Modyfikacja systemów
rozruchowych kotłów
pyłowych w celu redukcji
kosztów i emisji
zanieczyszczeń
Włodzimierz KORDYLEWSKI
Arkadiusz DYJAKON
Mieczysław ŚWIĘTOCHOWSKI
P4-2005-PLASMA
Czerwiec 2005
Modyfikacja systemów
rozruchowych kotłów
pyłowych w celu redukcji
kosztów i emisji
zanieczyszczeń
Włodzimierz KORDYLEWSKI
Arkadiusz DYJAKON
Mieczysław ŚWIĘTOCHOWSKI
P4-2005-PLASMA
Czerwiec 2005
Przyczyny realizacji zadania
• Negatywne oddziaływanie instalacji
rozruchowej na środowisko.
• Problemy z dyspozycyjnością
systemów rozruchowych.
• Duże koszty eksploatacyjne i
konserwacyjne instalacji mazutowej.
2
Systemy rozruchowe kotłów
pyłowych
1. Z użyciem oleju ciężkiego (mazutu)
2. Z użyciem lekkiego oleju opałowego
3. Z użyciem paliwa gazowego (gaz płynny)
4. Z użyciem pyłu węglowego zapalanego:
a) grzejnikami elektrycznymi (w. brunatny),
b) plazmą elektryczną.
4
Mazutowe instalacje
rozpałkowe
I.
Palniki mazutowe z rozpylaniem:
a) ciśnieniowym,
b) pneumatycznym (parowe, powietrzne).
II. Palniki mazutowe z zapalarkami:
a) gazowymi,
b) wysokoenergetycznymi (elektrycznymi).
5
CHARAKTERYSTYKA
MAZUTOWYCH
INSTALACJI
ROZRUCHOWYCH
W EDF POLSKA
6
Ogólny schemat instalacji
mazutowej
zbiornik
mazutu
rampa rozładowcza
do kotłowni
pompa
filtr
podgrzewacz
mazutu
powrót z
kotłowni
chłodnica
mazutu
7
1 – zawór zaporowo-zwrotny, 2 – zawór zaporowy, 3 – licznik oleju,
4 – filtr oleju, 5 - zawór szybkoodcinający pneumatyczny,
6 – odwadniacz,7 – zawór zaporowy nastawny, 8 – układ pomiarowy
Przykotłowa instalacja
mazutowa
8
- rozpylanie parą
Instalacja przypalnikowa –
zasilanie podstawowe
9
- rozpylanie sprężonym powietrzem
Instalacja przypalnikowa –
zasilanie podstawowe
10
- propan techniczny (propan-butan)
Instalacja przypalnikowa –
zasilanie podstawowe
11
13 14 15
16
13
14
15
16
12
14 11 10 9
7
1
2
3
8
5
4
6
instalacja
zewnętrzna
instalacja
wewnętrzna
palnik
1
palnik
2
K-1
K-3
K-2
K-4
- zapalarka gazowa
- zapalarka wysokoenergetyczna
- pochodnia
Instalacja przypalnikowa –
układ zapłonowy
12
- Lekki olej opałowy,
- brak zasilania rezerwowego.
Instalacja przypalnikowa –
zasilanie rezerwowe w EDF
Polska
13
Dysze rozpylacza
14
PROBLEMY
EKSPLOATACYJNE
MAZUTOWYCH INSTALACJI
ROZRUCHOWYCH
W EDF POLSKA
15
Występowanie stref martwych w
przewodach olejowych i zatykanie lancy
olejowej
Odcinek martwy
dmuchanie lancy
olejowej
16
Wadliwie działająca zapalarka
wysokoenergetyczna
brak iskry
złe usytuowanie
zapalarki
zabrudzenie
elektrod
17
Niewłaściwa praca fotokomórek
złe
ukierunkowanie
fotokomórki
szlakowanie
wziernika
Słaba
selektywność
fotokomórki
18
Inne problemy eksploatacyjne
nieszczelności na
zaworach i kołnierzach
niekontrolowane
mieszanie pary i
oleju
za niskie ciśnienie
do palnika
19
Inne problemy eksploatacyjne
• Problemy z właściwym ciśnieniem
mazutu w instalacji (brak
automatyki).
