić konieczność stosow ania pod

grzewacza parującego.

Wyżej podane określenie „przegrzewacz w komorze paleniskow ej” odnosi się do przegrzew acza w postaci grodzi, gdyż tylko tak ie przegrzew acze stosuje .się w kotłach z cyrkulacyjną w arstw ą fluidalną. Przegrzew acze te m ają dw u

stronnie w ykorzystaną powierzchnię (naścienne tylko z jednej strony), wy

miana ciepła w środku w arstw y je s t efektywniejsza, a zabezpieczenie przeciw- erozyjne stosunkowo łatwe. Stosuje się bowiem albo płaty ściany m em brano-

(18)

1 6 0 Andrzej Mazurkiewicz, Stanisław Krupka

O« <u 3 r*

“ 3

1 2 0 0 0 I 'l O O O 1 6 0 0 0 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 2 2 0 0 0 2 'IO O O

Fuel net calorific walue [kJ/kg]

W a r t o ś ć o p a ł o w a p a l i w a f k J / k y J

+ 1 3 5 - 2 0 0 / 5 ' l 0 - 3 2 0 / 5 ' 1 0 O 1 3 5 - 2 0 0 / 5 ' l 0 M I N X 1 0 0 - 2 0 0 / 5 1 0 M I N V 1 0 0 - 2 0 0 / 5 1 0 M A X

Rys. 12. U dział przegrzew acza grodziowego w przegrzew ie p ary Fig. 12. Portion of p laten su p e rh e ate r in th e steam su p erh eatin g

6 0 0 0 O O O O 1 0 0 0 0

□ 1 3 5 — 2 0 0 / 5 -1 0 —3 2 0 / 5 ‘1 0 A 1 3 5 - 2 0 0 / 5 - 1 0 M A X

wej zabezpieczone od dołu osłoną, albo płaty z r u r „OMEGA” tworzące gładką ścianę.

N a rys. 13 do 16 przedstaw iono wyniki analizy, ja k zm ienia się sumaryczna powierzchnia przegrzewaczy i podgrzewacza wody w zależności od rodzaju paliw a, param etrów pary i wielkości zastosowanego przegrzew acza w komo

rze paleniskowej. Wielkość przegrzewacza grodziowego w yrażona je s t napo- rem tem peraturow ym za przegrzewaczem p ary w ciągu konwekcyjnym (im większy przegrzewacz grodziowy, tym większy napór tem peratur). Zastoso

w anie przegrzew acza grodziowego obniża również wysokość komory paleni

skowej.

WPŁYW GRANULACJI WĘGLA, POPIOŁU, MATERIAŁU INERTNEGO I SORBENTU NA PRACĘ KOTŁA

W celu uzyskania zgodnych z założeniam i przebiegów procesów wymiany ciepła, odsiarczania, w ytw arzania możliwie małej ilości tlenków azotu w ko-

Bituminous coal

I V t o G f k L kĄm i e\i n y

Lignite IE L D li U

(19)

0)o

dfi -C?

6 0 0 0 8 0 0 0 1 0 0 0 0 1 2 0 0 0 1 4 0 0 0 1 6 0 0 0 1 8 0 0 0 2 0 0 0 0 2 2 0 0 0 2 4 0 0 0 Fuel net calorific value [kJ/kg]

Without platen superheater W a r to ś ć o p a to x u a p a l i w a f k J / k y ]

□ D e z p r z c y r z . y r a d z . O D e lla I k o m u 6 0 ’C A**conv~ 60°C

A D e lla t k o m u 1 3 0 "C V D e lla I k o m u 2 0 0 'C

Atconv=130°C

Rys. 13. Pow. ogrz. przegrz. i podgrzewacza wody n a 1 MW dla p aram etrów 540/200°C 135 b ar

Fig. 13. H eating surfaces of su p e rh e ate rs an d economizer in relatio n to 1MW for the p aram eters 540/200°C - 135 b a r

morze paleniskowej oraz cyrkulacji złoża fluidalnego w ym agana je s t odpo

wiednia granulacja m ateriału stałego (inertnego) w objętości kom ory paleni

skowej. M ateriał in ertn y tw orzą następujące składniki:

- addytyw,

- piasek lub popiół ze złoża.

W stosunku ilościowym piasku je s t znacznie więcej aniżeli paliw a i addyty- wu, zatem granulacja tego składnika je s t decydująca; niem niej jed n a k należy dążyć do tego, aby g ranulacja pozostałych składników w procesie spalania była zbliżona do granulacji piasku. Pożądaną ch arakterystyk ę ziarnow ą po

szczególnych składników złoża podano:

- dla węgla kam iennego n a rys. 17, - dla węgla brunatnego n a rys. 18, - dla addytyw u n a rys. 19,

- dla p iask u lub popiołu ze złoża n a rys. 20.

