Bir tesis bir ay yüksek kükürtlü kömür alıyor, bir sonraki ayda bir biyokütle karışımı alıyor ve bundan sonra da bir grup çamaşırhane atılıyor ve yine de her gün buhar talebini ve emisyon sınırlarını karşılamak zorunda. Akışkan yataklı yanma (FBC) tam olarak bu durum için mevcuttur. Bir FBC kazanında, katı yakıt parçacıkları sıcak, kabarcıklı kum, kül ve kireçtaşı yatağında asılı kalır ve burada yaklaşık 850°C'de yanarlar. İşin çoğunu bu tek tasarım seçeneği yapıyor: düşük yatak sıcaklığı, termal NOx oluşumunu baskılıyor ve yatağa karıştırılan kireç taşı, bacaya ulaşmadan önce fırının içindeki yakıt kükürdünün yüzde 90 veya daha fazlasını yakalıyor. Sonuç, düşük dereceli, yanması zor yakıtları yüzde 90'ın üzerinde yanma verimliliğiyle kullanılabilir buhara dönüştüren bir kazandır. Mühendislerin hikayenin diğer yarısını gözden kaçırmaması gerekir; sıcak, toz yüklü baca gazının arka geçişten geçtiği yol, çünkü öngörülen yakıt tasarrufunun ya gerçekleştiği ya da sızdığı yer burasıdır.
Akışkan Yataklı Yakma Nasıl Çalışır?
Prensibi görselleştirmek kolaydır. Hava, fırının altındaki bir rüzgar kutusuna girer ve bir dağıtım plakası üzerinden yukarıya doğru birkaç yüz milimetre derinliğindeki inert bir malzeme (kum, kül veya kullanılmış kireçtaşı) tabakasına geçer. Hava hızı, kabarcıklı yatakta saniyede 1 ila 2 metre ve dolaşımlı yatakta saniyede 4 ila 6 metre olan akışkanlaşma noktasına ulaştığında, parçacıklar birbirleriyle temasını kaybeder ve yatak, kaynayan bir sıvı gibi davranır. Besleme boyutuna kadar kırılan yakıt doğrudan bu kütleye enjekte ediliyor ve şiddetli karıştırma, her parçacığı oksijen ve sıcak katılarla temas ettiriyor. Yatak, yakıt tarafından saniyede salınan enerjinin birçok katı termal envantere sahip olduğundan, sıcaklık tüm fırın boyunca 820 ila 900°C'de neredeyse aynı kalır.
Düşük Sıcaklık Neleri Mümkün Kılır?
Yatağın içindeki kimya FBC'nin neden yerini aldığını açıklıyor. Yakıtla beslenen kireçtaşı ilk olarak ısıda kalsinlenir, CO2 açığa çıkar ve reaktif kireç bırakır; Bu kireç daha sonra kömürdeki SO2 ile reaksiyona girerek katı CaSO4 oluşturur ve bu da külle birlikte dışarı çıkar. Bu nedenle kükürtün uzaklaştırılması ayrı bir yıkayıcıda değil, fırının içinde gerçekleşir. Aynı düşük sıcaklıktaki ortam üç pratik sonuç daha üretir:
- Yakıt esnekliği — kömür, biyokütle, çamur, petrol kok ve atıktan türetilmiş yakıtlar minimum değer kaybıyla ateşlenebilir, sıklıkla harmanlanabilir veya değiştirilebilir.
- Zayıf yakıtların güvenilir şekilde yakılması — yatak kalıcı bir ateşleme kaynağı görevi görür, böylece yüksek nem ve yüksek kül içeren yakıtlar stabil bir şekilde yanar.
- Etkili kükürt yakalama - yaklaşık 2,0 ila 2,5 arasında bir kalsiyum-kükürt molar oranı, tipik olarak yakıt kükürdünün yüzde 90'ını veya daha fazlasını giderir.
- Düşük NOx — termal NOx 850°C'de zorlukla oluşur ve kademeli yanma havası, kontrolsüz emisyonları yüksek sıcaklıkta ateşlemenin çok altında tutar.
Üç Yapılandırma: BFB, CFB ve PFBC
Kabarcıklı Akışkan Yatak (BFB)
BFB kazanları hız aralığının alt ucunda, yaklaşık 1 ila 3 m/s civarında çalışır. Katıların çoğu fırında kalır, yatak içi veya duvar yüzeyleri ısıyı çeker ve yakıt yatak yüzeyinden beslenir. Bu konfigürasyon ıslak biyokütleyi, çamuru ve kaba yakıtları iyi bir şekilde idare eder; bu nedenle bu akışları ateşleyen endüstriyel buhar tesislerine hakimdir.
