Leijupetipoltto: sovellukset, valintakriteerit ja käytännön ohjeet

Tehdas saa runsasrikkistä hiiltä yhden kuukauden, biomassaseosta seuraavana ja pesuerä hylätään sen jälkeen – ja sen on silti täytettävä höyryn kysyntä ja päästörajat päivittäin. Leijupetipoltto (FBC) on olemassa juuri tätä tilannetta varten. FBC-kattilassa kiinteän polttoaineen hiukkaset suspendoidaan kuumaan, kuplivaan hiekka-, tuhka- ja kalkkikiven petiin, jossa ne palavat noin 850 °C:ssa. Tämä yksi suunnitteluvaihtoehto tekee suurimman osan työstä: matala petin lämpötila estää lämpöä NOx:n muodostumista, ja petiin sekoitettu kalkkikivi vangitsee 90 prosenttia tai enemmän itse uunin sisällä olevasta polttoainerikkistä, ennen kuin se koskaan saavuttaa piipun. Tuloksena on kattila, joka muuttaa huonolaatuiset, vaikeasti palavat polttoaineet käyttökelpoiseksi höyryksi yli 90 prosentin palamishyötysuhteella. Mitä insinöörejä ei pidä unohtaa, on tarinan toinen puoli – polku, jonka kuuma, pölyinen savukaasu kulkee paluukanavan läpi, koska siellä ennustetut polttoainesäästöt joko toteutuvat tai vuotavat pois.

Kuinka leijukerrospoltto toimii

Periaate on helppo visualisoida. Ilma tulee uunin alla olevaan tuulilaatikkoon ja kulkee ylöspäin jakolevyn läpi muutaman sadan millimetrin syvyyteen inertin materiaalin - hiekkaan, tuhkan tai käytetyn kalkkikiven - kerrokseen. Kun ilmannopeus saavuttaa leijutuspisteen, noin 1-2 metriä sekunnissa kuplivassa kerroksessa ja 4-6 metriä sekunnissa kiertävässä pedissä, hiukkaset menettävät kosketuksen toisiinsa ja kerros käyttäytyy kuin kiehuva neste. Rehukokoon murskattua polttoainetta ruiskutetaan suoraan tähän massaan, ja raju sekoitus saattaa jokaisen hiukkasen kosketuksiin hapen ja kuumien kiintoaineiden kanssa. Koska pedissä on lämpövarasto moninkertaisesti polttoaineen sekunnissa vapauttamaan energiaan verrattuna, lämpötila pysyy lähes tasaisena 820-900 °C:ssa koko uunissa.

Mitä alhainen lämpötila tekee mahdolliseksi

Sängyn sisällä oleva kemia selittää, miksi FBC ansaitsee paikkansa. Polttoaineella syötetty kalkkikivi kalsinoituu ensin lämmössä vapauttaen CO2:ta ja jättäen reaktiivista kalkkia; että kalkki reagoi sitten hiilestä tulevan SO2:n kanssa muodostaen kiinteää CaSO4:a, joka poistuu tuhkan mukana. Rikin poisto tapahtuu siis uunin sisällä, ei erillisessä pesurissa. Sama matalan lämpötilan ympäristö tuottaa kolme muuta käytännön tulosta:

1. Polttoaineen joustavuus – hiiltä, biomassaa, lietettä, öljykoksia ja jätteistä johdettuja polttoaineita voidaan polttaa, usein sekoittaa tai vaihtaa minimaalisella vähennyksellä.
2. Huonojen polttoaineiden luotettava loppuunpalaminen – sänky toimii pysyvänä sytytyslähteenä, joten kosteat ja tuhkaa sisältävät polttoaineet palavat vakaasti.
3. Tehokas rikin talteenotto – kalsiumin ja rikin välinen moolisuhde noin 2,0-2,5 poistaa tyypillisesti 90 prosenttia tai enemmän polttoaineen rikistä.
4. Matala NOx – lämpöä NOx muodostuu tuskin 850°C:ssa, ja vaiheittaisen palamisilman hallitsemattomat päästöt ovat paljon alhaisemmat kuin korkean lämpötilan polton päästöt.

Kolme konfiguraatiota: BFB, CFB ja PFBC

Kupliva leijukansi (BFB)

BFB-kattilat toimivat nopeusalueen alapäässä, noin 1-3 m/s. Suurin osa kiinteistä aineista jää uuniin, kerroksen sisäpinnat tai seinäpinnat ottavat lämmön pois ja polttoainetta syötetään pedin pinnan yli. Tämä kokoonpano käsittelee hyvin märkää biomassaa, lietettä ja karkeita polttoaineita, minkä vuoksi se hallitsee näitä virtoja polttavia teollisia höyrylaitoksia.

