Ispitivawe podobnosti lignita Kolubara i Kovin za sagorevawe u kotlovima sa cirkulacionim fluidizovanim slojem

Transcription

1 Sim eon Oka 1, Borislav Grubor 1, Dragoqub Daki} 1, Mladen Ili} 1, Vasilije Manovi} 2, Mili} Eri} 1, Milijana Pa prika 1, Nikola Oka 1, Sr an Belo{evi} 1, Rastko Mladenovi} 1, Nenad Crnomarkovi} 1 1 Institut za nuklearne nauke Vin~a, Beograd 2 Rudarsko-geolo{ki fakultet, Univerzitet u Beogradu, Beograd Ispitivawe podobnosti lignita Kolubara i Kovin za sagorevawe u kotlovima sa cirkulacionim fluidizovanim slojem Stru~ni rad UDC: : BIBLID: X, 30 (2004), 1-4, U radu su dati rezultati iscrpnih ispitivawa pona{awa lignita Kolubara i Kovin, pri sagorevawu u fluidizovanom sloju, izvr{ena za potrebe Elektroprivrede Srbije, sa ciqem da se dobiju podloge za razmatrawe gradwe kotlova sa sagorevawem u cirkulacionom fluidizovanom sloju u procesu revitalizacije starih blokova. Ispitivawa su izvr{ena kori{}ewem originalne metodologije uvedene od strane Laboratorije za termotehniku i energetiku Instituta za nuklearne nauke Vin~a, i proverene ispitivawem vi{e desetina doma}ih ugqeva. Posebna pa`wa u ovom ispitivawu posve}ena je problemu kori{}ewa podataka dobijenih u mehurastom fluidizovanom sloju za analizu pona{awa lignita pri sagorevawu u kotlovima sa cirkulacionim fluidizovanim slojem. Ispitana su ~etiri kvaliteta liginta Kolubara, toplotne mo}i 2,5 8,5 MJ/kg, i sa razli~itim sadr`ajem pepela, i vi{e kvaliteta lignita Kovin u istom opsegu toplotne mo}i. Ispitivawa su obavqena u tri faze: (1) tehni~ka i elementarna analiza, i odre ivawe karakteristi~nih temperatura omek{avawa pepela standardnim postupkom i u fluidizovanom sloju, (2) ispitivawe procesa fragmentacije ~estica ugqa, odre ivawe brzine sagorevawa i tem per a ture starta, odre ivawe vezivawa sumpora od strane pepela, i (3) ispitivawe pona{awa ugqa u stacionarnim uslovima sagorevawa u pi lot-postrojewu. Rezultati su pokazali da su ispitivani ligniti veoma pogodni za sagorevawe u kotlovima sa cirkulacionim fluidizovanim slojem. Dobijeni rezultati predstavqaju podlogu za izradu studije opravdanosti i izbor kotlova svetskih proizvo a~a. Kqu~ne re~i: sagorevawe, ligniti, tehnologija sagorevawa u fluidizovanom sloju, ispitivawe ugqeva, pona{awe ugqeva pri sagorevawu 83

2 Uvod Elektroprivreda Srbije (EPS) je finasirala eksperimentalnu studiju Istra`ivawe mogu}nosti primene sagorevawa u cirkulacionom fluidizovanom sloju (CFS) u kotlovima u EPS [1 3], sa ciqem da se razmotri opravdanost primene kotlova sa sagorevawem u cirkulacionom fluidizovanom sloju (SCFS) u termoelektranama (TE) u Srbiji, prilikom wihove revitalizacije. U ovom radu prikazani su najva`niji rezultati prve faze ove Studije, u kojoj su izvr{ena ispitivawa podobnosti sagorevawa lignita kolubarskog i kovinskog basena za sagorevawe u kotlovima SCFS. Ciqevi studije Saglasno Programskom zadatku, imaju}i u vidu eksploatacione i rudarsko-geolo{ke karakteristike Kolubarskog basena kao i potrebu za iskori{}ewem rezervi ugqa (1) toplotne mo}i od kj/kg i (2) toplotne mo}i ispod 3500 kj/kg, zbog ~ega je neophodno razmotriti primenu tehnologije koja je mawe osetqiva na promene kvaliteta ugqa, Studija treba da: stvori podloge za izbor i analizu idejno-tehni~kih re{ewa kotlova SCFS i wihovo tehno-ekonomsko upore ivawe sa konvencionalnim tehnologijama sagorevawa ugqa, omogu}i ravnopravan tretman tehnologije sagorevawa u fluidizovanom sloju pri razmatrawu produ`ewa radnog veka blokova TE EPS, uka`e na uticaj karakteristika ugqa i re`ima rada kotla na izbor koncepcije, konstrukciju i osnovne parametre rada kotla SCFS i omogu}i wihov optimalni izbor, i poka`e prednosti sagorevawa lignita u kotlovima sa fluidizovanim slojem u TE EPS, ali i u kotlovima za proizvodwu energije u industriji i daqinskom grejawu. Ugqevi odabrani za ispitivawe Za ispitivawe su izabrani slede}i ugqevi: (a) ~etiri kvaliteta rovnog lignita Kolubarskog basena koji }e se koristiti za revitalizovane blokove na lokaciji TE Kolubara (TEKO) A i TE Nikola Tesla (TENT): ugaq vi{e, sredwe i ni`e toplotne mo}i i raslojeni ugaq niske toplotne mo}i (kori{}ewe raslojenog ugqa zna~ajno bi pove}alo raspolo`ive rezerve Kolubarskog basena), i (b) reprezentativni uzorak Kovinskog ugqa, koji bi se koristio za potencijalne termo blokove na ovoj lokaciji ili u kotlovima mawe snage u industriji i sistemima daqinskog grejawa. U toku ispitivawa kori{}ena je jedna vrsta kre~waka iz rudnika u okolini kolubarskog i kovinskog ugqenog basena, i ispitana efikasnost odsumporavawa sa i bez dodavawa kre~waka, i mogu}nost zadovoqavawa preporuka Evropske unije za dozvoqenu emisiju SO 2, in situ vezivawem oksida sumpora sa kre~wakom u lo`i{tu kotla SCFS. 84

