Instal 12_07.pdf

(278)

2007

czasopismo recenzowane

www.informacjainstal.com.pl

ŹRÓDŁA CIEPŁA

Henryk Karcz, Michał Krysztof, Krzysztof Folga,

Tomasz Butmankiewicz, Jacek Kubiak

Przyczyny obniżenia sprawności kotłów rusztowych

przy współspalaniu biomasy

Reasons for lowering efficiency of stoker boilers during

co-combustion of biomass

WODOCIĄGI I KANALIZACJA

Barbara Tchórzewska-Cieślak, Janusz R. Rak

Bezpieczeństwo informatyczne firmy wodociągowej

Information safety of waterworks

Dorota Święcicka, Małgorzata Nowacka,

Sławomir Garboś, Elżbieta Kaniowska-Klarzyńska

Badanie stopnia redukcji zawartości trihalometanów w wodzie

doczyszczanej za pomocą filtrów z wkładami zawierającymi

węgiel aktywny techniką chromatografii gazowej z detekcją

ECD

The investigation of reduction degree of THMs content in water

purified with the use of filters with cartridges consist of activated

carbon by gas chromatography with ECD detection

Wojciech Dąbrowski, Barbara Dąbrowska, Michał Zielina

Rola naprężeń ścinających w transporcie produktów korozji

rurociągami

Importance of shear stress to transport of corrosion products in

water pipeline

Andrzej Jodłowski, Agnieszka Cholewska

Ocena awaryjności sieci wodociągowej miasta Łodzi na

podstawie danych eksploatacyjnych

Assessment of water distribution system failures in the city

of Łódź based on data from exploitation

ZARZĄDZANIE

Katarzyna Bromirska

Zasadność wdrażania Systemu Zarządzania Jakością

w przedsiębiorstwach

The relevance of implementing Quality Management System

in companies

POMIAR I ROZLICZANIE ZUŻYCIA

CIEPŁA

Kazimierz Dudziński

Rozliczanie kosztów ogrzewania mieszkań – nowe sposoby?

Heating systems cost calculation – new methods?

Rafał Bernasiński, Jerzy Kucharski

Fortum wprowadza System Automatycznego Odczytu

Ciepłomierzy (SAOC)

Fortum introduces Automatic Meter Reading system

MONTAŻ, NAPRAWA

Ewa Łukawska

Poręczne i wydajne. System elektronarzędzi

bezprzewodowych 10,8 V-LI firmy Bosch

Handy and efficient. Wireless electro-tools system 10,8 V-LI

made by Bosch

RUBRYKI STAŁE

Nowe wyroby i systemy

Tam byliśmy

Ciepły dom dla Ciebie

Prezentacja nowości BELIMO

TROX-INFO-EXPO 2007

XX Konferencja Postęp techniczny w wodociągach

Wrocław 2007

POLEKO 2007

WENTYLACJA I KLIMATYZACJA

Maciej Besler, Piotr Kowalski,

Dariusz Kwiecień, Adrian Schwitalla

Solarne systemy klimatyzacyjne

Solar air-conditioning systems

Jerzy Sowa

Wentylacja hybrydowa – energooszczędny sposób poprawy

jakości powietrza w budynkach szkolnych

Hybrid ventilation – energy efficient way of improving air

quality in school buildings

Krzysztof Nowak

Wentylacja hybrydowa, co to takiego?

Hybrid ventilation: What's it all about?

Bożena Dobaj

Wentylacja kuchni rozwiązania firmy Halton

Kitchen ventilation Halton’s vision and solutions

Reto Hobi

Wymagania przy doborze zaworów w instalacjach

z pompami sterowanymi w zależności od przyrostu

ciśnienia

Pytania i odpowiedzi Centrum Informacji o Instalacjach z Miedzi

Listy do redakcji

Tadeusz Pająk

Komentarz do artykułu „Czy osady ściekowe mogłyby być

zaliczone do biomasy?”

Przegląd prawny

Wiadomości

Planning requirements valves with

Komunikat

p controlled pumps

Teraz niemieckie standardy jakości również zapewnione

w Polsce

∆

Za umieszczenie publikacji w miesiêczniku INSTAL

Autor otrzymuje 4 punkty

– wed³ug wykazu czasopism

Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wy¿szego

(grupa B poz. 291 czasopisma polskie).

