ELEKTROWNIE_W2.pdf

2. Paliwo. Spalanie i produkty spalania

2.1 Klasyfikacja paliw

Pierwszą przemianą w elektrowni parowej jest przemiana energii chemicznej

paliwa na energię cieplną realizowana w procesie spalania.

Paliwem moŜe być dowolna substancja wydzielająca przy spalaniu duŜe ilości

ciepła. W zastosowaniach przemysłowych paliwo powinno dawać łatwo

usuwalne i moŜliwie nieszkodliwe dla urządzeń i otoczenia produkty spalania, a

ponadto jego koszt powinien być moŜliwie niski. Podział klasyfikacyjny paliw

przedstawiony jest na rysunku.

Rys.2.1. Podział klasyfikacyjny paliw

Zastosowanie paliw w elektrowniach

Podstawowym paliwem w elektrowniach parowych jest w Polsce węgiel

kamienny oraz, w mniejszym zakresie, węgiel brunatny. Paliwa ciekłe i

gazowe słuŜą do rozpalania kotłów, utrzymywania ich pracy z obciąŜeniem

niŜszym niŜ tzw. minimum techniczne i do forsowania kotłów tj, do

krótkotrwałego osiągania wydajności większej niŜ znamionowa. Taki zakres

zastosowań róŜnych paliw wynika z wielkości ich krajowych zasobów,

rozmiarów wydobycia oraz układu cen na światowym rynku paliw.

2.2. Charakterystyka paliw

Do paliw stałych naleŜą:

węgiel kamienny

węgiel brunatny

torf,

łupki bitumiczne,

biomasa – drewno, słoma

Węgiel uŜywany był juŜ w Chinach ponad 2400 lat p.n.e. (Arystoteles) oraz w

Europie od XI w. Trudno zdefiniować go jako materiał. Węgiel jest substancją

organiczną powstałą z substancji roślinnej w przeciągu setek milionów lat.

W węglu znajduje się substancja organiczna, mineralna i wilgoć .

W paliwie wyróŜnia się następujące składniki oraz główne ich grupy

wegiel

wodór

masa

tlen

subs

tan

cja

siarka

masa

robocza

sucha

}

azot

wewnetrzny

popiół

balast

oć

higr

zewnetrzny

oć

zewn

PowyŜszymi symbolami (w postaci duŜych liter) oznacza się udział masowy

poszczególnych składników paliwa w stosunku do jedności kg/kg (lub tez

procentowy udział tych składników w masie paliwa). Udziały masowe podane w

dalszym tekście odnoszą się do masy roboczej paliwa.

Paliwo składa się z substancji (masy)

palnej (węgiel C, wodór H, siarka S, tlen O i azot N)

oraz z balastu (wilgoć całkowita W i popiół A).

Azot nie bierze udziału w spalaniu, stanowi więc balast paliwa tzw. balast

wewnętrzny , ale tradycyjnie jest zaliczany do substancji palnych.

RozróŜnia się dwa rodzaje wilgoci:

wilgoć zewnętrzną W z (przemijającą) , która moŜe być usunięta przez

suszenie węgla na wolnym powietrzu, oraz

wilgoć higroskopijną W h związaną ze składnikami paliwa, którą moŜna

usunąć, susząc paliwo w temperaturze 103105°C.

Istotnymi cechami charakteryzującymi paliwo jest jego

ciepło spalania,

zawartość balastu: wilgoci i popiołu,

zachowanie się części niepalnych (popiołu) w temperaturach jakie

występują w kotle

oraz zawartość siarki w paliwie.

2.3. Właściwości paliw

Węgiel C jest podstawowym składnikiem paliwa i jego zawartość decyduje

o tzw. wartości opałowej; dla węgla kamiennego wynosi 6095%, a dla węgla

brunatnego na ogół nie przekracza 75% w odniesieniu do substancji palnej.

Stopień uwęglenia zaleŜy od wieku paliwa : najniŜszy jest dla torfu 5560% C, a

najwyŜszy dla antracytu 9498% C. Paliwa węglowe moŜna uszeregować w

zaleŜności od zawartości pierwiastkowego C:

torf – węgiel brunatny – węgiel kamienny – antracyt.

Zawartość wodoru H decyduje o łatwości zapłonu paliwa i wynosi 25%.

Siarka S występuje w paliwie w trzech odmianach:

związkach organicznych

pirytach FeS 2

róŜnych związkach siarczanowych CaSO 4 , FeSO 4 itp.

Przy spalaniu tylko dwóch pierwszych odmian wydziela się ciepło. Zawartość

siarki wynosi l5%.

Siarka jest składnikiem niepoŜądanym ze względu na szkodliwe działanie

produktu jej spalania SO 2 , który to związek wskutek nadmiaru powietrza w

niewielkich ilościach utlenia się na SO 3 , a ten z kolei, w połączeniu z parą

wodną zawartą w spalinach, daje kwas siarkowy. W niŜszych temperaturach

kwas siarkowy skrapla się na ścianach metalowych i wywołuje ich korozję

tzw. korozję niskotemperaturową . Temperatura spalin, przy której występuje

skraplanie się par kwasu siarkowego, nazywa się temperaturą (punktem)

rosienia . Przy zawartości siarki ponad 1% temperatura rosienia wynosi 5080ºC

przy spalaniu węgla w kotłach pyłowych i nawet 140l50°C podczas spalania

mazutu. Tlenki SO 2 i SO 3 oznacza się ogólnie SO x . Piryty FeS 2 jako związki o

duŜej twardości powodują szybkie ścieranie elementów mielących młynów .