• Brak regulacji wydatku mazutu na
nastawni.
• Duży stopień cyrkulacji mazutu.
• Zmienna jakość mazutu.
20
Podsumowanie: potrzeba zmian
• Ujednolicenie systemów
rozruchowych.
• Zmniejszenie przestrzeni martwej w
instalacji mazutowej.
• Zmniejszenie różnorodności paliw
rozpałkowych.
• Poprawa kontroli jakości mazutu.
21
PROPOZYCJE POPRAWY
MAZUTOWYCH INSTALACJI
ROZRUCHOWYCH
W EDF POLSKA
22
Propozycje poprawy sytuacji
- zastosowanie
skanerów
na
podczerwień (np. FIREYE)
23
InSight typu 95
Zapalarka wysokoenergetyczna
HESI 90
Propozycje poprawy sytuacji
- zmniejszenie przestrzeni martwej w instalacji
przypalnikowej
1 – zawór kulowy, 2 – zawór odcinający, 3 – zawór zwrotny płytkowy, 4 – zawór
zaporowo-zwrotny, 5 – kryza, 6 – zawór trójdrożny, 7 – odwadniacz, P – pomiar
ciśnienia
24
Propozycje poprawy sytuacji
- recyrkulacja
mazutu
z
ominięciem
zbiorników głównych
25
z
biornik
mazutu
r
ampa rozł
adowcza
do kotłowni
pompa
filtr
p
odgrzewacz
mazutu
powrót z
kotłowni
chłodnica
mazutu
RECYRKULACJA
MAZUTU
Propozycje poprawy sytuacji
- kontrola jakości mazutu (zastosowanie filtrów
samoczyszczących),
- Każdy palnik raz na zmianę powinien być zapalany,
- Instalacja przykotłowa powinna być wyposażona w
urządzenia do płynnej redukcji ciśnienia mazutu i
pary:
Parametry mazutu i pary dla bezawaryjnej pracy układu olejowego:
* mazut na wyjściu z mazutowni:
p
m
≥ 1,3 MPa; t
m
≥ 130
o
C
* parametry dyspozycyjne pary:
p
p
≥ 1,6 MPa; t
p
≥ 200
o
C
* ciśnienie mazutu przed palnikiem:
p
m
= 0,7 ÷ 1,1 MPa
* ciśnienie pary przed palnikiem:
p
p
= p
m
+ 0,2 ÷ 0,3 MPa
26
Propozycje poprawy sytuacji
- Pompy główne powinny być wyposażone w falowniki,
które umożliwia płynne zasilanie instalacji mazutem,
- Mazutownia oraz instalacja przykotłowa mazutu i
pary winny pracować pod kontrolą układów
automatyki, a oba układy powinny być zintegrowane,
- Rurociągi dostarczające mazut powinny być na całej
trasie ogrzewane i zaizolowane
- W celu kontroli ilości zużywanego mazutu wszystkie
kotły powinny być wyposażone w pomiar ilości oleju
dopływającego i powracającego z kotła,
- Lance olejowe powinny być przedmuchiwane parą
zarówno po stronie pary jak też mazutu,
27
PLAZMOWY
SYSTEM ROZRUCHU
KOTŁÓW PYŁOWYCH
28
Koncepcja plazmowego palnika
pyłowego w EC Czechnica
Plazmotr
on
29
1 – palniki pyłowe główne
2 – plazmotron
3 – mufa
80
16
0
1
2
3
KOCIOŁ
OP-130
1
2 3
Koncepcja plazmowego palnika
pyłowego w EC Czechnica
30
Palnik
muflow
y
powietrz
e
Plazmotro
n
Przewód
pyłowy
woda
31
ZASILANIE
PALNIKA PLAZMOWEGO
PYŁEM WĘGLOWYM
Przygotowanie pyłu węglowego
do PPP
32
Centralna
młynownia
do
palników
pyłowych
Bunkier
pyłu
Separator
Cyklon
(filtr)
Wentylator
1. CENTRALNA MŁYNOWNIA
Przygotowanie pyłu węglowego
do PPP
2. RUROCIĄG GORĄCYCH SPALIN
33
K-1
K-3
K-2
Kanał gorących spalin (powietrza)
Wentylator
podmuchu
K-4
Rurociąg gorących spalin
34
Uwagi:
Uwagi:
-
teoretycznie istnieje możliwość wygrzewania i
teoretycznie istnieje możliwość wygrzewania i
eksploatacji młyna przy wykorzystaniu gorących spalin
eksploatacji młyna przy wykorzystaniu gorących spalin
lub powietrza z innego kotła,
lub powietrza z innego kotła,
-
konieczność rozwiązania problemu doprowadzenia
konieczność rozwiązania problemu doprowadzenia
kanałów transportowych i połączeń z istniejącą
kanałów transportowych i połączeń z istniejącą
instalacją powietrzną kotła,
instalacją powietrzną kotła,
-
trudności z miejscem na nowe kanały w istniejących
trudności z miejscem na nowe kanały w istniejących
instalacjach,
instalacjach,
-
układ nie do wykorzystania podczas rozruchu
układ nie do wykorzystania podczas rozruchu
pierwszego kotła w Elektrociepłowni (brak gorących
pierwszego kotła w Elektrociepłowni (brak gorących
spalin).
