CZ17021U1 - Once-through steam fluidized bed boiler - Google Patents

Description

Průtočný parní fluidní kotelFlow-through steam fluidized bed boiler

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká parních teplárenských kotelen o celkovém výkonu 2 až 30 MW s individuálními tepelnými výkony průtočných parních fluidních kotlů 2 až 7 MW.The technical solution concerns steam-fired boiler plants with a total output of 2 to 30 MW with individual thermal outputs of flow-through steam boilers 2 to 7 MW.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Zákon o ovzduší č. 352/2002 Sb. stanovuje emisní limity čistoty spalin uhelných kotlů, které si vynucují v případě českých hnědých uhlí desulfataci spalin. Pro teplárenské kotelny s tepelnými výkony do 30 MW je instalace desulfatační jednotky za ekologizovaný roštový kotel investičně příliš nákladná. Pro teplárenství jsou k dispozici energetická uhlí z úpraven uhlí, jejichž výhřevío nost přesahuje 16 MJ/kg. Řešení problému je zvládnuto fluidním kotlem s oxidační fluidní spalovací vrstvou hrubozmného písku se současným přívodem uhlí a vápence do fluidního topeniště. Technické provedení představuje uspořádání fluidního kotle podle patentu CZ 283 457. Zde fluidní topeniště nahrazuje roštové topeniště v klasickém roštovém kotli s volnou cirkulací parovodní směsi přes vařák spojený s bubnem. Toto uspořádání je dlouhodobě úspěšně ověřeno. Jeho základním problémem jsou vysoké investiční náklady. Ty lze zásadně snížit pouze maximálním využitím možností, které představují instalace tepelné vestavby do fluidního topeniště a změna uspořádání výměníkové části parního fluidního kotle tak, aby byl zajištěn maximálně intenzívní přenos tepla ze spalin do parovodní směsi. Zkušenosti získané při vývoji těchto parních fluidních kotlů prokázaly, že zásadním problémem při řešení výše uvedených požadavků je nízká intenzita přenosu tepla při samovolném proudění ve vařáku fluidního kotle se svislými trubkami a podélným obtékáním těchto trubek spalinami a obtížné zajištění dostatečně intenzívní samovolné cirkulace parovodní směsi tepelnou vestavbou fluidního topeniště, která nedovoluje plně využít možností až 48% odvodu tepla tepelnou vestavbou z celkového tepelného výkonu parního fluidního kotle.Air Act No. 352/2002 Coll. sets emission limits of purity of flue gases of coal-fired boilers, which require the desulfation of flue gases in the case of Czech brown coal. For heating boiler rooms with heat outputs up to 30 MW, the installation of a desulphation unit for an environmentally friendly grate boiler is too expensive to invest. Thermal coal is available from coal treatment plants with a calorific value exceeding 16 MJ / kg. The solution of the problem is handled by a fluidized bed boiler with an oxidizing fluidized bed of coarse-grained sand with simultaneous supply of coal and limestone to the fluidized bed furnace. The technical design is represented by the arrangement of the fluidized bed boiler according to the patent CZ 283 457. This arrangement has been successfully verified in the long term. Its basic problem is high investment costs. As a matter of principle, these can only be reduced by making maximum use of the possibilities of installing a thermal installation in a fluidized bed furnace and rearranging the heat exchanger section of the steam fluidized bed boiler to ensure maximum heat transfer from the flue gas to the steam mix. Experience gained during the development of these steam fluidized bed boilers has shown that a major problem in addressing the above requirements is the low intensity of spontaneous heat transfer in the boiler of the fluidized bed boiler with vertical pipes and longitudinal flue gas flow and difficult to ensure sufficiently intensive circulation of the steam mix through the heat of the total heat output of the steam fluidized bed boiler.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Problematika minimalizace investičních nákladů průtočného parního fluidního kotle je řešena uspořádáním průtočného parního fluidního kotle, spočívajícím v tom, že průtočný parní fluidní kotel na uhlí nebo uhlí a biomasu s oxidační fluidní spalovací vrstvou křemičitého písku o zrnění do 3 mm je realizován s fluidním topeništěm s oxidační fluidní spalovací vrstvou křemičitého písku obsahující minimálně 100 mm klidové sypané výšky křemičitého písku o změní 1 až 2 mm, fluidní topeniště je z boků a shora vymezeno membránovými stěnami a zespodu trubkovým propadovým roštem, v oxidační fluidní spalovací vrstvě křemičitého písku je instalována tepelná vestavba tvořená svislými trubkami a podélnými trubkami, procházejícími membránovými stěnami a propojenými s rozvodnými trubkami, dolní rozvodná trubka či trubky je propojena/jsou propojeny s cirkulačním čerpadlem propojeným s bubnem, horní rozvodná trubka či trubky je propojena/jsou propojeny s bubnem, v kanálu spalin průtočného parního kotle je instalován tepelný výměník, který je na výstupu propojen s bubnem a na vstupu je propojen s napájecím čerpadlem, dále je výměník propojen s cirkulačním čerpadlem, v membránové stěně fluidního topeniště je instalován jeden či více sesypů paliva. Úsek kanálu spalin průtočného fluidního kotle s tepelným výměníkem tvoří dvě membránové stěny a dvě trubkovnice tepelného výměníku. Tepelný výměník je po výšce rozdělen na sekce vodorovných trubek, oddělených vodorovnými rozvodnými trubkami, v každé sekci je jedna či více vodorovných trubek napojena či napojeny na svislé rozvodné trubky, v prvé sekci jsou svislé rozvodné trubky napojeny na přívodní vodorovnou rozvodnou trubku, v poslední sekci jsou svislé rozvodné trubky napojeny na odvodní vodorovnou rozvodnou trubku. Rozteče vodorovných trubek jsou alespoň v jedné sekci vodorovných trubek odlišné od rozteče vodorovných trubek v dalších sekcích vodorovných trubek. Membránové stěny fluidního topeniště jsou zčásti nebo zcela vyzděny. Trubkový propadový rošt tvoří shora uzavřené nátrubky s otvory v jejich boční stěně, nátrubky jsou instalovány na rozvod-1 CZ 17021 Ul ných trubkách. Sesyp či sesypy paliva instalované v membránové stěně fluidního topeniště jsou spojeny jedním či více šnekovými dávkovači paliva bez osového hřídele a s přívodem sekundárního vzduchu, sesyp či sesypy paliva jsou opatřeny klapkami.The issue of minimizing the investment costs of a once-through steam fluidized bed boiler is solved by the once-through steam fluidized bed boiler consisting in that the once-through steam fluidized bed boiler for coal or coal and biomass with an oxidizing fluidized bed of quartz sand with grain size up to 3 mm is realized with a fluidized bed. a fluidized bed of quartz sand containing at least 100 mm of resting loose heights of quartz sand of 1 to 2 mm, the fluidized bed is delimited from the sides and from above by membrane walls and underneath a tubular slatted grate; pipes and longitudinal pipes passing through the diaphragm walls and connected to the distribution pipes, the lower distribution pipe (s) is / are connected to a circulation pump connected to the drum, the upper The heat exchanger is installed in the flue channel of the through-flow boiler, which is connected to the drum at the outlet and connected to the feed pump at the inlet, the exchanger is connected to the circulation pump, in the diaphragm one or more fuel shards are installed in the fluidized bed wall. The flue gas channel section of the flow-through boiler with heat exchanger consists of two membrane walls and two tube plates of the heat exchanger. The heat exchanger is divided in height into sections of horizontal pipes separated by horizontal distribution pipes, in each section one or more horizontal pipes are connected or connected to vertical distribution pipes, in the first section the vertical distribution pipes are connected to the supply horizontal distribution pipe, in the last section the vertical manifolds are connected to the horizontal discharge manifold. The horizontal pipe spacing in at least one horizontal pipe section is different from the horizontal pipe spacing in the other horizontal pipe sections. The diaphragm walls of the fluidized bed furnace are partially or fully bricked. The tubular sink grate consists of top-down sockets with openings in their side wall, the sockets being installed on the manifold. The fuel spillage installed in the diaphragm wall of the fluidized bed furnace is connected by one or more screw fuel metering devices without an axial shaft and are provided with flaps to the secondary air supply.

Prezentované řešení je založeno na poznatcích získaných experimentálně při vývoji této spalovací technologie. Oxidační fluidní spalovací vrstvu křemičitého písku tvoří po výšce dva zásadně odlišné hydrodynamické systémy. Spodní představuje homogenní systém o teplotě 800 až 850 °C, který má charakter sopečné lávy v jícnu sopky s klidným, mírně zvlněným povrchem a má výšku zhruba 1000 mm. Součinitel tepla v této Části oxidační fluidní spalovací vrstvy křemičitého písku je 250 až 280 W/m²°C. Horní část tvoří silně expandovaný tryskající hydrodynamický systém, dosahující výšky zhruba 2800 mm. Součinitel přenosu tepla v tomto systému po výšce klesá, až v úrovni 1400 mm nad homogenním systémem má již zcela zanedbatelnou hodnotu. Klidová výška oxidační fluidní spalovací vrstvy křemičitého pískuje zhruba 500 mm.The presented solution is based on the knowledge gained experimentally in the development of this combustion technology. The oxidative fluidized bed of silica sand is formed by two substantially different hydrodynamic systems. The bottom is a homogeneous system at 800 to 850 ° C, which has the character of volcanic lava in the esophagus of the volcano with a calm, slightly undulating surface and a height of about 1000 mm. The heat coefficient in this part of the silica oxidizing fluidized bed is 250 to 280 W / m ² ° C. The upper part consists of a strongly expanded hydrodynamic jet system reaching a height of approximately 2800 mm. The heat transfer coefficient in this system decreases in height, up to 1400 mm above the homogeneous system, which is already negligible. The resting height of the silica oxidizing fluidized bed is approximately 500 mm.

Každý teplárenský fluidní kotel musí do tepelné sítě dodávat teplo úměrně jeho odběru. Optimálním systémem výkonové regulace fluidního kotle v teplárenství je intenzívní produkce tepla spojená s ohřevem cirkulující vody na maximum a následná odstávka fluidního kotle na dobu, než teplota cirkulačního vodního systému klesne na povolené minimum. Fluidní kotelna s parními fluidními kotli musí být vybavena výměníkem tepla mezi parou a cirkulující vodou. Fluidní kotel není nutné po každé takové odstávce nákladně startovat zemním plynem nebo topným olejem, pokud teplota oxidační fluidní spalovací vrstvy křemičitého písku neklesne pod 400 °C. U fluidního kotle s oxidační fluidní spalovací vrstvou křemičitého pískuje možná jeho až ^hodinová odstávka. Prvým zásadním závěrem pro konstrukci průtočného parního fluidního kotle je zjištění, že tepelnou vestavbu oxidační fluidní spalovací vrstvy křemičitého písku je nutno instalovat ve výškovém rozmezí 600 až 1000 mm nad fluidním trubkovým propadovým roštem. Toto uspořádání využívá maximálně intenzívní přenos tepla do tepelné vestavby v homogenní části oxidační fluidní spalovací vrstvy křemičitého písku. Při odstávce musí být klidová výška oxidační fluidní spalovací vrstvy křemičitého písku nižší, než je spodní úroveň trubek tepelné vestavby tak, aby během odstávky nebyla tepelnou vestavbou zchlazována. S ohledem na intenzitu tepelného toku a vysoké hydrodynamické odpory je při takovémto řešení tepelné vestavby nutná nucená cirkulace parovodní směsi tepelnou vestavbou.Each CHP must supply heat to the heating network in proportion to its heat demand. The optimum system for the performance control of a fluidized bed boiler in the heating industry is the intensive heat production associated with the heating of the circulating water to the maximum and the subsequent shutdown of the fluidized bed boiler until the temperature of the circulating water system drops to the permitted minimum. The fluidized bed boiler room with steam fluidized bed boilers must be equipped with a heat exchanger between steam and circulating water. The fluidized bed boiler does not need to be costly to start with natural gas or fuel oil after each outage, unless the temperature of the oxidative fluidized bed of quartz sand falls below 400 ° C. In the case of a fluidized bed boiler with an oxidising fluidized bed of silica, it is possible to shut it down for up to an hour. The first essential conclusion for the design of a once-through steam fluidized bed boiler is the finding that the thermal installation of an oxidative fluidized bed of silica sand must be installed in a height range of 600 to 1000 mm above the fluidized bed sink. This arrangement utilizes the most intense heat transfer to the heat sink in a homogeneous portion of the oxidative fluidized bed of silica sand. During standstill, the resting height of the oxidising fluidized bed of quartz sand must be lower than the lower level of the heat pipe, so that it is not cooled by the heat pipe during the outage. Due to the heat flow intensity and high hydrodynamic resistances, a forced circulation of the steam-water mixture through the thermal installation is necessary in such a solution of the thermal installation.

