공장은 한 달에 고유황 석탄을 받고, 다음 달에는 바이오매스 혼합을 받고, 그 후에는 일괄적으로 폐기됩니다. 그리고 여전히 매일 증기 수요와 배출 제한을 충족해야 합니다. 유동층 연소(FBC)는 바로 이러한 상황을 위해 존재합니다. FBC 보일러에서 고체 연료 입자는 뜨거운 거품이 이는 모래, 재, 석회암 층에 부유하며, 그곳에서 약 850°C에서 연소됩니다. 하나의 설계 선택이 대부분의 작업을 수행합니다. 즉, 낮은 베드 온도는 열적 NOx 형성을 억제하고, 베드에 혼합된 석회석은 굴뚝에 도달하기 전에 용광로 자체 내부의 연료 황의 90% 이상을 포착합니다. 그 결과 저등급의 연소하기 어려운 연료를 90% 이상의 연소 효율로 사용 가능한 증기로 바꾸는 보일러가 탄생했습니다. 엔지니어들이 간과해서는 안 되는 것은 이야기의 나머지 절반, 즉 뜨겁고 먼지가 많은 배가스가 백패스를 통과하는 경로입니다. 왜냐하면 그곳에서 예상 연료 절감 효과가 실현되거나 누출되기 때문입니다.
유동층 연소의 작동 원리
원리는 시각화하기 쉽습니다. 공기는 용광로 아래의 바람통으로 들어가 분배판을 통해 수백 밀리미터 깊이의 불활성 물질(모래, 재 또는 폐석회석) 층으로 위쪽으로 전달됩니다. 공기 속도가 유동화 지점(기포층에서는 대략 초당 1~2m, 순환층에서는 초당 4~6m)에 도달하면 입자는 서로 접촉을 잃고 층은 끓는 액체처럼 거동합니다. 공급 크기로 분쇄된 연료가 이 덩어리에 직접 주입되고, 격렬한 혼합으로 인해 모든 입자가 산소 및 뜨거운 고체와 접촉하게 됩니다. 베드는 연료에 의해 초당 방출되는 에너지의 몇 배에 달하는 열 재고를 보유하고 있기 때문에 온도는 전체 용광로에서 820~900°C로 거의 균일하게 유지됩니다.
저온이 가능하게 하는 것
침대 내부의 화학은 FBC가 그 자리를 차지하는 이유를 설명합니다. 연료와 함께 공급된 석회석은 열 속에서 먼저 소성되어 CO2를 방출하고 반응성 석회를 남깁니다. 그 석회는 석탄의 SO2와 반응하여 고체 CaSO4를 형성하고, 이는 재와 함께 배출됩니다. 따라서 황 제거는 별도의 세정기가 아닌 용해로 내부에서 이루어집니다. 동일한 저온 환경은 세 가지 추가적인 실제 결과를 생성합니다.
- 연료 유연성 - 석탄, 바이오매스, 슬러지, 석유 코크스 및 폐기물 유래 연료를 연소할 수 있으며, 최소한의 출력 감소로 종종 혼합하거나 전환할 수 있습니다.
- 열악한 연료의 확실한 연소 - 베드는 영구적인 점화원 역할을 하므로 수분과 회분 함량이 높은 연료가 안정적으로 연소됩니다.
- 효과적인 황 포집 — 약 2.0~2.5의 칼슘 대 황 몰비는 일반적으로 연료 황의 90% 이상을 제거합니다.
- 낮은 NOx — 열적 NOx는 850°C에서 거의 형성되지 않으며 단계적 연소 공기는 고온 소성보다 훨씬 낮은 수준으로 통제되지 않은 배출을 유지합니다.
세 가지 구성: BFB, CFB, PFBC
버블링 유동층(BFB)
BFB 보일러는 속도 범위의 가장 낮은 끝인 약 1~3m/s에서 작동합니다. 대부분의 고형물은 용광로에 남아 있고, 바닥 내부 또는 벽 표면은 열을 추출하고, 연료는 바닥 표면 위로 공급됩니다. 이 구성은 습식 바이오매스, 슬러지 및 거친 연료를 잘 처리하므로 이러한 스트림을 발사하는 산업용 증기 플랜트를 지배합니다.