3 S. Oka i dr.: Ispitivawe podobnosti lignita Kolubara i Kovin za... TERMOTEHNIKA broj 1-4 godina XXX, (2004) Metodologija ispitivawa Za ispitivawe ugqa kori{}ena je Metodologija ITE-IBK [1, 4 6], razvijena u Laboratoriji za termotehniku i energetiku Instituta za nuklearne nauke Vin~a. Metodologija je proverena ispitivawem vi{e od 20 ugqeva razli~itog porekla i kvaliteta i 9 vrsti kre~waka sa teritorije biv{e Jugoslavije, koriste}i eksperimentalnu bazu u Laboratoriji za termotehniku i energetiku, koja se sastoji od vi{e laboratorijskih lo`i{ta sa fluidizovanim slojem i pi lot-postrojewa snage 200 kw t. Metodologija je razvijena, kori{}ena i proverena za utvr ivawe podobnosti ugqeva za sagorevawe u mehurastom fluidizovanom sloju (SMFS), te su zbog toga prethodno analizirane sli~nosti i razlike uslova SMFS i SCFS, i opravdanost primene metodologije za odre ivawe podobnosti ugqeva za SCFS [7]. Odre ivawe reprezentativnog bloka ugqa za ispitivawa Na osnovu analize rudarsko-geolo{kih karakteristika i dinamike otkopavawa i kvaliteta ugqa kopova PK Tamnava (isto~no poqe i poqe De) i zamenskih kopova ( Veliki Crqani, Tamnava ju`no poqe i poqe E) Kolubarskog basena i Kovinskog basena (poqe A i poqe Be), kao i stepena istra`enosti i geolo{kih rezervi, stru~na ekipa EPS [8], izvr{ila je izbor reprezentativnih blokova ugqa za ispitivawa. Svi uzorci dostavqeni su u plasti~nim kesama, po 250 kg granulacije 20 mm+0 (krupan), i drobqeno na 3 mm+0 (sitan), po 50 kg. Uzorci ugqa le`i{ta Kolubara Programskim zadatkom bilo je odre eno da uzorci za ispitivawe lignita Kolubara imaju dowu toplotnu mo} u granicama: klasa A 8 MJ/kg, klasa Be 6,5 MJ/kg, klasa Ce 5 MJ/kg i klasa De 4 MJ/kg (raslojeni ugaq niske toplotne mo}i). Uzimawe i priprema uzoraka klase A (8,0 MJ/kg). Sa drobilane je uziman ugaq dopreman sa kopa Tamnava isto~no poqe, kada je rotorni bager Ge-2 ra dio u visinskom bloku, u tre}em rezu, otkopavaju}i kompaktan ugaq, bez vizuelno uo~qivih mineralnih primesa. Homogeniziran uzorak je podeqen na dva dela (polovine). Jedan deo je prosejan na re{etu 35 mm, a drugi na re{etu 20 mm. Dobijeni su uzorci dowe toplotne mo}i 7,05 8,8 MJ/kg. Uzimawe i priprema uzoraka klase Be (6,5 MJ/kg). Uzorci su uzeti na povr- {inskom kopu Tamnava isto~no poqe, otkopavawem ugqa bagerom glodarom Ge-2, iz prve i druge podeta`e u visinskom bloku. Otkopana su tri uzorka, svaki od oko 7 8 t, i istovarnom bagerskom trakom posebno sipani na tri gomile. Iz svake gomile je utovarnom lopatom uzeta oko 1 t uzorka i poslata u drobilanu Tamnava. Uzeti uzorci u znatnoj meri su odstupali od potrebnih vrednosti toplotne mo}i i zato je osnovni uzorak korigovan dodavawem granulacije ugqa 20 mm, iz uzorka druge podeta`e (Q i r 2,3 MJ/ kg). Dobijeni su uzorci dowe toplotne mo}i 5,7 6,96 MJ/kg. 85

4 Uzimawe i priprema uzoraka klase Ce (5,0 MJ/kg). Mikrolokacija uzimawa uzoraka (prostor istra`ne bu{otine Pqr 110, iz krovinskog dela ugqa koje reprezentuje prvi in ter val na profilu bu{otine kroz ugaq), odre ena je na osnovu podataka o strukturi i kvalitetu ugqa iz Elaborata o rezervama ugqa povr{inskog kopa Tamnava isto~no poqe i stawa radova na otkrivci i otkopavawu ugqa (operativni plan kopa, maj 2000.). Sa obele`ene mikrolokacije uzorak ugqa je uzet hidrauli~kim bagerom kopawem dubinskog rova sa povlatnog planuma do ukupne dubine H = 3 m. Dubinskim kopawem su uzeta dva pojedina~na uzorka mase od oko 800 kg svaki, i me{awem formiran kompozitni uzorak potrebne dowe toplotne mo}i 4,3 5,55 MJ/kg. Uzimawe i priprema uzoraka klase De (4,0 MJ/kg). Bagerom su uzeta dva pojedina~na uzorka od oko 10 t, iz povlatnog raslojenog ugqa (prva podeta`a), i od ugqa sa glinovitim jalovinskim proslojkom (tre}a podeta`a). Od ovih uzoraka formiran je osnovni uzorak me{awem u odnosu 2:1 i poslat u drobilanu. Uzorak je imao dowu toplotnu mo} 3,85 4,12 MJ/kg. Uzorci ugqa le`i{ta Kovin Reprezentativni uzorak lignita iz le`i{ta Kovin formiran je kao kompozitni uzorak sa depoa klasirnice me{awem odvojenih frakcija u odgovaraju}em odnosu, zbog nemogu}nosti uzimawa uzoraka ugqa direktno iz le`i{ta. Uzorak je imao dowu toplotnu mo} oko 9,5 MJ/kg. Fizi~ko-hemijske osobine ispitivanih ugqeva Tehni~ka i elementarna analiza Za sve ispitivane uzorke ura ena je standardna tehni~ka i elementarna analiza i hemijska analiza pepela. Posebno je ura ena granulometrijska analiza ~estica mawih od 1 mm. Na sl. 1. dat je granulometrijski sastav reprezentativnih uzoraka lignita Kolubara klase A, Be, Ce i De i reprezentativnog uzorka lignita Kovin. Slika 1. Kumulativni odsev i kumulativni prosev: levo reprezentativni uzorak ugqa Kolubara klase A De, desno reprezentativni uzorak ugqa Kovin 86

5 S. Oka i dr.: Ispitivawe podobnosti lignita Kolubara i Kovin za... TERMOTEHNIKA broj 1-4 godina XXX, (2004) Granulometrijski sastav svih ispitivanih klasa ugqa Kolubara je sli~an. Razlike su zna~ajnije u udelu ~estica mawih od 1 mm u lignitu Kolubara. U ispitivanim uzorcima udeo ~estica mawih od 1 mm u lignitu Kolubara bio je zna~ajan: klasa A 16,6%, klasa Be 14,5%, klasa Ce 19, 7% i klasa De 5,8%, a u sredwem uzorku ugqa Kovin 3,62%. Me u sitnim ~esticama svih klasa ugqa Kolubara najvi{e su zastupqene ~estice m (od 31,4% kod ugqa klase Be do 44,97% kod ugqa klase De), a najmawe ~estice mawe od 45 m (oko 1%). Ugaq Kovin ima mali udeo sitnijih frakcija (ispod 200 m), jer je to prakti~no prani ugaq. Zna~ajan udeo ~estica mawih od 1 mm u kotlovima SCFS doprinosi ve}oj efikasnosti sagorevawa (samo ~estice mawe od 45 m ne mogu biti uhva}ene u ciklonima). Me utim, i kotlovi sa mehurastim fluidizovanim slojem moraju imati sistem za povra}aj nesagorelih ~estica radi postizawa visokog stepena efikasnosti sagorevawa. U tabl. 1. date su osnovne karakteristike reprezentativnih uzoraka ispitivanih ugqeva. Najve}i sadr`aj ukupne vlage ugqa Kolubara ima uzorak klase A (50,52%), pa zatim slede, uzorak klase Be, uzorak klase Ce, i najmawi sadr`aj ukupne Tablica 1. Karakteristike reprezentugaq ativnih uzorka ispitivanih ugqeva (dostavno stawe) analiza Tehni~ka Elementarna analiza Karakteristike Ugaq Kolubara klasa A klasa Be klasa Ce klasa De Sa ukupnom vlagom Ugaq Kovin Gruba vlaga, [%] 43,00 32,86 35,03 32,89 37,32 Analiti~ka vlaga, [%] 7,53 9,84 6,47 5,13 8,20 Ukupna vlaga, [%] 50,52 42,70 41,50 38,02 45,52 Pepeo, [%] 15,35 24,89 30,52 37,06 9,77 Isparqive supstancije, [%] 19,27 19,62 17,04 16,64 26,36 Koksni ostatak, [%] 30,21 37,69 41,46 45,33 28,12 Fiksni ugqenik, [%] 14,86 12,79 10,94 8,27 18,35 Sagorqive supstancije, [%] 34,13 32,41 27,98 24,92 44,72 Sumpor [%] ukupni 0,35 0,16 0,53 0,88 0,88 sulfatni 0,05 0,01 0,10 0,07 0,07 piritni 0,00 0,00 0,00 0,42 0,42 organski 0,30 0,15 0,43 0,39 0,39 Gorwa toplotna mo}, [MJ/kg] Dowa toploptna mo}, [MJ/kg] Ugqenik, [%] 21,32 14,17 29,61 Vodonik, [%] 1,95 2,10 2,35 Azot, [%] 0,41 0,35 0,31 Sumpor, [%] 0,41 0,40 0,78 Kiseonik, [%] 10,04 7,90 11,67 87

