Kocioł fluidalny

Krzysztof Jagielski
25.07.2015

Kocioł fluidalny to kocioł do produkcji pary wodnej lub gorącej wody z paleniskiem wykorzystującym zjawisko fluidyzacji. W wyniku tego procesu powstaje dynamiczna zawiesina zwana złożem fluidalnym, składająca się z drobnych cząsteczek ciała stałego wędrujących w strumieniu cieczy lub gazu. Fluidyzacja ma za zadanie zintensyfikować procesy fizyczne i chemiczne. Wykorzystuje się ją w procesach technologicznych takich jak spalanie miału węglowego, kalcynacja, spalanie rud siarki czy suszenie sypkich półproduktów spożywczych.

Kotły fluidalne mają kształt podłużnego cylindra. Paliwo spalane jest w nich w temperaturze 750-950°C. Zakres ten utrzymuje się dzięki regulacji strumienia wytwarzanego i odbieranego w złożu ciepła. Głównym elementem konstrukcji kotła jest stały ruszt, pod który doprowadzane jest spiętrzone powietrze. Wytłaczane przez dysze powietrze generuje proces fluidyzacji. Warstwa fluidalna stanowi mieszaninę paliwa i inertnego materiału niepalnego, składającego się głównie z cząstek takich jak: piasek, popiół, sorbent i węgiel (stanowiący 3-5%). Zaletami urządzeń fluidalnych są: proste przygotowanie paliwa i doprowadzanie go do komory spalania, spora redukcja dwutlenku siarki, dwutlenku azotu i węglowodoru, korzystny współczynnik wymiany ciepła w komorze spalania, możliwość wykorzystania odpadów paleniskowych powstałych w procesie spalania, wysoka sprawność spalania, a także niewielkie zabrudzenie powierzchni kotła. Wadami tego rodzaju kotłów są: wyższa moc wentylatora, większe pole przekroju kotła, większe powierzchniowe straty ciepła, większa erozja.

Kotły fluidalne przystosowane są do spalania węgla niskokalorycznego z dużą zawartością popiołu. Dobrze sprawdzają się również przy spalaniu węgla brunatnego, mułów, torfu, łupków, resztek z przeróbki ropy, odpadów komunalnych jak również innej biomasy.

W klasyfikacji kotłów fluidalnych wyróżnia się:

  1. Ze względu na strukturę warstwy fluidalnej:
    • Kotły ze złożem stacjonarnym (pęcherzykowym, BFB).
    • Kotły ze złożem cyrkulacyjnym (CFB).
  2.  Ze względu na ciśnienie w palenisku:
    • Kotły fluidalne atmosferyczne.
    • Kotły fluidalne ciśnieniowe.

Złoże stacjonarne (pęcherzykowe, BFB)

Kotły ze złożem stacjonarnym były pierwszymi kotłami fluidalnymi. Ich nazwa wywodzi się od tego, iż pod wpływem powietrza przepływającego przez warstwę węgla z prędkością większą od krytycznej, na fluidyzującej warstwie złoża pojawiają się pęcherze gazowe z cząstek popiołu, paliwa i sorbentu. W odróżnieniu od kotłów cyrkulacyjnych złoże nie porusza się w przestrzeni kotła. Odznaczają się też mniejszą prędkością fluidyzacji, nieco niższym procentem wypalenia paliwa i zdecydowanie niższym obciążeniem cieplnym komory paleniskowej. Prędkość powietrza wynosi 1-3 m/s, a temperatura spalania – ok. 850°C. Na sprawność i poziom odsiarczania wpływ ma czas kontaktu ziaren paliwa z powietrzem w warstwie fluidalnej. Złoża pęcherzykowe używane są w małych kotłach o zakresie mocy do 50MW.

Złoże cyrkulacyjne (CFB)

Kotły ze złożem cyrkulacyjnym to kotły fluidalne, w których pod wpływem odpowiednio dobranej prędkości powietrza część złoża unosi się i przemieszcza w przestrzeni kotłowej. Zbudowane są z elementów takich jak: komora paleniskowa, cyklon, układ nawrotu z zamknięciem syfonowym lub zaworem typu L. W komorze paleniskowej znajdują się szczelne, membranowe powierzchnie wymiany ciepła, a jej dolna część wyłożona jest materiałem ogniotrwałym. Położone są tu również otwory wprowadzające paliwo, sorbent, wtórne powietrze i popiół cofany spod cyklonu, a także otwory palników i odprowadzania popiołu. Spalanie odbywa się w dolnej części komory, w górnej zaś przekazywanie ciepła do ścian poprzez promieniowanie i konwekcję ziaren. Cyklon służy do oddzielania ziaren materiału sypkiego, unoszących się ze spalinami i kierowania ich z powrotem na dno komory przez rurę opadową i syfon zabezpieczający przed cofaniem się spalin z komory do cyklonu. Kotły te posiadają także klasyfikator odprowadzanego popiołu, który wydziela z materiału sypkiego grube ziarna popiołu, aby usunąć je na zewnątrz. Niektóre urządzenia wyposażone są również w zewnętrzny wymiennik ciepła.

Temperatura spalania utrzymuje się w granicach 850-900°C, a wielkość ziaren to średnio 1-3 mm, choć niektóre modele kotłów wymagają rozdrobnienia węgla do 0-1 mm. Urządzenia ze złożem cyrkulacyjnym stosuje się w zakładach o dużej przepustowości

Zgłoś swój pomysł na artykuł

Więcej w tym dziale Zobacz wszystkie

Na naszej stronie korzystamy z plików cookies w celu spersonalizowania reklam, więcej informacji.