spalin).
INDYWIDUALNA INSTALACJA
MIELENIA WĘGLA
35
do
plazmowego
palnika
pyłowego
do
palnika
pyłowego
1
9
7
6
8
5
3
4
2
1 – młyn węglowy,
2 – kanał pyłowy,
3 – zasobnik główny węgla,
4 – rurosuszarka,
5 – filtr cyklonowy,
6 – filtr tkaninowy,
7 – zasobnik przykotłowy
pyłu,
8 – wentylator wyciągowy,
9 – inżektor
3. ZASOBNIK PRZYKOTŁOWY
Zasobnik przykotłowy
36
Uwagi:
Uwagi:
-
konieczność budowy układu dozowania i
konieczność budowy układu dozowania i
transportu pneumatycznego pyłu,
transportu pneumatycznego pyłu,
-
problemy konstrukcyjne wprowadzenia pyłu z
problemy konstrukcyjne wprowadzenia pyłu z
zasobnika
przykotłowego
do
palników
zasobnika
przykotłowego
do
palników
zasadniczych,
zasadniczych,
-
rozwiązanie skomplikowane i kłopotliwe z
rozwiązanie skomplikowane i kłopotliwe z
punktu widzenia elektrowni.
punktu widzenia elektrowni.
INDYWIDUALNA INSTALACJA
MIELENIA WĘGLA
37
4. START NA ZIMNYM MŁYNIE
Uwagi:
-
Uruchomienie i eksploatacja młyna na zimnym
Uruchomienie i eksploatacja młyna na zimnym
powietrzu jest niebezpieczna i mało realna,
powietrzu jest niebezpieczna i mało realna,
-
obecnie procedura odstawiania kotła wymaga
obecnie procedura odstawiania kotła wymaga
opróżnienia młyna przed ponownym uruchomieniem,
opróżnienia młyna przed ponownym uruchomieniem,
ZASTOSOWANIE
MIESZALNIKOWEGO
PODGRZEWACZA POWIETRZA
Uwagi:
Uwagi:
brak niedogodności w stosunku do poprzednich
brak niedogodności w stosunku do poprzednich
propozycji,
propozycji,
podgrzane powietrze służyłoby do wygrzewania
podgrzane powietrze służyłoby do wygrzewania
młyna przed podaniem węgla, a następnie do suszenia
młyna przed podaniem węgla, a następnie do suszenia
i transportu pyłu z młyna do palników,
i transportu pyłu z młyna do palników,
do eksploatacji młyna
do eksploatacji młyna
MKM-25
MKM-25
(kocioł
(kocioł
OP-430
OP-430
i
i
OP-
OP-
380
380
) wymagany jest strumień powietrza około 8,9
) wymagany jest strumień powietrza około 8,9
nm
nm
3
3
/s (32 000 nm
/s (32 000 nm
3
3
/h) o temperaturze 250
/h) o temperaturze 250
o
o
C.
C.
Podgrzewacz powietrza z palnikiem na olej lekki (42
Podgrzewacz powietrza z palnikiem na olej lekki (42
MJ/kg) zużywałby ok. 0,071 kg/s oleju (255 kg/h oleju,
MJ/kg) zużywałby ok. 0,071 kg/s oleju (255 kg/h oleju,
tj. około 3 MW),
tj. około 3 MW),
ingerencja w istniejącą konstrukcję kanałów
ingerencja w istniejącą konstrukcję kanałów
powietrza jest niewielka.
powietrza jest niewielka.