(20)

CJ

js ii

S d

5 8 5G 5 4 5 2 5 0 4 8 4 6 44 4 2 4 0 3 8 3 6 34 3 2 3 0

\

\ k

\ i

\ 'i

\ -

6 0 0 0 8 0 0 0 1 0 0 0 0 1 2 0 0 0 1 4 0 0 0 1 6 0 0 0 1 8 0 0 0 2 0 0 0 0 2 2 0 0 0 2 4 0 0 0 Fuel net|calorific value [kJ/kg]

Without platen superheater W a r to ś ć o p a lo w a p a l i w a [ k J / k g ]

□ U c z p r z c g r z . g r o d z . o D e lla t k o m u GO ’C

A D e lla t k o m u 1 3 0 'C Atconv=130°C V

Rys. 14. Pow. ogrz. przegrz. i podgrzewacza wody n a 1 MW dla param etrów 540/200°C - 100 b ar

Fig. 14. H eating surfaces of su p erh eaters an d economizer in relatio n to 1MW for the param eters 540/200°C - 100 b ar

Efektem spełnienia w ym agań dotyczących odpowiedniej granulacji składni

ków m ateriału inertnego je st optym alny przebieg gęstości złoża n a wysokości komory paleniskowej. M iernikiem gęstości złoża je s t ciśnienie statyczne mie

rzone w charakterystycznych pun k tach n a wysokości kom ory paleniskowej.

Przebieg ciśnienia pokazano n a rys. 21. M ierzone bezpośrednio nad dnem dyszowym ciśnienie określa ogólną ilość m ateriału inertnego w komorze pale

niskowej, nato m iast ciśnienie mierzone n a końcu rozw arcia leja komory pale

niskowej służy do oceny gęstości złoża, a przez to do oceny poprawności pracy paleniska fluidalnego.

Przy poprawnym przebiegu gęstości złoża n a wysokości komory palenisko

wej następuje intensyw na w ym iana m ateriału inertnego m iędzy lejem a gór

n ą częścią komory paleniskowej, co prowadzi do u trzy m ania w całej objętości komory paleniskowej tem p eratu ry n a odpowiednio niskim , zadanym pozio

mie. Przy zbyt grubej granulacji w zrasta ciśnienie nad dnem dyszowym, a m aleje ciśnienie n a wylocie z leja kom ory paleniskowej. N astępuje pogorszę-

(21)

's

£ , £ d d3

56'

5 4 5 2 5 0 4 8 4G 4 4 4 2

40

3 8 3 6 3 4 3 2 3 0

1

—

\

y^{/ _}

\

\ \

^I

\ \

\ t-

\

J

6 0 0 0 8 0 0 0 1 0 0 0 0 1 2 0 0 0 1 4 0 0 0 1 6 0 0 0 1 8 0 0 0 2 0 0 0 0 2 2 0 0 0 2 4 0 0 0

. Fuel n e t ,calorific value [kJ/kg]

Without platen superheater W u v to sc opaCoxva pa.Li.xua. [ k J / k g ]

□ D e z p r z e g r z . g r o d z . 0 D ella. I k o n w GO 'C A^Conv= 60°C

A D e lta I koxixu 1 3 0 'C

Rys. 15. Pow. ogrz. przegrz. i podgrzewacza wody n a 1 MW dla p aram etrów 510/200°C - 100 b ar

Fig. 15. H eating surfaces of su p erh eaters an d economizer in relatio n to 1MW for the p aram eters 510/200°C — 100 b a r

nie cyrkulacji w ew nętrznej m ate ria łu inertnego. Powoduje to zm niejszenie wymiany ciepła w górnej części kom ory i prowadzi do niepożądanego wzrostu średniej tem p e ra tu ry w komorze paleniskowej. Przy zbyt drobnej granulacji m ateriału inertnego trzeba się liczyć ze zbyt dużym unosem drobnych frakcji do kanałów konwekcyjnych, a w efekcie do zw iększenia zaw artości części palnych w popiele lotnym , zwiększenia emisji S 0 2 i NOx i konieczności ciągłe

go uzupełnienia m ateriału inertnego.