Dolaşan Akışkan Yatak (CFB)
CFB kazanları hızı 4 ila 6 m/s'ye yükseltir, böylece büyük miktarda katı madde fırından dışarı çıkarılır, bir siklonda tutulur ve bir döngü contasından geri gönderilir. Katı bir parçacık, kül olarak ayrılmadan önce onlarca kez dolaşabilir, kalma süresini uzatabilir ve yanma verimliliğini yüzde 97 ila 99'a çıkarabilir. CFB, en yüksek verimliliği en geniş yakıt toleransıyla birleştirdiğinden, düşük dereceli kömür kullanan kamu hizmeti ölçekli ve büyük endüstriyel tesisler için günümüzün varsayılan seçeneğidir.
Basınçlı Akışkan Yatak (PFBC)
PFBC, tüm sistemi bir basınçlı kap içinde 10 ila 16 bar basınçta çalıştırır ve buharı yükseltmenin yanı sıra sıcak, basınçlı baca gazını bir gaz türbini yoluyla genişletir. Verimlilik mantığı sağlam olmasına rağmen, yalnızca bir avuç tanıtım tesisi inşa edildi ve bu bir niş olmaya devam ediyor. Çoğu proje için pratik karar BFB ve CFB arasındadır.
| Parametre | BFB | CFB | PFBC |
|---|---|---|---|
| Akışkanlaştırma hızı | 1-3 m/sn | 4-6 m/sn | CFB'ye benzer |
| Çalışma basıncı | atmosferik | atmosferik | 10-16 bar |
| Yanma verimliliği | %90-96 | %97-99 | %99 tasarım hedefi |
| Kükürt kontrolü | Yatak içi kireçtaşı | Yatak içi kireçtaşı | Yatak içi kireçtaşı |
| Tipik ölçek | ~100 MWth'a kadar | 600 MWe sınıfına kadar endüstriyel | Yalnızca gösteri |
| En uygun yakıtlar | Islak biyokütle, çamur, kömür | Düşük dereceli kömür, petrokok, karışık yakıtlar | Yüksek kükürtlü kömür |
Bitkiler Neden FBC'yi Seçiyor?
İş senaryosu üç temele dayanıyor: geleneksel kazanların yakamadığı yakıtı yakıyor, emisyon sınırlarını daha basit bir gaz yolu ile karşılıyor ve bunu anlamlı verimlilikten ödün vermeden yapıyor. Ucuz sorunlu yakıtlara erişimi olan tesisler için aritmetik belirleyicidir; yıkama atıkları, petrol kok veya atık yakıtlar standart kömürün çok küçük bir kısmına mal olabilir ve bir FBC ünitesi bu indirimi doğrudan işletme tasarrufuna dönüştürür. Uyumluluk aynı zamanda teknolojiden de yanadır: kükürt yataktaki kireçtaşıyla yakalanır, NOx kontrolü büyük oranda düşük yatak sıcaklığından bağımsız olarak sağlanır ve aşağıdaki rakamlar laboratuvar vaatlerinden ziyade rutin performansı yansıtır.
~850°C Yatak çalışma sıcaklığı
%90 Yatakta kükürt yakalama
%97-99 CFB yanma verimliliği
2,0-2,5 Tipik Ca/S molar oranı
Geri Geçiş: FBC Ekonomisinin Kazanıldığı veya Kaybedildiği Yer
Akışkanlaştırma fırını çözer; onu bırakan şey için hiçbir şey yapmaz. Gaz, 850 ila 900°C sıcaklıkta bir CFB siklonundan çıkar ve ağır bir ince katı yükü taşıyarak arka geçide girer. Yatak külü büyük ölçüde sert, köşeli mineral maddedir ve siklonla ayırmadan sonra bile akıntı aşındırıcı ve kirlenmeye eğilimli kalır. Bu nedenle akış yönündeki her konvektif yüzey (kızdırıcılar, buharlaştırıcı depoları ve ekonomizer) ısı transferi kadar erozyon ve kül birikimine göre tasarlanmalıdır.
Besleme Suyu Isı Geri Kazanımı için Kazan Kuyruk Baca Gazı Ekonomizeri CFB geri geçişinin soğuk ucunda yer alan bu ekonomizer, hava ısıtıcısı ve bacadan önce kalan ısıyı emerek aşındırıcı, kül yüklü baca gazında bile çıkış gazı sıcaklığını ve kazan yakıt kullanımını azaltır. Ürünü Görüntüle → Ekonomizer bu görevin çoğunu üstlenir. Gaz yolunun soğuk ucunda yer alır ve hava ısıtıcısından ve bacadan önceki kullanılabilir son ısıyı emer. Çalışma kuralı olarak, çıkış gazı sıcaklığındaki her 15 ila 20°C'lik azalma, kazan verimliliğinin yaklaşık yüzde 1'ine denk gelir; dolayısıyla iyi uyumlu bir ekonomizer ile küçük boyutlu bir ekonomizer arasındaki boşluk, yakıt faturasında kalıcı bir çizgi haline gelir. Yüksek tozlu hizmetlerde tüplerin de korumaya ihtiyacı vardır: orta düzeyde gaz hızları, ön sıralarda aşınma kalkanları ve duvar kalınlığında ekstra kenar boşluğu.