38
Przygotowanie pyłu węglowego
do PPP
5. NAGRZEWNICA OLEJOWA
39
Φ
8
00
około 2000
Wlot do kanałów
powietrznych
przed
wentylatorem
młynowym
około
20 000 nm
3
/h
t=400
0
C
Palnik na
olej lekki
Wlot zimnego powietrza
INSTALACJA
MIESZALNIKOWEGO
PODGRZEWACZA POWIETRZA
40
Podgrzewacz powietrza mógłby być włączony w układ kanałów
Podgrzewacz powietrza mógłby być włączony w układ kanałów
powietrza w obrębie kotła w miejscu pokazanym na rysunku.
powietrza w obrębie kotła w miejscu pokazanym na rysunku.
Schemat
kanałów
powietrza i
spalin kotła OP-
380
UZASADNIENIE
MIESZALNIKOWEGO
PODGRZEWACZA POWIETRZA
Bezpośredni zapłon pyłu węglowego płomieniem plazmowym
Bezpośredni zapłon pyłu węglowego płomieniem plazmowym
daje przede wszystkim korzyści ekonomiczne. Jednak wadą tego
daje przede wszystkim korzyści ekonomiczne. Jednak wadą tego
rozwiązania jest brak możliwości stabilizowania procesu spalania
rozwiązania jest brak możliwości stabilizowania procesu spalania
w kotle w stanach awaryjnych (np. zawieszenia się węgla na
w kotle w stanach awaryjnych (np. zawieszenia się węgla na
trasie zasobnik kocioł, zasypanie młyna itp.).
trasie zasobnik kocioł, zasypanie młyna itp.).
Aby system zapłonu pyłu plazmą był do zaakceptowania musi
Aby system zapłonu pyłu plazmą był do zaakceptowania musi
być połączony z układem awaryjnego podtrzymywania procesu
być połączony z układem awaryjnego podtrzymywania procesu
spalania innym paliwem. Paliwem właściwym może być olej lekki.
spalania innym paliwem. Paliwem właściwym może być olej lekki.
Niektóre EC mają już to rozwiązane. Jest to paliwo nie stwarzające
Niektóre EC mają już to rozwiązane. Jest to paliwo nie stwarzające
problemów eksploatacyjnych, wadą jest jego wysoka cena.
problemów eksploatacyjnych, wadą jest jego wysoka cena.
Dlatego w proponowanym rozwiązaniu zużycie oleju byłoby
Dlatego w proponowanym rozwiązaniu zużycie oleju byłoby
niewielkie.
Służyłoby
przede
wszystkim
jako
element
niewielkie.
Służyłoby
przede
wszystkim
jako
element
bezpieczeństwa pracy kotła.
bezpieczeństwa pracy kotła.
Uzupełnieniem całego systemu rozpałkowego kotła byłby w.w.
Uzupełnieniem całego systemu rozpałkowego kotła byłby w.w.
podgrzewacz
powietrza,
który
wykorzystywał
by
układ
podgrzewacz
powietrza,
który
wykorzystywał
by
układ
rozprowadzenia oleju lekkiego w obrębie kotła niezbędny również
rozprowadzenia oleju lekkiego w obrębie kotła niezbędny również
z w/w powodów.
z w/w powodów.
41
42
ANALIZA EKONOMICZNA
INSTALACJI
ROZRUCHOWYCH
Analiza ekonomiczna instalacji
rozruchowej
Czynniki wymagające uwzględnienia:
- koszt paliwa rozruchowego,
- koszt pary grzewczej i rozpylającej,
- koszt energii elektrycznej (napęd pomp
olejowych),
- koszt zatrudnienia personelu,
- koszt konserwacji instalacji rozpałkowej
(palniki olejowe, zapalarka, armatura),
- koszt niedyspozycyjności instalacji,
43
Dysze rozpylacza – EL Rybnik
Wariant 1
Wariant 2
komora mieszania
rozdzielacz
dysza rozpylacza
płytka rozpylacza
dysza rozpylacza
45