6 vlage ima uzorak klase De (38,02%). Sadr`aj pepela, za osnovu suv, kre}e se od 31,01% kod klase A do 59,79% kod klase De. Razlika u sadr`aju pepela izme u ispitivanih klasa ugqa velika je i za osnovu ukupna vlaga, i kre}e se od 15,35% kod ugqa klase A do 37,06% kod ugqa klase De. Sadr`aj ukupne vlage ugqa Kovin je 37,32%, {to je mawe nego u reprezentativnim uzorcima pojedinih klasa ugqa Kolubara. Sadr`aj pepela, za osnovu suv, znatno je mawi (17,92%) od sadr`aja pepela u reprezentativnim uzorcima ugqa Kolubara. Tem per a ture topivosti i tem per a ture aglomeracije pepela u fluidizovanom sloju Karakteristi~ne tem per a ture topivosti pepela odre ene standardnom metodom date su u tabl. 2, zajedno sa temperaturom aglomeracije pepela i peska i maksimalnom preporu~enom radnom temperaturom fluidizovanog sloja, koje su odre ene ispitivawima u eksperimentalnom lo`i{tu. Pepeo lignita Kolubara ima nisku temperaturu topivosti, ni`u od pepela ugqa Kovin. Ugqevi Kolubara i Kovin su sli~ni i to se pre svega odnosi na gorivu materiju. Najve}e razlike izme u ovih ugqeva su posledica razli~itog sadr`aja jalovine, a sadr`aj sumpora je znatno ve}i u ugqu Kovin. Ugaq Kovin za razliku od ugqa Kolubara sadr`i i piritni sumpor. Tablica 2. Karakteristi~ne tem per a ture topivosti pepela [ C] Uzorak Kolubara klasa A Kolubara klasa Be Kolubara klasa Ce Kolubara klasa De Kovin Po~etak sinterovawa Ta~ka omek{avawa Ta~ka polulopte Ta~ka razlivawa >1.450 >1.450 >1.450 > Temperatura aglomeracije Radna temperatura fluidizovanog sloja Pona{awe ugqa u fluidizovanom sloju Eksperimentalno su odre ene: sklonost ~estica ugqa ka fragmentaciji i kriti~ni pre~nik fragmentacije, temperatura starta, brzina sagorevawa i stepen vezivawa sumpora u pepelu. Kriti~ni pre~nik fragmentacije ~estica ugqa Ispitana je primarna fragmentacija ugqeva na temperaturi fluidizovanog sloja 600 i 800 C, za 4 granulacije svakog ugqa: 4,76 mm < d ~ < 7 mm, 7 mm < d ~ < 10 mm, 10 mm < d ~ <13 mm i 13 mm < d ~ < 18 mm. 88

7 S. Oka i dr.: Ispitivawe podobnosti lignita Kolubara i Kovin za... TERMOTEHNIKA broj 1-4 godina XXX, (2004) Kriti~ni pre~nik primarne fragmentacije, tj. pre~nik ~estica ispitivanih ugqeva pri kome je verovatno}a pojave raspadawa velika dat je u tabl. 3. Posle raspadawa novo nastale ~estice imaju znatno mawi sredwi pre~nik (3 5 mm), zavisno od po~etne granulacije. Kovinski i kolubarski ugqevi imaju relativno velik kriti~ni pre~nik primarne fragmentacije, pa je izra`ena mogu}nost da deo pepela ostane u sloju i da se tu gomila tokom kontinuiranog rada realnih postrojewa. Kotao mora imati sistem za izvla~ewe materijala sloja, wegovo hla ewe, prosejavawe i vra}awe u sloj odgovaraju}e, radne, granulacije peska/pepela. Tablica 3. Kriti~ni pre~nik fragmentacije ugqeva Kolubara i Kovin Ugaq d krit [mm] 600 C 800 C Kolubara 7,3 8,0 Kovin 4,7 5,6 Kotao }e imati brz odgovor lo`i{ta na promenu protoka goriva i brzo pra}ewe promene optere}ewa, jer }e sredwa veli~ina ~estica pri sagorevawu biti mawa od d krit, tj. oko 3 5 mm. Brzina sagorevawa i temperatura starta kotla Odre ivawe brzine sagorevawa je izvr{eno za klase Be i De ugqa Kolubara i za ugaq Kovin, na temperaturama 400, 450, 500, 600, 700, 800 i 850 C, i za tri frakcije ~estica ugqa: 2,5 3,15 mm, 4,7 7 mm i mm. Brzine sagorevawa ~estica ugqa Kolubara klase Be i De veli~ine 2,5 i 4 7 mm su na sl. 2. upore ene sa brzinom sagorevawa referentnog ugqa Kolubara. Slika 2. Brzina sagorevawa ugqa Kolubara klase Be i De i ugqa Kovin upore eno sa brzinom sagorevawa referentnog ugqa Kolubara 89