Na granulację złoża fluidalnego m ożna wpływać przez doprowadzenie do niego i odprowadzenie z niego składników m ate ria łu inertnego o odpowiednim uziarnieniu i tak:

- Dla paliw a o dużej zaw artości popiołu celowo usuw a się ze złoża fluidalne

go popiół poprzez oddzielacz popiołu;

- Dla paliw a o małej zawartości popiołu usuw anie popiołu ze złoża należy ograniczyć tylko do grubych frakcji popiołu. Jeżeli to przy użyciu oddziela

cza popiołu je s t niemożliwe i z grubym popiołem u su w an a je s t zbyt duża

(22)

6 0 0 0 8 0 0 0 1 0 0 0 0 1 2 0 0 0 1 4 0 0 0 1 6 0 0 0 1 8 0 0 0 2 0 0 0 0 2 2 0 0 0 2 4 0 0 0 Fuel net i calorific value [kJ/kg]

Without platen superheater Wu rL o se o p a lo w a p a l i w a [ k J / k g J

□ D e z p r z e g r z . g r o d z . O D e lla l k o n tu 1 3 0 'C Atconv= ^*'°C

A D e ll a l k o m u 1 8 0 'C

Rys. 16. Pow. ogrz. przegrz. i podgrzewacza wody n a 1 MW dla param etrów 480/160°C - 80 b a r

Fig. 16. H eating surfaces of superheaters and economizer in relatio n to 1MW for the p aram eters 480/160°C - 80 b ar

ilość drobnego popiołu potrzebnego w złożu fluidalnym , w tedy aby uniknąć konieczności dostarczania (jako uzupełnienie złoża) piasku kwarcowego, trzeb a będzie gruby popiół zemleć do odpowiedniej granulacji i wprowadzić go z powrotem do komory paleniskowej. T ak a możliwość istnieje dzięki zastosow aniu w układzie m łyna popiołowego.

U zupełnianie złoża odpowiednio wyselekcjonowanym piaskiem kwarco

wym zam iast zmielonym popiołem z ekonomicznego p u n k tu widzenia jest gorsze, gdyż piasek m a bardziej erozyjne własności aniżeli popiół ze złoża, jest drogi i nie zawsze osiągalny w w ym aganej granulacji.

Niewłaściwa granulacja paliw a doprowadzonego do złoża fluidalnego spo

woduje zakłócenie prawidłowego przebiegu ciśnienia n a wysokości komory paleniskowej o skutkach, jak ie podano wcześniej. Oprócz tego w ystępują na

stępujące objawy jako skutk i niewłaściwej granulacji:

(23)

- przy zbyt grubej granulacji zaleganie cząstek paliw a w leju kom ory paleni

skowej, trudności z fluidyzacją złoża oraz w zrost zaw artości części palnych w popiele ze złoża usuw anym przez oddzielacz popiołu,

010.1

¥

5 10 15 20

i 3040

50

60'

T O

BO- 65-

9 0 -

95-

97-

G r a i n s i z e d W i e l k o ś ć z i a r n a d

0.2 0,3 0.4 0,5 3 4 5 20 30 40 50 100

K

i 1

rA o / /

1

/ ¡ O/ /

/ ^<2

-7.

/ /

❖

\ ° /

/

y

/ i 1

1

/ / i 1 1 1

< 0 / ^/

dP

/ /

/

G £ °fa

A 6 ^ / (1)

2

QJ .< / - \ b i

o ' / /

4 / /

£

• H C/1

<1) - P i ---

■ 1 “

■ / / / v ;

/ /

/ P’^AÁ 1

/ /

O'

h 3q K

c c

X)V»

O

<O’j ^0*Q

53*

O H*P

i---------------1-----------1:siewD w (%]

1/1

R

r?

99

Q1 02 0,3 Q4 0.5 1 3 4 5 10 20 30 40 50 1CO0,5

Rys. 17. W ym agane u ziam ien ie w ęgla stosowane w kotłach fluidalnych ze złożem cyrkula

cyjnym

Fig. 17. Required coal g rain size distribution w hich is used in th e circulating fluidized bed boilers

(24)

— przy zbyt drobnej granulacji spalanie paliw a w górnej części komory pale

niskowej powodujące niepożądany w zrost te m p e ra tu ry w tym rejonie oraz zwiększenie zawartości części palnych w popiele lotnym.

G r a i n s i z e d W ie lk o ść z ia rn a d

Rys. 18. W ym agane uziam ienie węgla brunatnego w kotłach fluidalnych ze złożem cyrkulacyjnym

Fig. 18. Required brown coal grain size distribution w hich is used in fluidized boilers with circulating bed

(25)

Podobne sk u tk i będą przy niewłaściwej granulacji sorbentu. Zbyt gruba granulacja u tru d n ia fluidyzację, a tym sam ym proces odsiarczania, powoduje brak odpowiedniej powierzchni realizacji, a następ n ie odprowadzenie nieprze- reagowanych cząstek sorbentu w raz z popiołem poprzez u k ład usuw ania popiołu ze złoża.

G r a i n s i z e d [ja]

W ie lk o ś ć z ia rn a d I p j ¿qq 4000

Rys. 19. Zalecane właściwości i u ziam ien ie k am ienia w apiennego: jakość - amorficzny, re aktywny, udział CaCCh > 90%, zaw artość wody < 0,1%

Fig. 19. Recommended properties an d g rain size distrib u tio n of lim estone: quality - amorfic, h igh reactivity, CaCC>4 content > 90%, w a te r content < 0,1 %

(26)

Zbyt drobna granulacja sorbentu powoduje jego szybkie wywiewanie do ciągów konwekcyjnych kotła. Zbyt kró tk i czas pobytu sorbentu w komorze paleniskowej oraz niekorzystne dla procesu odsiarczanie tem p e ra tu ry w ciągu konwekcyjnym kotła powodują wzrost zużycia kam ienia wapiennego.

Podsumowując m ożna stwierdzić, że niew łaściw a granulacja paliw a i sor

bentu prowadzi do pogorszenia spraw ności u rządzenia, a tym samym do pogorszenia wskaźników eksploatacyjnych.

0,1

0,5-

G r a i n s i z e d [m W i e l k o ś ć z i a r n o 10 20 SD ¿0 50

i

d I p)

100 200 3 0 0 4 0 3 5 0 0 'CCO

4000

2000 300 0 '. 5000 10000 899 r 99,5

z e 199

5

10

15 20 3 0 - - -

A

1

95 90 85 80 70 60 50 40 30

/

40 50 t.

-Hc .

6 0 - « -

3

7 0 -

80'

85

90

95-

97

98

T)

Ul(11

99'

. ^H 3"

M

■ O iQ C tr H-3

? T20

N

3 --1 5

T10

5

4 -3

9 9 .5 --- N M — | M |..j — | -l - H - I- 4 4 1Q5 10 2 0 30 40 50 100 200 3 0 0 400500 10C0 2000 3 0 0 0 / 5000 10000

/4000

Rys. 20. W ym agane u ziarnienie p iasku do pierwszego napełnienia komory paleniskowej Fig. 20. Required sand grain size for first furnace cham ber filling

(27)

WYNIKI EKOLOGICZNE

Uzyskiwane emisje tlenków siarki zależne są od jakości spalanego paliwa, zawartości siarki i ekonomicznie w danych w aru n k ach lokalnych uzasadnio-

pressure above nozzle b ottom p^ - ciśnienie nad d nem dyszowym

pressure for the bed density evaluation P2 - ciśnienie dla oceny gęstości złoża

©

correct pressure distribution - poprawny rozkład ciśnienia

@

bad p ressure distribution - zły rozkład ciśnienia

Rys. 21. Rozkład ciśnienia n a wysokości kom ory paleniskowej Fig. 21. P re ssu re distribution along furnace cham ber h eight

(28)

nego zużycia kam ienia wapiennego wyrażonego stosunkiem Ca/S. N a rys. 22 przedstaw iono zależność m inim alnej emisji tlenków siark i w zależności od w artości opałowej paliw a i zawartości siarki.

£c

\O'

E

7 0 0 0 9 0 0 0 11 0 0 0

Desulphurization 97 %

□ O d s ia r c z e n ie 9 7 % X O d s ia r c z e n ie 9 5 % D e s u l p h u r i z a t i o n 95 %

1 3 0 0 0 1 5 0 0 0 1 7 0 0 0 1 9 0 0 0 2 1 0 0 0 2 3 0 0 0 2 5 0 0 0 Fuel net calorific value [kJ/kg]

W a rlo s c o p a lo w a p a liw a j. k J / k g J

O O d s ia r c z e n ie 9 7 % Desulphurization 97 V O d s ia r c z e n ie 9 5 %

Desulphurization 95 %

Rys. 22. M inim alne zasiarczenie spalin w kotłach z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym Fig. 22. M inimal su lp h u r dioxides content in th e flue gas in circulating fluidized bed

boilers

Rzeczywiste wartości emisji tlenków azotu uzyskiw ane n a pracujących kotłach wynoszą:

- bez stosow ania recyrkulacji spalin 180 - 200 mg/m„

- z recyrkulacją spalin dla węgla kam iennego 130 - 170 mg/m^

- z recyrkulacją spalin dla węgla brunatnego 150 mg/m„

Rzeczywiste zw iązanie chlorowodoru wynosi 40 - 60% a fluorowodoru 60 - 90%.