Tozlu Baca Gazı için H-Tipi Finli Boru Paralel H-kanatçıklar, geniş bir yüzey eklerken kül oluşumuna ve erozyona direnen düz gaz şeritleri oluşturur ve bu tüpleri, bir CFB siklonunun aşağı akışındaki kirlenmeye eğilimli konvektif yüzeyler için uygun bir seçim haline getirir. Ürünü Görüntüle → Kanat geometrisi de aynı derecede önemlidir. H tipi kanatlı borular tam olarak bu ortam için geliştirilmiştir: Paralel sıralar halinde kaynaklanmış kanatçıklar, tüpler arasında düz gaz şeritleri bırakarak, kanat kökündeki ve külün yerleştiği girdap bölgelerindeki türbülansı azaltırken, kompakt modüllere geniş ısı transfer yüzeyi ekler. Genişletilmiş alan, erozyon direnci ve kendi kendini temizleme davranışının bu kombinasyonu, onları CFB arka geçişlerinde standart uzatılmış yüzey haline getirmiştir. Bir yüzey tasarımını sabitlemeden önce, yüksek tozlu baca gazında H tipi kanatlı boruların pürüzsüz borularla nasıl karşılaştırıldığını incelemek faydalı olacaktır.
Bir FBC Tesisi Çevresindeki Isı Geri Kazanımının Belirlenmesi
Endüstriyel bir operatör için FBC kazanı nadiren bağımsız bir satın alma işlemidir; bir ısı geri kazanım ağına bağlanır. Yataktan çıkan buhar prosesleri çalıştırır ve birçok düzende sıcak egzoz akışına (fırın çıkış gazı, fırın gazı veya katı madde soğutucuları) yerleştirilen ayrı bir atık ısı kazanı, bir kilogram daha yakıt yakmadan fazla ısıyı ek buhara dönüştürür. FBC ünitesini ve aşağı akış yüzeylerini tek bir entegre sistem olarak ele almak, yakıt esnekliğini geri ödemeye dönüştüren şeydir.
Egzoz Akımları için Endüstriyel Atık Isı Kazanı Bir FBC kazanı entegre bir ısı geri kazanım ağını sabitlediğinden, bir atık ısı kazanı, fırın çıkış gazından veya fırın egzozundan gelen fazla ısıyı ekstra yakıt tüketmeden ek buhara dönüştürür. Ürünü Görüntüle → Tedarik, teknolojinin gerektirdiği üç eksende ele alınmalıdır. Birincisi, uyumluluk: belgelenmiş kaynak kalitesiyle ASME gerekliliklerine göre üretilen, otomatik kaynak hatları ve tek başına evrak işi yerine gerçek zamanlı X-ışını denetimiyle desteklenen basınçlı parçalar. İkincisi, mühendislik uyumu: Tedarikçi 3 boyutlu düzenlerden çalışmalı, ısı girdilerini doğrulamalı ve mevcut çizimleri dönüştürerek yeni yüzeylerin yeniden tasarlanmadan mevcut gaz yoluna düşmesini sağlamalıdır. Üçüncüsü, kapasite: EPC programları, tonaj teslim edemeyen tedarikçileri cezalandırıyor ve 20.000 tonun üzerindeki yıllık üretim, sorulması gereken adil bir eşiktir. Wuxi Jinker Güç Ekipmanları gibi üreticiler ekonomizörleri, kanatlı boruları ve atık ısı kazanlarını tek bir ürün ailesi olarak tedarik ediyor; bu da tam olarak bir FBC geri geçişinin nasıl satın alınması gerektiğidir. Yüzey tasarımını kilitlemeden önce, kazan ekonomizörlerinin yakıt maliyetlerini nasıl azalttığını ve atık ısıyı nasıl geri kazandığını tekrar gözden geçirmekte fayda var.
Akışkan yataklı yanma, modern güç ve buhar üretimindeki konumunu koruyor çünkü yüksek sıcaklıkta ateşlemenin yapamadığını yapıyor: modern emisyon sınırları dahilinde ucuz, kullanışsız yakıtları yakıyor. Yatağın sıcaklığı ve kireç taşı kimyası bu sınırları belirliyor; geri geçiş yüzeyleri ekonomiyi belirler. Bir tarafta stabil yatak koşulları, diğer tarafta erozyona dayanıklı kanatlı ısıtma yüzeyleri ve diğer tarafta uygun boyutta bir ekonomizer olmak üzere her ikisini de eşit titizlikle belirlemek, kendi masrafını çıkaran bir FBC projesini oldukça düşük performans gösteren bir projeden ayıran şeydir.
