Сжигание в кипящем слое ( СКС ) — это технология сжигания твердого топлива .
В своей самой базовой форме частицы топлива взвешены в горячем, пузырящемся текучем слое золы и других дисперсных материалов ( песок , известняк и т. д.), через который продуваются струи воздуха, чтобы обеспечить кислород, необходимый для сгорания или газификации. Результирующее быстрое и тесное смешивание газа и твердых веществ способствует быстрой передаче тепла и химическим реакциям внутри слоя. Установки FBC способны сжигать различные виды низкосортного твердого топлива, включая большинство видов угля, угольные отходы и древесную биомассу, с высокой эффективностью и без необходимости дорогостоящей подготовки топлива (например, измельчения ). Кроме того, для любой заданной тепловой нагрузки FBC меньше, чем эквивалентная обычная печь, поэтому могут иметь значительные преимущества перед последней с точки зрения стоимости и гибкости.
FBC снижает количество серы , выбрасываемой в виде выбросов SO x . Известняк используется для осаждения сульфата во время сгорания, что также обеспечивает более эффективную передачу тепла от котла к аппарату, используемому для улавливания тепловой энергии (обычно водяным трубам). Нагретый осадок, вступающий в прямой контакт с трубами (нагрев за счет теплопроводности), увеличивает эффективность. Поскольку это позволяет угольным установкам работать при более низких температурах, также выделяется меньше NO x . Однако сжигание при низких температурах также приводит к увеличению выбросов полициклических ароматических углеводородов . Котлы FBC могут сжигать топливо, отличное от угля, а более низкие температуры сгорания (800 °C / 1500 °F) имеют и другие дополнительные преимущества.
Существует две причины быстрого увеличения FBC в камерах сгорания. Во-первых, свобода выбора в отношении топлива в целом, а не только возможность использования топлива, которое трудно сжигать с использованием других технологий, является важным преимуществом сжигания в кипящем слое. Вторая причина, которая становится все более важной, заключается в возможности достижения в процессе сжигания низкого уровня выбросов оксидов азота и возможности удаления серы простым способом за счет использования известняка в качестве материала слоя.
Сжигание в псевдоожиженном слое возникло в результате попыток найти процесс сжигания, способный контролировать выбросы загрязняющих веществ без внешнего контроля выбросов (например, скрубберы — десульфуризация дымовых газов). Технология сжигает топливо при температурах от 1400 до 1700 °F (750–900 °C), что значительно ниже порога, при котором образуются оксиды азота (приблизительно при 2500 °F / 1400 °C атомы азота и кислорода в воздухе горения объединяются, образуя загрязняющие вещества оксиды азота ); это также позволяет избежать проблем плавления золы, связанных с высокой температурой сгорания. Смешивающее действие псевдоожиженного слоя приводит к контакту дымовых газов с химическим веществом, поглощающим серу , таким как известняк или доломит . Более 95% серных загрязняющих веществ в угле могут быть уловлены внутри котла сорбентом . Однако сокращение может быть менее существенным, чем кажется, поскольку оно совпадает с резким увеличением выбросов полициклических ароматических углеводородов и, возможно, других углеродных соединений. [ необходима ссылка ]
Коммерческие установки FBC работают с конкурентоспособной эффективностью, стоят дешевле, чем современные традиционные котельные установки, и имеют выбросы SO 2 и NO 2 ниже уровней, предписанных федеральными стандартами. Однако у них есть некоторые недостатки, такие как эрозия труб внутри котла, неравномерное распределение температуры, вызванное засорением воздухозаборника слоя, длительное время запуска, достигающее в некоторых случаях 48 часов.
Системы FBC по сути делятся на две основные группы: атмосферные системы (FBC) и системы под давлением (PFBC), а также на две второстепенные подгруппы: барботажные (BFB) и циркулирующие в кипящем слое ( CFB ).
В атмосферных псевдоожиженных слоях для улавливания серы, выделяющейся при сгорании угля, используется известняк или доломит. Струи воздуха взвешивают смесь сорбента и горящего угля во время сгорания, превращая смесь во взвесь раскаленных частиц, которые текут как жидкость. Эти котлы работают при атмосферном давлении.
Система PFBC первого поколения также использует сорбент и струи воздуха для подвешивания смеси сорбента и горящего угля во время сгорания. Однако эти системы работают при повышенном давлении и производят поток газа высокого давления при температурах, которые могут приводить в действие газовую турбину . Пар, полученный из тепла в псевдоожиженном слое, отправляется в паровую турбину , создавая высокоэффективную систему комбинированного цикла .
