การเผาไหม้ของฟลูอิไดซ์เบด: การใช้งาน เกณฑ์การคัดเลือก และแนวทางปฏิบัติ

โรงงานแห่งหนึ่งได้รับถ่านหินที่มีกำมะถันสูงในหนึ่งเดือน จากนั้นจึงผสมชีวมวล จากนั้นเครื่องซักผ้าชุดหนึ่งจะถูกคัดทิ้งหลังจากนั้น และยังต้องเป็นไปตามขีดจำกัดความต้องการไอน้ำและการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทุกวัน การเผาไหม้ของฟลูอิไดซ์เบด (FBC) มีอยู่ในสถานการณ์นี้อย่างแน่นอน ในหม้อไอน้ำ FBC อนุภาคเชื้อเพลิงแข็งจะถูกแขวนลอยอยู่ในพื้นทราย เถ้า และหินปูนที่ร้อนและเป็นฟอง ซึ่งพวกมันจะเผาไหม้ที่อุณหภูมิประมาณ 850°C ตัวเลือกการออกแบบแบบใดแบบหนึ่งได้ผลส่วนใหญ่: อุณหภูมิฐานต่ำจะยับยั้งการก่อตัวของ NOx ความร้อน และหินปูนที่ผสมลงในฐานจะจับกำมะถันเชื้อเพลิงภายในเตาเผา 90 เปอร์เซ็นต์หรือมากกว่านั้นก่อนที่จะถึงปล่องไฟ ผลลัพธ์ที่ได้คือหม้อไอน้ำที่เปลี่ยนเชื้อเพลิงเกรดต่ำและเผาไหม้ยากให้เป็นไอน้ำที่ใช้งานได้โดยมีประสิทธิภาพการเผาไหม้สูงกว่า 90 เปอร์เซ็นต์ สิ่งที่วิศวกรไม่ควรมองข้ามคืออีกครึ่งหนึ่งของเรื่องราว เส้นทางที่ก๊าซไอเสียที่ร้อนและมีฝุ่นเต็มไปหมดผ่านช่องทางกลับ เพราะนั่นคือจุดที่การประหยัดเชื้อเพลิงที่คาดการณ์ไว้จะเกิดขึ้นจริงหรือรั่วไหลออกไป

การเผาไหม้ของฟลูอิไดซ์เบดทำงานอย่างไร

หลักการก็มองเห็นได้ง่าย อากาศจะเข้าสู่กล่องลมใต้เตาเผาและไหลผ่านแผ่นกระจายขึ้นไปบนชั้นของวัสดุเฉื่อย เช่น ทราย ขี้เถ้า หรือหินปูนที่ใช้แล้ว ซึ่งมีความลึกไม่กี่ร้อยมิลลิเมตร เมื่อความเร็วลมถึงจุดฟลูอิดไดซ์ ประมาณ 1 ถึง 2 เมตรต่อวินาทีในเบดที่มีฟอง และ 4 ถึง 6 เมตรต่อวินาทีในเบดหมุนเวียน อนุภาคจะสูญเสียการสัมผัสกัน และเบดจะมีพฤติกรรมเหมือนของเหลวที่กำลังเดือด เชื้อเพลิงที่ถูกบดจนมีขนาดป้อนจะถูกฉีดเข้าไปในมวลนี้โดยตรง และการผสมอย่างรุนแรงจะทำให้ทุกอนุภาคสัมผัสกับออกซิเจนและของแข็งร้อน เนื่องจากเตียงกักเก็บความร้อนไว้หลายเท่าของพลังงานที่ปล่อยออกมาต่อวินาทีโดยเชื้อเพลิง อุณหภูมิจึงเกือบจะสม่ำเสมอที่ 820 ถึง 900°C ทั่วทั้งเตา