Rzeczywista wartość emisji tlen ku węgla wynosi 130 - 250 mg/m®, przy czym utrzym anie tej wartości wym aga w niektórych przypadkach częstego stosow ania zdmuchiwaczy popiołu.

(29)

Powyżej przedstaw ione wyniki ekologiczne uzyskiw ane n a pracujących kot

łach z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym pozw alają n a gw arantow anie niskich emisji gazów szkodliwych, a to:

- emisji tlenków siarki w zależności od spalanego paliw a i w ym agań lokal

nych w granicach od 200 do 400 (520) mg/m®, tj. 75 - 150 (200) g/GJ, - emisji tlenków azotu NOx poniżej 240 mg/m®, tj. około 90 g/GJ, - emisji chlorowodoru HC1 poniżej 200 mg/m®, tj. około 75 g/GJ, - emisji fluorowodoru H F poniżej 15 mg/m®, tj. około 5 g/GJ, - emisji tlen k u węgla CO poniżej 250 mg/m®, tj. około 95 g/GJ.

DOŚWIADCZENIA EKSPLOATACYJNE W KOTLACH EVT

Należy stwierdzić, bazując n a doświadczeniach EVT, że kotły z cyrkulacyj

nym złożem fluidalnym całkowicie spełniają w ym agania norm zarówno nie

mieckich, ja k i polskich w zakresie n ieprzekraczania dopuszczalnych wielko

ści emisji szkodliwych związków siarki i azotu oraz CO do atm osfery. Osiąga się to bez potrzeby stosow ania tzw. m etod wtórnych, czyli budowy kosztow

nych zew nętrznych instalacji odsiarczania i odazotow ania spalin.

- E m isje S 0 2

W procesie odsiarczania przy węglach np. b runatnych, zaw ierających sto

sunkowo dużą ilość w apna jako skład n ik a popiołu, m ożna w znacznym stopniu ograniczyć, a czasem w zależności od zaw artości siark i (reńskie węgle b ru n atne) zaprzestać stosow ania kam ien ia wapiennego.

- E m isja NOx

N iska em isja NOx je s t zapew niona dzięki procesowi spalan ia przebiegają

cemu w tem p eratu rze około 850°C.

- E m isja CO

J a k w ykazują badania, em isja CO je s t zależna od rodzaju paliw a i zaw ar

tości w nim części lotnych. Dla węgli bru n atn y ch o dużej zaw artości części lotnych em isja CO będzie niska, a dla węgli kam iennych ubogich w części lotne wyższa.

- Z aw artość c z ę ś c i p a ln y c h w p o p ie le lo tn y m

Zawartość części palnych w popiele lotnym podobnie ja k em isja CO zależy od rodzaju paliw a i zaw artości części lotnych.

Dla węgli brun atny ch w artość ta nie przekracza 5%, n ato m ia st dla węgli kam iennych wartość ta w niekorzystnych w aru n kach dochodzi do kilk u n a stu procent. Aby ten niekorzystny udział części palnych w popiele lotnym zmniejszyć, zaleca się dla węgli kam iennych stosow anie recyrkulacji popio

łu lotnego do komory paleniskowej. Opierając się n a doświadczeniach, można stwierdzić, że 3 ,5 -k ro tn a cyrkulacja popiołu zm niejsza dw ukrotnie zawartość części palnych w popiele lotnym.

(30)

- Z ab udow a p o w ie r z ch n i w e w n ą tr z k o m o ry p a le n isk o w e j

Obawy co do zabudowy powierzchni ogrzewalnych w ew nątrz komory pale

niskowej, takich ja k ściana działowa lub grodzie, ze względu n a erozję okazały się przedwczesne. Erozja nie je s t groźna, jeżeli powierzchnie nie będą zabudowane w gęstym złożu bezpośrednio w dolnej części komory paleniskowej. Grodzie wykonane ze zwykłych ru r lub jako m em brany typu ru ra - płaskow nik - ru ra po ponad 40 tys. godzin pracy w ykazują ubytki erozyjne nie powodujące konieczności w ym iany tych powierzchni. Badania trw ają dalej, jed n ak stosowanie wyłącznie r u r tzw. „podwójna omega” w świetle dotychczasowych doświadczeń nie m a uzasadnienia.

- D ysp o zy cy jn o ść

Dotychczasowa eksploatacja kotłów z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym zarówno n a węgiel brunatny, ja k i kam ienny wykazuje dużą ich dyspozy

cyjność wynoszącą ponad 95% (odliczając czas planowych postojów). Do

brym przykładem może tu ta j być kocioł o wydajności 100 t/h n a węgiel kam ienny w Oberkirch, gdzie stanow i on jedyne źródło p ary technologicz

nej dla zakładu papierniczego. Największy kocioł EVT (400 t/h El. Golden- berg), opalany węglem brunatnym , między planowymi postojami przepra

cował do tej pory dw ukrotnie ponad 4500 godzin bez przerwy.