8 Minimalna radna temperatura od 600 C je dovoqno visoka za intenzivno sagorevawe ispitivanih lignita. Po{to je temperatura paqewa ugqen-monoksida i ugqovodonika preko 600 C, preporu~uje se minimalna radna temperatura najmawe 650 C za ugqeve Kolubara, a 680 C za ugaq Kovin. Po{to su na vi{im temperaturama (>600 C) razlike u brzini sagorevawa i vremenu sagorevawa minimalne izme u klasa Be i De ugqa Kolubara, a organska masa svih ispitivanih klasa ugqa Kolubara sli~na, onda se za klasu Ce mo`e re}i da }e se pona{ati isto kao i druge dve klase tog ugqa. Klasa A ugqa je nakvalitetnija od ~etiri ispitivane klase, i po svojim karakteristikama je vrlo bliska referentnom ugqu Kolubara, a boqa od klase Be. Izbor tem per a ture starta dozirawa goriva mo`e da se izvr{i pore ewem brzina sagorevawa sa brzinom sagorevawa referentnog ugqa Kolubara (veli~ine ~estica 5 mm). Brzine sagorevawa tri ispitivana ugqa granulacije 4 7 mm (sl. 2, desno), ukazuju da bi temperatura starta mogla biti C. Procena tem per a ture starta mogu}a je i kori{}ewem dijagrama, koji pokazuje vezu izme u sadr`aja isparqivih gorivih materija i tem per a ture starta dozirawa goriva [6, 9], koji je dobijen ispitivawima velikog broja ugqeva Metodologijom ITE-IBK. Prema sadr`aju gorivih isparqivih materija ispitivanih ugqeva ( Kolubara klasa Be 60,5%, De 66,8% i Kovin 59%), mogu se, tako e, predlo`iti tem per a ture starta C (sl. 3). Za ispitivani ugaq klase De, zbog velike koli~ne mineralnih materija predlo`ena je temperatura starta 450 C. Ugaq Kovin spada u mawe reaktivne lig nite, i uprkos malom sadr`aju mineralnih materija predla`e se temperatura starta 450 C. Slika 3. Tem per a ture starta dozirawa razli~itih vrsta goriva u zavisnosti od sadr`aja isparqivih materija za osnovu suv, bez pepela (daf) 25 ugaq Kolubara klasa Be, 26 ugaq Kolubara klasa De, 27 ugaq Kovin 90

9 S. Oka i dr.: Ispitivawe podobnosti lignita Kolubara i Kovin za... TERMOTEHNIKA broj 1-4 godina XXX, (2004) Stepen adsorpcije SO 2 pepelom Ispitivawa su obavqena za ugqeve Kolubara klase Be i De i Kovin, sa uzorcima granulacije: Kolubara 1,0 1,6 mm, 2,5 3,15 mm i 4,76 7 mm, i Kovin 0 5,0 mm, 5 15 mm i mm. Stepen samoodsumporavawa ispitivanih uzoraka je 40 60%, zavisno od granulacije. Ove vrednosti su uobi~ajene za mla e ugqeve, zbog povoqnog molarnog odnosa Ca/S i velikog udela volatila. Samoodsumporavawe se odvija prete`no u ~estici ugqa pri sagorevawu koksnog ostatka, SO 2 oslobo en u volatilima ne u~estvuje u procesu. Rezultati su korisni pri konstrukciji realnog lo`i{ta sa fluidizovanim slojem: potrebna koli~ina kre~waka je mawa, jer treba uzeti u obzir samo preostali sumpor koji nije zadr`an u pepelu tokom sagorevawa ugqa, dozirawe ugqa u sloj je efikasnije, jer }e deo H 2 S nastao tokom devolatilizacije pre izlaska iz sloja oksidirati do SO 2 i reagovati sa CaO u ostalim ~esticama pepela, recirkulacijom lete}eg pepela znatno se pove}ava efikasnost samoodsumporavawa jer se koristi neiskori{}eni CaO koji odlazi iz sloja sa ~esticama lete}eg pepela, i efikasnije je izuzimawe inertnog materijala (sa pepelom) na {to ni`oj ta~ki sloja, jer se tako odstrawuje uglavnom jalovina, koja i ne sadr`i aktivni CaO. Karakteristike ispitivanih ugqeva pri stacionarnom sagorevawu u fluidizovanom sloju Ispitivawa su izvr{ena u pi lot-postrojewu snage 200 kw t, popre~nog preseka lo`i{ta mm 2, visine 2,5 m, u uslovima bliskim uslovima u realnom kotlu. Ispitana su dva kvaliteta ugqa Kolubara ugaq sredwe toplotne mo}i (klasa Be) i raslojeni ugaq niske toplotne mo}i (klasa De), i reprezentativni uzorak ugqa Kovin. Pretpostavqeno je da }e za ugqeve Kolubara A i Ce biti mogu}e izvr{iti procenu wihovog pona{awa, na osnovu sli~nosti wihovog porekla i sastava i na osnovu rezultata eksperimenata u malim laboratorijskim lo`i{tima. U tabl. 4. date su osnovne karakteristike ugqeva ispitivanih u pi lot- -postrojewu. Uzorci ozna~eni kao krupan ubacivani su pri ispitivawima na povr{inu sloja, a uzorci sitan dozirani su u lo`i{te pneumatskim putem ispod povr{ine sloja. Izvr{eno je 12 eksperimenata, 6 sa dozirawem na sloj i 6 sa dozirawem ispod povr{ine sloja (prosu{enim na <30% vlage). Svaki od ovih 12 eksperimenata po~eo je bez dodavawa kre~waka, i zatim nastavqen sa istim radnim parametrima sa dodavawem kre~waka, radi odsumporavawa. 91

10 Tablica 4. Osnovne karakteristike reprezentativnih uzoraka ispitivanih ugqeva Tehni~ka analiza Elementarna analiza Karakteristike klasa Be krupan Kolubara klasa Be sitan klasa De krupan Ugaq klasa De sitan krupan Kovin sitan Ukupna vlaga, [%] 42,70 29,06 38,02 28,12 45,52 29,93 Pepeo, [%] 24,89 29,27 37,06 45,61 9,77 24,09 Isparqivo, [%] 19,62 25,77 16,64 17,71 26,36 27,08 Koksni ostatak, [%] 37,69 45,81 45,33 54,15 28,12 46,99 C fix [%] 12,79 16,54 8,27 8,54 18,35 22,90 Sagorqivo, [%] 32,41 42,31 24,92 26,26 44,72 49,92 H d [MJ/kg] C [%] 17,45* 22,07 14,17 16,58 29,61 32,84 H [%] 2,025* 2,56 2,10 2,46 2,35 2,64 N [%] 0,38* 0,48 0,35 0,41 0,31 0,34 S [%] 0,24* 0,30 0,40 0,47 0,78 0,90 O [%] 9,0* 11,38 7,90 9,24 11,67 12,97 * Izra~unato interpolirawem rezultata dobijenih za lignit Kolubara A i Ce Raspored tem per a ture i raspored generacije toplote po visini lo`i{ta U svim ispitivanim re`imima vi{ak vazduha je bio oko 2. U sloju nije bio postavqen uroweni izmewiva~, ali je ipak izmeren porast tem per a ture po visini sloja 5 15 C. Pri dozirawu ugqa ispod povr{ine porast tem per a ture sloja je bio ve}i (nekoliko stepeni) nego pri dozirawu ugqa na povr{inu sloja. Izmerene tem - per a ture iznad sloja bile su znatno vi{e od temperatura u sloju, zbog izolovanih zidova lo`i{ta i sagorevawa sitnih ~estica i isparqivih materija iznad sloja. Pri dozirawu ugqa ispod povr{ine sloja, porast tem per a ture iznad sloja je bio ve}i nego pri dozirawu na sloj, zbog velikog procenta ~estica mawih od 1 mm (40 50%) u granulaciji 0 2,5 mm, koja je kori{}ena za dozirawe ispod povr{ine sloja. Najvi{a temperatura sloja izmerena je na oko 0,4 m iznad povr{ine sloja, zatim temperatura opada zbog gubitaka toplote u okolinu. U tabl. 5 date su tem per a ture izmerene u sloju i iznad sloja i raspored generisane toplote. Va`no je zapaziti da u re`imu mehuraste fluidizacije, i pored slabijeg intenziteta me{awa, zbog velike reaktivnosti ispitivanih lignita, preko 90% ugqa sagoreva u sloju. Sastav produkata sagorevawa i emisija SO 2 Dodavawem oko 5% kre~waka u odnosu na masu goriva koja se ubacuje u lo- `i{te, koncentracija SO 2 je pri dozirawu ugqa u sloj bila 4 5 puta mawa, a pri dozi- 92