สิ่งที่อุณหภูมิต่ำทำให้เป็นไปได้

เคมีที่อยู่บนเตียงอธิบายได้ว่าทำไม FBC จึงเข้ามาแทนที่ หินปูนที่ถูกป้อนด้วยเชื้อเพลิงจะเผาในความร้อนก่อน ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์และทิ้งปูนขาวไว้ จากนั้นมะนาวนั้นจะทำปฏิกิริยากับ SO2 จากถ่านหินจนเกิดเป็น CaSO4 ที่เป็นของแข็ง ซึ่งออกมาพร้อมกับเถ้า การกำจัดซัลเฟอร์จึงเกิดขึ้นภายในเตาเผา ไม่ใช่ในเครื่องฟอกแยก สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำแบบเดียวกันนี้ให้ผลลัพธ์เชิงปฏิบัติเพิ่มเติมสามประการ:

1. ความยืดหยุ่นของเชื้อเพลิง — ถ่านหิน ชีวมวล ตะกอน โค้กปิโตรเลียม และเชื้อเพลิงจากของเสียสามารถถูกเผาได้ มักจะผสมหรือสับเปลี่ยนโดยมีการลดพิกัดน้อยที่สุด
2. การเผาไหม้เชื้อเพลิงที่ไม่ดีที่เชื่อถือได้ — เบดทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดประกายไฟถาวร ดังนั้นเชื้อเพลิงที่มีความชื้นสูงและมีเถ้าสูงจึงติดไฟได้อย่างเสถียร
3. การจับกำมะถันอย่างมีประสิทธิภาพ - อัตราส่วนโมลของแคลเซียมต่อกำมะถันประมาณ 2.0 ถึง 2.5 โดยทั่วไปจะกำจัดกำมะถันเชื้อเพลิงได้ 90 เปอร์เซ็นต์หรือมากกว่า
4. NOx ต่ำ — NOx ความร้อนแทบจะไม่ก่อตัวที่ 850°C และอากาศที่เผาไหม้ตามขั้นตอนจะกักการปล่อยก๊าซที่ไม่สามารถควบคุมได้ต่ำกว่าการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่อุณหภูมิสูงมาก

การกำหนดค่าสามแบบ: บีเอฟบี, ซีเอฟบี และ พีเอฟบีซี

เบดฟลูอิไดซ์เบดฟอง (BFB)

หม้อไอน้ำ BFB ทำงานที่ความเร็วต่ำสุดประมาณ 1 ถึง 3 เมตร/วินาที ของแข็งส่วนใหญ่จะอยู่ในเตาเผา พื้นผิวบนเตียงหรือผนังจะดึงความร้อนออกมา และเชื้อเพลิงจะถูกป้อนลงบนพื้นผิวเตียง การกำหนดค่านี้จัดการกับชีวมวลเปียก ตะกอน และเชื้อเพลิงหยาบได้ดี ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงครอบงำโรงงานไอน้ำอุตสาหกรรมที่ปล่อยกระแสเหล่านั้น

ฟลูอิไดซ์เบดหมุนเวียน (CFB)

หม้อไอน้ำ CFB จะเพิ่มความเร็วเป็น 4 ถึง 6 เมตร/วินาที เพื่อให้ของแข็งจำนวนมากถูกกักตัวออกจากเตาเผา จับในพายุไซโคลน และส่งคืนผ่านซีลแบบวงแหวน อนุภาคของแข็งอาจหมุนเวียนหลายสิบครั้งก่อนที่จะทิ้งเป็นเถ้า ซึ่งช่วยยืดเวลาการคงตัวและผลักดันประสิทธิภาพการเผาไหม้เป็น 97 ถึง 99 เปอร์เซ็นต์ ปัจจุบัน CFB เป็นค่าเริ่มต้นสำหรับโรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่และสาธารณูปโภคขนาดใหญ่ที่ใช้ถ่านหินคุณภาพต่ำ เนื่องจากผสมผสานประสิทธิภาพสูงสุดเข้ากับความทนทานต่อเชื้อเพลิงที่กว้างที่สุด

