کارایی بالا رمز موفقیت لهستان

در لهستان تقریباً تمام برق با ذغال تولید میشود. بیشتر نیروگاهها ذغال سخت یا لینیت میسوزانند. برای رعایت ملاحظات زیست‌محیطی، صنعت‌برق لهستان در فرایند نوسازی و بهسازی تجهیزات تولیدی با فناوری نوین سوختی است.
در نیروگاه (تولید مشترك) برق و گرمایش «زِران» در ورشو كه دارای دو بویلر بستر سیال جریانی (CFB) t/h۴۵۰ با تمیزی، ذغالسنگ سخت عرضه شده از معادن «سیلهسیا» را میسوزاند. هر دو بویلر در كارخانه مهندسی بویلر رافاكو در «راسیبورز لهستان» با لیسانس آلستوم ساخته شدهاند. «زران» در سال ۱۹۹۵ راهاندازی شد و در آن زمان بزرگترین مجتمع CFB لهستان و نخستین واحدی شد كه ذغال قیری میسوزاند. به دنبال آن در سال ۲۰۰۱ «زران B» راهاندازی شد. از آن جا كه بیشتر ذغال كارخانه به شكل تصفیه نشده ارایه می شود،این منبع سوخت معمولاً باتعداد زیادی كلوخ و كلرین همراه است. به دلیل پوشیدگی كلوخ از خاكستر سوختی رسیدن به اندازه دقیق میزان ذرات خاكستر جریانی در واحد اول «زرانA» دشوار است. این امر سبب حرارت بالای كورهها شده كه باعث افزایش انتشار اكسید نیتروژن (NOX) و انتشار دیاكسیدگوگرد (SO۲) و از دست رفتن مواد ماندگرایی (inert) مناسب بخصوص در زمان بار كامل می شود.
در نتیجه هنگام سفارش واحد دوم «زرانB» طراحی به شكلی دگرگون شد كه دربر دارنده سیكلون (چرخه) هایی با كارایی بالا باشد و با افزایش مناسب ذرات جریانی جریان داخلی بویلر را بهبود بخشد. در «زرانB» در مقایسه با «زرانA» انتقال حرارت كوره بهبود عمدهای یافته و این امر بخصوص در مورد درجه حرارت نمود بیشتری دارد. این تحولات باعث كاهش Nox، SO۲، منواكسید كربن (CO) و انتشار ذرات و مصرف سنگ آهك شده است. میزان مصرف زاید قدرت واحد نیز كم شده است. در زیر نگاهی به جزییات طراحی سیكلون برخوردار از كارایی بالا «زرانB» و نتایج حاصل از بهرهبرداری آن میشود.
●پس‌زمینه
هر دو واحد «زران» ذغال سخت لهستانی میسوزانند كه از معادن مختلف «سیلهسیا» با ارزش حرارتی MJ/Kg۲۴-۱۸ و محتوای خاكستر ۲۵-۱۴ درصد عرضه میشود. همان گونه كه گفته شد محتوای خاكستر سوختی كلوخ بر روند عملیات «زرانA» تاثیر نامطلوب میگذارد. استفاده از یك دستگاه پرداخت خاكستر برای كاهش اندازه ذرات، كه در كارخانههای دیگر نتایج مثبت به جاگذاشته بود، به دلیل هراس از ایجاد خوردگی در بویلر كنار گذاشته شد. به جای آن كارخانه «زرانA» با یك یابنده حلقوی غیر هم مركز مجهز شد كه باعث بهبود كارایی سیكلون شد.
هنگامی كه سفارش «زرانB» در سال ۱۹۹۸ داده میشد طراحی آن شبیه «زرانA» به جز در طراحی سیكلون بود. هدف، بهبود كارایی تفكیككنندگی سیكلون با افزودن مشخصههای زیر بود:
ـ بهینه‌سازی مجرای ورودی سیكلون با كوره
ـ اضافه‌ كردن طول مجرای ورودی سیكلون
ـ وارونه كردن انحراف مجرای ورودی سیكلون
ـ كاهش سرعت عمودی سیكلون
ـ نصب یابنده حلقوی غیر هممركز
بهره‌برداری از «زرانB» از سپتامبر ۲۰۰۱ شروع شد و آثار ناشی از بهبود طراحی سیكلونها شامل انتقال گرمای بالاتر كوره و انتشار كمتر Nox از همان آغاز آشكار شد. به عنوان نمونه میانگین اندازه ذرات (d۵۰) مواد جریانی كه برای «زرانA» در دامنه Mm۱۸۰ بود برای «زرانB» به كمتر از Mm۸۰ كاهش یافت. دادههای عملكردی دو بویلر مقایسه شد (دسامبر ۱۹۹۷ برای زرانA و دسامبر ۲۰۰۱ برای زرانB). مقایسههای مستقیم دیگری نیز (در شرایط مطلقاً مساوی) در جریان است و بهبود طراحی سیكلون قابل اندازهگیری (كمی) شده است، از جمله در موارد زیر:
ـ كاهش عمده مصرف سنگ آهك
ـ كاهش انتشار Nox و CO
ـ بهبود انتقال گرمایش كوره
ـ كاهش قدرت مصرفی (به دلیل كاهش هوای اولیه، به حداقل رسیدن جریان دوباره گازهای دودكش و كاهش فشار كوره)
‌●طراحی بهسازی شده سیكلون
بویلرهای طراحی شده «زرانA و B» با خروجی بخار t/h۴۵۰ از نوع استوانهای جریان طبیعی متشكل از كوره معلق قائمالزاویه خنكشونده با آب كه بخش بالایی آن با دیواره پارتیشن تقسیم شده است. این طراحی شامل دوسیكلون، با یك ابر گرمایشگر انتقالی، یك اكونومایزر و یك پیشگرمكن هوایی لولهای است. پانل ابرگرمایشگرها در كوره بالایی، تشعشع و مشخصههای انتقالی كوره بالایی را متعادل میكند این ابرگرمایشگرها از دو تیوب اومگا ساخته شده كه این طراحی قبلاً قابلیت خود را در شماری بویلرهای CFB آلستوم نشان داده بود.
