PULVERISERADE KOLFYROR

Pulveriserat kol (pulveriserat bränsle-pf) har eldats i roterande cementugnar (se Ugnar) och pannugnar (se Pannor). De sistnämnda är i princip lådor fodrade med rör i vilka vatten avdunstar och som innehåller en blandning av vatten och ånga. Kolet pulveriseras till ett fint pulver, vanligtvis så att 70 % är mindre än ca 75 μm stort, innan det transporteras med en del av förbränningsluftströmmen till brännarna. Dessa kolbrännare är vanligen monterade på en vertikal vägg, två motsatta vertikala väggar eller grupperade över varandra i ugnens fyra hörn (se figur 1 och figur 2). Hörnbrännarna brinner tangentiellt in i ugnen och ger en enda flamkula i en central virvel. Andra konstruktioner, t.ex. med användning av nedbränning för lågflyktiga kol och brännare för lågkvalitativa kol med hög fuktighet, har diskuterats av Dryden (1975) och Lawn (1987).

I alla de ugnar som hittills beskrivits faller den heta, torra askan till den ”torra bottnen” i ugnskammaren, där den avlägsnas. Undantaget från detta är i cykloneldade pannor, som vanligtvis är av två typer. I den vertikala cyklonugnen, en variant av den tangentiellt eldade konstruktionen, centrifugeras större kolpartiklar ut ur gasflödet för att brinna på de eldfasta väggarna i den nedre delen av kammaren, medan slaggen rinner ut ur kammaren med ”våt botten”. Den andra typen av cyklonugn använder enskilda cylindriska eldfasta kammare där kolet brinner för att ge heta gaser som släpps ut i huvudugnen (se tidigare referenser).

Stora pf-ugnar har en bränsletillförsel på cirka 200 ton kol i timmen (för att ge en elektrisk belastning på 500 MW) och kammare med en höjd på 35 m och en tvärsnittsarea på cirka 300 m2 är typiska. Ugnskonstruktören måste se till att rätt mängd värme överförs från lågorna till väggrören för att avdunsta den önskade mängden vatten och fortfarande ha rätt gastemperatur vid utrymmet från ugnen. Detta måste ske utan att överdrivna lokala värmeflöden skadar rören, samtidigt som fullständig förbränning av kolpartiklarna måste uppnås. Dessutom måste föroreningar, t.ex. kväveoxider, hållas så låga som möjligt.

Ett av de problem som är specifika för koleldade ugnar är att aska eller slagg ansamlas på ugnsväggarna, vilket leder till förändringar i temperatur och emissivitet. Raask (1985) har utförligt behandlat ask- och slaggavlagringar på ugnsväggar och värmeöverföringsegenskaperna hos pannavlagringar. Han beskriver också åtgärder för att bekämpa nedsmutsning i pannor (t.ex. rengöring och blandning av kol, installation av sotblåsare och vattenstrålar). Godridge och Read (1976) har rapporterat uppgifter om förbränningseffektivitet (vanligen över 98 %), temperaturer på 1300 K till 1600 K vid utloppet ur ugnen och uppmätta värmeflöden på upp till 320 KWm-2 (som ökar med cirka 10 % efter sotblåsning) i stora pf-eldade anläggningar.

Uppvärmningskonstruktörer använder sig av fysikaliska och/eller matematiska modeller (se Ugnar). I de senare används antingen värmebalanser eller Computational Fluid Dynamics, CFD. I den första metoden delas ugnen in i regioner eller zoner, se Hottel och Sarofim (1967) och Field et al. (1967). Cooper och Gibb (1984) har beskrivit en särskild tillämpning på en pf-eldad ugn, där man också använder sig av en fysisk modell för att tillhandahålla information om massöverföring. CFD-metoden bygger på finita differenslösningar av momentum-, entalpi- och artbevarandeekvationer. Tillämpning av metoden på koleldade cyklonbrännare har rapporterats av Boyson et al. (1986).

Figur 2. Väggrör och brännaröppningar i en PF-eldad vattenrörspanna som håller på att byggas. (Återges med tillstånd av PowerGen.)