เบดฟลูอิไดซ์เบดแรงดัน (PFBC)

PFBC เดินระบบทั้งหมดที่ 10 ถึง 16 บาร์ภายในภาชนะรับแรงดัน และขยายก๊าซไอเสียที่ร้อนและมีแรงดันผ่านกังหันก๊าซ นอกเหนือจากการเพิ่มไอน้ำ แม้ว่าตรรกะด้านประสิทธิภาพจะดี แต่มีโรงงานสาธิตเพียงไม่กี่แห่งเท่านั้นที่ถูกสร้างขึ้น และยังคงเป็นตลาดเฉพาะ สำหรับโครงการส่วนใหญ่ การตัดสินใจเชิงปฏิบัติจะอยู่ระหว่าง BFB และ CFB

เหตุใดพืชจึงเลือก FBC

กรณีธุรกิจตั้งอยู่บนเสาหลักสามประการ: เผาไหม้เชื้อเพลิงที่หม้อไอน้ำทั่วไปไม่สามารถทำได้ เป็นไปตามขีดจำกัดการปล่อยก๊าซด้วยทางเดินก๊าซที่เรียบง่ายกว่า และทำได้โดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพที่สำคัญ สำหรับโรงงานที่เข้าถึงเชื้อเพลิงที่มีปัญหาราคาถูก เลขคณิตถือเป็นปัจจัยชี้ขาด - การคัดแยกแบบล้าง โค้กปิโตรเลียม หรือเชื้อเพลิงที่ใช้แล้วทิ้งอาจมีต้นทุนเพียงเศษเสี้ยวของถ่านหินมาตรฐาน และหน่วย FBC จะแปลงส่วนลดดังกล่าวเป็นการประหยัดจากการดำเนินงานโดยตรง การปฏิบัติตามข้อกำหนดยังสนับสนุนเทคโนโลยีอีกด้วย: กำมะถันจะถูกดักจับด้วยหินปูนในเบด การควบคุม NOx ส่วนใหญ่มาจากอุณหภูมิเบดต่ำ และตัวเลขด้านล่างสะท้อนถึงประสิทธิภาพตามปกติมากกว่าที่ห้องปฏิบัติการให้คำมั่นสัญญา

Back-Pass: ในกรณีที่เศรษฐศาสตร์ของ FBC ชนะหรือแพ้

ฟลูอิไดเซชันช่วยแก้ปัญหาเตาเผา มันไม่มีประโยชน์อะไรกับสิ่งที่ทิ้งไว้ ก๊าซออกจากไซโคลน CFB ที่อุณหภูมิ 850 ถึง 900°C และเข้าสู่ช่องทางด้านหลังซึ่งมีของแข็งละเอียดจำนวนมาก เถ้าเบดส่วนใหญ่เป็นแร่แข็งและเป็นเชิงมุม และแม้หลังจากการแยกตัวของพายุไซโคลน กระแสน้ำก็ยังคงมีการกัดกร่อนและเปรอะเปื้อนได้ง่าย ดังนั้นพื้นผิวการพาความร้อนปลายน้ำทุกอัน เช่น เครื่องทำความร้อนยิ่งยวด ธนาคารคอยล์เย็น และเครื่องประหยัด จึงต้องได้รับการออกแบบให้คำนึงถึงการกัดเซาะและการสะสมของเถ้าพอ ๆ กับรอบการถ่ายเทความร้อน

เครื่องประหยัดก๊าซไอเสียหางของหม้อไอน้ำสำหรับการนำความร้อนกลับคืนมาของน้ำป้อน เครื่องประหยัดนี้จะอยู่ที่ปลายด้านเย็นของ CFB back-pass ซึ่งจะดูดซับความร้อนที่เหลืออยู่ก่อนเครื่องทำความร้อนและปล่องอากาศ ซึ่งจะตัดอุณหภูมิของก๊าซทางออกและการใช้เชื้อเพลิงของหม้อไอน้ำ แม้ในก๊าซไอเสียที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและมีเถ้าเต็ม ดูผลิตภัณฑ์ →