OCHRONA POWIETRZA

Krzysztof Wojciszyn, Marcin Szczepaniak

Zawirowanie strugi odciąganej w ssawce

– sposobem na zwiększenie jej skuteczności

Vortex of the air drawn with a sucker as a method

of the sucker efficiency improvement

∆

Ź ródła ciepła

Przyczyny obniżenia sprawności kotłów

rusztowych przy współspalaniu biomasy

Reasons for lowering efficiency of stoker boilers during co-combustion

of biomass

HENRYK KARCZ, MICHAŁ KRYSZTOF, KRZYSZTOF FOLGA

TOMASZ BUTMANKIEWICZ, JACEK KUBIAK

1. Wstęp

Doświadczenia ostatnich lat wykazały, że hamulcem

produkcji energii elektrycznej i ciepła ze źródeł odna-

wialnych jest zarówno sama biomasa jak i technologie

spalania biomasy w kotłach energetycznych.

Wystąpiły bowiem problemy z utrzymaniem sprawno-

ści i parametrów termodynamicznych zarówno kotłów

pyłowych jak i kotłów rusztowych. Obniżyła się rów-

nież niezawodność i bezpieczeństwo pracy w przy-

padku prostego współspalania pyłu węglowego z py-

łem drzewnym, oraz mieszanki biomasy z węglem na

ruszcie. W znacznym stopniu wzrosły straty niezupeł-

nego i niecałkowitego spalania.

Przedstawione w pracy wyniki badań wykazały, że

utrzymanie koncesyjnej sprawności kotła w przypadku

spalania na ruszcie zarówno węgla jak i biomasy jest

możliwe jedynie w przypadku zmiany sposobu poda-

wania obu paliw.

Główny problem przy obecnym stanie wiedzy na temat spa-

lania biopaliw, tkwi nie w technologii spalania, lecz w wynalezie-

niu takiego rodzaju biopaliwa, które zapewni w sposób stabilny

i długotrwały dostawy źródła energii chemicznej do wytwarzania

ciepła i energii elektrycznej.

Jest oczywiste, że w dalszym ciągu należy skupić się również na

podnoszeniu sprawności termicznej i ekologicznej spalania biopa-

liw. Doświadczenia ostatnich lat wykazały zarówno w skali świato-

wej jak i w skali krajowej, że głównym hamulcem wzrostu produkcji

energii elektrycznej wytwarzanej z biopaliw są same biopaliwa.

Różnego rodzaju postacie drewna, które jeszcze 10 lat temu znajdo-

wały się przy ówczesnej cenie w ilościach wydawało się nieprzebra-

nych, obecnie są już na wyczerpaniu. W ostatnim dziesięcioleciu po-

wstało szczególnie w państwach Unii Europejskiej wiele urządzeń

i wiele technologii przygotowania odpadów z drewna do spalania.

W obecnej chwili urządzenia te stają się powoli bezużyteczne

z uwagi na brak surowca. Wprost paradoksalną stała się sytuacja

z przywozem „zrębków” drewna z Kanady do Austrii i Niemiec.

Produkcja energii elektrycznej i ciepła w zakładach energe-

tycznych odbywa się w oparciu o kotły rusztowe, pyłowe i fluidal-

ne. Ostatnie doświadczenia ze współspalaniem biomasy z węglem

w kotłach rusztowych i kotłach pyłowych wykazały, że występuje

szereg utrudnień, które w dużej mierze ograniczają dotychczas

osiągane, tylko przy spalaniu węgla parametry termodynamiczne

i eksploatacyjne kotłów. Występuje zarówno obniżenie sprawności

kotłów jak i pogorszenie niezawodności pracy urządzeń.

W przypadku kotłów pyłowych występuje także pogorszenie

niezawodności pracy urządzeń, spowodowane między innymi

pożarami i wybuchami w młynach węglowych i w pyłoprzewo-

dach oraz wzrost straty niezupełnego spalania w lotnym popiele

oraz w żużlu, po przekroczeniu granicy 6-8% spalanej biomasy

w stosunku do spalanego węgla.

W przypadku kotłów rusztowych wprowadzenie na ruszt po-

wstałej przed kotłem mieszanki biomasy z węglem powoduje

znaczny wzrost straty kominowej i straty niezupełnego spalania

w żużlu. Obniżenie sprawności kotła może dochodzić do kilkuna-

stu procent. Obserwuje się również dość znaczny wzrost emisji

tlenków azotu (NO x ).

Technologią wyjątkowo predysponowaną do współspalania

jest technologia spalania fluidalnego umożliwiająca spalanie

w tym samym palenisku różnych paliw zaliczanych do OZE

o zmiennych własnościach (tablela nr. 1).

Ta różnorodność paliw umożliwia szybką odpowiedź na wy-

magania rynku i możliwość zmiany paliwa na takie, którego spa-

lanie będzie najbardziej opłacalne.

The experience that has been gained in recent years

indicates that both the biomass itself and the

technologies related to biomass combustion in power

industry boilers hinder the production of power using

renewable sources.

It is because there are certain problems with the

maintenance of efficiency and thermodynamical

parameters of both sander dust boilers and stoker

boilers. Incomplete and non-total combustion losses are

significantly increased. Also, in case of a simple co-

combustion of coal dust and charcoal dust, and the

mixture of biomass and coal in the stoker, operational

reliability and safety decreased. Incomplete and non-

total combustion losses significantly increased.

The research results discussed in this work have

indicated that it is possible to maintain the concessional

boiler efficiency in case of the combustion of mixed

biomass and coal in the stocker on the only condition

that the way of supply of both fuels is changed.

Dr inż. Henryk Karcz – Wydział Mechaniczno-Energetyczny

Politechniki Wrocławskiej

mgr inż. Michał Krysztof, mgr inż. Krzysztof Folga,

mgr inż. Tomasz Butmankiewicz, mgr inż. Jacek Kubiak –

12/2007

www.informacjainstal.com.pl

Tabela 1. Własności techniczne niektórych ro-

dzajów OZE i węgla

Wyszczególnienie Węgiel Słoma Drewno Osady

ściekowe

w kierunku posuwu rusztu następują kolej-

no procesy nagrzewania i suszenia, odga-

zowania, zapłonu i spalania części lotnych

oraz zapłonu i wypalania koksu. Procesy te

zależą od rodzaju paliwa, a zwłaszcza od

zawartości części lotnych i reakcyjności

koksu [3]. Czas trwania poszczególnych

faz procesu decyduje o rozdziale powie-

trza do poszczególnych stref.

W kotłach z rusztem wędrownym

i strefowym doprowadzeniem powietrza,

węgiel w postaci miału lub groszku z ko-

sza zsypowego dostaje się pod własnym

ciężarem na ruszt taśmowy przemieszcza-

jący się od ściany przedniej do ściany tyl-

nej komory kotła. Ilość spalanego węgla

na ruszcie jest regulowana zarówno pręd-

kością przesuwu rusztu jak i grubością

warstwy węgla – ustalonej przez położe-

nie warstwownicy. Grubość i jednorodność

warstwy węgla powinna być jednakowa

na całej szerokości rusztu. Wymóg ten jest

spowodowany koniecznością wytworzenia

jednakowego oporu przepływu powietrza

przez warstwę węgla w danej strefie.

Utworzenie jednakowej struktury warstwy

węgla na całej szerokości rusztu umożli-

wiają tzw. wózki rewersyjne wyposażone

w specjalne wsypy rozwożące węgiel po

całej szerokości rusztu. Równomierne za-

sypanie węglem całej szerokości rusztu

o określonej grubości i odpowiedniej struk-

turze upakowania umożliwia płynną regu-

lację obciążenia masowego i cieplnego

rusztu, oraz całkowite i zupełne spalanie

bez nadmiernej straty kominowej, o której

w dużej mierze decyduje doprowadzenie

odpowiedniej ilości powietrza do poszcze-

gólnych stref spalania (rys 1).

Wydzielone części lotne spalają się

w przestrzeni przedniej części komory

w pobliżu ściany frontowej kotła, przy po-

mocy tlenu doprowadzonego z powie-

trzem „wtórnym”. Koks zalegający w war-

stwie spala się na ruszcie przy pomocy

przepływającego strumienia powietrza

„pierwotnego” podanego do stref pod-

rusztowych. Koks na ruszcie musi tworzyć

jednorodną strukturalnie porowatą war-

stwę o tej samej, lub bardzo zbliżonej re-

akcyjności. Podobna na całej szerokości

rusztu reakcyjność koksu zapewnia zbliżo-

ną szybkość ubywania koksu, a więc zbli-

żoną strukturę wymiarową porów warstwy

koksu na ruszcie. Konsystencja warstwy na

całej szerokości rusztu w danej strefie po-

dmuchowej powinna być tak zbliżona do

siebie, że przepływ powietrza podmucho-

wego jest w całej strefie jednorodny.