Zawartość tlenu O w paliwie stałym zawiera się w duŜym przedziale

i dochodzi do 40%.

Zawartość azotu N w paliwie wynosi l3% i decyduje o ilości tworzących

się w czasie spalania tlenków azotu NO i NO 2 (oznaczanych jako NO x ).

Popiół węgli kamiennych moŜna uwaŜać za mieszaninę związków krzemu,

Ŝelaza i aluminium; głównymi składnikami popiołu węgla brunatnego są

siarczany i tlenki wapnia . Polskie węgle kamienne zawierają 535% popiołu,

brunatne 730%.

Popiół

zmniejsza wartość opałową paliwa,

utrudnia jego spalanie,

unoszony przez spaliny powoduje zanieczyszczenie jednych fragmentów

powierzchni ogrzewalnych (pogarszając warunki wymiany ciepła)

powoduje erozję innych fragmentów kotła.

Związki mineralne w stanie sypkim są nazywane popiołem , a w stanie

stopionym i zlanym ŜuŜlem . Bardzo waŜnym parametrem popiołu jest jego

tzw. temperatura mięknięcia , tj. temperatura, przy której następuje początek

procesu mięknięcia popiołu (tzn. stan poprzedzający proces przechodzenia

popiołu ze stanu stałego w stan ciekły). JeŜeli spaliny zawierające cząstki

popiołu o takiej temperaturze omywają powierzchnie ogrzewalną, to nastąpi

przylgnięcie (przylepienie) popiołu do powierzchni, powodując ŜuŜlowanie

powierzchni (pogorszenie jej warunków wymiany ciepła). Dlatego teŜ

temperatura spalin wychodzących z komory paleniskowej powinna być niŜsza

o 50 K od temperatury mięknięcia popiołu, aby nie zachodziło ŜuŜlowanie

przegrzewaczy.

Zawartość wilgoci całkowitej wynosi 530% dla węgla kamiennego oraz

dochodzi do 60% dla węgla brunatnego. DuŜa wilgotność

utrudnia zapłon,

zmniejsza wartość opałową paliwa,

utrudnia transport paliwa do młynów oraz na ruszt,

wpływa niekorzystnie na warunki pracy młynów oraz zmniejsza ich

wydajność,

sprawia duŜe kłopoty w rozładunku wagonów z węglem zimą.

Węgiel charakteryzuje się takŜe innymi cechami wpływającymi na

konstrukcję paleniska , a częściowo i samego kotła oraz na urządzenia

pomocnicze, np. młyny węglowe. Są to:

zawartość części lotnych,

podatność przemiałowa

spiekalność węgla .

Częściami lotnymi nazywa się gazy organiczne wydzielające się podczas

rozkładu termicznego substancji palnych paliwa. Zawartość części lotnych,

która wynosi 1050%, ma wpływ na łatwość zapłonu oraz rodzaj płomienia. Do

spalania w kotłach energetycznych najlepiej się nadaje węgiel zawierający

ponad 25% części lotnych.

Podatność przemiałowa określa stopień trudności mielenia węgla i wpływa

na konstrukcję młynów mielących węgiel, zuŜycie ich elementów mielących,

zuŜycie energii na przemiał itp. Im większa jest wartość podatności

przemiałowej węgla, tym go łatwiej mleć .

Wpływ na dobór palenisk, zwłaszcza rusztowych, ma teŜ rodzaj i

właściwości (spiekalność) koksu otrzymanego z danego gatunku węgla. Na

ruszcie łatwiej jest spalać węgle mało spiekające się.

Aby wywołać proces spalania, trzeba paliwo doprowadzić do temperatury

zapłonu , tzn. temperatury, przy której nastąpi zapłon. Temperatura zapłonu

zaleŜy przede wszystkim od zawartości części lotnych w paliwie i przy ich

zawartości ponad 30%

dla węgla kamiennego wynosi 300350°C,

dla węgla brunatnego 230250°C,

dla oleju opałowego 65110°C,

dla antracytu 700800°C.

Im mniejsze są drobiny paliwa, tym łatwiej następuje zapłon i np. dla pyłu

węglowego temperatura zapłonu wynosi ok. 170°C.

Ciepło spalania (W t ) jest to ilość ciepła jaka wywiązuje się przy

całkowitym spaleniu 1 kg paliwa, produkty spalania węgla (C) i siarki (S) są w

stanie gazowym w postaci dwutlenków, nie nastąpiło przy tym utlenianie azotu

(N), wszystkie produkty spalania mają temperaturę taką samą jak substraty

przed spaleniem, zaś woda, która znalazła się w produktach spalania, jest w

stanie ciekłym.

Wartość ciepła spalania paliwa określa się metodą bezpośrednią , spalając

próbkę paliwa w warunkach laboratoryjnych w bombach kalorymetrycznych

(Bertholet, Hempel, Kroeker, Manier paliwa stałe i ciekłe) lub w

kalorymetrze Junkersa (paliwa gazowe).

Metoda pośrednia określania wartości ciepła spalania polega na obliczeniu

go na podstawie składu pierwiastkowego masy paliwa i znanego ciepła spalania

poszczególnych pierwiastków. Jest to metoda mniej dokładna.

Ciepło spalania czystych pierwiastków wynosi)

wodór W t = 120 000 kJ/kg ,

węgiel W t = 32 800 kJ/kg

siarka W t = 9350 kJ/kg .

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: