Сжигание в кипящем слое

Сжигание в кипящем слое ( FBC ) – это твердого технология сжигания топлива .

своей основной форме частицы топлива суспендируются в горячем, кипящем слое золы В и других твердых материалов ( песка , известняка и т. д.), через который продуваются струи воздуха, обеспечивающие кислород, необходимый для сгорания или газификации. Получающееся в результате быстрое и тщательное смешивание газа и твердых веществ способствует быстрой теплопередаче и химическим реакциям внутри слоя. Установки FBC способны сжигать различные виды низкосортного твердого топлива, включая большинство видов угля, угольные отходы и древесную биомассу, с высокой эффективностью и без необходимости дорогостоящей подготовки топлива (например, измельчения ). Кроме того, для любого заданного теплового режима печи FBC меньше, чем эквивалентная традиционная печь, поэтому могут предложить значительные преимущества перед последней с точки зрения стоимости и гибкости.

FBC снижает количество выбрасываемой серы в виде выбросов SO _x . Известняк используется для осаждения сульфата при горении, что также позволяет более эффективно передавать тепло от котла к аппарату, используемому для улавливания тепловой энергии (обычно водяным трубам). Нагретый осадок, вступающий в непосредственный контакт с трубками (нагрев за счет проводимости), повышает эффективность. позволяет угольным электростанциям гореть при более низких температурах, меньше NOx _{Поскольку это} выбрасывается . Однако сжигание при низких температурах также приводит к увеличению полициклических ароматических углеводородов выбросов . Котлы FBC могут сжигать и другие виды топлива, кроме угля, а более низкие температуры сгорания (800 °C / 1500 °F) имеют и другие дополнительные преимущества.

Преимущества

Есть две причины быстрого увеличения FBC в камерах сгорания. Во-первых, важным преимуществом сжигания в кипящем слое является свобода выбора топлива в целом, а не только возможность использования топлива, которое трудно сжечь при использовании других технологий. Вторая причина, которая становится все более важной, - это возможность достижения при горении низкого уровня выбросов оксидов азота и возможность простого удаления серы за счет использования известняка в качестве подстилающего материала.

Сжигание в псевдоожиженном слое возникло в результате попыток найти процесс сгорания, способный контролировать выбросы загрязняющих веществ без внешнего контроля выбросов (например, скрубберов-обессеривания дымовых газов). Эта технология сжигает топливо при температуре от 1400 до 1700 °F (750–900 °C), что значительно ниже порога образования оксидов азота (приблизительно при 2500 °F / 1400 °C азота и кислорода атомы в воздухе для горения объединяются в образуют загрязняющие вещества оксиды азота ); это также позволяет избежать проблем с плавлением золы, связанных с высокой температурой сгорания. Перемешивающее действие псевдоожиженного слоя приводит дымовые газы в контакт с химическими веществами, поглощающими серу , такими как известняк или доломит . может улавливать более 95% сернистых веществ, содержащихся в угле, внутри котла Сорбент . Однако эти сокращения могут быть менее существенными, чем кажутся, поскольку они совпадают с резким увеличением выбросов полициклических ароматических углеводородов и, возможно, других углеродных соединений. ^{[ нужна ссылка ]}

Коммерческие установки FBC работают с конкурентоспособной эффективностью, стоят меньше, чем современные традиционные котельные, а выбросы SO ₂ и NO ₂ ниже уровней, установленных федеральными стандартами. Однако они имеют некоторые недостатки, такие как эрозия труб внутри котла, неравномерное распределение температуры, вызванное засорением воздухозаборника слоя, длительное время запуска, достигающее в некоторых случаях до 48 часов.

FBC имеет более низкую температуру сгорания - 750 °C, тогда как обычный котел работает при 850 °C.
FBC имеет низкий процесс спекания (плавления золы).
Снижение производства NO _x из-за более низкой температуры.
Снижение производства SO _x из-за улавливания известняком.
Более высокая эффективность сгорания благодаря в 10 раз большей теплопередаче, чем при других процессах сгорания, из-за сжигания частиц.
Для FBC требуется меньшая площадь из-за высокого коэффициента конвективной теплопередачи.
Горение в изотермическом слое, поскольку температура в свободной и активной ленте остается постоянной.

Типы

Системы FBC делятся по существу на две основные группы: атмосферные системы (FBC) и системы под давлением (PFBC), а также две второстепенные подгруппы: барботажные (BFB) и циркулирующие псевдоожиженные слои ( CFB ).

Сжигание в кипящем слое в атмосфере

В атмосферных псевдоожиженных слоях используется известняк или доломит для улавливания серы, выделяющейся при сжигании угля. Струи воздуха во время горения подвешивают смесь сорбента и горящего угля, превращая смесь во взвесь раскаленных частиц, которые текут как жидкость. Эти котлы работают при атмосферном давлении.

Сжигание в псевдоожиженном слое под давлением

В системе PFBC первого поколения также используется сорбент и струи воздуха для подвешивания смеси сорбента и горящего угля во время горения. Однако эти системы работают при повышенном давлении и производят газовый поток высокого давления при температурах, которые могут привести в действие газовую турбину . Пар, образующийся за счет тепла в псевдоожиженном слое, направляется в паровую турбину , создавая высокоэффективную систему с комбинированным циклом .

Расширенный PFBC

Система PFBC 1½ поколения повышает температуру сгорания газовой турбины за счет использования природного газа в дополнение к испорченному воздуху из камеры сгорания PFB. Эта смесь сжигается в верхней камере сгорания, чтобы обеспечить более высокие температуры на входе и большую эффективность комбинированного цикла. Однако при этом используется природный газ , который обычно является более дорогим топливом, чем уголь.
АПФБК. В более совершенных системах PFBC второго поколения используется карбонизатор под давлением для переработки подаваемого угля в топливный газ и уголь. PFBC сжигает уголь для производства пара и нагрева воздуха для горения газовой турбины. Топливный газ из карбонизатора сгорает в верхней камере сгорания, соединенной с газовой турбиной, нагревая газы до номинальной температуры сгорания турбины внутреннего сгорания. Тепло рекуперируется из выхлопных газов газовой турбины для производства пара, который используется для привода обычной паровой турбины , что приводит к более высокому общему КПД в комбинированном цикле выработки мощности . Эти системы также называются APFBC, или усовершенствованными системами с комбинированным циклом сгорания в псевдоожиженном слое с циркуляцией под давлением. Система APFBC полностью работает на угле.
ГФБКК. Системы комбинированного цикла со сжиганием в псевдоожиженном слое газификации, GFBCC, имеют частичный газификатор с циркулирующим псевдоожиженным слоем под давлением (PCFB), подающий топливный синтез- газ в камеру сгорания газовой турбины. Выхлоп газовой турбины подает воздух для горения в камеру сгорания с атмосферным циркулирующим псевдоожиженным слоем, в которой сжигается уголь из частичного газификатора PCFB.
ЧИППС. Система CHIPPS аналогична, но вместо атмосферной камеры сгорания с псевдоожиженным слоем используется печь. Он также оснащен трубками подогревателя воздуха газовой турбины для повышения эффективности цикла газовой турбины. CHIPPS означает высокопроизводительную энергетическую систему, основанную на сгорании.

См. также

Ссылки (требуется обновление ссылок)