PULWERYZOWANY WĘGIEL

Pulweryzowany węgiel (paliwo pyłowe-pf) był opalany w obrotowych piecach cementowych (patrz Piece) i piecach kotłowych (patrz Kotły). Te ostatnie są w zasadzie skrzyniami wyłożonymi rurami, w których odparowuje się wodę i które zawierają mieszaninę wody i pary. Węgiel jest rozdrabniany do postaci drobnego proszku, zwykle tak, że 70% jego wielkości jest mniejsze niż około 75 μm, zanim zostanie przeniesiony przez część strumienia powietrza do spalania do palników. Palniki węglowe są zazwyczaj zamontowane na jednej pionowej ścianie, dwóch przeciwległych pionowych ścianach lub zgrupowane jeden nad drugim w czterech narożnikach pieca (patrz rys. 1 i rys. 2). Palniki narożne strzelają stycznie do wnętrza pieca, dając pojedynczą kulę płomienia w centralnym wirze. Inne konstrukcje, na przykład wykorzystujące wypalanie w dół dla węgli o niskiej lotności oraz palniki dla węgli o niskiej jakości i wysokiej wilgotności, zostały omówione przez Drydena (1975) i Lawna (1987).

We wszystkich piecach opisanych do tej pory gorący suchy popiół opada na „suche dno” komory pieca, skąd jest usuwany. Wyjątek stanowią kotły opalane cyklonami, które zazwyczaj występują w dwóch typach. W pionowym piecu cyklonowym, będącym odmianą konstrukcji opalanej stycznie, większe cząstki węgla są odwirowywane ze strumienia gazu i spalają się na wyłożonych materiałem ogniotrwałym ścianach dolnej części komory, a żużel wypływa z komory „mokrego dna”. Inny typ pieca cyklonowego wykorzystuje indywidualne cylindryczne komory wyłożone materiałem ogniotrwałym, w których węgiel spala się dając gorące gazy, które są odprowadzane do głównego pieca (patrz poprzednie referencje).

Duże piece pf mają wsad paliwa około 200 ton węgla na godzinę (aby zapewnić obciążenie elektryczne 500 MW), a komory o wysokości 35 m i powierzchni przekroju poprzecznego około 300 m2 są typowe. Projektant pieca musi zapewnić odpowiednią ilość ciepła przekazywanego z płomieni do rur ściennych, aby odparować pożądaną ilość wody i nadal mieć odpowiednią temperaturę gazu na wyjściu z pieca. Musi się to odbyć bez nadmiernych lokalnych strumieni ciepła uszkadzających rury, a jednocześnie musi zostać osiągnięte całkowite spalanie cząstek węgla. Istnieje dodatkowy wzgląd, że zanieczyszczenia, np. tlenki azotu, muszą być ograniczone do minimum.

Jednym z problemów charakterystycznych dla pieców węglowych jest gromadzenie się popiołu lub żużla na ścianach pieca, co prowadzi do zmian temperatury i emisyjności. Raask (1985) zajmuje się obszernie osadami popiołu i żużla na ścianach pieca oraz właściwościami wymiany ciepła osadów kotłowych. Opisuje również środki zwalczania zanieczyszczeń w kotłach (np. czyszczenie i mieszanie węgla, instalowanie dmuchaw sadzy i dysz wodnych). Dane dotyczące sprawności spalania (zwykle ponad 98%), temperatury gazów na wylocie z pieca pomiędzy około 1300 K a 1600 K oraz zmierzone strumienie ciepła do około 320 KWm-2 (wzrastające o około 10% po zdmuchiwaniu sadzy) zostały przedstawione w dużych zakładach opalanych pf przez Godridge’a i Reada (1976).

Projektanci pieców wykorzystują modele fizyczne i/lub matematyczne (patrz Piece). Te ostatnie wykorzystują albo bilanse cieplne albo obliczeniową dynamikę płynów (Computational Fluid Dynamics, CFD). W pierwszej metodzie piec jest podzielony na regiony lub strefy, patrz Hottel i Sarofim (1967) oraz Field et al. (1967), a konkretne zastosowanie do pieca opalanego pf, również wykorzystujące model fizyczny w celu dostarczenia informacji o transferze masy, zostało opisane przez Coopera i Gibba (1984). Metoda CFD oparta jest na rozwiązaniu metodą różnic skończonych równań zachowania pędu, entalpii i gatunków. Zastosowanie tej metody do cyklonowych palników opalanych węglem zostało opisane przez Boyson et al. (1986).

Rysunek 2. Rury ścienne i otwory palnika w budowanym wodno-rurowym kotle-piecu opalanym paliwem PF. (Reprodukowane za zgodą PowerGen.)

.