SZÉNPORÍTOTT SZÉNKEMÉNYEK

A porított szenet (porított tüzelőanyag-pf) forgózsámolykemencékben (lásd Kemencék) és kazánkemencékben (lásd Kazánok) tüzelik. Ez utóbbiak alapvetően csövekkel bélelt dobozok, amelyekben vizet párologtatnak, és víz/gőz keveréket tartalmaznak. A szenet finom porrá porlasztják, általában úgy, hogy 70%-a kisebb legyen kb. 75 μm-nél, mielőtt az égési légáram egy része az égőkbe juttatja. Ezek a szénégők általában egy függőleges falra, két szemben lévő függőleges falra vagy a kemence négy sarkában egymás fölé csoportosítva vannak felszerelve (lásd az 1. és 2. ábrát). A sarokégők érintőlegesen tüzelnek a kemencébe, és egyetlen lángggömböt adnak egy központi örvényben. Más konstrukciókat, például az alacsony illékonyságú parazsak és az alacsony minőségű, magas nedvességtartalmú parazsak égetőinek lefelé történő égetését Dryden (1975) és Lawn (1987) tárgyalta.

Az eddig ismertetett összes kemencében a forró száraz hamu a kemencekamra “száraz aljára” esik, ahonnan eltávolítják. Ez alól kivételt képeznek a ciklontüzelésű kazánok, amelyek általában kétfélék. A függőleges ciklonkemencében, amely az érintő tüzelésű kialakítás egyik változata, a nagyobb szénszemcséket a gázáramból centrifugálják ki, hogy a kamra alsó részének tűzálló anyaggal bélelt falain égjenek el, a salak pedig a “nedves aljú” kamrából folyik ki. A ciklonkemencék másik típusa egyedi hengeres, tűzálló anyaggal bélelt kamrákat használ, amelyekben a szén elégetése során forró gázok keletkeznek, amelyeket a főkemencébe vezetnek ki (lásd a korábbi hivatkozásokat).

A nagy pf-kemencék tüzelőanyag-bevitele körülbelül 200 tonna szén/óra (500 MW elektromos terhelés biztosítására), és jellemzően 35 m magas, körülbelül 300 m2 keresztmetszetű kamrákról van szó. A kemence tervezőjének gondoskodnia kell arról, hogy a lángokból a falcsövekbe megfelelő mennyiségű hő jusson a kívánt vízmennyiség elpárologtatásához, és a kemence kilépésénél még mindig megfelelő gázhőmérséklet legyen. Ezt úgy kell elérni, hogy a csöveket ne károsítsa túlzott helyi hőáramlás, ugyanakkor a szénrészecskék teljes elégetését is el kell érni. További szempont, hogy a szennyező anyagokat, pl. a nitrogén-oxidokat a lehető legkisebbre kell csökkenteni.

A széntüzelésű kemencék egyik sajátos problémája a hamu vagy salak felhalmozódása a kemence falán, ami a hőmérséklet és a sugárzási képesség változásához vezet. Raask (1985) hosszasan foglalkozott a hamu és salak lerakódásával a kemence falán és a kazán lerakódásainak hőátadási tulajdonságaival. Leírja a kazánok elszennyeződése elleni intézkedéseket is (pl. széntisztítás és -keverés, koromfúvók és vízsugarak telepítése). Az égési hatásfokról (jellemzően 98% feletti), a kemence kilépő gázainak kb. 1300 K és 1600 K közötti hőmérsékletéről és a mért hőáramról kb. 320 KWm-2-ig terjedő (koromfúvás után kb. 10%-kal növekvő) adatokról Godridge és Read (1976) számolt be nagy pf-tüzelésű üzemekben.

A kemencék tervezői fizikai és/vagy matematikai modelleket használnak (lásd Kemencék). Ez utóbbiak vagy hőmérlegeket, vagy számítási áramlástani modelleket (Computational Fluid Dynamics, CFD) használnak. Az első módszer esetében a kemencét régiókra vagy zónákra osztják, lásd Hottel és Sarofim (1967) és Field et al. (1967), és egy konkrét alkalmazást egy pf-tüzelésű kemencére, amely szintén fizikai modellt használ a tömegátadási információk biztosítására, Cooper és Gibb (1984) ismertette. A CFD-módszer az impulzus, az entalpia és a fajmegőrzési egyenletek véges differencia megoldásán alapul. A módszer alkalmazásáról széntüzelésű ciklonégőkre Boyson et al. (1986) számolt be.

2. ábra. Falcsövek és égőnyílások egy PF-tüzelésű, építés alatt álló vízcsöves kazán-égetőben. (A PowerGen engedélyével sokszorosítva.)