PECE NA PULVERIZOVANÉ UHLÍ

Pulverizované uhlí (prachové palivo-pf) bylo spalováno v rotačních cementářských pecích (viz Pece) a kotlových topeništích (viz Kotle). Ty jsou v podstatě boxy vyložené trubkami, v nichž se odpařuje voda a obsahují směs vody a páry. Uhlí je rozemleto na jemný prášek, obvykle tak, že 70 % má velikost menší než přibližně 75 μm, a poté je částí proudu spalovacího vzduchu dopraveno do hořáků. Tyto uhelné hořáky jsou obvykle namontovány na jedné svislé stěně, dvou protilehlých svislých stěnách nebo seskupeny nad sebou ve čtyřech rozích pece (viz obrázek 1 a obrázek 2). Rohové hořáky hoří tangenciálně do pece a vytvářejí jedinou kouli plamene v centrálním víru. Dalšími konstrukcemi, například s použitím sestupného spalování pro málo těkavé uhlí a hořáky pro uhlí s nízkou vlhkostí, se zabývali Dryden (1975) a Lawn (1987).

Ve všech dosud popsaných pecích padá horký suchý popel na „suché dno“ komory pece, odkud je odstraňován. Výjimkou jsou kotle s cyklónovým spalováním, které jsou obvykle dvojího typu. U vertikálních cyklónových pecí, které jsou variantou konstrukce s tangenciálním spalováním, jsou větší částice uhlí odstředěny z proudu plynu, aby shořely na žáruvzdorně vyzděných stěnách spodní části komory, přičemž struska vytéká z komory „mokrého dna“. Jiný typ cyklonové pece používá jednotlivé válcové žáruvzdorně vyzděné komory, v nichž uhlí hoří za vzniku horkých plynů, které jsou odváděny do hlavní pece (viz předchozí odkazy).

Velké pf pece mají příkon paliva asi 200 tun uhlí za hodinu (pro zajištění elektrické zátěže 500 MW) a typické jsou komory vysoké 35 m s plochou průřezu asi 300 m2. Projektant pece musí zajistit správné množství tepla přenášeného z plamenů do stěnových trubek, aby se odpařilo požadované množství vody a aby na výstupu z pece byla stále správná teplota plynu. Toho musí být dosaženo bez nadměrných lokálních tepelných toků poškozujících trubky a zároveň musí být dosaženo úplného spálení uhelných částic. Navíc je třeba omezit znečišťující látky, např. oxidy dusíku, na minimum.

Jedním z problémů specifických pro uhelné pece je hromadění popela nebo strusky na stěnách pece, což vede ke změnám teploty a emisivity. Raask (1985) se podrobně zabýval nánosy popela a strusky na stěnách pece a vlastnostmi přenosu tepla nánosů v kotli. Popisuje také opatření proti zanášení kotlů (např. čištění a míchání uhlí, instalace dmychadel sazí a vodních trysek). Údaje o účinnosti spalování (obvykle více než 98 %), teplotách výstupních plynů z kotle mezi přibližně 1300 K a 1600 K a naměřených tepelných tocích až do přibližně 320 KWm-2 (zvýšení o přibližně 10 % po vyfoukání sazí) ve velkých zařízeních na spalování pf uvedli Godridge a Read (1976).

Konstruktéři pecí využívají fyzikální a/nebo matematické modely (viz Pece). Ti používají buď tepelné bilance, nebo výpočetní dynamiku tekutin, CFD. V první metodě je pec rozdělena na oblasti nebo zóny, viz Hottel a Sarofim (1967) a Field et al. (1967), a konkrétní aplikaci na pec s pf spalováním, která rovněž využívá fyzikální model k poskytnutí informací o přenosu hmoty, popsali Cooper a Gibb (1984). Metoda CFD je založena na řešení rovnic zachování hybnosti, entalpie a druhů metodou konečných diferencí. O použití této metody na cyklónové spalovací zařízení na uhlí informoval Boyson et al. (1986).

Obrázek 2. Obrázek 3: Metoda CFD pro spalovací zařízení na uhlí. Stěnové trubky a otvory hořáku v rozestavěném vodotrubném kotli-topeništi s PF. (Reprodukováno se souhlasem společnosti PowerGen.)