- U z u p e łn ie n ie m a te r ia łu złoża

Dzięki zastosowaniu oddzielacza popiołu i m łyna popiołowego je s t możli

wość ingerencji w granulację m ateriału inertnego i możliwość uzupełnia

nia m ateriału złoża zmielonym popiołem. Elim inuje to konieczność zakupu piasku kwarcowego o wymaganej granulacji w trakcie eksploatacji kotła.

- D o k ła d n o ść w y k o n a n ia i m o n ta żu

Szczególnie w zakresie w ew nętrznych powierzchni komory paleniskowej należy zwrócić uwagę n a poprawność w ykonania styków warsztatowych i montażowych, ja k i odgięć rurowych. Należy je wykonać tak, aby nie była niczym zakłócona ciągłość spływu m ateriału inertnego wzdłuż ścian.

Wszelkie odsądzenia, nadlew y spoin, pozostałości uchwytów montażowych itp. są niedopuszczalne i m uszą być gładko zeszlifowane. W szelkie miejsca o szczególnym zagrożeniu erozją i korozją powinny być pokryte ceramiczną w ykładziną antyerozyjną (ujęcia spalin, kan ały spalin, cyklony, ru ry zsy

powe, syfony). Jakość obm urza powinna być odpowiednia do wymagań.

Konieczne je s t przeprowadzenie m ontażu i suszenia obm urza ściśle wg wym agań projektanta. Nieodpowiedni przebieg suszenia może doprowa

dzić do konieczności w ym iany obm urza.

- R ozru ch , o d s ta w ie n ie k o tła , sz y b k o ść zm ian o b c ią że ń

Rozruch kotła należy prowadzić tak , aby nie przekroczyć dopuszczalnego gradientu w zrostu tem p eratu ry obm urza, który wynosi 100 K/godzinę.

Stosunkowo długi czas rozruchu ze sta n u zimnego wynikający z tego powo

du je s t zdecydowanie krótszy przy rozruchu ze sta n u gorącego. N aw et po

(31)

kilkudniowym postoju kocioł daje się uruchom ić w krótkim czasie bez użycia paliw a rozpałkowego, np. ponowne uruchom ienie po odstaw ieniu na weekend. Dzięki dużej akum ulacji ciepła w m ateriale inertn ym oraz w obmurzu kotły fluidalne ze złożem cyrkulacyjnym z powodzeniem znoszą nagłe w ahan ia obciążenia dochodzące n aw et do 30%/min przy zachow aniu obowiązujących limitów em isji szkodliwych związków do atm osfery. W a

runkiem jed n a k jest, aby po takim skoku obciążenia był w ystarczający czas na stabilizację param etrów . W norm alnym ru ch u g rad ie n t zm iany p a ra metrów w k ieru n k u ich w zrostu i spadku wynosi ca 5% .

- T rw ałość obm urza

Doświadczenia ruchowe w ykazują, że trw ałość obm urza w dużym stopniu zależy od ilości uruchom ień ze sta n u zimnego. Ogólnie m ożna stwierdzić, że około 4 uruchom ienia ze sta n u gorącego są równoważne jedn em u u r u chomieniu ze sta n u zimnego. Średnio po 10 uruchom ieniach kocioł powi

nien zostać poddany inspekcji obm urza celem stw ierdzenia potrzeby ewen

tualnych napraw .

WDRAŻANIE KOTŁÓW Z CYRKULACYJNYM PALENISKIEM FLUIDY

ZACYJNYM W POLSCE

Kotły RAFAKO - EVT OFz 230

Prace projektowe nad kotłam i z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym rozpo

częto w RAFAKO zaraz po podpisaniu umowy kooperacyjnej z EVT w m arcu 1990 roku. Pierwszym kotłem RAFAKO - EVT zaprojektow anym dla E lektro

ciepłowni WROTKÓW w Lublinie był kocioł OFz 230. Kocioł te n o wydajności 230 t/h opalany węglem kam iennym posiada sylw etkę dwuciągową. W ciągu głównym umieszczono komorę paleniskow ą, w której zabudowano ścianę dzia

łową z r u r parow nika oraz przegrzewacz grodziowy stanow iący przedostatni stopień przegrzewu. W górnej części komory paleniskowej z tylnej strony kotła usytuow ano odprowadzenia spalin do dwóch cyklonów odseparowują- cych popiół (m ateriał inertny).

