Fluidiserad bäddförbränning

FBC rökrörspanna

Fluidized bed combustion ( FBC ) är en förbränningsteknik som används för att bränna fasta bränslen .

I sin mest grundläggande form är bränslepartiklar suspenderade i en het, bubblande fluiditetsbädd av aska och andra partikelformiga material ( sand , kalksten etc.) genom vilka luftstrålar blåses för att ge det syre som krävs för förbränning eller förgasning. Den resulterande snabba och intima blandningen av gas och fasta ämnen främjar snabb värmeöverföring och kemiska reaktioner i bädden. FBC-anläggningar kan förbränna en mängd olika lågvärdiga fasta bränslen, inklusive de flesta typer av kol, kolavfall och vedartad biomassa, med hög effektivitet och utan behov av dyra bränsleberedning (t.ex. pulverisering ). Dessutom, för en given termisk belastning, är FBCs mindre än motsvarande konventionella ugnar, så kan erbjuda betydande fördelar jämfört med den senare när det gäller kostnad och flexibilitet.

FBC minskar mängden svavel som släpps ut i form av SO x -utsläpp. Kalksten används för att fälla ut sulfat under förbränning, vilket också möjliggör effektivare värmeöverföring från pannan till den apparat som används för att fånga upp värmeenergin (vanligtvis vattenrör). Den uppvärmda fällningen som kommer i direkt kontakt med rören (värmning genom ledning) ökar effektiviteten. Eftersom detta tillåter kolkraftverk att brinna vid kallare temperaturer släpps också ut mindre NO x . Men förbränning vid låga temperaturer orsakar också ökade polycykliska aromatiska kolväteutsläpp . FBC-pannor kan bränna andra bränslen än kol, och de lägre förbränningstemperaturerna (800 °C / 1500 °F) har också andra fördelar.

Fördelar

Det finns två skäl till den snabba ökningen av FBC i brännkammare. För det första är valfriheten med avseende på bränslen i allmänhet, inte bara möjligheten att använda bränslen som är svåra att förbränna med andra teknologier, en viktig fördel med förbränning av fluidiserad bädd. Det andra skälet, som blivit allt viktigare, är möjligheten att vid förbränning uppnå ett lågt utsläpp av kväveoxider och möjligheten att på ett enkelt sätt avlägsna svavel genom att använda kalksten som bäddmaterial.

Fluidiserad bäddförbränning utvecklades från ansträngningar att hitta en förbränningsprocess som kan kontrollera utsläpp av föroreningar utan externa utsläppskontroller (såsom skrubbers-avsvavling av rökgas). Tekniken förbränner bränsle vid temperaturer på 1 400 till 1 700 °F ( 750-900 °C), långt under tröskeln där kväveoxider bildas (vid cirka 2 500 °F / 1400 °C kombineras kväve- och syreatomerna i förbränningsluften för att bildar kväveoxidföroreningar ); det undviker också askasmältningsproblemen relaterade till hög förbränningstemperatur. Den fluidiserade bäddens blandningsverkan bringar rökgaserna i kontakt med en svavelabsorberande kemikalie, såsom kalksten eller dolomit . Mer än 95 % av svavelföroreningarna i kol kan fångas in i pannan av sorbenten . Minskningarna kan dock vara mindre betydande än de verkar, eftersom de sammanfaller med dramatiska ökningar av polycykliska aromatiska kolväten och möjligen andra utsläpp av kolföreningar. [ citat behövs ]

Kommersiella FBC-enheter arbetar med konkurrenskraftig effektivitet, kostar mindre än dagens konventionella pannenheter och har SO 2- och NO 2 -utsläpp under de nivåer som föreskrivs av federala standarder. De har dock vissa nackdelar såsom erosion på rören inuti pannan, ojämn temperaturfördelning orsakad av tilltäppning av bäddens luftintag, långa starttider som i vissa fall når upp till 48 timmar.

