احتراق بستر سیال: کاربردها، معیارهای انتخاب و راهنمایی عملی

یک کارخانه یک ماه زغال سنگ با سولفور بالا دریافت می کند، بعد از آن یک ترکیب زیست توده، و بعد از آن دسته ای از ماشین لباسشویی رد می شود - و همچنان باید هر روز تقاضای بخار و محدودیت های انتشار را برآورده کند. احتراق بستر سیال (FBC) دقیقاً برای این وضعیت وجود دارد. در یک دیگ بخار FBC، ذرات سوخت جامد در بستر داغ و حباب‌دار از شن، خاکستر و سنگ آهک معلق می‌شوند، جایی که در حدود 850 درجه سانتی‌گراد می‌سوزند. این یک انتخاب طراحی بیشتر کار را انجام می دهد: دمای پایین بستر تشکیل NOx حرارتی را سرکوب می کند و سنگ آهک مخلوط شده در بستر 90 درصد یا بیشتر از گوگرد سوخت را در داخل خود کوره جذب می کند، قبل از اینکه به پشته برسد. نتیجه دیگ بخاری است که سوخت های کم عیار و سخت سوز را با راندمان احتراق بالای 90 درصد به بخار قابل استفاده تبدیل می کند. چیزی که مهندسان نباید از آن غافل شوند نیمه دیگر داستان است - مسیری که گاز دودکش داغ و غبارآلود از طریق گذرگاه پشتی طی می کند، زیرا آنجاست که صرفه جویی در سوخت پیش بینی شده یا تحقق می یابد یا نشت می کند.

احتراق بستر سیال چگونه کار می کند

اصل به راحتی قابل تجسم است. هوا وارد یک جعبه باد در زیر کوره می شود و از طریق یک صفحه توزیع کننده به سمت بالا به لایه ای از مواد بی اثر - ماسه، خاکستر یا سنگ آهک مصرف شده - به عمق چند صد میلی متر عبور می کند. هنگامی که سرعت هوا به نقطه سیال شدن می رسد، تقریباً 1 تا 2 متر در ثانیه در یک بستر حباب دار و 4 تا 6 متر در ثانیه در یک بستر در حال گردش، ذرات تماس خود را با یکدیگر از دست می دهند و بستر مانند یک مایع در حال جوش رفتار می کند. سوخت خرد شده به اندازه خوراک مستقیماً به این توده تزریق می شود و اختلاط شدید هر ذره را با اکسیژن و جامدات داغ تماس می دهد. از آنجایی که بستر دارای یک موجودی حرارتی چند برابر انرژی آزاد شده در هر ثانیه توسط سوخت است، دما در کل کوره در 820 تا 900 درجه سانتیگراد تقریباً یکنواخت می ماند.

آنچه که دمای پایین ممکن است

شیمی داخل تخت توضیح می دهد که چرا FBC جایگاه خود را به دست آورده است. سنگ آهک تغذیه شده با سوخت ابتدا در گرما کلسین می کند، CO2 آزاد می کند و آهک واکنشی باقی می گذارد. سپس آهک با SO2 از زغال سنگ واکنش داده و CaSO4 جامد تشکیل می دهد که با خاکستر خارج می شود. بنابراین حذف گوگرد در داخل کوره اتفاق می افتد، نه در یک اسکرابر جداگانه. همین محیط با دمای پایین سه نتیجه عملی دیگر ایجاد می کند:

1. انعطاف پذیری سوخت - زغال سنگ، زیست توده، لجن، کک نفتی، و سوخت های حاصل از ضایعات را می توان با کمترین میزان کاهش مصرف سوخت، اغلب مخلوط یا تغییر داد.
2. فرسودگی قابل اعتماد سوخت های ضعیف - بستر به عنوان یک منبع احتراق دائمی عمل می کند، بنابراین سوخت های با رطوبت بالا و خاکستر بالا به طور پایدار می سوزند.
3. جذب موثر گوگرد - نسبت مولی کلسیم به گوگرد در حدود 2.0 تا 2.5 معمولاً 90 درصد یا بیشتر از گوگرد سوخت را حذف می کند.
4. NOx کم - NOx حرارتی به سختی در دمای 850 درجه سانتیگراد تشکیل می شود و هوای احتراق مرحله ای انتشارات کنترل نشده ای را بسیار کمتر از آتش سوزی در دمای بالا نگه می دارد.

سه پیکربندی: BFB، CFB، و PFBC

تخت سیال حباب دار (BFB)

بویلرهای BFB در انتهای پایین محدوده سرعت، حدود 1 تا 3 متر بر ثانیه کار می کنند. بیشتر مواد جامد در کوره می مانند، سطوح داخل بستر یا دیوار گرما را استخراج می کنند و سوخت روی سطح بستر تغذیه می شود. این پیکربندی، زیست توده مرطوب، لجن، و سوخت‌های درشت را به خوبی مدیریت می‌کند، به همین دلیل است که بر کارخانه‌های بخار صنعتی که آن جریان‌ها را شلیک می‌کنند، تسلط دارد.