นักเศรษฐศาสตร์มีหน้าที่นี้มาก โดยนั่งที่ปลายเย็นของทางเดินแก๊ส โดยจะดูดซับความร้อนสุดท้ายที่ใช้ได้ก่อนฮีตเตอร์อากาศและปล่อง ตามกฎการทำงาน การลดอุณหภูมิก๊าซทางออกทุกๆ 15 ถึง 20°C มีค่าประมาณ 1 เปอร์เซ็นต์ของประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำ ดังนั้นช่องว่างระหว่างเครื่องประหยัดที่เข้ากันได้ดีกับเครื่องที่มีขนาดเล็กกว่าจึงกลายเป็นบรรทัดถาวรในบิลค่าเชื้อเพลิง ในการให้บริการที่มีฝุ่นสูง ท่อยังต้องมีการป้องกัน: ความเร็วของก๊าซปานกลาง เกราะป้องกันการสึกหรอที่แถวนำ และระยะขอบพิเศษบนความหนาของผนัง

ท่อครีบ H-Type สำหรับก๊าซไอเสียที่มีฝุ่น ครีบ H แบบคู่ขนานสร้างช่องทางก๊าซตรงที่ต้านทานการสะสมของเถ้าและการกัดเซาะ ในขณะที่เพิ่มพื้นผิวที่ขยายใหญ่ขึ้น ทำให้ท่อเหล่านี้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับพื้นผิวการพาความร้อนที่มีแนวโน้มว่าจะเกิดการเปรอะเปื้อนบริเวณท้ายน้ำของไซโคลน CFB ดูผลิตภัณฑ์ →

รูปทรงของครีบก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน ท่อครีบชนิด H ได้รับการพัฒนาสำหรับสภาพแวดล้อมนี้โดยเฉพาะ ครีบที่เชื่อมเป็นแถวคู่ขนานจะปล่อยช่องทางก๊าซตรงระหว่างท่อ ช่วยลดความปั่นป่วนที่รากครีบและบริเวณวนน้ำวนที่เถ้าตกตะกอน ขณะเดียวกันก็เพิ่มพื้นผิวการถ่ายเทความร้อนขนาดใหญ่ในโมดูลขนาดกะทัดรัด การรวมกันของพื้นที่ขยาย ความต้านทานการกัดกร่อน และพฤติกรรมการทำความสะอาดตัวเอง ทำให้พวกมันกลายเป็นพื้นผิวขยายมาตรฐานใน CFB back-pass ก่อนที่จะแก้ไขการออกแบบพื้นผิว ควรพิจารณาว่าท่อครีบชนิด H เปรียบเทียบกับท่อเรียบในก๊าซไอเสียที่มีฝุ่นสูงอย่างไร

การระบุการนำความร้อนกลับคืนมารอบๆ โรงงาน FBC

สำหรับผู้ประกอบการอุตสาหกรรม หม้อไอน้ำ FBC ไม่ค่อยมีการซื้อแบบสแตนด์อโลน มันทอดสมอเครือข่ายการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ ไอน้ำจากเบดขับเคลื่อนกระบวนการ และในหลายรูปแบบ หม้อต้มความร้อนเหลือทิ้งที่แยกออกไปซึ่งถูกตั้งค่าเป็นกระแสไอเสียร้อน - เครื่องทำความเย็นที่ใช้ก๊าซนอกเตาเผา ก๊าซในเตา หรือเครื่องทำความเย็นที่เป็นของแข็ง - แปลงความร้อนส่วนเกินเป็นไอน้ำเพิ่มเติมโดยไม่ต้องเผาเชื้อเพลิงอีกกิโลกรัม การปฏิบัติต่อหน่วย FBC และพื้นผิวท้ายน้ำให้เป็นระบบบูรณาการเดียวคือสิ่งที่เปลี่ยนความยืดหยุ่นของเชื้อเพลิงเป็นการคืนทุน

