Một nhà máy nhận được than có hàm lượng lưu huỳnh cao trong một tháng, hỗn hợp sinh khối vào tháng tiếp theo và một loạt rác thải sau đó - và nhà máy vẫn phải đáp ứng nhu cầu hơi nước và giới hạn phát thải mỗi ngày. Đốt cháy tầng sôi (FBC) tồn tại chính xác cho tình huống này. Trong nồi hơi FBC, các hạt nhiên liệu rắn lơ lửng trong lớp cát, tro và đá vôi nóng, sủi bọt, nơi chúng cháy ở nhiệt độ khoảng 850°C. Lựa chọn thiết kế đó thực hiện hầu hết công việc: nhiệt độ lớp lò thấp ngăn chặn sự hình thành NOx nhiệt và đá vôi trộn vào lớp thu giữ 90% lưu huỳnh nhiên liệu trở lên bên trong lò trước khi nó đạt tới ống khói. Kết quả là một nồi hơi có thể biến nhiên liệu chất lượng thấp, khó cháy thành hơi nước có thể sử dụng được với hiệu suất đốt trên 90%. Điều mà các kỹ sư không nên bỏ qua là nửa còn lại của câu chuyện - con đường mà khí thải nóng, đầy bụi đi qua đường quay trở lại, bởi vì đó là nơi tiết kiệm nhiên liệu dự kiến sẽ thành hiện thực hoặc rò rỉ đi.
Quá trình đốt tầng sôi hoạt động như thế nào
Nguyên tắc rất dễ hình dung. Không khí đi vào hộp gió bên dưới lò và đi lên qua tấm phân phối vào một lớp vật liệu trơ - cát, tro hoặc đá vôi đã qua sử dụng - sâu vài trăm mm. Khi vận tốc không khí đạt đến điểm hóa lỏng, khoảng 1 đến 2 mét/giây trong giường sủi bọt và 4 đến 6 mét/giây trong giường tuần hoàn, các hạt sẽ mất liên lạc với nhau và lớp sôi hoạt động giống như chất lỏng sôi. Nhiên liệu được nghiền đến kích thước nguyên liệu được phun trực tiếp vào khối này và sự pha trộn mạnh mẽ sẽ đưa mọi hạt tiếp xúc với oxy và chất rắn nóng. Bởi vì lò chứa lượng nhiệt dự trữ gấp nhiều lần năng lượng do nhiên liệu giải phóng mỗi giây nên nhiệt độ gần như đồng đều ở mức 820 đến 900°C trên toàn bộ lò.
Nhiệt độ thấp có thể làm được gì
Tính chất hóa học bên trong chiếc giường giải thích tại sao FBC giành được vị trí của mình. Đá vôi được cung cấp nhiên liệu trước tiên nung ở nhiệt độ cao, giải phóng CO2 và để lại vôi hoạt tính; Vôi sau đó phản ứng với SO2 từ than để tạo thành CaSO4 rắn, thoát ra cùng với tro. Do đó, việc loại bỏ lưu huỳnh diễn ra bên trong lò chứ không phải trong máy lọc riêng biệt. Môi trường nhiệt độ thấp tương tự tạo ra ba kết quả thực tế hơn nữa:
- Tính linh hoạt của nhiên liệu - than, sinh khối, bùn, than cốc và nhiên liệu có nguồn gốc từ chất thải có thể được đốt, thường được pha trộn hoặc chuyển đổi với mức giảm công suất tối thiểu.
- Đốt cháy nhiên liệu kém một cách đáng tin cậy - lớp đệm hoạt động như một nguồn đánh lửa vĩnh viễn, do đó nhiên liệu có độ ẩm cao và tro cao cháy ổn định.
- Thu giữ lưu huỳnh hiệu quả - tỷ lệ mol canxi và lưu huỳnh khoảng 2,0 đến 2,5 thường loại bỏ 90% lưu huỳnh trong nhiên liệu trở lên.
- NOx thấp — NOx nhiệt hầu như không hình thành ở nhiệt độ 850°C và không khí đốt theo giai đoạn giữ lượng khí thải không được kiểm soát thấp hơn nhiều so với lượng khí thải khi đốt ở nhiệt độ cao.
Ba cấu hình: bạn thân, CFB và PFBC
Giường tầng sôi sủi bọt (BFB)
Nồi hơi BFB chạy ở đầu dưới của dải vận tốc, khoảng 1 đến 3 m/s. Hầu hết các chất rắn ở trong lò, bề mặt trong lò hoặc tường sẽ hấp thụ nhiệt và nhiên liệu được cung cấp trên bề mặt giường. Cấu hình này xử lý tốt sinh khối ướt, bùn và nhiên liệu thô, đó là lý do tại sao nó chiếm ưu thế trong các nhà máy hơi nước công nghiệp đốt những dòng này.
Tầng sôi tuần hoàn (CFB)
Nồi hơi CFB nâng vận tốc lên 4 đến 6 m/s để một lượng lớn chất rắn được đưa ra khỏi lò, thu giữ trong lốc xoáy và quay trở lại qua vòng bịt. Một hạt rắn có thể luân chuyển hàng chục lần trước khi biến thành tro, kéo dài thời gian lưu và đẩy hiệu suất đốt lên 97 đến 99%. CFB ngày nay được mặc định cho các nhà máy công nghiệp lớn và quy mô lớn đốt than chất lượng thấp, vì nó kết hợp hiệu suất cao nhất với khả năng chịu nhiên liệu rộng nhất.
Giường tầng sôi điều áp (PFBC)
PFBC vận hành toàn bộ hệ thống ở áp suất 10 đến 16 bar bên trong bình áp suất và khuếch tán khí thải nóng, có áp suất thông qua tuabin khí bên cạnh việc tăng hơi nước. Mặc dù logic về hiệu quả là hợp lý nhưng chỉ có một số ít nhà máy trình diễn được xây dựng và nó vẫn còn là một thị trường ngách. Đối với hầu hết các dự án, quyết định thực tế là giữa BFB và CFB.
| tham số | BFB | CFB | PFBC |
|---|---|---|---|
| Vận tốc hóa lỏng | 1-3 m/s | 4-6 m/s | Tương tự với CFB |
| Áp suất vận hành | Khí quyển | Khí quyển | thanh 10-16 |
| Hiệu suất đốt cháy | 90-96% | 97-99% | Mục tiêu thiết kế 99% |
| Kiểm soát lưu huỳnh | Đá vôi trên giường | Đá vôi trên giường | Đá vôi trên giường |
| quy mô điển hình | Lên tới ~100 MWth | Cấp công nghiệp đến 600 MWe | Chỉ biểu tình |
| Nhiên liệu phù hợp nhất | Sinh khối ướt, bùn, than | Than cấp thấp, than cốc, nhiên liệu hỗn hợp | Than có hàm lượng lưu huỳnh cao |
Tại sao thực vật chọn FBC
Phương án kinh doanh dựa trên ba trụ cột: đốt cháy nhiên liệu mà nồi hơi thông thường không thể làm được, đáp ứng giới hạn phát thải bằng đường dẫn khí đơn giản hơn và làm được điều đó mà không làm giảm hiệu quả đáng kể. Đối với các nhà máy có khả năng tiếp cận với nhiên liệu có vấn đề giá rẻ, phép tính số học mang tính quyết định — phế phẩm giặt, than cốc hoặc nhiên liệu thải có thể tốn một phần than tiêu chuẩn và đơn vị FBC chuyển khoản chiết khấu đó trực tiếp thành khoản tiết kiệm vận hành. Việc tuân thủ cũng ủng hộ công nghệ: lưu huỳnh được thu giữ cùng với đá vôi trong lớp, việc kiểm soát NOx phần lớn không phụ thuộc vào nhiệt độ lớp thấp và những con số dưới đây phản ánh hiệu suất thường xuyên hơn là những lời hứa trong phòng thí nghiệm.
~850°C Nhiệt độ hoạt động của giường
90% Thu giữ lưu huỳnh trên giường
97-99% Hiệu suất đốt CFB
2,0-2,5 Tỷ lệ mol Ca/S điển hình
Back-Pass: Nơi kinh tế FBC thắng hay thua
Sự hóa lỏng giải quyết lò; nó không làm gì cho những gì để lại nó. Khí thoát ra khỏi lốc xoáy CFB ở nhiệt độ 850 đến 900°C và đi vào đường dẫn ngược mang theo một lượng lớn chất rắn mịn. Tro giường phần lớn là chất khoáng cứng, góc cạnh, và ngay cả sau khi tách bằng lốc xoáy, dòng tro vẫn bị mài mòn và dễ bị bám bẩn. Do đó, mọi bề mặt đối lưu ở hạ lưu - bộ quá nhiệt, dàn bay hơi và bộ tiết kiệm - phải được thiết kế xung quanh sự xói mòn và tích tụ tro cũng như xung quanh sự truyền nhiệt.
Bộ tiết kiệm khí thải đuôi nồi hơi để thu hồi nhiệt nước cấp Nằm ở đầu lạnh của đường quay ngược CFB, bộ tiết kiệm này hấp thụ nhiệt còn lại trước bộ làm nóng không khí và ống khói, cắt giảm nhiệt độ khí thoát ra và mức sử dụng nhiên liệu nồi hơi ngay cả trong khí thải có nhiều tro, mài mòn. Xem sản phẩm → Người tiết kiệm thực hiện phần lớn nhiệm vụ này. Ngồi ở đầu lạnh của đường dẫn khí, nó hấp thụ lượng nhiệt có thể sử dụng cuối cùng trước bộ sưởi không khí và ống khói. Theo nguyên tắc làm việc, cứ giảm nhiệt độ khí thoát ra từ 15 đến 20°C sẽ có giá trị khoảng 1% hiệu suất lò hơi, do đó, khoảng cách giữa bộ tiết kiệm phù hợp và bộ tiết kiệm cỡ nhỏ sẽ trở thành một ranh giới cố định trên hóa đơn nhiên liệu. Trong môi trường có nhiều bụi, các ống cũng cần được bảo vệ: vận tốc khí vừa phải, đeo tấm chắn ở các hàng đầu và tăng thêm giới hạn cho độ dày thành ống.
Ống vây loại H cho khí thải chứa nhiều bụi Các vây chữ H song song tạo thành các đường dẫn khí thẳng có khả năng chống lại sự tích tụ tro và xói mòn đồng thời bổ sung thêm bề mặt mở rộng lớn, khiến các ống này trở thành lựa chọn phù hợp cho các bề mặt đối lưu dễ bị bám bẩn ở hạ lưu của lốc xoáy CFB. Xem sản phẩm → Hình dạng vây cũng quan trọng không kém. Các ống có vây loại H được phát triển chính xác cho môi trường này: các vây được hàn thành các hàng song song để lại các đường dẫn khí thẳng giữa các ống, giảm nhiễu loạn ở gốc vây và các vùng xoáy nơi tro lắng xuống, đồng thời bổ sung bề mặt truyền nhiệt lớn trong các mô-đun nhỏ gọn. Sự kết hợp giữa diện tích mở rộng, khả năng chống xói mòn và khả năng tự làm sạch đã khiến chúng trở thành bề mặt mở rộng tiêu chuẩn trong đường chuyền ngược CFB. Trước khi sửa chữa thiết kế bề mặt, cần xem xét so sánh các ống có vây loại H với các ống trơn trong khí thải có độ bụi cao.
Chỉ định thu hồi nhiệt xung quanh nhà máy FBC
Đối với một nhà điều hành công nghiệp, nồi hơi FBC hiếm khi được mua riêng lẻ; nó neo một mạng lưới thu hồi nhiệt. Hơi nước từ giường điều khiển các quá trình và trong nhiều cách bố trí, một nồi hơi nhiệt thải riêng biệt được đặt thành dòng khí thải nóng - khí thải của lò, khí lò hoặc bộ làm mát chất rắn - chuyển nhiệt dư thừa thành hơi bổ sung mà không đốt thêm một kg nhiên liệu. Xử lý thiết bị FBC và các bề mặt phía sau của nó như một hệ thống tích hợp là điều biến tính linh hoạt của nhiên liệu thành khả năng hoàn vốn.
Nồi hơi nhiệt thải công nghiệp cho dòng khí thải Khi nồi hơi FBC neo giữ mạng lưới thu hồi nhiệt tích hợp, nồi hơi nhiệt thải sẽ chuyển đổi nhiệt dư thừa từ khí thải lò hoặc khí thải lò thành hơi bổ sung mà không tiêu tốn thêm nhiên liệu. Xem sản phẩm → Hoạt động mua sắm phải được sàng lọc trên cùng ba trục mà công nghệ yêu cầu. Đầu tiên, sự tuân thủ: các bộ phận chịu áp lực được chế tạo theo yêu cầu của ASME với chất lượng hàn được ghi lại, được hỗ trợ bởi dây chuyền hàn tự động và kiểm tra bằng tia X theo thời gian thực thay vì chỉ dùng giấy tờ. Thứ hai, sự phù hợp về mặt kỹ thuật: nhà cung cấp phải làm việc từ bố cục 3D, xác minh nhiệt lượng đầu vào và chuyển đổi các bản vẽ hiện có để các bề mặt mới đi vào đường dẫn khí hiện tại mà không cần thiết kế lại. Thứ ba, công suất: Lịch trình EPC trừng phạt những nhà cung cấp không thể cung cấp trọng tải và sản lượng hàng năm trên 20.000 tấn là ngưỡng hợp lý để yêu cầu. Các nhà sản xuất như Wuxi Jinker Power Equipment cung cấp các bộ tiết kiệm, ống có vây và nồi hơi nhiệt thải như một dòng sản phẩm - đó chính xác là cách mua back-pass FBC. Trước khi khóa thiết kế bề mặt, cần xem lại cách các bộ tiết kiệm nồi hơi cắt giảm chi phí nhiên liệu và thu hồi nhiệt thải.
Quá trình đốt tầng sôi giữ vị trí của nó trong sản xuất năng lượng và hơi nước hiện đại vì nó làm được điều mà việc đốt ở nhiệt độ cao không thể: đốt cháy nhiên liệu rẻ tiền, khó sử dụng trong giới hạn phát thải hiện đại. Nhiệt độ của lớp đá vôi và tính chất hóa học của đá vôi đặt ra những giới hạn đó; các bề mặt quay lại thiết lập tính kinh tế. Việc chỉ định cả hai với mức độ nghiêm ngặt như nhau — một bên là điều kiện giường ổn định, một bên là bề mặt gia nhiệt có vây chống xói mòn và một bên là bộ tiết kiệm có kích thước phù hợp — là những gì phân biệt một dự án FBC tự chi trả với một dự án lặng lẽ hoạt động kém hiệu quả.