순환유동층(CFB)
CFB 보일러는 속도를 4~6m/s로 높여서 대량의 고형물이 용광로 밖으로 나와 사이클론에 포집되어 루프 씰을 통해 반환되도록 합니다. 고체 입자는 재로 남아 있기 전에 수십 번 순환하여 체류 시간을 연장하고 연소 효율을 97~99%까지 높일 수 있습니다. CFB는 오늘날 저등급 석탄을 사용하는 유틸리티 규모 및 대규모 산업 플랜트의 기본값입니다. 왜냐하면 CFB는 가장 높은 효율성과 가장 넓은 연료 허용 오차를 결합하기 때문입니다.
가압유동층(PFBC)
PFBC는 압력 용기 내부에서 전체 시스템을 10~16bar로 작동하고 증기를 높이는 것 외에도 가스 터빈을 통해 뜨겁고 가압된 배가스를 팽창시킵니다. 효율성 논리는 타당하지만 실증 발전소는 소수에 불과해 여전히 틈새 시장으로 남아 있습니다. 대부분의 프로젝트에서 실질적인 결정은 BFB와 CFB 사이에서 이루어집니다.
| 매개변수 | BFB | CFB | PFBC |
|---|---|---|---|
| 유동화 속도 | 1-3m/초 | 4-6m/초 | CFB와 유사함 |
| 작동 압력 | 대기 | 대기 | 10-16바 |
| 연소효율 | 90-96% | 97-99% | 99% 디자인 목표 |
| 유황 제어 | 침대 내 석회암 | 침대 내 석회암 | 침대 내 석회암 |
| 일반적인 규모 | 최대 100MWth | 산업용에서 600MWe급까지 | 데모 전용 |
| 가장 적합한 연료 | 습식 바이오매스, 슬러지, 석탄 | 저등급 석탄, 페트코크, 혼합연료 | 고유황탄 |
식물이 FBC를 선택하는 이유
비즈니스 사례는 세 가지 기둥에 기반을 두고 있습니다. 즉, 기존 보일러가 연소할 수 없는 연료를 연소하고, 더 간단한 가스 경로로 배출 제한을 충족하며, 의미 있는 효율성을 희생하지 않고 이를 수행합니다. 값싼 문제 연료에 접근할 수 있는 공장의 경우 산술이 결정적입니다. 세척장 폐기물, 석유 코크스 또는 폐기물 연료의 비용은 표준 석탄의 일부에 불과할 수 있으며 FBC 장치는 이러한 할인을 운영 비용 절감으로 직접 전환합니다. 규정 준수는 또한 기술을 선호합니다. 유황은 층의 석회석으로 포집되고 NOx 제어는 낮은 층 온도에서 크게 벗어나며 아래 숫자는 실험실 약속이 아닌 일상적인 성능을 반영합니다.
~850°C 침대 작동 온도
90% 침대 내 유황 포집
97-99% CFB 연소 효율
2.0-2.5 일반적인 Ca/S 몰비
백패스: FBC 경제학이 승리하거나 패배하는 곳
유동화는 용광로를 해결합니다. 그것은 그것을 떠나는 것에 대해 아무것도 하지 않습니다. 가스는 850~900°C에서 CFB 사이클론을 빠져나와 무거운 미세 고형물을 운반하는 백패스로 들어갑니다. 바닥재는 대체로 단단하고 각진 광물이며, 사이클론이 분리된 후에도 흐름은 여전히 마모성이 있고 오염되기 쉽습니다. 따라서 과열기, 증발기 뱅크, 이코노마이저 등 하류의 모든 대류 표면은 열 전달뿐 아니라 침식 및 재 축적도 고려하여 설계해야 합니다.
급수 열회수를 위한 보일러 꼬리 굴뚝 가스 이코노마이저 CFB 백패스의 차가운 끝 부분에 위치한 이 이코노마이저는 공기 히터와 스택 앞에 남아 있는 열을 흡수하여 마모성 재가 함유된 연도 가스에서도 출구 가스 온도와 보일러 연료 사용을 줄입니다. 제품보기 → 이코노마이저는 이러한 임무의 대부분을 수행합니다. 가스 경로의 차가운 끝 부분에 위치하여 공기 히터 및 스택 이전에 마지막으로 사용 가능한 열을 흡수합니다. 일반적으로 출구 가스 온도가 15~20°C 감소할 때마다 보일러 효율이 약 1% 증가하므로, 잘 맞는 이코노마이저와 소형 이코노마이저 사이의 격차는 연료비에 영구적인 영향을 미칩니다. 먼지가 많은 서비스에서는 튜브에도 보호가 필요합니다. 적당한 가스 속도, 앞줄의 마모 쉴드, 벽 두께에 대한 추가 여유가 필요합니다.
먼지가 많은 연도가스용 H형 핀 튜브 평행한 H 핀은 화산재 축적과 침식을 방지하는 직선형 가스 레인을 형성하는 동시에 큰 확장 표면을 추가하므로 이 튜브는 CFB 사이클론 하류의 오염되기 쉬운 대류 표면에 적합한 선택입니다. 제품보기 → 핀 기하학도 그만큼 중요합니다. H형 핀 튜브는 바로 이러한 환경을 위해 개발되었습니다. 평행 열로 용접된 핀은 튜브 사이에 직선형 가스 레인을 남기고 핀 루트와 재가 침전되는 소용돌이 구역의 난류를 줄이는 동시에 소형 모듈에 큰 열 전달 표면을 추가합니다. 확장된 영역, 침식 저항 및 자체 세척 동작의 조합으로 인해 CFB 백패스의 표준 확장 표면이 되었습니다. 표면 디자인을 수정하기 전에 H형 핀 튜브와 먼지가 많은 연도 가스의 부드러운 튜브를 비교하는 방법을 검토해 볼 가치가 있습니다.
FBC 플랜트 주변의 열 회수 지정
산업 운영자의 경우 FBC 보일러를 독립형으로 구매하는 경우는 거의 없습니다. 그것은 열회수 네트워크를 고정시킵니다. 베드에서 나오는 증기는 공정을 구동하며, 많은 레이아웃에서 뜨거운 배기 흐름(가마 부생 가스, 용광로 가스 또는 고체 냉각기)에 설정된 별도의 폐열 보일러는 추가 킬로그램의 연료를 연소하지 않고도 잉여 열을 추가 증기로 변환합니다. FBC 장치와 그 하류 표면을 하나의 통합 시스템으로 처리하면 연료 유연성이 투자 회수로 전환됩니다.
배기 스트림용 산업 폐열 보일러 FBC 보일러는 통합 열 회수 네트워크를 고정하므로 폐열 보일러는 추가 연료를 소비하지 않고 가마에서 발생하는 가스 또는 용광로 배기가스의 잉여 열을 추가 증기로 변환합니다. 제품보기 → 조달은 기술이 요구하는 동일한 세 가지 축에서 심사되어야 합니다. 첫째, 규정 준수: 문서 작업이 아닌 자동 용접 라인 및 실시간 X선 검사를 통해 뒷받침되는 문서화된 용접 품질로 ASME 요구 사항에 따라 제작된 압력 부품입니다. 둘째, 엔지니어링 적합성: 공급업체는 3D 레이아웃으로 작업하고, 열 입력을 확인하고, 기존 도면을 변환하여 재설계 없이 새 표면이 현재 가스 경로에 떨어지도록 해야 합니다. 셋째, 용량: EPC 일정은 톤수를 제공할 수 없는 공급업체를 처벌하며, 연간 생산량이 20,000톤을 넘는 것은 물어볼 만한 공정한 기준입니다. Wuxi Jinker Power Equipment와 같은 제조업체는 이코노마이저, 핀 튜브 및 폐열 보일러를 하나의 제품군으로 공급합니다. 이는 바로 FBC 백패스를 구입해야 하는 방법입니다. 표면 디자인을 확정하기 전에 보일러 이코노마이저가 연료비를 절감하고 폐열을 회수하는 방법을 다시 살펴보는 것도 좋습니다.
유동층 연소는 고온 연소가 할 수 없는 작업, 즉 현대의 배출 제한 내에서 값싸고 불편한 연료를 연소시키기 때문에 현대 전력 및 증기 생성에서 그 위치를 유지합니다. 침대의 온도와 석회석의 화학적 성질이 이러한 한계를 설정했습니다. 백패스 표면이 경제성을 결정합니다. 한쪽은 안정적인 베드 조건, 침식 방지 핀 가열 표면, 다른 쪽은 적절한 크기의 이코노마이저 등 두 가지를 동일하게 엄격하게 지정하는 것이 자체적으로 성과를 내는 FBC 프로젝트와 조용히 실적이 저조한 프로젝트를 구분하는 것입니다.