Kiertävä leijusänky (CFB)

CFB-kattilat nostavat nopeuden 4-6 m/s niin, että suuria määriä kiintoainetta kulkeutuu ulos uunista, vangitaan sykloniin ja palautetaan silmukan läpi. Kiinteä hiukkanen voi kiertää kymmeniä kertoja ennen kuin se poistuu tuhkana, mikä pidentää viipymisaikaa ja nostaa palamistehokkuuden 97-99 prosenttiin. CFB on nykyään oletusarvo yleishyödyllisissä ja suurissa teollisuuslaitoksissa, jotka polttavat heikkolaatuista hiiltä, ​​koska siinä yhdistyvät korkein hyötysuhde laajimpaan polttoainetoleranssiin.

Paineistettu leijukerros (PFBC)

PFBC pyörittää koko järjestelmää 10-16 baarin paineella paineastiassa ja höyryn nostamisen lisäksi paisuttaa kuumaa, paineistettua savukaasua kaasuturbiinin läpi. Vaikka tehokkuuslogiikka on hyvä, esittelylaitoksia rakennettiin vain kourallinen, ja se on edelleen markkinarako. Useimmissa projekteissa käytännön päätös tehdään BFB:n ja CFB:n välillä.

Miksi kasvit valitsevat FBC:n

Liiketoiminta perustuu kolmeen pilariin: se polttaa polttoainetta, jota perinteiset kattilat eivät pysty, se täyttää päästörajat yksinkertaisemmalla kaasupolulla ja tekee sen tinkimättä järkevästä tehokkuudesta. Laitoilla, joilla on halpoja ongelmapolttoaineita, aritmetiikka on ratkaiseva – pesujätteet, öljykoksi tai jätepolttoaineet voivat maksaa murto-osan tavallisesta hiilestä, ja FBC-yksikkö muuntaa tämän alennuksen suoraan käyttösäästöiksi. Myös vaatimustenmukaisuus suosii tekniikkaa: rikki vangitaan kalkkikivellä pedissä, NOx-hallinta on pitkälti vapaata matalasta petinlämpötilasta, ja alla olevat luvut kuvastavat rutiininomaista suorituskykyä laboratoriolupausten sijaan.

Back-Pass: Missä FBC Economics voitetaan tai hävitään

Fluidisointi ratkaisee uunin; se ei tee mitään sille, mikä sen jättää. Kaasu poistuu CFB-syklonista 850–900 °C:ssa ja tulee takaisin kiertokulkuun kuljettaen raskaan kuorman hienojakoisia kiintoaineita. Petituhka on suurelta osin kovaa, kulmikasta mineraaliainetta, ja jopa syklonierotuksen jälkeen virta pysyy hankaavana ja likaantumisalttiina. Jokainen konvektiivinen pinta alavirran puolella - tulistimet, höyrystinpankit ja ekonomaiseri - on siksi suunniteltava eroosion ja tuhkan kerääntymisen sekä lämmönsiirron ympärille.

Kattilan savukaasuekonomisaattori syöttöveden lämmön talteenottoon Tämä ekonomaiseri istuu CFB-paluukanavan kylmässä päässä ja imee jäljellä olevan lämmön ennen ilmanlämmitintä ja -piippua, mikä vähentää poistokaasun lämpötilaa ja kattilan polttoaineen käyttöä jopa hankaavissa, tuhkapitoisissa savukaasuissa. Näytä tuote →

Economaiserilla on suuri osa tästä tehtävästä. Se istuu kaasupolun kylmässä päässä ja imee viimeisen käyttökelpoisen lämmön ennen ilmanlämmitintä ja pinoa. Toimintasääntönä on, että jokainen 15-20°C:n lasku poistokaasun lämpötilassa on noin 1 prosentin arvoinen kattilan hyötysuhteesta, joten kuilu sopivan ekonomaiserin ja alimittaisen välillä tulee pysyväksi viivaksi polttoainelaskussa. Korkeapölyisessä käytössä putket tarvitsevat myös suojauksen: kohtuulliset kaasunnopeudet, kulumissuojat eturiveissä ja ylimääräinen marginaali seinämän paksuudessa.