Spaliny z cyklonów kierow ane są k an ałam i do drugiego ciągu. W kanale drugiego ciągu zabudowane są pęczki przegrzew aczy p a ry oraz podgrzewacza wody, a w dolnej części zabudowany je s t rurow y podgrzewacz powietrza.

Z rurowego podgrzewacza powietrza spaliny kierow ane są do odpylacza (ele- ktrofiltra) spalin.

Popiół oddzielony w cyklonach opada ru rą zsypową do syfonów popiołowych, po przejściu których kierowany jest do dolnej części komory paleniskowej.

W skład fluidalnej instalacji paleniskowej wchodzą następujące elem enty:

- kom ora paleniskowa,

- system dystrybucji powietrza:

- dno dyszowe z dyszami,

(32)

- in stalacja doprowadzenia i rozdziału powietrza, - system naw rotu popiołu:

- dwa cyklony separacyjne,

- ru ry opadowe m ateriału odseparowanego,

- dwa podwójne syfony popiołowe w raz z doprowadzeniem paliw a i rura

mi zsypowymi popiołu do komory paleniskowej,

- system odprowadzenia popiołu (dwa odsiewacze popiołu z podajnikami ślimakowymi),

- system recyrkulacji spalin,

- system doprowadzenia paliw a i sorbentu.

Po zakończeniu projektu technicznego dalsze prace projektowe i przygoto

w anie budowy zostało w strzym ane n a sk u tek b rak u funduszów n a budowę.

W następnej kolejności RAFAKO zaprojektowało odm ianę wyżej opisanego kotła dla Elektrociepłowni Bielsko. Kocioł OFz 230 dla EC Bielsko różni się od poprzedniego innym ustaw ieniem kom ory paleniskowej i cyklonów separacyj

nych. Z uwagi n a b rak m iejsca w istniejącej kotłowni nie m ożna było zabudo

wać kotła wg projektu „Wrotków”, tj. n a przestrzeni 29 x 24 m. W EC Bielsko dysponowano miejscem 24 x 24 m. Dlatego też komorę paleniskow ą usytuowa

no osią wzdłużną wzdłuż osi kotła, a dwa cyklony umieszczono po obydwu stronach komory paleniskowej. Budowa kotła w EC Bielsko, aczkolwiek opóźniona z powodu b raku funduszy, prowadzona je s t w dalszym ciągu i uruchom ienie kotła spodziewane je s t w 1996 roku.

KOCIOŁ RAFAKO - EVT OFz 450

W kw ietniu 1993 roku został podpisany k o n tra k t pomiędzy EC Żerań i RAFAKO S.A. n a modernizację (zastąpienie) stary ch 3 kotłów o wydajności 230 t/h nowymi dwoma kotłam i OFz 450 o wydajności 450 t/h każdy. Kontrakt n a dostawę pierwszego kotła OFz 450 zawiera:

- dem ontaż jednego, a w drugim roku budowy drugiego kotła 230 t/h, - oddzielenie ścianami działowymi pozostałej, będącej w pracy części siłowni, - dostawę i montaż nowego kotła OFz 450 wraz z urządzeniam i pomocniczymi, - dostawę i m ontaż elektofiltra,

- wykonanie części budowlanej kotłowni i fundam entów kotła, - uruchom ienie i przekazanie całości dostaw do eksploatacji.

Kocioł OFz 450 z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym o wydajności 450 t/h został zaprojektowany w RAFAKO w kooperacji z EVT. J e s t to kocioł dwucią- gowy o klasycznej sylwetce.

W pierwszym ciągu znajduje się kom ora paleniskow a, w której zabudowano ścianę działową włączoną w obieg parow nika i przegrzewacz grodziowy stano

wiący drugi stopień przegrzewacza. Dwa cyklony, oddzielające cyrkulujący popiół od gazów, są ulokowane pomiędzy kom orą paleniskow ą a drugim cią

(33)

giem. Oczyszczone spaliny od popiołu grubszego (powyżej 150 - 200 m ikro

nów) kierow ane są do drugiego ciągu, w którym je s t ulokow any przegrzewacz, podgrzewacz wody i rurow y podgrzewacz pow ietrza. Spaliny z rurow ego pod

grzewacza pow ietrza kierow ane sa poprzez elektrofiltr, w entylatory ciągu do komina.

Komora paleniskow a je s t w ykonana ze ścian m em branow ych i posiada wymiary około 6,9 x 13,2 m, a jej wysokość powyżej dna dyszowego wynosi 42 m. W dolnej części do wysokości górnej kraw ędzi leja kom ora je s t wym uro

wana dla zabezpieczenia przed erozją i korozją.

Każdy z dwóch cyklonów m a średnicę 6,89 m. Przewody spalin pomiędzy komorą a cyklonami, pomiędzy cyklonami a drugim ciągiem, wnętrze cyklonu, rura opadowa popiołu oraz syfonowe zamknięcie wyłożone są obmurzem z m ate

riału odpornego n a wysoką tem peraturę i ścieranie oraz m ateriałem izolacyjnym.

Pozostałe układy są podobne do przedstaw ionych poprzednio dla kotła OFz 230. Term iczna moc kotła wynosi 315 MWt. Kocioł OFz 450 opalany będzie węglem kam iennym o w artości opałowej 23 M J/kg i zaw artości popiołu 15%. Sprawność kotła wynosi 92,2 %. E m isja szkodliwych gazów zredukow a

na będzie do poziomu:

- tlenki siark i 200 mg/m®

- tlenki azotu 200 mg/m®

- tlenki węgla 250 mg/m®

- popiół 50 mg/m®

w odniesieniu do spalin suchych o zaw artości tle n u 6%.

Oddanie kotła do eksploatacji przew idziano n a koniec października 1995 roku. Okres od podpisania k o n tra k tu do oddania do eksploatacji wynosi 30 miesięcy.

KOCIOŁ RAFAKO - EVT OFz 75

W czerwcu 1993 został zaw arty k o n tra k t pomiędzy Starogardzkim i Zakła

dami Farm aceutycznym i „POLFA” a RAFAKO S.A. n a budowę pod klucz elektrociepłowni z dwoma kotłam i z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym OFz 75 i jednym turbogeneratorem o mocy 12 MW. Ponadto przew idziano odbiór ciepła n a produkcję zakładów POLFA i ogrzewanie.

J e s t to kocioł trójciągowy o tzw. układzie plecakowym, gdzie n ad kom orą paleniskową umieszczony je s t k a n a ł łączący se p ara to r cyklonowy z drugim ciągiem, w ykorzystany dla pom ieszczenia przegrzew acza końcowego. Drugi ciąg przylega do kom ory paleniskowej. W trzecim ciągu umieszczono rurow y podgrzewacz powietrza. Komora paleniskow a m a w ym iary 4,2 x 4,2 m, a wy

sokość komory paleniskowej 25 m. Jed en se p ara to r cyklonowy m a średnicę 4,1 m i umieszczony je s t z przodu kotła.

(34)

Term iczna moc kotła wynosi 60 MWt. Kocioł opalany je s t węglem kamien

nym o wartości opałowej 19,5 MJ/kg, zawartości wilgoci do 15%, zawartości popiołu 32,5% i zawartości siarki 1,4%. Sprawność kotła wynosi 91,5%. Emi

sja gazów szkodliwych w przeliczeniu n a spaliny suche i zaw artość tlenu 7%

wynosi:

— tlenków siarki 300 mg/m„

— tlenków azotu 250 mg/m„

— tlen k u węgla 250 mg/m„

ZAKOŃCZENIE

O siągane wyniki eksploatacyjne przez kotły z cyrkulacyjnym złożem flui

dalnym , pracujące n a węglu kam iennym i brunatnym oraz w drażanie tych konstrukcji przez RAFAKO w Polsce wskazuje n a duże możliwości zastosowa

n ia tych kotłów nie tylko jako kotłów ciepłowniczych, ale również jako kotłów do bloków energetycznych średniej mocy, tj. 150 - 200 MWe. Duża elastycz

ność tych kotłów, pozwalająca n a zm iany obciążenia w granicach 5 - 6% na m inutę oraz możliwość skoków obciążenia do 30% n a m inutę dopuszcza stoso

w anie tych kotłów do bloków energetycznych służących do regulacji częstotli

wości w sieci.

Recenzent: D r hab. inż. M arek PRONOBIS Wpłynęło do Redakcji 9. 09. 1994 r.

A b stract

The paper contains synthesis of fuel characteristic and steam param eters influence on th e selection of suitable boiler design solution. It was also determ ined th e influence of fuel, ash, in e rt m aterial and sorbent grain size distribution on th e atm ospheric circulating fluidized bed boiler behaviour during operation.

The paper expresses achieved in atm ospheric circulating fluidized bed boilers emission levels of harm ful flue gas components and operating experiences from this boilers which are b u rn t by bitum inous coal and lignite.

The pap er contains also operating experiences gathered from boilers designed by EVT S tu ttg a rt and w orking on th e territo ry of Germany. It was also given process of accustom of fluidized bed boilers in Poland by RAFAKO basing on th e cooperation agreem ent w ith EVT.