2.5. Biomasa.pdf

(443 KB) Pobierz
2.5. Kotły i kotłownie do u ytkowania biopaliw i spalania
odpadów
1. Paleniska ze zło em stałym
Najprostszym sposobem realizacji spalania za zło em stałym jest warstwa paliwa
zło ona z kawałków biomasy (np. domowe piece i kominki oraz paleniska kotłowe ze
stosem paliwa i z rusztem płaskim). Paleniska rusztowe pozwalają na spalanie biomas
z du a zawartością wilgoci, zmiennym wymiarem ziaren i z du
ą
zawartością popiołu.
Spalanie w takiej technologii wymaga równomiernego rozprowadzenia paliwa i warstwy
arzącej na całej powierzchni rusztu. Kontrolowanie podziału powietrza pomiędzy ró ne
strefy pod ruszt umo liwia pracę paleniska ze zmieniającym się obcią eniem nawet do
25%. Umo liwia równie dopasowanie wartości nadmiaru powietrza pierwszego, tak
aby zapewnić redukcyjną atmosferę w dolnej części komory spalania, co umo liwa
pracę z mała emisją NO
x
.
Palenisko przednie (przedpalenisko)
Paleniska kotłowe ze spalaniem paliwa w przedpalenisku mają dwusekcyjną komorę
spalania. Podzielona jest ona na część przedpaleniskową dla pierwotnego spalania
sosu biomasy i zasadniczą komorę paleniskową dla wtórnego dopalania gazów.
Biomasa jest układana w przedpalenisku na stos na ruszcie. Popiół jest usuwany
ręcznie z dolnej części paleniska po jego schłodzeniu. W trakcie podawani paliwa, musi
być znacznie zmniejszone obcią enie kotła albo w zasadniczej komorze spalania musi
być spalane dodatkowe paliwo. Wadą takich rozwiązań( w porównaniu do bardziej
nowoczesnych) jest to, e jednostka pracuje z największą sprawnością jedynie w
warunkach stałych obcią eń. Układ ten nie jest zdolny do szybkich odpowiedzi na
zmianę obcią enia.
Kotły rusztowe
Ruszt płaski.
Ręcznie zasilany riszt płaski jest tani, dogodny w obsłudze i najbardziej
rozpowszechniony w urządzeniach małej mocy cieplnej. Wadą jest trudne do
zapewnienia równomierne rozprowadzenie paliwa na ruszcie oraz ręczne wygarnianie
popiołu, wymagające przerwania procesu. Powierzchnia rusztu wynosi nie więcej ni
2,5 m
3
z max długością 2m.
•
•
Ruszt pochyły.
Paleniska z takim rusztem mogą być budowane w wersji stałej lub
mechanicznej. W wersji stałej ruszt ma pochylone ło e zło one z nieruchomych
pochyłych lub schodkowych rusztowin. Biomas z kosza jest doprowadzana na górną
część rusztu, a powietrze jest wtłaczane do przestrzeni strefowych pod rusztem. Paliwo
spada kaskadowo ze stopnia na stopień, przy czym jest obracane i mieszane wskutek
odpowiednich skoków rusztowin. Na końcu umieszczony jest ruszt płaski dopalający.
Usuwanie popiołu dobywa się spod rusztu i proces jest w pełni zmechanizowany.
Mechaniczne ruszty pochyłe budowane są w wersji schodkowej i posuwowo-zwrotnej.
Ruszty taśmowe.
Na poruszającym się ruszcie taśmowym podczas spalania biomasy
następuje kolejno strefo suszenia, odgazowywania biomasy, spalania koksu i dopalania
koksu w u lu.
W ten sposób paliwo spala się, wędrując powoli z taśmą rusztową przez palenisko.
Rusztowiny mają otwory przez które dopływa powietrze do spalania i chłodzenia
rusztowin. Paliwo jest równomiernie rozprowadzane na powierzchni rusztu zwykle przez
pneumatyczny system narzutowy. Zaletą systemu z rusztem taśmowym są wyrównane
warunki spalania ró nych rodzajów biomasy oraz mała emisja pyłów. Zaletą jest
równie mo liwość płynnego dopasowania mocy kotła do zmian obcią enia oraz
zautomatyzowane odprowadzenie popiołu, co pozwala na ciągłą pracę z biomasą.
Wada to wysokie koszty remontu rusztu.
Ruszt wibracyjny
posiada rusztowiny eliwne przymocowane do ramy, któa drga
według zadanych cykli. Czas drgań dopasowany jest do rodzaju paliwa. Stosowane są
dwa typy: chłodzone powietrzem i wodą.
2. Paleniska ze zło em fluidalnym
W skład siłowni z kotłem do spalania w zło u fluidalny wchodzi palenisko z warstwą
pęcherzykową lub cyrkulacyjną, powierzchnie wymiany ciepła instalacje podawania
sorbentu i paliwa oraz instalacje do usuwania popiołu sennego i lotnego.
Palenisko te jest z powodzeniem stosowane do spalania ró nych rodzajów biopaliw
stałych. Paleniska z warstwą pęcherzykową są zwykle wybierane dla paliw o małej
kaloryczności, natomiast dla paliw o większej kaloryczności preferowane są kotły z
warstwą cyrkulacyjną.
Z powodu zapewnionych dobrych warunków mieszania w warstwie, w paleniskach
fluidalnych mo na spalać ze sobą ró ne mieszaniny biopaliw. Występują jednak pewne
ograniczenia co do rozmiaru cząstek paliwa( najczęściej <40mm dla cyrkulacyjnego,
<80 dla pęcherzykowego).
