185694. lajstromszámú szabadalom • Kombinált szénpor-fluidágyas tüzelésű kazánberendezés
1 185 694 2 A találmány kombinált szénpor-fluidágyas tüzelésű kazánberendezés, amelyben alacsony fűtőértékű, nagy nedvesség és hamutartalmú szenek eltüzelése is előnyösen valósítható meg. A bányászott szénben az éghető karbon mellett, más nem éghető anyagok, ú.m, különböző összetételű ásványi anyagok, azaz salak és víz fordul elő. A salak és a víztartalom hátráltatja a szén gyulladását és kiégését a kazánokban. A nagy salak és nedvességtartalmú gyengeminőségü szenek eltüzelésére ismert tüzelési rendszer a fluidágyas tüzelés. Ennél a tüzelési rendszernél a forrcsövekkel borított tüztér alját egy fúvókákkal ellátott vízszintes fenéklemez zárja le, amelyre darabos szemcsézetű inert anyagot töltenek. A fenéklemez fúvókáin olyan sebességgel fújnak be levegőt, hogy a betöltött anyag fluid állapotba kerül. Ebbe a fluid ágyba meghatározott szemcsézetű szenet adagolnak. A tűztérben elrendezett gáz vagy olaj gyújtóégőkkel a fluid ágyat a szén gyulladási hőmérsékletére hevítve, a beadagolt szén meggyullad és a fluidizációs levegővel táplálva folyamatosan elég. A szén salakját a fluid ágyból folyamatosan elvezetik. A fluid tüzelés egyik előnye, hogy a szénszemcsék elegendően hosszú ideig tartózkodnak a fluid ágyban, ahhoz, hogy a nedvességtartalom elpárolgása után meggyulladjanak és tökéletesen kiégjenek. A másik előny, hogy a fluid ágyba megfelelően méretezett forrcsőrendszert lehet meríteni, amely kedvező höátadási feltételek mellett viszonylag kis fűtőfelületen nagy hőmennyiséget tud felvenni, ezáltal csökken a kazán tömege, másrészt az égés hőmérsékletét alacsony szinten, mintegy 900 °C hőfokon képes tartani ami a környezetre káros NOx keletkezését csökkenti. Környezetvédelmi szempontból különös előnye a fluid tüzelésnek, hogy ha a fluid ágyba mészkövet is adagolnak, a nagy hőfokon kalcinált mészkő a szénben lévő kén elégése során keletkezett kéndioxidot szilárd formában megköti és így a füstgázok kéntelenítését megoldja anélkül, hogy költséges füstgázkéntelenítő berendezést alkalmaznának. A fenti előnyök mellett a fluid tüzelésnek az alábbi hátrányai vannak: Különösen nagy nedvességtartalmú szén esetén a víz elpárologtatásához szükséges hő erősen hűti a fluid ágyat, ezért a kisebb kazánterheléseknél — mivel a bemerített forrcsőrendszer hűtőhatása állandó — a hőmérséklet annyira csökken, hogy a tüzelés .,befagy” azaz kialszik, illetve csak a tüztéri gyújtóégök támasztó tüzelésével tartható fenn. A fluid ágy hőmérsékletének határt szab a szén salakjának olvadási pontja. Alacsony, (1000 °C körüli) salakolvadási pontú szeneknél — mint pl. sok magyar barnaszénnél — a fluid ágy hőmérsékletét megfelelően alacsonyan kell tartani, mert a megolvadt salakszemcsék összeolvadnak és nagyobb tömböket képezve már nem maradnak lebegtetett (fluid) állapotban, hanem a fluid ágy aljára süllyedve a fúvókákat elzárják. A nagy nedvességtartalmú és alacsony salakolvadáspontú szenek, ezen két tulajdonság által támasztott ellentétes követelmény miatt fluid ágyban nem, vagy csak támasztótüzeléssel tüzelhetők el. További hátrány jelentkezik a fluid tüzelésben akkor, ha a szén tárolás vagy a transzportálás során morzsáiódásra hajlamos. A fiatal barnaszenek többsége ilyen morzsálódó tulajdonságú. A fluidizáció fenntartásához ugyanis a választott szemcsemérethez - pl. 3 — 8 mm — szükséges levegőbefúvási sebességet kell alkalmazni. Az adott levegősebesség mellett az elmorzsálódott kis szemcsék — pl. a 2 mm alattiak, amelyek a szénmennyiség 20 —30%-át is képezhetik — a fluid ágyból felfelé kilépnek, elutrálnak, és a tűztérben lehűlve kiégésük megszakad, ezáltal a kazánból elégetlenül távoznak. A legtöbb fluid tüzelésű kazánnál ezért a kazánból távozó pernyét a nagy éghető tartalom miatt visszavezetik a fluid ágyba. A széntüzelés egy másik ismert módja a szénportüzelés. A szénportüzelésnél a szenet szénőrlőmalomban 0 - 300 mikron finomságra őrölve és előszárítva fújják a forrcsövekkel borított tűztérbe, ahol a nagy fajlagos felület miatt gyorsan meggyullad és elég. Ez a tüzelési módszer a gyengeminőségü szenek eltüzelésére is alkalmas. A szénportüzelés hátránya, hogy kis teljesítményű - szénminőségtől függően 30-40 t/ó kazánteljesítménynél kisebb — kazánoknál nem alkalmazható, mert a tűztér fajlagos felülete annál nagyobb, minél kisebb a térfogat és ezáltal a tüztéri forrcsőrendszer viszonylagos hűtöhatása olyan mértékű, hogy a szénporlángot a gyulladási hőmérséklet alá hűti és kioltja. Ugyanez a helyzet a nagyobb kazánoknál, ha a kazánteljesítményt egy adott határ - esetenként 70 %-alá csökkentik. A találmány célja a fluidágyas és a szénportüzelés hátrányainak kiküszöbölése és olyan kazánberendezés létesítése, amely a fluidágyas tüzelés és a szénportüzelés tetszőleges arányú kombinációjával a kétféle tüzelés előnyeit optimálisan egyesíti és hátrányait megszünteti. A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy fenti célnak eleget tehetünk, ha a nyersszenet nem közvetlenül a fluid ágyba, hanem szénőrlőmalomba vezetjük és a szénőrlőmalom légszérében leválasztott 1 - 3 mm szemcseméretű közel homogén és előszárított daraszenet adagoljuk, míg az őrlemény szénportüzelésre alkalmas, finom frakcióit szénportüzelésként a tűztérbe fújjuk. Ezzel biztosítva van, hogy a fluid ágyba pormentes és behatárolt szemcsenagyságú aprószén kerül, amihez a fluidizációt fenntartó befúvási sebesség optimálisan beállítható, másrészt az elmorzsálódott finom szenet szénportüzelésre alkalmas finomságúra őrölve előnyösen szénportüzeléssel hasznosítjuk. A találmány szerinti megoldás további előnye, hogy a fluid ágy hőmérsékletét alacsony salakolvadáspontú szén esetén, kellően alacsony szinten lehet tartani a kialvás veszélye nélkül, mert a fluid ágy feletti szénporláng támasztótüzelésként az égési folyamatot fenntartja, ugyanakkor a fluidágyból feláramló forró füstgázok, vagy a léghiányos fluid tüzelésből feíáramló CO gázok utóégése a szénporlángot stabilizálja leszabályozott kazánteljesítmény esetén is. Minthogy a szénőrlőmalom légszérével a durva és a finom őrlemény tág határok között beszállítha-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