  1. FBC har en lägre förbränningstemperatur på 750 °C medan en vanlig panna arbetar vid 850 °C.
  2. FBC har låg sintringsprocess (smältning av aska).
  3. Lägre produktion av NO x på grund av lägre temperatur.
  4. Lägre produktion av SO x på grund av infångning av kalksten.
  5. Högre förbränningseffektivitet på grund av 10 gånger mer värmeöverföring än andra förbränningsprocesser på grund av brinnande partiklar.
  6. Mindre yta krävs för FBC på grund av hög koefficient för konvektiv värmeöverföring.
  7. Isotermisk bäddförbränning då temperaturen i fritt band och aktivt band förblir konstant.

Typer

FBC-system passar in i huvudsakligen två huvudgrupper, atmosfäriska system (FBC) och trycksatta system (PFBC), och två mindre undergrupper, bubblande (BFB) och cirkulerande fluidiserad bädd (CFB ) .

Atmosfärisk förbränning av fluidiserad bädd

Atmosfäriska fluidiserade bäddar använder kalksten eller dolomit för att fånga upp svavel som frigörs vid förbränning av kol. Luftstrålar suspenderar blandningen av sorbent och brinnande kol under förbränningen och omvandlar blandningen till en suspension av glödheta partiklar som flyter som en vätska. Dessa pannor arbetar vid atmosfärstryck.

Trycksatt fluidiserad bäddförbränning

Den första generationens PFBC-system använder också en sorbent och luftstrålar för att suspendera blandningen av sorbent och brinnande kol under förbränning. Dessa system arbetar dock vid förhöjda tryck och producerar en högtrycksgasström vid temperaturer som kan driva en gasturbin . Ånga som genereras från värmen i den fluidiserade bädden skickas till en ångturbin , vilket skapar ett mycket effektivt kombinerat cykelsystem .

Avancerad PFBC

  • Ett 1½ generations PFBC-system ökar gasturbinens eldningstemperatur genom att använda naturgas utöver den skadade luften från PFB-brännaren. Denna blandning bränns i en toppförbrännare för att ge högre inloppstemperaturer för bättre kombinerad cykeleffektivitet. Men detta använder naturgas , vanligtvis ett dyrare bränsle än kol.
  • APFBC. I mer avancerade andra generationens PFBC-system är en trycksatt förkolning inbyggd för att bearbeta inmatningskolet till bränslegas och kol. PFBC bränner kolet för att producera ånga och för att värma förbränningsluften till gasturbinen. Bränslegasen från karbonisatorn brinner i en toppbrännare kopplad till en gasturbin och värmer upp gaserna till förbränningsturbinens nominella eldningstemperatur. Värme återvinns från gasturbinens avgaser för att producera ånga, som används för att driva en konventionell ångturbin , vilket resulterar i en högre total verkningsgrad för den kombinerade uteffekten. Dessa system kallas även APFBC, eller avancerade cirkulerande trycksatta förbränningssystem med fluidiserad bädd. Ett APFBC-system är helt koldrivet.
  • GFBCC. Förgasning förbränning med fluidiserad bädd, GFBCC, har en partiell förgasare med cirkulerande fluidiserad bädd (PCFB) som matar bränslesyngas till gasturbinens toppförbrännare. Gasturbinens avgaser tillför förbränningsluft till den atmosfäriska cirkulerande virvelbäddsbrännaren som förbränner kolet från PCFB-delförgasaren.
  • CHIPPS. Ett CHIPPS-system är liknande, men använder en ugn istället för en atmosfärisk fluidiserad bäddbrännare. Den har också gasturbinluftförvärmarrör för att öka gasturbincykeleffektiviteten. CHIPPS står för förbränningsbaserat högpresterande kraftsystem.

Se även

Referenser (kräver uppdatering i länkar)

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Fluidized_bed_combustion&oldid=1121443180 "