Paleniska ze zło em fluidalnym pęcherzykowym
stosowane są przewa nie w
kotłach o nominalnej mocy cieplnej poni ej 20MW
t
. Zaletą tego zło a jest mo liwość
spalania cząstek o du ej
średnicy
i cząstek z du a zawartości wilgoci. Bardzo dobre
mieszanie paliwa z utleniaczem i sorbentem. Stały profil temp wzdłu wysokości zło a,
co umo liwia prowadzenie procesu spalania z du a skutecznością przy niskiej temp i
małej emisji NO
x
. Wadą jest utrudniona praca w warunkach częściowego obcią enia.
Stosuję się tu równie więcej sorbentu (ni w cyrkulacyjnym) w celu usunięcia SO
2
co
podnosi koszty eksploatacji a tak e składowania odpadów.
Paleniska z warstwą fluidalna cyrkulacyjną
umo liwia spalanie paliw
charakteryzujących się ró nym składem i zawartością wilgoci. Podobnie jak dla kotłów z
warstwą pęcherzową, musi być brana pod uwagę skłonność danego paliwa do
tworzenia zagro eń związanych z aglomeracją zło a(tworzenia się „lepkich” zarodków
popiołu, utrata stabilności zło a). Du a zawartość związków alkalicznych w większości
biopaliw stałych mo e powodować, e ziarna w zło u będą aglomerować i powodować
utratę fluidyzacji zło a, co mo e spowodować awaryjne odstawienie kotła.
3. Paleniska pyłowe.
Spalanie biopaliw stałych w postaci pyłu jest coraz powszechniejsze Aby zapewnić
wymaganą skuteczność spalania korzystna jest mała zawartość wilgoci (poni ej 20%)
oraz mały rozmiar ziaren (poni ej 20mm). Pozwala to na uzyskanie sprawności
spalania na poziomie 80%. W skład palenisk do spalania pyłu wchodzą paleniska
cyklonowe i cylindryczne paleniska muflowe. W systemach spalania pyły z biomasy
paliwa wymieszane z powietrzem pierwotnym jest pneumatycznie wdmuchiwane (z
zawirowaniem) w cylindryczny piec mufowy lub palenisko cyklonowe. Technologia ta
jest opracowana dla mocy cieplnych 2-8 MW. Problemem eksploatacyjnym w tym
rozwiązaniu jest wycieranie się i pękanie obmurza na skutek wirujących cząstek jak i
naprę eń cieplnych.
2.7. Tłokowe silniki cieplne
Silnik cieplny jest to urządzenie wytwarzające energię mechaniczną oraz elektryczną z
energii cieplnej.
Silnik parowy to najprostszy silnik cieplny. Czynnikiem pracującym jest para wodna, której
energia zostaje przekształcona na energię mechaniczną za pomocą tłoka lub wirnika. W
silnikach tłokowych para oddziałuje bezpośrednio na tłok, i przesuwając go oddaje mu swoją
energię w postaci energii mechanicznej. Ruch tłoka, który jest prostoliniowy, jest
przenoszony na ruch obrotowy wału za pomocą mechanizmu korbowego.
Paliwo w silniku spalinowym tłokowym jest doprowadzane do cylindra. W zale ności od
rodzaju silnika jest to mieszanka paliwa ciekłego i powietrza (silniki gaźnikowe), mieszanka
gazu i powietrza (silniki gazowe) lub czyste paliwo, wtryskiwane do cylindra ze sprę onym
powietrzem (silniki wtryskowe). Paliwo jest zapalane za pomocą iskry elektrycznej (zapłon
iskrowy) lub roz arzonego elementu głowicy (głowica arowa). W niektórych silnikach
zapłon następuje samoczynnie w wyniku sprę ania paliwa tak, aby jego temperatura
przekroczyła temperaturę samozapłonu.
Podstawowym wykresem pracy silnika jest jego wykres indykatorowy (zdjęty z rzeczywistego
silnika)
Moc indykowana i u yteczna
Znając
średnie
ciśnienie indykowane mo na obliczyć moc indykowaną
wykonywaną przez gazy w cylindrze silnika w ciągu 1 sekundy.
Praca indykowana wykonywana w ciągu jednego cyklu:
tzn. pracę
Obiegi porównawcze:
•
Obieg Carnota
Zło ony jest dwóch przemian izotermicznych i dwóch przemian adiabatycznych. Cykl
Carnota jest obiegiem odwracalnym. Do realizacji cyklu potrzebny jest czynnik
termodynamiczny, który mo e wykonywać pracę i nad którym mo na wykonać pracę, np. gaz
w naczyniu z tłokiem, a tak e dwa nieograniczone
źródła
ciepła, jedno jako
źródło
ciepła (o
temperaturze T
1
) - górne
źródło
ciepła obiegu, a drugie jako chłodnica (o temperaturze T
2
) -
dolne
źródło
ciepła obiegu.
•
Obieg Otto
Wykres indykatorowy rzeczywistego silnika czterosuwowego:
Odcinek 0-1 przedstawua ssanie mieszanki powietrza i paliwa do cylindra
1-2 sprę anie mieszanki w zamkniętym cylindrze
2-3 spalanie (ze względu na du
ą
szybkość spalania odbywa się w niemal stałej
objętości
3-4 rozprę anie spalin w zamkniętym cylindrze
4-5 spadek ciśnienia spalin na skutek otwarcia zaworu wylotowego
5-0 wytłaczanie reszty spalin
Obieg porównawczy silnika spalinowego tłokowego z zapłonem iskrowym.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin