PULVERISEREDE KULOVNE

Pulveriseret kul (pulveriseret brændsel-pf) er blevet fyret i roterende cementovne (se Ovne) og kedelovne (se Kedler). Sidstnævnte er i princippet kasser beklædt med rør, hvori vand fordampes, og som indeholder en blanding af vand og damp. Kulet pulveriseres til et fint pulver, normalt således at 70 % af det er mindre end ca. 75 μm stort, inden det transporteres med en del af forbrændingsluftstrømmen til brænderne. Disse kulbrændere er normalt monteret på én lodret væg, på to modsatrettede lodrette vægge eller samlet over hinanden i ovnens fire hjørner (se figur 1 og figur 2). Hjørnebrænderne fyrer tangentielt ind i ovnen og giver en enkelt flammekugle i en central hvirvel. Andre konstruktioner, f.eks. anvendelse af down-firing til svagt flygtige kul og brændere til svagt kul med høj fugtighed, er blevet diskuteret af Dryden (1975) og Lawn (1987).

I alle de hidtil beskrevne ovne falder varm, tør aske ned i ovnrummets “tørre bund”, hvor den fjernes. Undtagelsen herfra er i cyklonfyrede kedler, som normalt er af to typer. I den vertikale cyklonovn, en variant af den tangentielt fyrede konstruktion, centrifugeres større kulpartikler ud af gasstrømmen for at brænde på de ildfaste vægge i den nederste del af kammeret, mens slaggen løber ud af kammeret i den “våde bund”. Den anden type cyklonovn anvender individuelle cylindriske kamre med ildfast foring, hvori kulet brænder og giver varme gasser, som udledes i hovedovnen (se tidligere referencer).

Store pf-ovne har en brændselstilførsel på ca. 200 tons kul i timen (til en elektrisk belastning på 500 MW), og kamre på 35 m i højden med et tværsnitsareal på ca. 300 m2 er typiske. Ovnkonstruktøren skal sikre, at der overføres den rette mængde varme fra flammerne til vægrørene for at fordampe den ønskede mængde vand og stadig have den korrekte gastemperatur ved ovnens udgang. Dette skal ske uden for store lokale varmestrømme, der skader rørene, samtidig med at der skal opnås en fuldstændig forbrænding af kulpartiklerne. Dertil kommer, at forurenende stoffer, f.eks. nitrogenoxider, skal holdes på et minimum.

Et af de problemer, der er specifikke for kulfyrede ovne, er ophobning af aske eller slagger på ovnens vægge, hvilket fører til ændringer i temperatur og emissivitet. Raask (1985) har beskæftiget sig indgående med aske- og slaggeaflejringer på ovnens vægge og kedelaflejringernes varmeoverførselsegenskaber. Han beskriver også foranstaltninger til bekæmpelse af tilsmudsning i kedler (f.eks. kulrensning og -blanding, installation af sodblæsere og vandstråler). Data om forbrændingseffektivitet (typisk over 98%), ovnudgangstemperaturer på mellem ca. 1300 K og 1600 K og målte varmestrømme på op til ca. 320 KWm-2 (stigende med ca. 10% efter sodblæsning) er blevet rapporteret af Godridge og Read (1976)

Ovnkonstruktører benytter sig af fysiske og/eller matematiske modeller (se Ovne). Sidstnævnte anvender enten varmebalancer eller Computational Fluid Dynamics, CFD. Ved den første metode opdeles ovnen i regioner eller zoner, jf. Hottel og Sarofim (1967) og Field et al. (1967), og en specifik anvendelse på en pf-fyret ovn, hvor der også anvendes en fysisk model til at tilvejebringe oplysninger om masseoverførsel, er beskrevet af Cooper og Gibb (1984). CFD-metoden er baseret på en finite-difference-løsning af ligheder for bevarelse af impulsmængde, enthalpi og arter. Boyson et al. (1986) har beskrevet anvendelsen af metoden på kulfyrede cyklonbrændere.

Figur 2. Vægrør og brænderåbninger i en PF-fyret vandrørskedel-ovn under opførelse. (Gengivet med tilladelse fra PowerGen.)