CĂRBUNE PULVERIZAT

Cărbunele pulverizat (combustibil pulverizat-pf) a fost ars în cuptoare rotative de ciment (a se vedea Cuptoare) și în cuptoare de cazane (a se vedea Cazane). Acestea din urmă sunt practic cutii căptușite cu tuburi în care se evaporă apa și care conțin un amestec de apă și abur. Cărbunele este pulverizat până la obținerea unei pulberi fine, de obicei astfel încât 70% să aibă o dimensiune mai mică de aproximativ 75 μm, înainte de a fi transportat de o parte a fluxului de aer de ardere către arzătoare. Aceste arzătoare de cărbune sunt de obicei montate pe un perete vertical, pe doi pereți verticali opuși sau grupate unul deasupra celuilalt la cele patru colțuri ale cuptorului (a se vedea figura 1 și figura 2). Arzătoarele de colț ard tangențial în cuptor, formând o singură minge de flacără într-un vortex central. Alte modele, de exemplu, folosind arderea în jos pentru cărbuni puțin volatili și arzătoare pentru cărbuni cu grad scăzut de umiditate ridicat, au fost discutate de Dryden (1975) și Lawn (1987).

În toate cuptoarele descrise până acum cenușa uscată și fierbinte cade în „fundul uscat” al camerei cuptorului, de unde este îndepărtată. Excepție fac cazanele cu ciclon, care sunt de obicei de două tipuri. În cuptorul cu ciclon vertical, o variantă a modelului cu ardere tangențială, particulele mai mari de cărbune sunt centrifugate în afara fluxului de gaz pentru a arde pe pereții căptușiți cu material refractar din partea inferioară a camerei, zgura ieșind din camera „fundului umed”. Celălalt tip de cuptor cu ciclon utilizează camere cilindrice individuale cu căptușeală refractară în care cărbunele arde pentru a da gaze fierbinți, care sunt evacuate în cuptorul principal (a se vedea referințele anterioare).

Furnalele pf mari au o intrare de combustibil de aproximativ 200 de tone pe oră de cărbune (pentru a asigura o sarcină electrică de 500 MW) și sunt tipice camerele de 35 m înălțime cu o suprafață a secțiunii transversale de aproximativ 300 m2. Proiectantul cuptorului trebuie să se asigure că există cantitatea potrivită de căldură transferată de la flăcări la tuburile de perete pentru a evapora cantitatea dorită de apă și pentru a avea totuși temperatura corectă a gazului la ieșirea din cuptor. Acest lucru trebuie să se realizeze fără fluxuri termice locale excesive care să deterioreze tuburile și, în același timp, trebuie să se obțină o ardere completă a particulelor de cărbune. Există și considerentul suplimentar că poluanții, de exemplu, oxizii de azot, trebuie să fie menținuți la un nivel minim.

Una dintre problemele specifice cuptoarelor pe cărbune este acumularea de cenușă sau zgură pe pereții cuptorului, ceea ce duce la modificări ale temperaturii și emisivității. Raask (1985) s-a ocupat pe larg de depunerile de cenușă și zgură pe pereții cuptoarelor și de proprietățile de transfer termic ale depozitelor din cazane. El descrie, de asemenea, măsurile de combatere a Fouling-ului în cazane (de exemplu, curățarea și amestecarea cărbunelui, instalarea de suflante de funingine și jeturi de apă). Date privind eficiența combustiei (de obicei peste 98%), temperaturi ale gazelor de ieșire din cuptor cuprinse între aproximativ 1300 K și 1600 K și fluxuri termice măsurate de până la aproximativ 320 KWm-2 (care cresc cu aproximativ 10% după suflarea funinginii) au fost raportate în instalații mari de ardere cu pf de către Godridge și Read (1976).

Proiectanții de cuptoare utilizează modele fizice și/sau matematice (vezi Cuptoare). Acestea din urmă folosesc fie bilanțuri termice, fie dinamica fluidelor computaționale, CFD. În prima metodă, cuptorul este împărțit în regiuni sau zone, a se vedea Hottel și Sarofim (1967) și Field et al. (1967), iar o aplicație specifică la un cuptor cu ardere pf, care utilizează, de asemenea, un model fizic pentru a furniza informații despre transferul de masă, a fost descrisă de Cooper și Gibb (1984). Metoda CFD se bazează pe soluția cu diferențe finite a ecuațiilor de conservare a momentului, entalpiei și a speciilor. Aplicarea metodei la arzătoarele ciclonice pe cărbune a fost raportată de Boyson et al. (1986).

Figura 2. Tuburile de perete și deschiderile arzătorului într-un cazan-furnizor cu tuburi de apă alimentat cu PF în construcție. (Reproducere cu permisiunea PowerGen.)

.