Wtedy nie ma miejsc o mniejszych lub

większych oporach przepływu, nie tworzą

się bruzdy i kratery, w pobliżu których po-

wstają pryzmy wydmuchiwanego lotnego

koksiku, przez które przepływa bezuży-

teczne powietrze nie biorące udziału

w procesie spalania co zwiększa to dodat-

kowo unoszenie lotnego koksiku z rusztu,

który w górnych częściach komory nie ma

możliwości dopalić się. Niejednorodnie

upakowana warstwa koksu na ruszcie

z licznymi kraterami i bruzdami jest przy-

czyną generowania straty niezupełnego

spalania z uwagi na unoszony przez spa-

liny lotny koksik oraz straty kominowe

z uwagi na ucieczkę powietrza, które nie

bierze udziału w procesie spalania koksu.

Zawartość części mineralnych poda-

wanych łącznie z paliwem na ruszt nie

hamuje procesu spalania o ile charaktery-

styka topliwości popiołu a zwłaszcza tem-

peratura mięknięcia i temperatura topli-

wości nie wpływają na wzrost szlakowa-

nia kotła. Części mineralne spalanego pa-

liwa, po spalaniu tworzą żużel, który sta-

nowi warstwę ochronną tylnej części rusz-

tu przed promieniowaniem płomienia.

Proces spalania powinien być tak prowa-

dzony na ruszcie, aby następowało całko-

wite i zupełne spalanie, nie następowało

szlakowanie powierzchni grzewczych, nie

Wilgoć % mas.

Popiół % mas.

Części lotne

% mas.

Siarka % mas.

0,05

0,1

Ciepło spalania

MJ/kg

Współspalanie w paleniskach fluidal-

nych węgla i biopaliw jest praktykowane

zarówno w warstwach stacjonarnych jak

i cyrkulacyjnych. Podkreśla się wiele korzy-

ści stąd płynących – oprócz typowych atu-

tów fluidalnego spalania, takich jak wyso-

ka sprawność, łatwe oraz tanie odsiarcza-

nie i odazotowanie spalin, relatywnie ni-

ska cena paleniska oraz możliwość szyb-

kiej (w dość szerokich granicach) zmiany

obciążenia kotła, możliwe jest także np.

obniżenie emisji CO 2 (szczególnie w przy-

padku współspalania mieszanki węgla

i biomasy) oraz zredukowanie emisji diok-

syn (w wyniku współspalania węgla oraz

odpadów komunalnych). Jednak z uwagi

na różnorodność składu chemicznego

oraz właściwości chemiczne i fizyczne pa-

liw, współspalanie biopaliw może nastrę-

czać pewne trudności związane np. z nie-

możliwością zapewnienia ciągłej stabilnej

pracy paleniska, bądź też z trudnością

w utrzymaniu odpowiedniego (tj. w grani-

cach normy) składu emitowanych spalin

i popiołów.

2. Proces spalania paliwa

na ruszcie

Zadaniem palenisk rusztowych jest do-

prowadzenie w sposób płynny i ciągły wę-

gla na ruszt stosownie do obciążenia kotła

oraz doprowadzenie powietrza w ilości

niezbędnej do całkowitego spalania wę-

gla. Ważnym czynnikiem jest odpowiedni

rozdział powietrza niezbędnego do spala-

nia na powietrze „pierwotne” podawane

przez układ strefowy rusztu oraz powietrze

„wtórne” podawane przez dysze zabudo-

wane na ściankach komory paleniskowej

[1], [2]. W palenisku rusztowym spalanie

węgla zachodzi w warstwie zalegającej

i przemieszczającej się na ruszcie. Powie-

trze „pierwotne” podawane jest do skrzyni

powietrza (umieszczonej pod rusztem) po-

dzielonej na 5 do 12 stref zaopatrzonych

w przepustnice regulacyjne zapewniające

odpowiedni rozdział powietrza na całej

długości rusztu (schemat na rys. 1).

W komorze paleniskowej wyposażonej

w ruszt paliwo zalega w postaci warstwy

a proces spalania zachodzi na całej długo-

ści rusztu. Od miejsca zsypu węgla na ruszt

Rys. 1.

Strefowy rozdział po-

wietrza pierwotnego

www.informacjainstal.com.pl

12/2007

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: