PL183995B1 - Sposób otrzymywania energii z węgla brunatnego - Google Patents

Abstract

1. Sposób otrzymywania energii z wegla brunatnego, w którym wstepnie do uziarnienia co najwyzej 6 mm rozdrob- niony wegiel brunatny suszy sie w niskiej temperaturze w warstwie fluidalnej lub w suszarce bebnowej i ten wysuszony wegiel brunatny bez dalszego rozdrabniania, bezposrednio albo posrednio po miedzyoperacyjnym magazynowaniu wdmuchuje sie przez system spalajacy, taki jak palniki, do strefy spalania, takiej jak paleniskowa komora wytwornicy pary, znamienny tym, ze z podstechiometrycznie doprowadzonym powietrzem do spalania przy wspólczynniku nadmiaru powietrza n < 0,8 niemal bezemisyjnie ten wysuszony wegiel brunatny spala sie za pomoca odpowiedniego systemu spa- lajacego, takiego jak okragle palniki, otoczonego pierscieniowym kanalem powietrznym i w swej czesci od strony wej- scia wywolujacego wypieranie i zawirowanie przez dzialanie takiego elementu, jak wypieracz i zawirowywacz, a u swe- go ujscia powodujacego stabilizowanie przez dzialanie takiego elementu, jak stabilizujacy pierscien zaopatrzony w seg- menty skierowane ku wnetrzu, ze pozostale powietrze do spalania jako powietrze wypalajace wdmuchuje sie dyszowo do strefy spalania, takiej jak komora paleniskowa, i/lub do polaczonej z nia strefy promieniowania, takiej jak komora pro- mieniowania, ze nastawia sie kontrolowany zaplon o bezpiecznym wypalaniu przy wspólczynniku nadmiaru powietrza n<0,8 tak, zeby uniknac atmosfery uszkadzajacej sciany, ze system spalajacy, taki jak palniki, zasila sie symetrycznie w odniesieniu do przekroju poprzecznego strefy spalania, takiej jak komora paleniskowa, paliwem i powietrzem tak, zeby nastawil sie równomierny podzial temperatur w przekroju poprzecznym strefy spalania, takiej jak komora paleniskowa, i ze dla powietrza wypalajacego nastawia sie w strefie spalania, takiej jak komora paleniskowa, i/lub w strefie promienio- wania, takiej jak komora promieniowania, równomierny podzial temperatur wzdluz wysokosci za pomoca rozmieszcze- nia systemu spalajacego, takiego jak palniki, i/lub rozmieszczenia elementów wdmuchujacych, takich jak dysze. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania energii z węgla brunatnego, w którym wstępnie do uziarnienia co najwyżej 6 mm rozdrobniony węgiel brunatny suszy się w niskiej temperaturze w warstwie fluidalnej lub w suszarce bębnowej i ten wysuszony węgiel brunatny bez dalszego rozdrabniania, bezpośrednio albo pośrednio po międzyoperacyjnym magazynowaniu wdmuchuje się przez system spalający, taki jak palniki, do strefy spalania, takiej jak paleniskowa komora wytwornicy pary.

Taki sposób jest znany jako stopień wstępny zgazowywania wysuszonego węgla brunatnego w warstwie fluidalnej [BWK, 41(1989), strony 231-234]. Ponieważ do suszenia stosuje się ciepło o niskim poziomie temperatury, więc ten rodzaj suszenia jest korzystny z punktu widzenia wykorzystania energii. Aparatura do suszenia jest jednak kosztowna a węgiel brunatny ma stosunkowo duże ziarno o wielkości do 6 mm. Tak grube ziarno z trudem spala się całkowicie, przy czym dodatkowo grube ziarno sprzyja tworzeniu ΝΟχ.

183 995

Ponadto znane jest suszenie surowego węgla brunatnego, który w stanie surowym może zawierać do 65% wilgoci, podczas mielenia np. w młynie udarowym wirnikowym lub w młynie bijakowo-wentylatorowym o napływie osiowym. Przy tym młyn zasysa z połączonego z nim paleniska spaliny o temperaturze około 900°C. Ten sposób mielenia połączonego z suszeniem dostarcza materiał zmielony o korzystnej dla spalania małej wielkości ziarna a ponadto stoi do dyspozycji duża objętość recyrkulowanego gazu wystarczająca do przenoszenia ciepła w komorze paleniskowej i w komorze promieniowania. W tej metodzie stosowane jest jednak do suszenia ciepło o wysokim poziomie temperatury, co powoduje zmniejszenie współczynnika sprawności cieplnej urządzenia. Ponadto do komory paleniskowej znanej metody opalania jest przyporządkowanych kilka młynów, z których każdy zasila paliwem jedną grupę palników. Ponieważ ze względu na utrzymywanie rezerwy zawsze co najmniej jeden młyn jest wyłączony z ruchu, więc nie wszystkie palniki jednej płaszczyzny są zasilane paliwem. Każda płaszczyzna palnikowa jest więc zasilana nierównomiernie.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu otrzymywania energii z węgla brunatnego, w którym wykorzystałoby się korzystny współczynnik sprawności suszenia węgla brunatnego w niskiej temperaturze i w którym wysuszony węgiel brunatny spalałby się tak dalece, że zostałby zrównoważony podwyższony koszt aparaturowy suszenia węgla brunatnego a proces spalania przebiegałby całkowicie i z wytwarzaniem małej ilości NO_X.

Osiąga się ten cel za pomocą omówionego we wstępie sposobu, który według wynalazku polega na tym, z podstechiometrycznie doprowadzonym powietrzem do spalania przy współczynniku nadmiaru powietrza n < 0,8 niemal bezemisyjnie ten wysuszony węgiel brunatny spala się za pomocą odpowiedniego systemu spalającego, takiego jak okrągłe palniki, otoczonego pierścieniowym kanałem powietrznym i w swej części od strony wejścia wywołującego wypieranie i zawirowanie przez działanie takiego elementu, jak wypieracz i zawirowywacz, a u swego ujścia powodującego stabilizowanie przez działanie takiego elementu, jak stabilizujący pierścień zaopatrzony w segmenty skierowane ku wnętrzu, że pozostałe powietrze do spalania jako powietrze wypalające wdmuchuje się dyszowo do strefy spalania, takiej jak komora paleniskowa, i/lub do połączonej z nią strefy promieniowania, takiej jak komora promieniowania, że nastawia się kontrolowany zapłon o bezpiecznym wypalaniu przy współczynniku nadmiaru powietrza n<0,8 tak, żeby uniknąć atmosfery uszkadzającej ściany, że system spalający, taki jak palniki, zasila się symetrycznie w odniesieniu do przekroju poprzecznego strefy spalania; takiej jak komora paleniskowa, paliwem i powietrzem tak, żeby nastawił się równomierny podział temperatur w przekroju poprzecznym strefy spalania, takiej jak komora paleniskowa, i że dla powietrza wypalającego nastawia się w strefie spalania, takiej jak komora paleniskowa, i/lub w strefie promieniowania, takiej jak komora promieniowania, równomierny podział temperatur wzdłuż wysokości za pomocą rozmieszczenia systemu spalającego, takiego jak palniki, i/lub rozmieszczenia elementów wdmuchujących, takich jak dysze.

W sposobie według wynalazku strugi paliwa korzystnie skierowuje się prostopadle do ściany komory spalania w kierunku wnętrza komory paleniskowej.

Korzystnie w sposobie według wynalazku postępuje się tak, że temperatury nastawia się wyraźnie powyżej temperatury płynięcia popiołu, żeby w dużych ilościach odciągać popiół w postaci ciekłej i żeby w następstwie tego dużego odciągnięcia ciekłego popiołu wywierać na gazy spalinowe działanie zmniejszające ich właściwości ścierne.

Sposób według wynalazku oraz jego zalety objaśniono niżej.

Surowy węgiel brunatny o zawartości wody 45-65% rozdrabnia się umiarkowanie, np. do maksymalnej wielkości ziarna 6 mm. Następnie rozdrobniony surowy węgiel brunatny wprowadza się w celu wysuszenia w niskiej temperaturze w zakresie 50-150°C do suszarki fluidyzacyjnej, do której jako czynnik suszący i fluidyzujący do prowadza się parę wodną. W suszarce fluidyzacyjnej ogrzewa się surowy węgiel brunatny do temperatury około 110°C, w wyniku czego zawartość wody w węglu obniża się do około 12%. Zamiast suszarki fluidyzacyjnej można także użyć suszarkę bębnową, w której jako czynnik grzejny stosuje się np. parę niskociśnieniową z turbiny parowej elektrowni.

183 995

Wysuszony, stosunkowo gruboziarnisty węgiel brunatny spala się bez stosowania dodatkowej obróbki w przestrzeni spalania wytwornicy pary, rezygnując z kosztownego mielenia go. Przestrzeń spalania obejmuje komorę paleniskową, która przechodzi w komorę promieniowania. Z komorą promieniowania łączy się kanał spalinowy, w którym są umieszczone powierzchnie grzejne. W ścianach komory paleniskowej są zainstalowane palniki.

Wysuszony węgiel brunatny dostarcza się bezpośrednio do palników za pomocą gazu nośnego. Można go także najpierw magazynować w zbiorniku pośrednim i ze zbiornika zasilać palniki paliwem.

Palniki są tak wykonane, że w wylocie palnika węgiel brunatny w mieszance węgla z gazem nośnym jest rozmieszczony równomiernie i bez rozwarstwienia. Palniki, które spełniają to zadanie, są opisane w niemieckim zgłoszeniu patentowym 44 07 198.1, dokonanym przez Zgłaszającego. Te palniki są wykonane jako palniki okrągłe, które są otoczone przez pierścieniowy kanał powietrzny. Palniki posiadają w części wlotowej korpus wyporowy i zawirowywacz przepływu a w wylocie pierścień stabilizujący, który jest zaopatrzony w skierowane do wnętrza segmenty. Te segmenty hamują krótko cząstki węgla brunatnego, tak że prędkość cofania się płomienia wypływających z gazem składników węgla brunatnego częściowo staje się większa od prędkości ich przepływu. Węgiel brunatny zapala się więc w sposób kontrolowany na wylocie z palnika także przy małym dopływie tlenu, tak że palniki te mogą być eksploatowane z niedostatkiem tlenu.

Powietrze do spalania doprowadza się do palników w ilości mniejszej od ilości stechiometrycznej. Ze względu na specjalne udoskonalenie palników współczynnik nadmiaru powietrza może być obniżony do n < 0,8 bez obawy powstania problemów z CO. Przy tak niskim współczynniku nadmiaru powietrza obniża się maksymalna temperatura spalania i tworzy się mało ΝΟχ. Pozostałe powietrze potrzebne do spalania wdmuchuje się przez dysze do komory paleniskowej jako powietrze wypalające.

Ponieważ wysuszony węgiel brunatny doprowadza się do palników bez dodatkowego rozdrabniania, więc rozmieszczenie palników w ścianach komory paleniskowej jest wolne od przymusów przestrzennych i może być swobodnie ustalone. Palniki są rozmieszczone symetrycznie w płaszczyźnie przekroju poprzecznego i tak wykonane, że strugi paliwa wypływają z palników prostopadle do ściany komory paleniskowej w kierunku do wnętrza przestrzeni spalania. Dzięki temu niespalone gazy (CO) tak jak i kleiste lub ciekłe składniki popiołu, które powstają podczas spalania, w dużym stopniu są trzymane z dala od ściany komory paleniskowej. Mimo stosunków ilościowych na wylotach z palników niższych od stechiometrycznych unika się uszkodzeń ścian przez korozję.

Palniki mogą być także wykonane tak, że wypływające z nich strugi paliwa tworzą wirujący płomień, przy czym kleiste lub ciekłe składniki popiołu docierają do ścian komory. Powstaje komora paleniskowa z odprowadzaniem popiołu w stanie ciekłym, w której panuje temperatura wyższa od temperatury płynięcia popiołu z węgla brunatnego. Odprowadza się możliwie najwięcej popiołu w postaci ciekłej, dzięki czemu spaliny zawierają mniej cząstek popiołu, który może wywierać działanie ścierające na powierzchnie grzejne wytwornicy pary.

Palniki rozmieszczone w poziomej płaszczyźnie zasila się symetrycznie paliwem. Dzięki temu osiąga się równomierny rozkład temperatur w przekroju poprzecznym komory paleniskowej. W kierunku pionowym palniki i dysze do doprowadzania powietrza wypalającego są rozmieszczone tak, aby zagwarantować pewne wypalanie węgla brunatnego. Ponadto należy unikać temperatur szczytowych, tak aby w komorze paleniskowej i w sąsiadującej z nią komorze promieniowania osiągnąć także w pionowym kierunku równomierny rozkład temperatur. Osiągnięcie takiego rozkładu temperatur jest możliwe dzięki temu, że nie musi być brana pod uwagę praca młynów ani zapotrzebowanie miejsca dla rurociągów prowadzących od i do młynów.