หม้อต้มความร้อนเหลือทิ้งอุตสาหกรรมสำหรับกระแสไอเสีย เนื่องจากหม้อต้ม FBC ยึดเครือข่ายการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ หม้อต้มความร้อนเหลือทิ้งจะแปลงความร้อนส่วนเกินจากก๊าซนอกเตาเผาหรือไอเสียจากเตาเผาเป็นไอน้ำเพิ่มเติมโดยไม่ต้องใช้เชื้อเพลิงเพิ่มเติม ดูผลิตภัณฑ์ →

การจัดซื้อจัดจ้างควรได้รับการคัดกรองในสามแกนเดียวกันกับความต้องการทางเทคโนโลยี ประการแรก การปฏิบัติตามข้อกำหนด: ชิ้นส่วนแรงดันที่สร้างขึ้นตามข้อกำหนด ASME พร้อมเอกสารคุณภาพการเชื่อม สนับสนุนโดยสายการเชื่อมอัตโนมัติและการตรวจสอบด้วยเอกซเรย์แบบเรียลไทม์ แทนที่จะใช้เอกสารเพียงอย่างเดียว ประการที่สอง ความพอดีทางวิศวกรรม: ซัพพลายเออร์ควรทำงานจากเค้าโครง 3 มิติ ตรวจสอบอินพุตความร้อน และแปลงแบบร่างที่มีอยู่เพื่อให้พื้นผิวใหม่ตกลงไปในเส้นทางก๊าซปัจจุบันโดยไม่ต้องออกแบบใหม่ ประการที่สาม กำลังการผลิต: ตาราง EPC ลงโทษซัพพลายเออร์ที่ไม่สามารถขนส่งน้ำหนักได้ และผลผลิตต่อปีที่สูงกว่า 20,000 ตันถือเป็นเกณฑ์ที่ยุติธรรมที่ต้องถาม ผู้ผลิต เช่น Wuxi Jinker Power Equipment จัดหาเครื่องประหยัด หลอดครีบ และหม้อต้มความร้อนเหลือทิ้งให้เป็นผลิตภัณฑ์ในตระกูลเดียวกัน ซึ่งเป็นวิธีการซื้อ FBC back-pass อย่างชัดเจน ก่อนที่จะล็อคการออกแบบพื้นผิว ยังต้องพิจารณาทบทวนวิธีที่เครื่องประหยัดหม้อไอน้ำลดต้นทุนเชื้อเพลิงและนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่อีกด้วย

การเผาไหม้แบบฟลูอิไดซ์เบดยังคงรักษาตำแหน่งในการผลิตพลังงานและไอน้ำสมัยใหม่ เพราะมันทำหน้าที่ในสิ่งที่การเผาที่อุณหภูมิสูงไม่สามารถทำได้ นั่นก็คือ เผาเชื้อเพลิงราคาถูกและไม่สะดวกภายในขีดจำกัดการปล่อยก๊าซสมัยใหม่ อุณหภูมิของเตียงและเคมีของหินปูนเป็นตัวกำหนดขีดจำกัดเหล่านั้น พื้นผิวแบ็คพาสทำให้เกิดความประหยัด การระบุทั้งสองอย่างเข้มงวดเท่ากัน — สภาพเตียงที่มั่นคงในด้านหนึ่ง พื้นผิวทำความร้อนแบบครีบที่ทนต่อการกัดกร่อน และเครื่องประหยัดขนาดที่เหมาะสมในอีกด้านหนึ่ง — เป็นสิ่งที่แยกโครงการ FBC ที่จ่ายเองจากโครงการที่มีประสิทธิภาพต่ำกว่าอย่างเงียบๆ