Impianti per la combustione di biocarburanti. Caldaie a letto fluido. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Quando il combustibile viene bruciato in forni ad alta temperatura, una grande quantità di biossido di azoto NO₂. È un gas marrone altamente tossico con un odore soffocante. Quando la temperatura nel forno scende a 1000°C e al di sotto, quasi non si forma biossido di azoto. Ciò si ottiene bruciando combustibili solidi (carbone duro e lignite, scisti bituminosi, scarti di legno, rifiuti domestici, ecc.) In un letto fluido (fluidificato).

Il materiale combustibile a grana fine posto sulla griglia del forno viene soffiato dal basso con aria ad una velocità superiore al limite di stabilità dello strato denso. La "velocità di liquefazione" dipende dalla densità del materiale combustibile e dalla dimensione delle particelle, solitamente è nell'intervallo 0,9 ... 2,3 m / s. In fig. 5.1.

Fig.5.1. Forni a letto fluido: combustione a 1 strato; 2 - letto fluido con bolle; 3 - passaggio al trasporto pneumatico; 4 - letto fluido circolante

Quando la velocità di spurgo è inferiore a quella critica (Schema 1), le particelle di combustibile giacciono in uno strato denso. Questo è un normale focolare a strati. Nel forno a letto fluidizzato (schema 2), l'aria primaria viene fornita dal basso, il combustibile frantumato viene introdotto attraverso l'ugello a sinistra. Se la velocità di liquefazione viene superata, si verifica un'intensa circolazione di particelle nello strato, simile all'ebollizione nucleata di un liquido. Parte dell'aria passa attraverso tale strato sotto forma di bolle, che mescolano ulteriormente il materiale combustibile. Le particelle circolano nel volume dello strato fino a quando non sono completamente bruciate. L'aria secondaria viene immessa attraverso il tubo destro per bruciare le particelle trasportate dal letto.

Con un ulteriore aumento della velocità di soffiaggio (Schema 3), un numero crescente di piccole particelle viene rimosso dal letto fluidizzato e si verifica una transizione alla modalità di trasporto pneumatico. In questo caso è consigliabile utilizzare la separazione del combustibile incombusto (solitamente in apparecchi di depurazione del gas a ciclone) con il ritorno delle particelle separate al letto fluidizzato (Schema 4). Questa modalità di funzionamento del forno è chiamata "letto fluido circolante".

I tubi con un refrigerante riscaldato sono posizionati all'interno dello strato, che rimuove il calore generato. Il contatto con particelle di combustibile in fiamme in movimento porta a una significativa intensificazione del trasferimento di calore. A causa della temperatura di combustione relativamente bassa nei forni a letto fluido, la cenere non fonde e quindi non si attacca alle superfici di scambio termico della caldaia. Di conseguenza, il costo della pulizia delle superfici di scambio termico è ridotto.

Il letto fluido è costituito per il 90% o più da particelle di cenere o materiale inerte appositamente aggiunto (calcare, dolomite, scaglie di argilla refrattaria). Pertanto, i materiali con un contenuto di ceneri molto elevato possono essere bruciati in un letto fluido. L'introduzione del calcare permette di ridurre drasticamente le emissioni di anidride solforosa SO₂ - questo gas tossico si trasforma in gesso innocuo CaSO₄tolto dalla fornace insieme alla cenere. Un aumento della concentrazione di combustibile nello strato porterebbe alla comparsa di idrogeno H nei prodotti di combustione₂ e monossido di carbonio CO.

I forni a letto fluido sono ampiamente utilizzati nell'industria per la tostatura di vari minerali, piriti nella produzione di acido solforico, ecc. In Finlandia e Svezia, le caldaie a letto fluido sono ampiamente utilizzate per lo smaltimento dei rifiuti dell'industria forestale (trucioli di legno, corteccia, segatura) e per la combustione di torba macinata e di zolle. Negli Stati Uniti, in Inghilterra, in Francia, le caldaie a letto fluido sono sempre più utilizzate nelle centrali termiche. Negli Stati Uniti la capacità delle caldaie a letto fluido ha raggiunto i 200 MW. Sulla fig. 5.2 mostra lo schema di un forno a letto fluido circolante della BDC (USA).

Fig.5.2. Forno a letto fluido BDC: 1 - aria primaria; 2 - calcare; 3 - carburante; 4 - aria secondaria; 5 - camera del forno; 6 - ciclone; 7- approvvigionamento idrico; 8 - aria

L'aria primaria viene fornita al tubo di diramazione 1, il calcare frantumato viene fornito attraverso l'alimentatore a coclea 2 e il carburante viene fornito attraverso il tubo di diramazione 3. Nel volume 5 continua la combustione delle particelle di combustibile in sospensione. Nel ciclone 6, i gas di scarico vengono puliti. Le particelle intrappolate bruciano nel bunker, che contiene scambiatori di calore a spirale che riscaldano l'acqua di alimentazione della caldaia. L'aria aggiuntiva per la postcombustione del trascinamento solido viene fornita attraverso il tubo 8.

L'utilizzo di forni a letto fluido consente di utilizzare un'enorme quantità di rifiuti di carbone accumulati in cumuli di rifiuti vicino alle miniere di carbone e agli impianti di lavorazione. La roccia di scarto contiene una quantità significativa di combustibile solido inutilizzato, la cui combustione spontanea porta all'inquinamento atmosferico con fumo, zolfo e ossidi di azoto.

Autore: Labeish V.G.

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