Porównując ze znanym suszeniem miału węgla brunatnego, w omówionym sposobie suszenia z następnym wprowadzaniem wysuszonego węgla brunatnego do paleniska brakuje udziału oparów zawierających parę wodną, które wraz z węglem brunatnym wprowadzało się do paleniska. Powierzchnie grzejne wytwornicy pary mają do dyspozycji mniejsze ilości czynnika przenoszenia ciepła. Dzięki temu objętość komory paleniskowej a tym samym także całej wytwornicy pary może być zmniejszona.

183 995

W komorze promieniowania mogą być umieszczone ściany przegrodowe, dzięki czemu można zwiększyć się wielkość powierzchni grzejnych i jeszcze tym bardziej zmniejszyć objętość konstrukcyjną całej wytwornicy pary.

Dalsza istotna zaleta sposobu według wynalazku polega też na tym, że w palenisku węgla brunatnego spala się z nieoczekiwanie niską emisją zgrubnie połamany węgiel brunatny, tj. węgiel brunatny o uziarnieniu co najwyżej 6 mm, i to bez dalszej obróbki następczej, tzn. bez dalszego rozdrabniania za pomocą dawniej potrzebnego młyna. Ponadto, jak wiadomo, paleniska z odprowadzaniem żużla w stanie ciekłym nie są odpowiednie do niemal bezemisyjnego spalania, a jednak sposób według wynalazku temu zaprzecza, łamiąc doktrynę panującą w tej dziedzinie i dowodząc nieoczywistości tego rozwiązania.

183 995

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób otrzymywania energii z węgla brunatnego, w którym wstępnie do uziarnienia co najwyżej 6 mm rozdrobniony węgiel brunatny suszy się w niskiej temperaturze w warstwie fluidalnej lub w suszarce bębnowej i ten wysuszony węgiel brunatny bez dalszego rozdrabniania, bezpośrednio albo pośrednio po międzyoperacyjnym magazynowaniu wdmuchuje się przez system spalający, taki jak palniki, do strefy spalania, takiej jak paleniskowa komora wytwornicy pary, znamienny tym, że z podstechiometrycznie doprowadzonym powietrzem do spalania przy współczynniku nadmiaru powietrza n<0,8 niemal bezemisyjnie ten wysuszony węgiel brunatny spala się za pomocą odpowiedniego systemu spalającego, takiego jak okrągłe palniki, otoczonego pierścieniowym kanałem powietrznym i w swej części od strony wejścia wywołującego wypieranie i zawirowanie przez działanie takiego elementu, jak wypieracz i zawirowywacz, a u swego ujścia powodującego stabilizowanie przez działanie takiego elementu, jak stabilizujący pierścień zaopatrzony w segmenty skierowane ku wnętrzu, że pozostałe powietrze do spalania jako powietrze wypalające wdmuchuje się dyszowo do strefy spalania, takiej jak komora paleniskowa, i/lub do połączonej z nią strefy promieniowania, takiej jak komora promieniowania, że nastawia się kontrolowany zapłon o bezpiecznym wypalaniu przy współczynniku nadmiaru powietrza n<0,8 tak, żeby uniknąć atmosfery uszkadzającej ściany, że system spalający, taki jak palniki, zasila się symetrycznie w odniesieniu do przekroju poprzecznego strefy spalania, takiej jak komora paleniskowa, paliwem i powietrzem tak, żeby nastawił się równomierny podział temperatur w przekroju poprzecznym strefy spalania, takiej jak komora paleniskowa, i że dla powietrza wypalającego nastawia się w strefie spalania, takiej jak komora paleniskowa, i/lub w strefie promieniowania, takiej jak komora promieniowania, równomierny podział temperatur wzdłuż wysokości za pomocą rozmieszczenia systemu spalającego, takiego jak palniki, i/lub rozmieszczenia elementów wdmuchujących, takich jak dysze.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strugi paliwa skierowuje się prostopadle do ściany komory spalania w kierunku wnętrza komory paleniskowej.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperatury nastawia się wyraźnie powyżej temperatury płynięcia popiołu, żeby w dużych ilościach odciągać popiół w postaci ciekłej i żeby w następstwie tego dużego odciągnięcia ciekłego popiołu wywierać na gazy spalinowe działanie zmniejszające ich właściwości ścierne.