Moje kotły - Streszczenie Kotły energetyczne PDF

Preview

Summary

OPRACOWANIE...

Description

1. Miejsce i zadania kotła (parowego) w energetyce przemysłowej i zawodowej. Podstawową częścią każdej siłowni parowej jest urządzenie kotłowe, zwykle nazywane wprost kotłem. Kocioł - urządzenie służące do konwersji energii chemicznej zawartej w paliwie na energię cieplną przekazywaną czynnikowi roboczemu. Kocioł parowy- urządzenie, w którym ogrzewana woda zamienia się (pod działaniem ciepła doprowadzonego z zewnątrz) w parę wodną o ciśnieniu wyższym od atmosferycznego, wykorzystywaną jako czynnik roboczy w turbinach parowych oraz dla celów grzewczych w wielu procesach technologicznych (np. w przemyśle chemicznym, włókienniczym, spożywczym, papierniczym) i w gospodarce komunalnej (ogrzewanie pomieszczeń). W uproszczeniu różnica między e. zawodową i przemysłową : Energetyka zawodowa to elektrownie komercyjne: Bełchatów, Pątnów, Adamów, Konin itd. Przemysłowa to produkcja uboczna energii na własne potrzeby, z możliwością sprzedaży nadwyżki. Nie jest przedmiotem podstawowej działalności przedsiębiorstwa.  Energetyka zawodowa obejmuje wytwarzanie energii w elektrowniach i elektrociepłowniach. Zadaniem kotła jest wytworzenie pary, która po przegrzaniu trafia na turbinę gdzie rozpręża się by zamienić energię cieplną na energię prędkości a następnie mechaniczną, która w generatorze zamieniana jest na elektryczną, która jest produktem bloku energetycznego i celem. W elektrociepłowniach para wykorzystywana jest do ogrzania w wymiennikach ciepła wody sieciowej, która wykorzystywana jest w celach komunalnych, możliwe jest również wytworzenie pary technologicznej wykorzystywanej w przemyśle.  W energetyce przemysłowej kotły wykorzystywane są w przemysłach takich jak chemiczny czy spożywczy. Duże przedsiębiorstwa i zakłady wymagające dużej ilości energii posiadają własną elektrociepłownię (dużo mniejszą niż w energetyce zawodowej), która zasila w wodę, energię oraz parę w zależności od zapotrzebowań danego zakładu. Celem istnienia kotła i urządzeń maszynowni jest więc spełnienie wymagań dużego obiektu. Przykłady: Elektrociepłownia Cukrowni "ZDUNY" Zduny Elektrociepłownia Zakładów Chemicznych "ORGANIKA-SARZYNA", Nowa Sarzyna Elektrociepłownia Fabryki Łożysk Tocznych KRAŚNIK Kraśnik

2. Różnice w budowie pomiędzy kotłami wodnymi i parowymi, zakresy stosowalności poszczególnych konstrukcji (w zakresie mocy/wydajności).  kocioł wodny podobnie jak parowy zawiera feston, podgrzewacz wody oraz młyn węglowy  podstawową różnicą jest fakt iż parowy (parowe wodnorurowe i rusztowe) zawiera walczak który separuje parę od wody

 parowy wodnorurowy z paleniskiem pyłowym nie zawiera walczaka (za wysokie parametry, >16MPa zaczyna stosować się wodoodzielacz- chodzi o grubość ścianki)  charakterystycznym elementem parowych jest drogowskaz, za jego pomocą możemy kontrolować proces zamiany w parę (dokładnie to poziom wody, a gdy on spadnie za nisko wiemy że coś jest nie tak :) )  kocioł parowy zawiera przegrzewacz pary, a wodny podgrzewacz powietrza  kocioł parowy zawiera skrzynię powietrza oraz wentylator podmuchu, a wodny nie  kocioł wodny rusztowy (wodnoruruowy) osiąga moce do 50 MW, pyłowy do 140 MW, nieograniczona wydajność, kotły nadkrytyczne, kotły średniej i dużej mocy; kocioł wodny (płomienicowo-płomieniówkowy) małej mocy ( do kilkunastu MW), ograniczona wydajność; kotły parowe są kotłami średniej i dużej mocy

3. Budowa kotła wodnego i parowego płomienicowo-płomieniówkowego (układ zasilania i spalania paliwa, schematyczny rysunek kotła z układem powierzchni wymiany ciepła, urządzenia pomocnicze, zalety i wady). Budowa kotła wodnego i parowego płomienicowo-płomieniówkowego:  Palenisko (płomienicy: podgrzewacza wody lub parownika)  Płomienica zakończona jest ścianą sitową, w którą wstawiono płomieniówki. Dla zwiększenia powierzchni ogrzewalnej płomienica ma długość paleniska i przedłużona jest pękiem cienkich rur- płomieniówek.  Płomieniówki (powierzchnia ogrzewalna wykonana z rury o średnicy 30-70 mm, w której spaliny omywają powierzchnię wewnętrzną)  Rzadko występuje podgrzewacz pary i podgrzewacz wody 