نخستین گام در بهبود كارایی تفكیك در «زران B» شامل تعویض آرایش كانال ورودی برای بهینهسازی جریان در هر سیكلون است. در جایی كه كانال ورودی سیكلون «زرانA» از یك طراحی مارپیچ استفاده میكرد «زران B» از یك طراحی مماسی بهره برده است كانال ورودی (سیكلون) «زران B» طولانیتر بوده و به شكلی درست شده كه مانع ورود مواد جامد به بخش داخلی كانال شود. با انحراف بخشیدن به سمت پایین كانال ورودی سیكلون، امر جداسازی بهبود پیدا كرد و با جابجایی یابنده جریان حلقوی از مركز، این وضعیت بهتر شد. سیكلونهای «زران B» یا بخار خنك میشوند (تقاضای خاص مشتری) و بدین ترتیب زمانی استارت واحد كاسته میشود. دیوارههای سیكلونها به نحوی استقرار یافتهاند كه كاركرد ابرگرمایشی مرحله اول را تامین كنند لولهكشیها با یك ماده نسوز دارای آلومینیوم محافظت میشود كه نتیجه آن در كل جذب گرمایش، ۱۴ درصد كاركرد ابرگرمایشی واحد است. در نتیجه اندازه پانلهای اومگا برای «زران B» كاسته شده تا كل جذب گرمایش در كوره را متعادل سازد. برای نشان دادن كارآمدی طراحی جدید سیكلون «زرانA وB» در حالت عملیات بار كامل (۱۹۹۷A یا ۲۰۰۱ B) مقایسه شدهاند. محتوای بالاست ۵/۳۰ درصدی «زرانA» در «زران B» به ۲/۲۷ درصد كاهش یافت و با این تفاوت جزئی ارزش گرمایش سوخت اندكی تفاوت كرد.
●تجربه‌های بهره‌برداری
بهبود كارایی و موثر بودن تفكیك سیكلونها را میتوان با ذرات بهتر جذب شده در فیلترهای خاكستر رسوبگیر الكترواستاتیك واحد مشاهده كرد. این بهبود جداسازی بر توزیع اندازه ذرات در خاكستر كف و خاكستر جریانی تاثیر میگذارد. میانه اندازه ذرات (d۵۰) مواد ورودی جریانی از Mm۱۸۰ به Mm ۸۰ «زرانB» رسیده است. كارایی بهبود یافته سیكلون باعث كاهش سهم جریان عمده خاكستر كف و فیلتر شده است. در «زرانA» خاكسترگیر نشانگر بیش از ۷۰ درصد كل جریان خاكستر و در «زرانB» كمتر از ۶۰ درصد است. بنابراین سهم كل خاكستر استخراجی كف در زرانB از A بیشتر است. با توجه به جریان مناسبتر فیلتر ذرات جامد در «زرانB» ضریب كل انتقال گرمای كوره و پانلهای ابرگرمایشی را حدود ۱۰ درصد افزایش میدهد و پیشبینی انتقال گرما سیكلون را برآورد میكند. طراحی جدید سیكلون همچنین پارامترهای عملیاتی دیگری را بهبود بخشیده، از جمله:
▪توزیع هوا و جریان مجدد گاز دودكش
در «زرانA» هوای اولیه ۵۵ درصد كل هوای مورد نیاز برای روانسازی جریان خاكسترهای درشت است حال آنكه در «زرانB» این میزان ۳۵ درصد شده در نتیجه از مصرف قدرت فن هوا كاسته میشود.
تزریق هوای اولیه كمتر از میله پخشكننده در «زرانB» باعث عملكرد موثرتر هوا در این مرحله از فرایند شده است. حجم انتشار Nox واحد به نحوی چشمگیر كاسته شده همچنین كل هوای اضافی «زرانA و B» تقریباً همسان است. با توجه به بهبود انتقال گرمایش در كوره جریان مجدد گاز دودكش در «زرانB» به میزان پنج درصد كاسته شد.
▪مصرف نیرو
نظر به فشار بستر كمتر همراه با چرخش هوا، فن هوای اولیه در «زرانB» برق كمتری مصرف میكند همچنین به جریان مجدد گاز دودكش و تزریق دوباره خاكستر در «زرانA» به كار گرفته میشد، در «زرانB» نیازی وجود ندارد. به این شكل برق مصرفی «زرانB» پنج درصد كمتر است.
▪حرارت كوره
در طراحی سیكلون انتقال گرمایش برای «زرانB» ده درصد افزایش یافته كه مستقیماً تاثیر مستقیمی بر نمایه حرارت مسیر گاز دودكش دارد. نمایهها حرارت میانهای هستند كه در نقاط اندازهگیری عملیاتی نصب شده در دیوارههای كوره، محاسبه میشوند. درجه حرارتهای اندازهگیری شده در حالت بار كامل «زرانB» تقریباً ۳۰ درجه سانتیگراد (۸۶ فارنهایت) كمتر از درجه اندازهگیری شده در «زرانA» است.
▪گوگردزدایی
خصیصه‌های سوخت و سنگ آهك و همچنین شرایط احتراق بر كارایی گوگردزدایی CFB اثر میگذارند. این خصیصهها در هر دو واحد همساناند. در جایی كه سطح عملی SO۲ هر دو تقریباً Nm۳/mg۲۰ است، نسبت غلظت ca/s در «زرانB» كمتر است كه به دلیل نزدیكتر بودن درجه حرارت كوره آن به میزان حرارت مورد نیاز برای بیشتر كردن واكنشگری سنگ آهك و گرفتن گوگرد است. همچنین بهبود كارایی جداسازی سیكلون باعث جریان اندكتر ذرات خاكستر و منطقه گستردهتر گوگردزدایی و زمان بیشتر ماندن ذرات میشود.
▪مصرف سنگ آهك
حرارت كمتر احتراق، ماندگاری بیشتر زمانی مواد بستر و سطح بیشتر ذرات بالاتر باعث كاهش مصرف سنگ آهك به میزان ۴۰ درصد در «زرانB» شده است این امر به نوبه خود تولید خاكستر واحد را كم میكند.
▪سوختن كربن
انتظار میرفت تلفات حرارت كربن سوخته با افزایش كارایی جداسازی كاهش یابد. اما به دلیل بهبود سایر پارامترهای عملیاتی ـ مثل حرارت كمتر كوره، نیاز اندكتر به هوای اولیه ـ و اینكه به دلیل سیستم تزریقی مجدد ذرات خاكستر نصب شده در «زرانA» در «زرانB» مورد نبود، اثر مورد انتظار تلفات حرارت كربن نسوخته رابه دشواری میشد قطعی كرد. جمع كربن ارگانیك در خاكسترگیر تقریباً ۹ درصد و در خاكستر كف هر دو بویلر ۸/۱ درصد بود.
▪انتشار NOx
شكل‌گیری و تخریب Nox بستگی به مشخصههای سوخت و شرایط احتراق دارد. از آنجا كه سوخت هر دو واحد همسان بود تاثیر محتوای ازت، شكل چسبندگی و فرار بودن قابل چشمپوشی است. به هر شكل انتشار Nox از ۲۰۰ mg/Nm۳ در«زرانA» به دلیل بهبود شرایط احتراق ناشی از طراحی جدید سیكلون به حدود mg/Nm۳ ۶۰ كاسته شد. این شرایط شامل حرارت پایینتر كوره، تركیب ارتقاء یافته سوخت / هوا و مراحل مشخصتر هوا شد.
▪انتشار مونوكسید كربن
با توجه به اندازه مناسبتر ذرات مواد بستر، انتشار مونوكسید كربن كاهش یافت. كاهش اندازه ذرات احتراق مخلوط اكسیژن/ مواد احتراقی را بهبود بخشید و چگالی سوخت معلق به ویژه در كوره بالایی را بیشتر كرد.
●●جمع‌بندی
واحدهای «AوB زران» فرصتی بینظیر را برای ارزیابی تاثیر كارایی سیكلون در عملكرد بویلرهای CFB فراهم كرد. افزایش كارایی سیكلون «زرانB» سبب شد كه افزایش قابل توجهی در انتقال حرارت حاصل شود و در مقابل مصرف سنگ آهك و برق اضافی كاهش یابد و انتشار Nox و CO كمتر شود. تمام این بهبودها به خاطر اندازه میانه ذرات مواد ورودی و كاهش آن از Mm ۱۸۰ به Mm ۸۰ بود. نتایج نشان میدهد كه هزینه سرمایهگذاری اضافی برای سیكلونهایی با كارایی بالا در كوتاهمدت جبران میشود. اینك تحقیقات بیشتری در جریان است كه میزان توانایی ذرات كوچكتر را برای كاهش خوردگی كوره مشخص كند بخصوص كه بیشتر، در واحدهای كوچكتری كه از همین طراحی سیكلون استفاده میكردند، این میزان مشخص شده بود.

مجله PEI : اوت ۲۰۰۳

منبع : مجله بولتن بین الملل