H-tyypin ripaputki pölykuormaisille savukaasuille Rinnakkaiset H-rivat muodostavat suoria kaasuväyliä, jotka vastustavat tuhkan kertymistä ja eroosiota samalla kun ne lisäävät suuren laajennetun pinnan, mikä tekee näistä putkista sopivan valinnan likaantumisalttiille konvektiivisille pinnoille CFB-syklonin jälkeen. Näytä tuote →

Evägeometrialla on yhtä paljon merkitystä. H-tyyppiset ripaputket on kehitetty juuri tätä ympäristöä varten: rinnakkaisiin riveihin hitsatut rivat jättävät suorat kaasukaistat putkien väliin, mikä vähentää turbulenssia evän juurella ja pyörrevyöhykkeillä, joihin tuhka laskeutuu, ja lisää kompakteissa moduuleissa suuren lämmönsiirtopinnan. Tämä laajennetun alueen, eroosionkestävyyden ja itsepuhdistuvan toiminnan yhdistelmä on tehnyt niistä standardin laajennetun pinnan CFB-takaisinkulkuissa. Ennen pintasuunnittelun kiinnittämistä kannattaa käydä läpi, miten H-tyypin ripaputket verrataan sileisiin putkiin korkeapölyisessä savukaasussa.

Lämmön talteenoton määrittäminen FBC-laitoksen ympärillä

Teollisuuden toimijalle FBC-kattila on harvoin itsenäinen hankinta; se ankkuroi lämmön talteenottoverkoston. Petosta tuleva höyry ohjaa prosesseja, ja monissa järjestelyissä erillinen hukkalämmön kattila, joka on asetettu kuumaksi poistovirtaukseksi – uunin poistokaasuksi, uunikaasuksi tai kiintoainejäähdyttimeksi – muuntaa ylimääräisen lämmön lisähöyryksi polttamatta kiloa polttoainetta. FBC-yksikön ja sen alavirran pintojen käsitteleminen yhtenä integroituna järjestelmänä muuttaa polttoainejoustavuuden takaisinmaksuksi.

Teollisuuden jätelämpökattila pakokaasuvirroille Kun FBC-kattila ankkuroi integroidun lämmön talteenottoverkoston, hukkalämpökattila muuntaa uunin poistokaasun tai uunin poistokaasun ylijäämälämmön lisähöyryksi kuluttamatta ylimääräistä polttoainetta. Näytä tuote →

Hankintoja tulee seuloa samoilla kolmella akselilla, joita teknologia vaatii. Ensinnäkin vaatimustenmukaisuus: paineosat, jotka on rakennettu ASME:n vaatimusten mukaisesti dokumentoidulla hitsauslaadulla, joita tukevat automatisoidut hitsauslinjat ja reaaliaikainen röntgentarkastus pelkän paperityön sijaan. Toiseksi suunnittelun sopivuus: toimittajan tulee työskennellä 3D-asetteluista, tarkistaa lämmönsyötöt ja muuntaa olemassa olevat piirustukset niin, että uudet pinnat putoavat nykyiselle kaasupolulle ilman uudelleensuunnittelua. Kolmanneksi kapasiteetti: EPC:n aikataulut rankaisevat toimittajia, jotka eivät pysty toimittamaan tonnimääriä, ja yli 20 000 tonnin vuosituotanto on reilu kynnys kysyä. Valmistajat, kuten Wuxi Jinker Power Equipment, toimittavat ekonomaisareita, ripaputkia ja hukkalämpökattiloita yhtenä tuoteperheenä – juuri näin FBC-backpass kannattaa ostaa. Ennen pintasuunnittelun lukitsemista kannattaa myös tarkastella uudelleen, miten kattilan ekonomaiserit leikkaavat polttoainekustannuksia ja hyödyntävät hukkalämpöä.

Leijupetipoltto säilyttää asemansa nykyaikaisessa voiman- ja höyryntuotannossa, koska se tekee sen, mitä korkean lämpötilan poltto ei voi: polttaa halpoja, hankalia polttoaineita nykyaikaisissa päästörajoissa. Pedin lämpötila ja kalkkikiven kemia asettavat nämä rajat; takaisinsyöttöpinnat asettavat talouden. Molempien määrittäminen yhtä tarkasti – vakaat sänkyolosuhteet toisella puolella, eroosiota kestävät lamellilämmityspinnat ja oikean kokoinen ekonomaiseri toisella – erottaa itsensä takaisin maksavan FBC-projektin hiljaa heikommin suoriutuvasta projektista.