Płaszcz

Spaliny z komory spalania wypływają przez tylną komorę nawrotną do płomieniówek drugiego ciągu i do przodu kotła. Następnie zawracają w przedniej komorze nawrotnej do tyłu i płyną w płomieniówkach trzeciego ciągu do skrzyni spalinowej, czopucha i komina. Kotły tego typu buduje się o powierzchni ogrzewalnej do 150 m2 i średnicy do 3 m; ciśnienie pary do 20 at, natężenie powierzchni ogrzewalnej 2030 kg/(m2·h), sprawność 60-75%. Zajmują stosunków mało miejsca. Ich wadą jest sztywność konstrukcji i skłonność do zanieczyszczania płomieniówek lotnym popiołem. Urządzenia pomocnicze:  Wodowskazy  Palnik  Zawór bezpieczeństwa



Pompa z rurociągiem zasilającym

4. Budowa kotła wodnego i parowego wodnorurowego z paleniskiem rusztowym (układ zasilania i spalania paliwa, schematyczny rysunek kotła z układem powierzchni wymiany ciepła, urządzenia pomocnicze, zalety i wady). Podział rusztów: •stałe •ruchome, mechaniczne: taśmowe i schodkowe (posuwisto-zwrotne) •bębnowe •stosowane w kotłach o małej i średniej wydajności(do ok. 50MWt), •regulacja wydajności kotła poprzez szybkość posuwu rusztu, grubość warstwy węgla na ruszcie (regulowana warstwownicą) •problemy-spiekanie paliwa, przesyp, niecałkowite spalanie, •stosowane paliwa –węgiel kamienny (miał energetyczny), biomasa, odpady komunalne •granulacja paliwa –kilkadziesiąt mm = utrudnione spalanie (wyższa strata niecałkowitego spalania w żużlu) •problemy z utrzymaniem niskiego obciążenia (najczęściej konieczność podawania zbyt dużego strumienia powietrza) oraz szczelnością (znaczne dossania „fałszywego” powietrza) –rozwiązaniem jest recyrkulacja spalin, •możliwość uszkodzenia termicznego rusztu (przegrzanie), •konieczność stosowania wymurówek ogniotrwałych -sklepienie zapalające, •prosta konstrukcja = niskie nakłady inwestycyjne, niskie kwalifikacje obsługi, ale także niższa sprawność (80-87%), •mniej rozbudowane powierzchnie wymiany ciepła (np. brak podgrzewacza powietrza) = niższa sprawność, •do uruchomienia nie stosuje się palników rozpałkowych

•spalanie węgla sortyment miał energetyczny (do 25mm) na ruszcie (stałym lub ruchomymtaśmowym), rzadziej w objętości i na ruszcie (palenisko narzutnikowe) oraz na ruszcie schodkowym; szybkość posuwu rusztu taśmowego do 0,8 m/min. •powietrze przepływające od spodu rusztu przez warstwę paliwa służy także do chłodzenia rusztu (ograniczenie temperatury powietrza do ok. 150C) •do ustalania grubości warstwy węgla na ruszcie taśmowym służy warstwownica; wysokość warstwy węgla na ruszcie taśmowym –50-150 mm, schodkowym –300400 mm, •do uruchomienia kotła z paleniskiem rusztowym nie są potrzebne palniki rozruchowe; do podtrzymania spalania potrzebne sklepienie zapalające (taśmowy) •ogrzanie, odgazowanie paliwa i zapłon następuje od ciepła wypromieniowanego przez sklepienie zapalające (taśmowy) lub przez ciągłe mieszanie warstwy paliwa (schodkowy) •wielkości charakterystyczne –masowe obciążenie rusztu (kg/m2) i cieplne obciążenie rusztu (kW/m2), nadmiar powietrza w palenisku –1,25-1,35, sprawność cieplna –ok. 80 –87% •ważny parametr –spiekalność węgla (koksu); wartość opałowa, zawartość wilgoci

