Arderea cărbunelui în strat fluidizat

Considerații generale

Cu o pondere de aproape 80 % din rezervele planetare de combustibili fosili, cărbunele prezintă un mare interes pentru producerea energiei termice și electrice. La acest prim argument se adaugă și altele cum ar fi prețul relativ mai mic și mult mai stabil decât al combustibililor lichizi sau gazoși. Toate acestea explică de ce în prezent, cât și în viitor,cărbunele ocupă și își va menține o pondere importantă comparativ cu celelalte tipuri de combustibili utilizați în centralele termoelectrice.

În ultimele decenii pe lângă o ardere cât mai completă și perfectă a cărbunilor se remarcă o permanentă preocupare privind minimizarea emisiei de noxe, în special a oxizilor de sulf și de azot.

Arderea cărbunilor în strat fluidizat

Teoria arderii în strat fluidizat a fost elaborată în 1922 de către cercetătorii Winkler (Germania) și Cidell (SUA), dar s-a aplicat la arderea cărbunilor în focarele generatoarelor de abur doar în ultimii 30 de ani.

Un strat fluidizat este un sistem bifazic în care un gaz, repartizat uniform cu ajutorul unei grile de distribuție (grătar sau duze de insuflare) este expulzat de jos în sus, printr-o masa (pat) de particule solide, astfel încât acestea plutesc încurentul de gaz și se află într-o agitație permanentă. Comportamentul acestui mediu bifazic, în care particulele solide pot să se miște unele în raport cu altele, este asemănător cu celal unui lichid care fierbe, de unde și denumirea data uneori de strat fierbător.

Arderea cărbunilor în strat fluidizat

Carbunele supus gazeificării trebuie să îndeplinească anumite condiții sau, în cazul în care nu le îndeplinește, influentează caracteristicile procesului în sensul că, fie impune utilizarea unui anumit procedeu, fie modifică într-un anume mod compoziția gazelor și cantitatea și calitatea reziduului ca și debitul de gaz.

Principalele caracteristici ale combustibililor care trebuie luate în considerare sunt: umiditatea,cenușa, materiile volatile, conținutul de sulf, aglutinarea și cocsificarea , conținutul de carbon fix, reactivitatea, fuziunea cenusii ,granulatia, rezistenta mecanica, stabilitatea termica .

Funcționarea unui focar cu strat fluidizat staționar

Schema de principiu a unui focar cu strat fluidizat staționar

Funcționarea unui focar cu strat fluidizat staționar

Focarul, de formă cilindrică, este prevăzut la partea inferioară cu un grătar pe care se sprijină granulele de cărbune în stare de repaus. Sub grătar se află camera de aer, iar deasupra acesteia camera de ardere. Particulele de cărbune cu dimensiunea (0,6 ÷ 7) mm, sunt introduse în focar cu ajutorul unui șnec împreună cu praful unei substanțe cu acțiune desulfurantă: carbonat de calciu (CaCO3), oxid de calciu (CO) sau dolomită (CaCO3MgCO3).

În urma interacțiunii dintre curentul de aer primar și particulele de cărbune acestea din urmă încep să plutească și porozitatea în vrac a stratului de cărbune în repaus ε = 0,5 ÷ 0,7 atunci când se produc fluidizarea stratului, ceea ce oferă un spațiu destul de mare pentru circulația aerului și explică de ce căderea de presiune în strat se menține constantă.

Temperatura în stratul fluidizat trebuie menținută sub valoarea temperaturii de înmuiere a cenușii, altfel particulele de cărbune se aglomerează, nu mai plutesc în curentul de gaze și stratul fluidizat devine un strat fix.