Dalším požadavkem je, aby trubky tepelné vestavby neporušily horizontální a vertikální míchání oxidační fluidní spalovací vrstvy křemičitého písku, což by narušilo teplotní pole oxidační fluidní spalovací vrstvy a zásadně zhoršilo desulfataci spalin. Tento požadavek je splněn, když podstatnou část teplosměnné plochy tvoří vertikální trubky. Obsah popelovin a Ca aditiva obsažených ve spalinách průtočného parního fluidního kotle s oxidační fluidní spalovací vrstvou křemičitého písku podstatně převyšuje obsah těchto látek ve spalinách roštových kotlů. Tato skutečnost vede k větší abrazi trubek tepelného výměníku oproti jeho abrazi v kotli s roštovým topeništěm. Důsledkem tohoto poznání je požadavek na nejen optimální, ale i konstantní rychlost spalin při jejich průchodu tepelným výměníkem při poklesu teploty spalin ze zhruba 700 °C na zhruba 180 °C. Součinitel přestupu teplaje při příčném obtékání trubek o téměř 50 % vyšší než v případu podélného obtékání trubek. Tepelný výměník, instalovaný ve spalinovém kanálu průtočného parního fluidního kotle, je proto nutné realizovat s příčným obtékáním svazku vodorovných trubek spalinami, zmenšujícími se roztečemi těchto trubek po trase spalin a s nuceným přívodem parovodní směsi do tepelného výměníku, bez úseků s volnou cirkulací vody přes buben.A further requirement is that the heat sink tubes do not interfere with the horizontal and vertical mixing of the oxidizing fluidized bed combustion quartz sand, which would disrupt the temperature field of the oxidizing fluidized bed combustion and significantly impair the desulfation of the flue gas. This requirement is fulfilled when a substantial part of the heat transfer surface is formed by vertical pipes. The ash and Ca content of the additive contained in the flue gas of a once-through steam fluidized bed boiler with an oxidizing fluidized bed of silica sand substantially exceeds the content of these substances in the flue gas of a grate boiler. This leads to a greater abrasion of the heat exchanger tubes than to its abrasion in a grate fired boiler. The consequence of this knowledge is the requirement for not only optimum but also constant velocity of the flue gas as it passes through the heat exchanger as the flue gas temperature drops from about 700 ° C to about 180 ° C. The heat transfer coefficient is almost 50% higher in the lateral pipe flow than in the case of the longitudinal pipe flow. The heat exchanger installed in the flue gas channel of the once-through steam-fluidized bed boiler must therefore be realized with a lateral flow of the bundle of horizontal tubes through the flue gas, decreasing the spacing of these tubes along the flue gas route.

Tepelný výměník průtočného parního fluidního kotle plní jednak funkci ekonomizéru, tj. zařízení k ohřevu napájecí vody o teplotě obvykle 105 °C na teplotu bodu varu vody, která je pro 1,3 MPa 191 °C, jednak funkci vařáku průtočného parního fluidního kotle. Dlouhodobé zkušenosti z provozu fluidních parních kotlů dle patentu CZ 283 457 prokázaly, že optimální hmotová koncentrace páry ve vroucí parovodní směsi na výstupu z vařáku je zhruba 20 %. Při zhruba 35% odvodu tepla tepelnou vestavbou je tedy nutný aspoň dvojnásobný recykl cirkulační parovodní směsi. Podstatně větší recykl cirkulační parovodní směsi musí být realizován na tepelném výměníku, který za těchto podmínek produkuje parovodní směs se 65% hmotovou koncentrací páry v parovodní směsi na vstupu do bubnu. Pokud by nebyl realizován recykl vroucí vody do tepelnéhoThe heat exchanger of the once-through steam-fluidized bed boiler functions both as an economizer, ie a device for heating feed water at a temperature of usually 105 ° C to a boiling point of water at 1.3 MPa 191 ° C. Long-term experience from the operation of fluidized bed boilers according to CZ 283 457 has shown that the optimal mass concentration of steam in the boiling steam-water mixture at the outlet of the digester is about 20%. At least 35% of the heat dissipation through the thermal installation requires at least double recycling of the circulating steam-water mixture. Substantially greater recycle of the circulating steam-water mixture must be realized on a heat exchanger that produces a steam-water mixture with 65% by weight steam concentration in the steam-water mixture at the inlet to the drum under these conditions. Unless the recycle of boiling water into the thermal

-2CZ 17021 Ul výměníku, parovodní směs by neměla charakter vroucí vody, ale proudící mokré páry. Intenzita přenosu tepla přes povrch tepelného výměníku by podstatně poklesla. Proto je nutný minimální čtyřnásobný recykl vroucí vody do tepelného výměníku. Pokud bychom cirkulační čerpadlo napojili do sání čerpadla napájecí vody o teplotě zhruba 105 °C, došlo by k nárůstu teploty vody na vstupu do tepelného výměníku a ta by se zvýšila při tlaku 1,3 MPa na úroveň blízkou bodu varu vody 191 °C. Potom by ale teplota odcházejících spalin z tepelného výměníku nebyla v úrovni 180 °C, ale byla by vyšší než 250 °C. Komínová ztráta by byla neúnosná a tepelná účinnost kotlové jednotky by z 90 % klesla do úrovně 80 %. Proto je nutné tepelný výměník po výšce dělit do sekcí. První sekce musí mít charakter ekonomizéru s přívodem napájecí vody zhruba o teplotě ío 105 °C. Recykl vroucí vody musí být prováděn až do dalších vařákových sekcí tepelného výměníku.The heat exchanger would not have the character of boiling water, but flowing wet steam. The heat transfer rate across the surface of the heat exchanger would decrease substantially. Therefore, a minimum of four times the recycle of boiling water to the heat exchanger is required. If the circulation pump were connected to the intake of the feed water pump at a temperature of about 105 ° C, the water temperature at the inlet to the heat exchanger would increase and this would increase at a pressure close to the boiling point of 191 ° C at 1.3 MPa. Then, however, the temperature of the exhaust gas from the heat exchanger would not be above 180 ° C, but would be higher than 250 ° C. The chimney loss would be unbearable and the boiler efficiency would decrease from 90% to 80%. Therefore, it is necessary to divide the heat exchanger into sections in height. The first section must have the character of an economizer with a feed water supply of approximately 105 ° C. Recycling of boiling water must be carried out to the other reboiler sections of the heat exchanger.

Pro účely popisu řešení průtočného parního fluidního kotle je uvedeno vysvětlení základních technických pojmů spojených s technologií tohoto spalovacího systému:For the purpose of describing the solution of a once-through steam fluidized bed boiler, an explanation of the basic technical terms associated with the technology of this combustion system is given:

- Oxidační fluidní spalovací vrstva křemičitého pískuje spalovací systém, který zajišťuje spalo15 vání uhlí nebo uhlí a biomasy bez omezení a úpravy jejich granulometrie s tím, že veškeré popeloviny a částečně nasulfatované Ca odpady oddrcené na velikost úletové frakce odcházejí z fluidního topeniště se spalinami. Oddrcování popelovin z povrchu hořící uhelné částice a povrchových vrstev Ca aditiva je důsledkem hybnosti částic křemičitého písku.The oxidative fluidized bed of silica sands a combustion system that provides combustion of coal or coal and biomass without limiting and modifying their granulometry, with all ash and partially sulphated Ca wastes crushed to the size of the particulate fraction leaving the fluidized bed combustion chamber. Crushing of ash from the surface of the burning coal particle and the surface layers of the Ca additive is due to the momentum of the silica sand particles.

- Pod pojmem Ca aditivum se rozumí vápenec CaCO₃, který se přivádí s uhlím do fluidního to20 peniště a který je z hlediska dosažení intenzifikace desulfatace spalin doplněn směsí popelovin, síranu vápenatého CaSO₄ a hydroxidu vápenatého Ca(OH)₂ přiváděnou trasou sekundárního vzduchu do fluidního topeniště; Ca(OH)₂ vzniká hydrataci zkalcinovaného vápence na oxid vápenatý CaO po nástřiku vody do spalin za průtočným parním fluidním kotlem. CaO opouští fluidní topeniště nasulfatovaný na CaSO₄ zhruba do 30 %.- Ca additive means limestone CaCO ₃ , which is supplied with coal to the fluidized bed and is supplemented with a mixture of ash, calcium sulphate CaSO ₄ and calcium hydroxide Ca (OH) ₂ supplied by the secondary air route to achieve intensification of flue gas desulfation a fluidized bed furnace; Ca (OH) ₂ is formed by the hydration of calcined limestone to calcium oxide CaO after the injection of water into the flue gas downstream of the once-through steam fluidized bed boiler. CaO leaves the fluidized bed furnace sulphated on CaSO _{4 to} about 30%.

- Při přívodu pouze spalovacího vzduchu do trubkového propadového roštu fluidního topeniště tak, aby teplota oxidační fluidní spalovací vrstvy křemičitého písku byla 800 až 850 °C, obsah O₂ ve spalinách by byl zhruba 13,2 % a nebyly by splněny emisní limity čistoty spalin oxidu uhelnatého CO a oxidů dusíku NOx a komínová ztráta průtočného horkovodního fluidního kotle by byla neúnosná. Teplota oxidační fluidní spalovací vrstvy křemičitého pískuje určena podmínkou sulfatace CaO na CaSO₄. Problém obsahu O₂ ve spalinách je řešen recyklem spalin, doplňujícím přívod spalovacího vzduchu tak, aby při teplotě oxidační fluidní spalovací vrstvy 800 až 850 °C byl obsah kyslíku O₂ ve spalinách 7,5 až 8 %. Pokud bychom instalovali maximálně technologicky možnou vestavbu do fluidního topeniště, při teplotě 850 °C by teplosměnnou vestavbou bylo odvedeno 48 % celkově průtočným parním fluidním kotlem produkované35 ho tepla. Za těchto podmínek by byl obsah O₂ ve spalinách zhruba 5 % a recykl spalin by byl nulový.- If only combustion air is supplied to the fluidized bed furnace so that the temperature of the oxidation fluidized bed of quartz sand is 800 to 850 ° C, the O ₂ content in the flue gas would be about 13.2% and the emission purity emission limits of the oxide flue gas would not be met carbon monoxide CO and nitrogen oxides NOx and the chimney loss of a hot-water fluidized bed boiler would be unbearable. The temperature of the oxidative fluidized bed of silica sand is determined by the condition of sulphation of CaO to CaSO ₄ . The problem of O ₂ content in the flue gas is solved by the recycle of the flue gas, supplementing the combustion air supply so that the oxygen content of the O ₂ in the flue gas is 800 to 850 ° C at a temperature of 800 to 850 ° C. If we installed the most technologically possible installation in the fluidized bed, at a temperature of 850 ° C, 48% of the total through-flow steam fluidized bed boiler would dissipate the heat produced by heat exchange. Under these conditions, the O ₂ content of the flue gas would be about 5% and the flue gas recycle would be zero.

- Čím je větší tepelná vestavba oxidační fluidní spalovací vrstvy hrubozmného křemičitého písku, tím je menší recykl spalin přidávaný ke spalovacímu vzduchu, tím se zároveň zmenšuje průtok fluidačního média, průřez trubkového propadového roštu fluidního topeniště, velikost tepelného výměníku a velikost zařízení na čistění spalin ve spalinové trase.- The larger the thermal installation of the oxidative fluidized bed of coarse silica sand, the smaller the flue gas recycle is added to the combustion air, thereby reducing the fluid flow, the cross-section of the fluidized bed furnace, the heat exchanger size and the flue gas cleaning device. route.

Základní výhodou prezentovaného řešení průtočného parního fluidního kotle je minimalizace investičních nákladů. Snížení průtoku fluidačního média a následně průtoku spalin kotlovou jednotkou vede i k úspoře elektrického proudu elektrických motorů ventilátoru fluidačního média a kouřového ventilátoru, a tedy i k úspoře provozních nákladů fluidní kotelny. Zvyšuje se provozní spolehlivost tlakového celku průtočného parního kotle, protože svary trubek tepelného výměníku jsou vně tlakového tělesa.The basic advantage of the presented solution of the through-flow steam boiler is the minimization of investment costs. Reducing the flow of the fluidizing medium and consequently the flue gas flow through the boiler unit also leads to a reduction in the electric current of the electric motors of the fluidization fan and the smoke fan, and thus to the operating costs of the fluidized bed boiler room. The operational reliability of the through-flow steam boiler pressure unit increases because the welds of the heat exchanger tubes are outside the pressure body.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Technické řešení je podrobněji popsáno na obrázcích 1, 2, 3 a 4. Obrázek 1 je strojně-technologickým schématem parní fluidní kotlové jednotky s průtočným parním fluidním kotlem. ObrázkyThe technical solution is described in more detail in Figures 1, 2, 3 and 4. Figure 1 is a mechanical flow diagram of a steam fluidized bed boiler unit with a through-flow steam fluidized bed boiler. Pictures

-3CZ 17021 Ul-3EN 17021 Ul

2, 3 a 4 znázorňují průtočný parní fluidní kotel. Na obrázku 2 je podélný řez průtočným parním fluidním kotlem. Na obrázku 3 je příčný řez fluidním topeništěm tohoto kotle a na obrázku 4 je příčný řez tepelným výměníkem tohoto kotle.2, 3 and 4 show a through-flow steam fluidized bed boiler. Fig. 2 is a longitudinal section through a flow-through steam fluidized bed boiler. Figure 3 is a cross-sectional view of the fluidized bed furnace of the boiler, and Figure 4 is a cross-sectional view of the heat exchanger of the boiler.

Příklad provedení technického řešeníExample of technical solution

Průtočný parní fluidní kotel spalující uhlí s vápencem je tvořen fluidním topeništěm s oxidační fluidní spalovací vrstvou křemičitého písku a tepelným výměníkem 4. Fluidní topeniště je zespodu vymezeno trubkovým propadovým roštem I a uzavřeno dnem 2.4. Trubkový propadový rošt i tvoří dvě přívodní trubky 1.1, které jsou napojeny na centrální trubku 1.2 fluidačního média, ve které je v úseku mezi přívodními trubkami 1.1 instalována zde neznázoměná uzavírací klapka. io Na přívodní trubky 1.1 jsou napojeny rozvodné trubky 1.3 opatřené shora uzavřenými nátrubkyThe flow-through fluidized bed boiler burning coal with limestone consists of a fluidized bed furnace with an oxidative fluidized bed of silica sand and a heat exchanger 4. The fluidized bed furnace is defined by a tubular grate I from below and closed by 2.4. The tubular downflow grate comprises two inlet pipes 1.1 which are connected to a central fluidizing medium tube 1.2 in which a shut-off flap (not shown) is installed in the section between the inlet pipes 1.1. io The inlet pipes 1.1 are connected with the distribution pipes 1.3 with the above-mentioned closed sockets

1.4 s kruhovými otvory po stěnách nátrubků 1.4.1.4 with round holes on the walls of the nozzles 1.4.

Fluidní topeniště je z boků vymezeno membránovými stěnami 2 vyzděnými po celé ploše včetně stropu fluidního topeniště žárobetonem 23. Membránové stěny 2 jsou zespodu napojeny na podélné vodní trámce 2.2 a příčné vodní trámce 23. Podélné vodní trámce 2.2 jsou zavodňovacími trubkami 2.1 spojeny s bubnem 5. Shora jsou membránové stěny 2 tvořící boční stěny průtočného fluidního kotle napojeny na sběrné trubky 2.9, ústící do bubnu 5. Zadní membránová stěna 2 fluidního topeniště má svou sběrnou trubku 2.6 trubkami 2.7 napojenou na sběrnou trubku 2.8. Tato sběrná trubka 2.8 je spojena se sběrnými trubkami 2.9. Na sběrnou trubku 2,8 jsou dále napojeny membránové stěny 2 čel průtočného fluidního kotle. Fluidní topeniště je postaveno na stojinách 2,10.The fluidized bed is delimited from the sides by diaphragm walls 2 bricked over the entire surface including the ceiling of the fluidized bed with refractory concrete 23. The diaphragm walls 2 are connected from below to the longitudinal water beams 2.2 and the transverse water beams 23. The longitudinal water beams 2.2 are connected to the drum by irrigation pipes 2.1. From above, the diaphragm walls 2 forming the side walls of the once-through fluidized bed boiler are connected to the collecting pipes 2.9 leading to the drum 5. The rear diaphragm wall 2 of the fluidized bed furnace has its collecting pipe 2.6 with pipes 2.7 connected to the collecting pipe 2.8. This manifold 2.8 is connected to the manifold 2.9. The membrane walls 2 of the fronts of the once-through fluidized bed boiler are further connected to the collecting pipe 2.8. The fluid furnace is built on the uprights 2,10.

Tepelnou vestavbu 3 oxidační fluidní spalovací vrstvy křemičitého písku tvoří dvě paralelní řady trubkových mříží. Ty jsou spodními podélnými trubkami 3.4 a horními podélnými trubkami 33 napojeny na rozvodné trubky 3.1 a 3.2. Spodní podélné trubky 3.4 a horní podélné trubky 33 jsou propojeny svislými trubkami 3.3.The thermal installation 3 of the oxidative fluidized bed of silica sand consists of two parallel rows of tubular gratings. These are connected to the distribution pipes 3.1 and 3.2 by the lower longitudinal tubes 3.4 and the upper longitudinal tubes 33. The lower longitudinal tubes 3.4 and the upper longitudinal tubes 33 are connected by vertical tubes 3.3.

Spaliny z fluidního topeniště vstupují do tepelného výměníku 4. Spalinový kanál tepelného výměníku 4 tvoří dvě membránové stěny 2 a dvě trubkovnice 43. Trubkový svazek tepelného výměníku 4 je dělen na tři sekce s tím, že prvá sekce je dvojchodá. Voda je napájecím čerpadlem 7 přiváděna do vodorovné rozvodné trubky 4.2 tepelného výměníku 4. Na tuto trubku 4,2 navazují svislé rozvodné trubky 43. Svislé rozvodné trubky 43 z druhého chodu prvé sekce tepelného výměníku 4 jsou napojeny na vodorovnou rozvodnou trubku 4.4 druhé sekce tepelného výměníku 4. Svislé rozvodné trubky 43 třetí sekce tepelného výměníku 4 jsou napojeny na odvodní vodorovnou rozvodnou trubku 4.6 třetí sekce tepelného výměníku 4. Ta je spojena s bubnem 5. S bubnem 5 je rozvodnými trubkami 3.2 spojena i tepelná vestavba 3. Mezi rozvodnými trubkami 3,1 tepelné vestavby 3 a bubnem 5 je instalováno cirkulační čerpadlo 23 vroucí vody. Toto za35 vádí vroucí vodu i do vodorovné rozvodné trubky 4.4 druhé sekce tepelného výměníku 4. Pára odchází z bubnu 5 do výměníků pára/cirkulační voda vodního okruhu teplárenského systému.The flue gas from the fluidized bed furnace enters the heat exchanger 4. The flue gas duct of the heat exchanger 4 consists of two membrane walls 2 and two tube plates 43. The heat exchanger tube bundle is divided into three sections, the first section being double-walled. The water is fed by a feed pump 7 to a horizontal heat exchanger pipe 4.2. Vertical pipe 43 connects to this pipe 4.2. The vertical pipe 43 from the second run of the first heat exchanger section 4 is connected to the horizontal heat exchanger pipe 4.4 of the second heat exchanger section. 4. The vertical distribution pipes 43 of the third section of heat exchanger 4 are connected to the discharge horizontal distribution pipe 4.6 of the third section of heat exchanger 4. This is connected to the drum 5. The thermal installation 3 is also connected to the drum 5. 1, a boiling water circulation pump 23 is installed with a drum 5 and a drum 5. This feeds the boiling water into the horizontal distribution pipe 4.4 of the second section of the heat exchanger 4. The steam flows from the drum 5 to the steam / circulating water exchangers of the heating circuit water circuit.

Uhlí s vápencem je zde neznázoměnou trasou přívodu paliva přiváděno dvojicí šnekových dávkovačů 8 přes dva sesypy 6 paliva stíněnými klapkami 6.1 do fluidního topeniště. Neznázoměnou trasu paliva tvoří zásobník uhlí, redlerový podavač uhlí, šikmý dopravní šnek bez osového hřídele, zásobník vápence s turniketem, jehož výsyp je zaveden do šikmého dopravního šneku bez osového hřídele, provozní zásobník uhlí a násypky šnekových dávkovačů 8, do násypek je instalován přívod hasicí vody.Here, the coal with limestone is fed by a pair of screw metering units 8 through two fuel dumps 6 through shielded flaps 6.1 to a fluidized bed furnace. The fuel route is represented by a coal storage tank, a redler coal feeder, an inclined conveyor worm without an axle shaft, a limestone reservoir with a turnstile whose discharge is introduced into the inclined conveyor worm without an axle shaft, a working coal reservoir and hoppers of screw feeder 8. water.

Fluidační médium tvoří směs spalovacího vzduchu a recyklážních spalin, která je ventilátorem 9 dopravována do trubkového propadového roštu 1. Při startu ventilátor 9 přivádí spalovací starto45 vací vzduch do hořáku 11 na zemní plyn a spalovací komory 10, jejíž spaliny zajišťují start průtočného parního fluidního kotle, pokud teplota oxidační fluidní spalovací vrstvy křemičitého písku klesla pod 400 °C. Průtočný parní fluidní kotel je za těchto podmínek startován po sekcích fluidního topeniště, prvá sekce je startována při uzavřené uzavírací klapce v centrální trubce 1.2.The fluidizing medium consists of a mixture of combustion air and recycled flue gas, which is conveyed by the fan 9 to the tubular overflow grate 1. At start-up, the fan 9 supplies combustion start-up air 45 to the natural gas burner 11 and combustion chambers 10. when the temperature of the oxidizing fluidized bed of silica sand has dropped below 400 ° C. The flow-through steam fluidized bed boiler is started under the conditions of the fluidized bed furnace, the first section is started with closed shut-off flap in the central pipe 1.2.

-4CZ 17021 Ul-4GB 17021 Ul

Tato klapkaje při startu druhé sekce fluidního topeniště a při provozu průtočného parního fluidního kotle trvale zcela otevřena.This flap is permanently fully opened when the second fluidized bed section is started and the through-flow steam boiler is operating.

Spaliny z průtočného parního fluidního kotle odcházejí do cyklonového odlučovače 14. V této trase spalin je do spalin pneumatickými vodními tryskami 13 nastřikována voda. Odpady spalo5 vacího procesu tvořené popílkem a odpady desulfatace spalin jsou ze zásobníku 15 jednak odváděny šnekovým dopravníkem 19 do zásobníku 20, jednak jsou turniketem 16 zaváděny do trasy sekundárního vzduchu z ventilátoru 12. Do této trasy jsou turniketem 4,7 přiváděny odpady spalovacího procesu ze dna spalinového kanálu tepelného výměníku 4.The flue gas from the through-flow steam boiler goes to the cyclone separator 14. In this flue gas path, water is injected into the flue gas via the pneumatic water nozzles 13. The waste incineration process formed by the fly ash and the waste desulphation waste from the reservoir 15 are discharged via a screw conveyor 19 into the reservoir 20 and secondly through the turnstile 16 into the secondary air route from the fan 12. flue channel of heat exchanger 4.

Spaliny z cyklonového odlučovače Í4 procházejí tkaninovým filtrem 17 s tlakovým profukem plachetky a vstupují do kouřového ventilátoru 21_. Jedna část spalin odchází do komína, druhá část je recyklem spalin fluidního topeniště.The flue gases from the cyclone separator 14 pass through the fabric filter 17 with a pressure blow through the sheet and enter the smoke fan 21. One part of the flue gas goes to the chimney, the other part is the recycle of the flue gas of the fluidized bed.

Odpady spalovacího procesu zachycené tkaninovým filtrem 17 jsou turniketem 18 zaváděny do mezizásobníku 20. Z něj jsou šikmým šnekovým dopravníkem 22 bez osového hřídele zaváděny do provozního zásobníku kotlové jednotky. Jeho výpusť je opatřena pneumatickou hubicí, která umožňuje plnění cisteren. Ty odvážejí odpady spalovacího procesu. Po nástřiku vody tyto odpady spalovacího procesu tvoří na skládce stabilizát.The combustion process wastes captured by the fabric filter 17 are fed through the turnstile 18 into the intermediate storage tank 20. From there, the inclined worm conveyor 22 without an axial shaft is fed into the operation tank of the boiler unit. Its drain is equipped with a pneumatic nozzle which allows filling of tanks. They transport waste from the combustion process. After the water is sprayed, this waste of the combustion process forms a stabilizer in the landfill.

Je prezentováno technické řešení průtočného parního fluidního kotle s následujícími výkonovými, technologickými a rozměrovými parametry:The technical solution of the once-through steam fluidized bed boiler with the following output, technological and dimensional parameters is presented:

Produkce páry: Steam production: lOt/h 10t / h 20 20 May přenos tepla tepelnou vestavbou fluidního topeniště: heat transfer by thermal installation of fluidized bed combustion: 2,0 MW 2,0 MW vstupní teplota napájecí vody: supply water inlet temperature: 105 °C 105 ° C tlak vodní páry: water vapor pressure: 1,3 MPa 1.3 MPa teplota páry: steam temperature: 191 °C 191 ° C Palivo: Fuel: 25 25 uhlí granulometrie ořech o2 MUS a. s. coal granulometry walnut o2 MUS a. s. velikost částic uhlí: Coal particle size: 10 až 20 mm 10 to 20 mm výhřevnost: calorific value: 19,8 MJ/kg 19.8 MJ / kg celkový obsah síry: total sulfur content: 1,7% 1,7% obsah popela v sušině: ash content in dry matter: 10,5 % 10.5% 30 30 celkový obsah vody: total water content: 26,3 % 26.3% Vápenec: lom Čížkovice Limestone: Čížkovice quarry granulometrie: Granulometry: 0,5 až 1 mm 0.5 to 1 mm Průřez fluidního topeniště: Cross-section of fluidized bed furnace: 2,2 m x 3,2 m 2.2 m x 3.2 m průřez spalinového kanálu tepelného výměníku 4 vody: cross-section of flue gas duct of heat exchanger 4: 2,4 m χ 1,7 m 2.4 m χ 1.7 m 35 35 výška mezi trubkovým propadovým roštem I height between the grate a stropem fluidního topeniště: and the ceiling of the fluidized bed: 5 m 6 m průměr bubnu 5: Drum Diameter 5: 1000 mm 1000 mm Tepelná účinnost kotle: Boiler thermal efficiency: 90% 90% obsah kyslíku O₂ ve spalinách:O ₂ content in flue gas: 7,5 %. 7.5%.

Čistota spalin za referenčních podmínek 6 % O₂, suché spaliny, O °C, 102,32 kPa zajišťuje splnění emisních limitů čistoty spalin dle zákona o ovzduší č. 352/2002 Sb. pro nové fluidní kotle s tepelným výkonem 5 až 50 MW.Flue gas purity under the reference conditions of 6% O ₂ , dry flue gas, O ° C, 102.32 kPa ensures compliance with the emission limits of flue gas purity according to the Air Act No. 352/2002 Coll. for new fluidized bed boilers with a heat output of 5 to 50 MW.

-5CZ 17021 Ul-5GB 17021 Ul

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Průtočné parní fluidní kotle mohou jako palivo kromě uhlí využívat nejen směs uhlí a biomasy, ale i uhlí a granulovaných spalitelných odpadů, které nemají charakter nebezpečných látek pro životní prostředí. Při instalaci přehřívače páry lze na průtočném parním fluidním kotli produko5 vat i energetickou páru na souběžnou výrobu elektrické energie a tepla.Flow-through steam-fluidized bed boilers can use not only coal and biomass as fuel, but also coal and granular combustible waste, which are not hazardous to the environment. When installing a steam superheater, steam can also be used to produce steam for the simultaneous generation of electricity and heat.

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS

Claims (4)

1. Průtočný parní fluidní kotel na uhlí nebo uhlí a biomasu s oxidační fluidní spalovací vrstvou křemičitého písku o změní do 3 mm, vyznačující se tím, že fluidní topeniště s oxidační fluidní spalovací vrstvou křemičitého písku obsahuje minimálně 100 mm klidové syío pané výšky křemičitého písku o změní mezi 1 až1. A continuous fluidized bed coal or coal-fired biomass boiler with an oxidizing silica sand layer of up to 3 mm, characterized in that the fluidized-bed fired with an oxidizing silica sand layer contains at least 100 mm of resting silicon sand height o changes between 1 and 2 mm, fluidní topeniště je z boků a shora vymezeno membránovými stěnami (2) a zespodu trubkovým propadovým roštem (1), v oxidační fluidní spalovací vrstvě křemičitého písku je instalována tepelná vestavba (3) tvořená svislými trubkami (3.3) a podélnými trubkami (3.4) a (3.5), procházejícími membránovými stěnami (2) a propojenými s rozvodnými trubkami (3.1) a (3.2), horní rozvodná trubka či trubky (3.2) je pro15 pojena/jsou propojeny s bubnem (5), dolní rozvodná trubka či trubky (3.1) je propojena/jsou propojeny s cirkulačním čerpadlem (23) propojeným s bubnem (5), v kanálu spalin průtočného parního kotle je instalován tepelný výměník (4), který je na výstupu propojen s bubnem (5) a na vstupu s napájecím čerpadlem (7), dále je výměník (4) propojen s cirkulačním čerpadlem (23), a v membránové stěně (2) fluidního topeniště je instalován jeden či více sesypů (6) paliva.2 mm, the fluidized bed is delimited from the sides and from above by membrane walls (2) and underneath by a tubular grate (1), in the oxidative fluidized bed of silica sand there is a thermal installation (3) consisting of vertical pipes (3.3) and longitudinal pipes (3.4) and (3.5), passing through the diaphragm walls (2) and connected to the manifolds (3.1) and (3.2), the upper manifold (s) (3.2) is connected to / connected to the drum (5), the lower manifold (s) (3.1) is / are connected to a circulation pump (23) connected to the drum (5), a heat exchanger (4) is installed in the flue gas channel of the through-flow boiler, which is connected to the drum (5) and pump (7), the exchanger (4) is connected to the circulation pump (23), and one or more fuel jets (6) are installed in the diaphragm wall (2) of the fluidized bed furnace. 20 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že úsek kanálu spalin průtočného parního fluidního kotle s tepelným výměníkem (4) tvoří dvě membránové stěny (2) a dvě trubkovnice (4.5) tepelného výměníku (4).Device according to claim 1, characterized in that the flue gas duct section of the once-through steam fluidized bed boiler with heat exchanger (4) comprises two membrane walls (2) and two tube plates (4.5) of the heat exchanger (4). 3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že tepelný výměník (4) je po výšce rozdělen na sekce vodorovných trubek (4.1) oddělených vodorovnými rozvodnými trub25 kami (4.4), v každé sekci je jedna či více vodorovných trubek (4.1) napojena či napojeny na svislé rozvodné trubky (4.3), v prvé sekci jsou svislé rozvodné trubky (4.3) napojeny na přívodní vodorovnou rozvodnou trubku (4.2), a v poslední sekci jsou svislé rozvodné trubky (4.3) napojeny na odvodní vodorovnou rozvodnou trubku (4.6).Device according to claim 1, characterized in that the heat exchanger (4) is divided in height into sections of horizontal pipes (4.1) separated by horizontal distribution pipes (4.4), in each section one or more horizontal pipes (4.1) being connected or connected to the vertical distribution pipes (4.3), in the first section the vertical distribution pipes (4.3) are connected to the horizontal supply pipe (4.2), and in the last section the vertical distribution pipes (4.3) are connected to the horizontal outlet pipe (4.6) . 4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že rozteče vodorovných trubekDevice according to claim 1, characterized in that the horizontal pipe spacing 30 (4.1) jsou alespoň v jedné sekci vodorovných trubek (4.1) odlišné od rozteče vodorovných trubek (4.1) v dalších sekcích vodorovných trubek (4.1).30 (4.1) are different in at least one horizontal tube section (4.1) from the horizontal tube spacing (4.1) in other horizontal tube sections (4.1). 5. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že membránové stěny (2) fluidního topeniště jsou zčásti nebo zcela vyzděny.Device according to claim 1, characterized in that the diaphragm walls (2) of the fluidized bed furnace are partially or fully bricked. 6. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že trubkový propadový rošt (1)Device according to claim 1, characterized in that the tubular grate (1) 35 tvoří shora uzavřené nátrubky (1.4) s otvory v jejich boční stěně, a nátrubky (1.4) jsou instalovány na rozvodných trubkách (1.3).35 are formed from above closed sockets (1.4) with openings in their side wall, and the sockets (1.4) are mounted on the distribution pipes (1.3). 7. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že sesyp či sesypy (6) paliva jsou spojeny s jedním či více šnekovými dávkovači (8) paliva bez osového hřídele a s přívodem sekundárního vzduchu, sesyp či sesypy (6) paliva jsou opatřeny klapkou či klapkami (6.1).Device according to claim 1, characterized in that the fuel spill (6) is connected to one or more non-axle shaft fuel metering units (8) and is provided with a flap (6) to the secondary air supply, the fuel spill (6). flaps (6.1). 4 výkresy4 drawings