بستر سیال در گردش (CFB)

دیگ های CFB سرعت را به 4 تا 6 متر بر ثانیه افزایش می دهند به طوری که مقادیر زیادی از مواد جامد از کوره خارج می شوند، در یک سیکلون گرفته می شوند و از طریق یک حلقه مهر و موم باز می گردند. یک ذره جامد ممکن است ده ها بار قبل از خروج به صورت خاکستر در گردش باشد و زمان ماندگاری را افزایش دهد و راندمان احتراق را به 97 تا 99 درصد برساند. CFB پیش‌فرض امروزی برای کارخانه‌های صنعتی بزرگ که زغال‌سنگ با عیار پایین کار می‌کنند، پیش‌فرض است، زیرا بالاترین راندمان را با بیشترین تحمل سوخت ترکیب می‌کند.

بستر سیال تحت فشار (PFBC)

PFBC کل سیستم را با فشار 10 تا 16 بار در داخل یک مخزن تحت فشار اجرا می کند و گاز دودکش داغ و تحت فشار را علاوه بر بالا بردن بخار از طریق توربین گاز منبسط می کند. اگرچه منطق کارآیی صحیح است، اما تنها تعداد معدودی از کارخانه‌های نمایشی ساخته شده‌اند، و این یک جایگاه باقی مانده است. برای اکثر پروژه ها، تصمیم عملی بین BFB و CFB است.

چرا گیاهان FBC را انتخاب می کنند

مورد تجاری بر سه ستون استوار است: سوختی را می سوزاند که دیگ های معمولی نمی توانند، محدودیت های انتشار را با یک مسیر گاز ساده تر برآورده می کند، و این کار را بدون از بین بردن راندمان معنی دار انجام می دهد. برای نیروگاه‌هایی که به سوخت‌های مشکل‌دار ارزان دسترسی دارند، محاسبات تعیین‌کننده است - رد شست‌وشو، کک نفتی یا سوخت‌های ضایعاتی می‌تواند کسری از زغال‌سنگ استاندارد هزینه داشته باشد، و یک واحد FBC این تخفیف را مستقیماً به پس‌انداز عملیاتی تبدیل می‌کند. انطباق همچنین به نفع فناوری است: گوگرد با سنگ آهک در بستر جذب می شود، کنترل NOx تا حد زیادی از دمای پایین بستر آزاد می شود، و اعداد زیر عملکرد معمول را به جای وعده های آزمایشگاهی منعکس می کنند.

The Back-Pass: جایی که اقتصاد FBC برنده یا گم می شود

سیال شدن کوره را حل می کند. برای چیزی که ترکش می کند هیچ کاری نمی کند. گاز در دمای 850 تا 900 درجه سانتیگراد از یک سیکلون CFB خارج می شود و با حمل بار سنگینی از مواد جامد ریز وارد گذرگاه می شود. خاکستر بستر تا حد زیادی ماده معدنی سخت و زاویه‌دار است و حتی پس از جداسازی سیکلون، جریان ساینده و مستعد رسوب باقی می‌ماند. بنابراین، هر سطح همرفتی پایین دست - سوپرهیترها، بانک های تبخیرکننده و اکونومایزر - باید به همان اندازه که در اطراف انتقال حرارت باشد، حول فرسایش و تجمع خاکستر طراحی شوند.

اکونومایزر گاز دودکش دم دیگ برای بازیابی حرارت آب تغذیه این اکونومایزر که در انتهای سرد گذرگاه CFB قرار دارد، گرمای باقیمانده را قبل از بخاری و پشته هوا جذب می‌کند، دمای گاز خروجی و مصرف سوخت دیگ بخار را حتی در گازهای دودکش ساینده و خاکستری کاهش می‌دهد. مشاهده محصول →

اکونومایزر بیشتر این وظیفه را بر عهده دارد. نشستن در انتهای سرد مسیر گاز، آخرین گرمای قابل استفاده را قبل از بخاری هوا و پشته جذب می کند. به عنوان یک قانون کار، هر 15 تا 20 درجه سانتیگراد کاهش دمای گاز خروجی حدود 1 درصد راندمان دیگ بخار است، بنابراین شکاف بین یک اکونومایزر با اندازه مناسب و یک اکونومایزر کم اندازه به یک خط دائمی در صورتحساب سوخت تبدیل می شود. در سرویس‌های پر گرد و غبار، لوله‌ها همچنین به محافظت نیاز دارند: سرعت گاز متوسط، سپرهای سایش در ردیف‌های پیشرو، و حاشیه اضافی در ضخامت دیواره.