5. Budowa kotła wodnego i parowego wodnorurowego z paleniskiem pyłowym (układ zasilania i spalania paliwa, schematyczny rysunek kotła z układem powierzchni wymiany ciepła, urządzenia pomocnicze, zalety i wady). Kotły wodne pyłowe to specyfika rynku polskiego ciepłownictwa. Kotły te służą wyłącznie celom ciepłowniczym, ewentualnie dostarczaniem gorącej wody technologicznej. PARAMETRY KOTŁA WODNEGO PYŁOWEGO (na przykładzie RAFAKO WP 120) typ kotła: z wymuszonym przepływem wody rodzaj paleniska: tangencjalne max. wydajność : 140 MW temperatura wody wlot/wylot: 70/155°C ciśnienie wody wlot/wylot: 2,5 MPa

sprawność kotła : 84% rodzaj paliwa: węgiel kamienny (wartość opałowa 21 MJ/kg) Kotły pyłowe przepływowe Duże wydajności parowe wymagały innej koncepcji układu parowo-wodnego kotła, niż układ walczakowy. Dzięki licencji firmy Sulzer, RAFAKO stało się liczącym producentem tego typu kotłów, chociaż nie budowano tak dużo kotłów na węgiel kamienny, jak na brunatny. Najważniejszym obiektem referencyjnym jest Elektrownia Opole z czterema kotłami BP-1150.  charakterystyczny element - wodowskaz, dzięki niemu możemy kontrolować proces zamiany wody w parę.  NIE POSIADA walczaka, ponieważ przy kotłach na parametry nadkrytyczne należałoby znacznie zwiększyć grubość ścianki walczaka. Powyżej 15 - 16 MPa nadchodzi kres przydatności walczaków. W tego typu kotłach stosuje się wodooddzielacz. Wodooddzielacz pełni taką samą funkcję jak walczak - jest ich jednak więcej (3-4), jego grubość ścianki może być niższa kosztem długości - wodooddzielacze mogą osiągać wielkości nawet kilkunastu - kilkudziesięciu metrów (nawet ok.30m) PARAMETRY KOTŁA WODNORUROWEGO PAROWEGO PYŁOWEGO (na przykładzie RAFAKO BP 1150) typ kotła: parowy przepływowy rodzaj paleniska: tangencjalne max. wydajność : 320 kg/s Strzałką zaznaczony wodoodzielacz. Daję taki rys. bo temp. pary świeżej i tak nie wiem co jest czym na schemacie -_wylot: 540°C ciśnienie pary świeżej wylot: 18,3 MPa temp. wody zasilającej: 255°C sprawność kotła : 91,7% rodzaj paliwa: węgiel kamienny (wartość opałowa 23 MJ/kg) 

Kocioł przepływowy typu Sulzer, o stałym punkcie końcowym strefy parowania ze wspomaganiem obiegu parownika pompą cyrkulacyjną pracującą w całym zakresie obciążenia kotła.



Kocioł jednociągowy, wysokość ok. 100 m, podwieszony na ruszcie nośnym, wspartym na 8 słupach będących jednocześnie trzonem konstrukcji nośnej kotłowni



opalany pyłem węgla kamiennego - wprowadzany do komory paleniskowej przez dysze czterech narożnikowych palników pyłowych rozmieszczonych między poziomami 18 i 32 m



powietrze pierwotne przeznaczone do suszenia i transportu pyłu jest podgrzewane w obrotowym podgrzewaczu powietrza



spaliny są odprowadzane dwoma kanałami - jednym sprzed a drugim zza podgrzewacza wody



komora paleniskowa i kanał konwekcyjny wykonane ze ścian membranowych



żużel w stanie stałym z leja żużlowego wpada do wanny wypełnionej wodą, po zgaszeniu jest usuwany

Wodooddzielacz, mieszalnik, filtr i pompy cyrkulacyjne znajdują się przodu kotła wykonano tam również podłączenia zasilania kotła wodą do podgrzewacza wody. Z tyłu kotła: kolektory parowe.

6. Budowa kotła parowego wodnorurowego z paleniskiem fluidalnym (układ zasilania i spalania paliwa, schematyczny rysunek kotła z układem powierzchni wymiany ciepła, urządzenia pomocnicze, zalety i wady). Fluidyzacja- proces powstawania dynamicznej zawiesiny rozdrobnionego ciała stałego w strumieniu gazu. Palenisko fluidalne:  ze złożem stacjonarnym (pęcherzykowe=bąbelkowe=wrzące) BBF - amtosferyczne AFBC -ciśnieniowe PFBC (1,6-2 MPA)- niespotykane w Polsce, sprzężone z turbiną fazową, blok parowo-gazowy na węgiel  ze złożem cyrkulującym atmosferyczne CWF (większa moc kotłów niż ze stacjonarnym) - z separacją zewnętrzną - z separacją wewnętrzną Materiał złoża- węgiel ( do 5%), wapień (~30%), popiół i żużel ~ 60-65% Można spalać paliwa gorszej jakości. Stosunkowo niska temperatura spalania w komorze-> mniejsze ilości tlenków azotu. Możliwość wiązania dwutlenku siarki. Komora paleniskowa- spalanie, fluidyzacja, odsiarczanie. Wdmuchiwane od spodu powietrze powoduje unoszenie materiały. Uniesiony materiał doprowadzany do cyklonów, gdzie separacja większych cząstek i ich powrót do komory. Pozostała masa spalin do drugiego ciągu. Cyklony nawrotne popiołu- separacja cząstek, odprowadzenie syfonem do komory paleniskowej. Schładzacze/ oddzielacze popiołu- największe cząstki osadzają się na dnie komory, są odprowadzane z niej i schładzane na sadzie stacjonarnego złoża fluidalnego. Układ podawania paliwa Obejmuje cztery punkty na ścianie przedniej, cztery na gałęzi powrotnej cyklonów. Okrężne kanały powietrzne zapobiegają zawieszaniu się ziaren paliwa w kanałach dolotowych. Paliwo musi mieć odpowiedni rozkład ziarnowy (kruszarki młotkowe). Układ podawania mączki wapiennej

Również chodzi o odpowiedni rozkład ziarnowy oraz o reaktywność maczki wapiennej. Ilość sorbentu zależy od zawartości siarki w spalinach. Podawana do komory w 8 miejscach do dysz powietrza wtórnego, znajdujących się na ścianach komory Instalacja paleniskowa  komora paleniskowa  dno dyszowe z dyszami  instalacja doprowadzania i rozdziału powietrza  cyklony separacyjne  rury opadowe materiału separowanego z cyklonu do syfonu  syfony wraz z doprowadzeniem paliwa i rurami zsypowymi do komory paleniskowej  system odprowadzania popiołu  system doprowadzania paliwa i sorbnetu Urządzenia pomocnicze (?)  cyklony nawrotne popiołu  Schładzacze/ oddzielacze popiołu

ZALETY TECHNOLOGII FLUIDALNEJ •Elastyczność paliwowa, współspalanie (w tym paliwa odpadowe- odcieki, muły, odpady poflotacyjne, biomasa, wysokozapopielone węgle), zamiast mielenia - kruszenie – części lotne - 4 - 40% – części mineralne - 0 - 75% – wartość opałowa - > 6 MJ/kg (> 13MJ/kg z odbiorem ciepła) – zawartość wilgoci - < 55% • Niskie emisje zanieczyszczeń (niska temperatura spalania ok. 850-900°C - łatwe odsiarczanie o skuteczności do 95%, mniejsze o 50-80% emisje NOx) • Lepsza dyspozycyjność i większa elastyczność ruchowa kotła • Wysoka sprawność spalania ~99% (mieszanie turbulentne, długi czas przebywania cząstek paliwa w komorze paleniskowej) • Kompaktowa, ekonomiczna budowa (wysokie alfa-bardzo dobra wymiana ciepła= mniejsze gabaryty= mniejsze nakłady inwestycyjne) • teraz nawet kotły fluidalne muszą mieć instalację odsiarczania spalin • Mniejsze koszty eksploatacji (m.in. kruszenie paliwa zamiast mielenia), gorsze (tańsze) paliwa • Mniejsze szlakowanie powierzchni= wyższa sprawność wymiany ciepła;=erozja •wymagane wysokie ciśnienie powietrza pierwotnego do fluidyzacji złoża (wysoki spręż wentylatorów) •rozbudowana i awaryjna instalacja odprowadzania popiołu ze złoża •duża ilość wymurówki ogniotrwałej, silna erozja •mieszanie turbulentne= wysoka sprawność spalania, wysokie współczynniki przekazywania ciepła •bardzo istotny parametr – krotność cyrkulacji Kr

7. Rodzaje komór paleniskowych do spalania pyłu (opis, schematy). Zadaniem palenisk jest zapewnienie właściwych warunków spalania, do których zalicza się: doprowadzenie paliwa, nagrzanie go, utrzymanie w temperaturze powyżej punktu zapłonu, doprowadzenie odpowiedniej ilości powietrza, wymieszanie powietrza z paliwem, usunięcie spalin i popiołu.

Rysunek 1. Palniki naścienne na dwóch ścianach komory Rysunek 2. Palniki naścienne na jednej ścianie komory

Rysunek 3 Palenisko tangencjonalne – palniki w narożach komory Rysunek 4 Palenisko typu "turbo" (do "trudnych" paliw) Do "trudnych" paliw – VM...