Arzător cu pat fluidizat
Principala limitare a combustibililor cu pat antrenat constă în timpul de ședere scăzut al particulelor de combustibil din camera de ardere. Prin urmare, aceste sisteme necesită combustibili lichizi sau, dacă sunt solizi, de dimensiuni mici și cu proprietăți bune de ardere.
Aceste caracteristici nu sunt adecvate, de exemplu, nu numai pentru cărbunele mai grosier, ci în special pentru biomasă, a cărei putere calorică este limitată și posibilitatea fragmentării nu atinge dimensiunile „pulberii” tipice combustorilor cu pat antrenat.
Din aceste considerații vine ideea arzătoarelor cu pat fluidizat , sisteme cu temperaturi de funcționare mai scăzute (800 ° C - 900 ° C) și care funcționează cu dimensiuni cuprinse între 1 și 10 mm, dintre care există trei variante principale:
Combustori cu pat fluidizat atmosferic (AFBC)
În aceste sisteme, aerul secundar introdus de jos, care în arzătoarele tradiționale trage particulele de combustibil la o viteză de 20-30 m / s, pe de altă parte, are viteze mult mai mici. În special, scopul este de a contrabalansa exact forța gravitațională, care ar tinde să facă particulele să cadă în fund, cu forța de frecare generată de interacțiunea dintre fluxul de aer secundar și particule, pentru a menține combustibilul. substanțial staționar în interiorul camerei. Pe măsură ce dimensiunea particulelor de combustibil scade, datorită consumului său progresiv prin ardere, forța de frecare (care cade cu pătratul razei) va tinde să prevaleze din ce în ce mai mult asupra forței de greutate (care cade odată cu cubul de raza). În acest fel, particulele, odată ce au terminat arderea, sunt suficient de mici pentru a părăsi camera de ardere.
Secțiunea camerei de ardere nu este constantă. În special în partea superioară crește, în timp ce scade în partea inferioară a camerei. Acest lucru se datorează faptului că, pe de o parte, dorim să evităm ca particulele mici, dar care nu sunt încă arse complet, să părăsească prematur combustorul și, pe de altă parte, pentru a preveni căderea particulelor excesiv de mari pe fund, fără a avea posibilitatea de a arde. Acest lucru se datorează faptului că lărgirea sau îngustarea în mod evident a secțiunii unei conducte determină, cu același debit, respectiv o scădere și o creștere a vitezei fluidului, cu variații consecvente ale forței de frecare.
Acest sistem potențial foarte eficient a dezvăluit în principal două limitări operaționale:
- O fragmentare timpurie a combustibilului duce la ieșirea acestuia din camera de ardere fără timpul necesar pentru finalizarea combustiei
- Prezența nisipului în arzător (utilizată pentru creșterea inerției termice a sistemului), împreună cu cenușa, tinde să genereze aglomerate. Acestea, neputând cădea în jos, deoarece sunt susținute de patul fluidizat, tind să crească în dimensiune până când determină căderea întregului pat și, prin urmare, necesitatea de a opri și reporni sistemul.
Din aceste probleme, care au limitat sever dezvoltarea combustibililor cu pat fluidizat atmosferic, s-a născut ideea patului fluid recirculant.
Combustorii cu pat fluidizat de recirculare (CFBC)
În patul fluid de recirculare, viteza aerului secundar, deși nu este la fel de mare ca cea a paturilor antrenate, nu este de natură să mențină patul fluid fix, ci generează un transport al particulelor. Prin urmare, vor avea tendința, deși au timp de ședere mai lung, să fie târâți de-a lungul camerei de ardere într-un singur pasaj.
Cu toate acestea, în aval de camera de ardere, există unul sau mai mulți cicloni separatori , care permit separarea particulelor cu un diametru mai mare decât o anumită valoare de vapori. Aceste particule (compuse în principal din nisip, ne-ars și, așa cum vom vedea mai târziu, var), vor fi apoi recirculate în camera de ardere, pentru a le permite să finalizeze arderea.
Acest sistem este unul dintre cele mai valabile și utilizate în prezent pentru arderea biomasei, fără ca acestea să fie supuse unor operațiuni de prelucrare particulare (dacă nu chiar o omogenizare a dimensiunii).
Un alt avantaj al acestor sisteme este posibilitatea de a limita emisiile de SOx direct în camera de ardere. De fapt, prin introducerea reactivilor adecvați împreună cu combustibilul (cei mai frecvenți sunt carbonatul de calciu, hidroxidul de calciu, carbonatul de sodiu și hidroxidul de sodiu) vor tinde să reacționeze cu dioxidul de sulf produs în timpul arderii, formând săruri inerte care pot fi îndepărtate împreună cu particulele.
Aplicabilitatea particulară a acestui sistem de desulfurare la recircularea combustibililor cu pat fluidizat este legată de faptul că, în general, este dificil ca reactivii introduși în camera de ardere să fie consumați complet într-un singur pasaj. Cu toate acestea, într-un sistem cu pat de recirculare, acestea pot fi reintroduse de mai multe ori în camera de ardere prin recircularea particulelor până când au reacționat complet, ceea ce le permite să reacționeze aproape în totalitate.
Combustori cu pat fluidizat sub presiune (PFBC)
Combustori cu pat fluidizat sub presiune de prima generație (PFBC)
Presurizarea la 1-1,5 MPa permite reducerea raportului volum / capacitate al reactorului: sistemele de primă generație folosesc în continuare jeturi de aer pentru a suspenda sorbanții și pulberea în timpul arderii. Cu toate acestea, aceste sisteme funcționează la presiuni ridicate și produc un flux de presiune ridicată în care porțiunea de vapori de apă poate deplasa o turbină, creând un ciclu combinat.
Arzătoare cu pat fluidizat sub presiune de generație intermediară
Un sistem intermediar crește temperatura de ardere prin adăugarea de gaze naturale în aerul secundar: acest lucru îmbunătățește ciclul combinat în detrimentul creșterii prețului mediu al combustibilului.
Arzătoare cu pat fluidizat sub presiune de a doua generație (APFBC și GPFBC)
Sistemele de a doua generație A (dvanced) PFBC și G (asificare) PFBC depășesc problema costurilor și a diferitelor surse de alimentare prin încorporarea unui carbonizator sub presiune sau a unui gazificator parțial pentru a furniza gazul direct din cărbune: combustorul este redus la un rol secundar prin arderea în principal a cărbunelui rămas pentru a produce abur și a preîncălzi aerul pentru turbina cu gaz. Gazul de alimentare pentru carbonizator arde într-un combustor cuplat la turbina cu gaz, încălzind gazul la temperatura sa de flacără; căldura este recuperată din gazele de turbină cu gaz pentru ciclul de abur, făcându-le similare cu sistemele CHIPPS (sisteme energetice bazate pe combustie de înaltă performanță) care totuși folosesc cuptoare.
linkuri externe
- ( EN ) Combustor cu pat fluidizat , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