لوله پره دار نوع H برای گاز دودکش با گرد و غبار پره های H موازی خطوط مستقیم گازی را تشکیل می دهند که در مقابل تجمع خاکستر و فرسایش مقاومت می کنند و در عین حال سطح گسترده ای را اضافه می کنند و این لوله ها را به انتخاب مناسبی برای سطوح همرفتی مستعد رسوب در پایین دست یک سیکلون CFB تبدیل می کند. مشاهده محصول →

هندسه باله نیز به همان اندازه اهمیت دارد. لوله‌های پره‌دار نوع H دقیقاً برای این محیط ساخته شده‌اند: باله‌هایی که در ردیف‌های موازی جوش داده شده‌اند، خطوط مستقیم گاز را بین لوله‌ها ایجاد می‌کنند، تلاطم را در ریشه باله‌ها و مناطق گردابی که در آن خاکستر می‌نشیند کاهش می‌دهند، در حالی که سطح انتقال حرارت بزرگ را در ماژول‌های فشرده اضافه می‌کنند. این ترکیبی از منطقه گسترده، مقاومت در برابر فرسایش و رفتار خود تمیز شوندگی آنها را به سطح استاندارد در گذرهای عقب CFB تبدیل کرده است. قبل از تثبیت طراحی سطح، ارزش بررسی نحوه مقایسه لوله های پره دار نوع H با لوله های صاف در گازهای دودکش با غبار بالا را دارد.

تعیین بازیابی گرما در اطراف یک کارخانه FBC

برای یک اپراتور صنعتی، دیگ FBC به ندرت یک خرید مستقل است. یک شبکه بازیابی گرما را لنگر می اندازد. بخار از بستر فرآیندها را هدایت می‌کند و در بسیاری از طرح‌بندی‌ها، یک دیگ بخار گرمای هدر رفته جداگانه در جریان خروجی داغ - گاز کوره، گاز کوره، یا خنک‌کننده‌های جامد - قرار می‌گیرد بدون اینکه کیلوگرم سوخت دیگری بسوزاند، گرمای اضافی را به بخار اضافی تبدیل می‌کند. برخورد با واحد FBC و سطوح پایین دست آن به عنوان یک سیستم یکپارچه چیزی است که انعطاف پذیری سوخت را به بازپرداخت تبدیل می کند.

دیگ بخار حرارتی زباله صنعتی برای جریان اگزوز همانطور که یک دیگ بخار FBC یک شبکه یکپارچه بازیابی گرما را لنگر می‌اندازد، یک دیگ گرمای اتلاف گرمای اضافی حاصل از گاز کوره یا اگزوز کوره را بدون مصرف سوخت اضافی به بخار اضافی تبدیل می‌کند. مشاهده محصول →

تدارکات باید بر روی همان سه محور مورد نیاز فناوری بررسی شود. اول، انطباق: قطعات تحت فشار ساخته شده بر اساس الزامات ASME با کیفیت جوش مستند، با پشتوانه خطوط جوش خودکار و بازرسی آنی اشعه ایکس به جای کارهای کاغذی به تنهایی. دوم، تناسب مهندسی: تأمین‌کننده باید از طرح‌بندی‌های سه‌بعدی کار کند، ورودی‌های گرما را تأیید کند و نقشه‌های موجود را تبدیل کند تا سطوح جدید بدون طراحی مجدد در مسیر فعلی گاز قرار گیرند. سوم، ظرفیت: برنامه‌های EPC تامین‌کنندگانی را که نمی‌توانند تناژ تحویل دهند، تنبیه می‌کنند و تولید سالانه بالای 20000 تن آستانه مناسبی برای پرسش است. تولیدکنندگانی مانند Wuxi Jinker Power Equipment، اکونومایزرها، لوله‌های پره‌دار، و دیگ‌های حرارتی هدر رفته را به عنوان یک خانواده محصول عرضه می‌کنند – که دقیقاً چگونه یک پس‌گذر FBC باید خریداری شود. قبل از قفل کردن طراحی سطح، بازبینی چگونگی کاهش هزینه های سوخت و بازیابی گرمای اتلاف توسط اکونومایزرهای دیگ بخار نیز مفید است.

احتراق بستر سیال جایگاه خود را در تولید برق و بخار مدرن حفظ می‌کند، زیرا کاری را انجام می‌دهد که با حرارت بالا نمی‌توان سوخت: سوخت‌های ارزان قیمت و نامناسب را در محدوده‌های انتشار مدرن سوزاند. دمای بستر و ترکیب شیمیایی سنگ آهک این محدودیت ها را تعیین می کند. سطوح پشت گذر اقتصاد را تنظیم می کند. مشخص کردن هر دو با دقت یکسان - شرایط بستر پایدار در یک طرف، سطوح گرمایش پره‌دار مقاوم در برابر فرسایش و یک اکونومایزر با اندازه مناسب از طرف دیگر - چیزی است که یک پروژه FBC را که هزینه‌اش را پرداخت می‌کند از پروژه‌ای که بی‌سر و صدا کم کار می‌کند جدا می‌کند.