11 S. Oka i dr.: Ispitivawe podobnosti lignita Kolubara i Kovin za... TERMOTEHNIKA broj 1-4 godina XXX, (2004) Tablica 5. Raspodela generisane toplote na osnovu izmerenih temperatura Ugaq Maksimalna temperatura u sloju [ C] Maksimalna temperatura iznad sloja [%] Pribli`na koli~ina toplote oslobo ene u sloju [%] Pribli`na koli~ina toplote oslobo ene iznad sloja [%] Klasa Be, na sloj ,5 2,5 K olubar a K ovi n Klasa Be, u sloj Klasa De, na sloj Klasa De, u sloj Na sloj U sloj rawu na sloj 2 3 puta mawa od mogu}e koli~ine izra~unate na osnovu sadr`aja sumpora u ugqu. U eksperimentima bez dozirawa kre~waka, i pri dozirawu ugqa na povr{inu sloja i ispod povr{ine sloja, koncentracija SO 2 bila je ne{to ve}a, ili je bila na granici dozvoqenih koncentracija. Optimalnim izborom vrste kre~waka, wegove granulacije i koli~ine mo`e emisija SO 2 jo{ vi{e da se smawi. Kori{}en je kre~wak sa velikim procentom ~estica mawih od 1 mm (d sr = = 0,301 mm), zbog ~ega je stepen odsumporavawa mawi od o~ekivanog. I pored toga, emisija SO 2 je bila mawa od propisanih Pravilnikom o grani~nim vrednostima (230 ppm, za kotlove snage >300 MW). Koncentracija NO x tako e je mawa od dozvoqenih (tabl. 6). Tablica 6. Sastav produkata sagorevawa na 7% O 2 pri dozirawu ugqa na sloj Eksperiment O 2 [%] CO 2 [%] Koncentracija svedena na 7% O 2 CO [ppm] SO 2 [ppm] NO x [ppm] 1 10,85 12, * 10,92 12, ,95 11, * 9,95 11, ,27 12, * 10,33 12, * U re`imima 2, 4 i 6 dodavan je kre~wak u lo`i{te radi vezivawa sa SO 2 93

12 Nepovoqan granulometrijski sastav kori{}enog kre~waka uzrok je ~iwenice da je i pored velikog odnosa Ca/S (~ak do 6,6) stepen odsumporavawa bio skroman, svega 60 70%. U kotlovima SMFS u eksploataciji, ve} sa odnosima Ca/S = 2 3 posti`e se stepen odsumporavawa 80 90% [6]. Intenzivno odno{ewe ~estica kre~waka iz sloja je razlog zbog kojeg nije mogu}e uo~iti zavisnost stepena odsumporavawa od odnosa Ca/S (tabl. 7). Tablica 7. Stepen odsumporavawa i molski odnos Ca/S u eksperimentima sa dodavawem kre~waka u lo`i{te Ugaq Dozirawe Protok ugqa [kg/h] Protok kre~waka [kg/h] Molski odnos Ca/S 1/1 Stepen odsumporavawa [%] Kolubara klasa Be Na sloj 30, ,60 38 Kolubara klasa De Na sloj 35, ,02 63 Kovin Na sloj 20, ,10 71 Kolubara klasa De U sloj 28, ,40 75 Kolubara klasa Be U sloj 21, ,33 76 Kovin U sloj 15, ,77 76 Materijalni bilans pepela i gubici sa nesagorelim u pepelu Pri dozirawu ugqeva na povr{inu sloja, u sloju ostaje znatno ve}a koli~ina pepela nego u re`imima sa dozirawem ispod povr{ine sloja, zbog razli~itog granulometrijskog sastava ugqa u ova dva slu~aja. U re`imima sa dozirawem na sloj, u sloju je ostajalo 54 78% ukupne koli~ine pepela, {to govori o potrebi da sistem za izuzimawe pepela iz sloja ima zna~ajan kapacitet. Sve ~estice pepela ve}e od 1 mm ostajale su u sloju, pri ovim brzinama fluidizacije. Najvi{e pepela ostaje u sloju pri sagorevawu ugqa Kolubara klasa De, koji ima najve}i procenat jalovine. U pepelu koji ostaje u sloju procenat ~estica ve}ih od 1 mm bio je od 30% za ugaq Kovin, do 55% za ugaq Kolubara klasa De. Pepeo ove granulacije mora biti odveden iz sloja, i pre vra}awa u sloj se mora usitniti na veli~inu <1 mm. Preostali pepeo koji ostaje u sloju (~estice <1 mm), doprinosi tako e pove}awu koli~ine inertnog materijala u sloju, ali mogu posle prosejavawa biti vra}ene u sloj. Pri dozirawu ugqa sitne granulacije ispod povr{ine sloja, u sloju ostaje 26 51% od ukupne koli~ine pepela, pri ~emu je 65 80% ~estica mawih od 0,8 mm. ^estica ve}ih od 1 mm, koje bi zahtevale usitwavawe pre povratka u sloj ima 20 35%. Gubici usled nesagorelog ugqenika u lete}em pepelu su neznatni, 0,22 2,1%, od ukupne energije unesene ugqem. Gubici usled nesagorelog u lete}em pepelu pri sagorevawu ugqa Kolubara klasa De sitne granulacije, i pri dozirawu ispod povr- {ine sloja bili su ne{to ve}i, 2,11%, zbog velikog procenta ~estica mawih od 1 mm u polaznom ugqu. U pepelu koji je ostao u sloju nesagorelog prakti~no nema. U realnim postrojewima, zbog ve}e visine prostora iznad sloja, gubici usled nesagorelog u lete}em pepelu bi bili jo{ mawi. 94

13 S. Oka i dr.: Ispitivawe podobnosti lignita Kolubara i Kovin za... TERMOTEHNIKA broj 1-4 godina XXX, (2004) Podobnost ispitivanih ugqeva za sagorevawe u kotlovima SCFS Prilikom definisawa Programskog zadataka bilo je poznato da u nas ne postoje eksperimentalne aparature, pi lot-postrojewa i/ili industrijski kotlovi sa SCFS, i da je Metodologija ITE-IBK razvijena i proverena za ocenu podobnosti, izbor koncepcije i konstruisawe kotlova sa SMFS. Zbog toga je jedno od kqu~nih pitawa: Da li je opravdano rezultate dobijene ispitivawima u MFS primeniti za ocenu podobnosti sagorevawa u kotlovima CFS? Analizom sli~nosti i razlika uslova sagorevawa i konstrukcije kotlova SMFS i SCFS [1 3, 7] uverqivo je pokazano da je, ukoliko su poznati procesi u ove dve vrste kotlova, mogu}e pouzdano oceniti podobnost nekog ugqa za sagorevawe u kotlovima CFS i formulisati podloge za izbor konstrukcije i tipa kotla i upore ewe sa klasi~nim tehnologijama sagorevawa [7, 10, 11]. U tabl. 8 nabrojane su sli~nosti i razlike uslova sagorevawa i konstrukcije kotlova MFS i CFS, koje su presudne za analizu rezultata dobijenih ovim ispitivawima. Tablica 8. Sli~nosti i razlike uslova sagorevawa i konstrukcije kotlova MFS i CFS Uslovi Kotlovi MFS Kotlovi CFS Koncentracija ~estica inertnog materijala u lo`i{tu Temperatura u lo`i{tu Me{awe ugqa i inertnog materijala Koeficijenti prelaza toplote Efikasnost sagorevawa Efikasnost iskori{}ewa kre~waka Sekundarni vazduh Velika u sloju (1000 kg/m 3 ) Veoma niska iznad sloja (0,1 kg/m 3 ) Nagla promena na povr{ini sloja C Konstantna po visini i presku sloja Iznad sloja opada Intenzivno aksijalno u sloju Slabo radijalno Visoki u sloju W/m 2 K Mali iznad sloja 50 W/m 2 K Visoka uz recirkulaciju nesagorelih ~estica Visoka uz recirkulaciju i sa velikim odnosmo Ca/S Opciono, za mlade ugqeve i sitne granulacije Brzina gasova u lo`i{tu 1 3 m/s 6 10 m/s Veli~ina inertnog materijala sloja Sredwe visoka ( kg/m 3 ) Kontinualna promena du` lo`i{ta Dowem delu lo`i{ta (botom bed) sa ve}om koncentracijom C Konstantna du` visine lo`i{ta Konstantna po popre~nom preseku Intenzivno u celom prostoru lo`i{ta, i radijalno i aksijalno Visoki du` cele visine lo`i{ta ( W/m 2 K) Visoka za sve tipove ugqa i sve granulacije 1 2 mm 0,15 0,25 mm Vi{ak vazduha 1,1 1,2 1,1 1,2 Visoka za sve vrste kre~waka i uz mali odnos Ca/S Toplotno optere}ewe popre~nog preseka lo`i{ta 1 2 MW t/m 2 3 6,5 MW t /m 2 Inherentan, doprinosi smawewu emisije NO x Popre~ni presek lo`i{ta Ve}i za istu snagu Mawi za istu snagu Visina lo`i{ta Mawa m 95

14 U kotlovima sa mehurastim fluidizovanim slojem, zbog o{tre granice izme u fluidizovanog sloja na dnu lo`i{ta i prostora iznad sloja, du` visine lo`i{ta postoje velike razlike koncentracije ~vrstih ~estica, tem per a ture, koeficijenata prelaza toplote, me{awe je mawe intenzivno posebno iznad sloja, ~esto je potrebno uvo ewe sekundarnog vazduha i recirkulacije ~estica radi postizawa visoke efikasnosti sagorevawa i velikog stepena odsumporavawa. U kotlovima sa cirkulacionim fluidizovanim slojem koncentracija ~estica, temperatura i koeficijenti prelaza toplote su konstantni po visini i popre~nom preseku lo`i{ta, brzine gasova su ve}e i toplotno optere}ewe po pore~nom preseku i zapremini lo`i{ta je ve}e. Pona{awe ispitivanih ugqeva pri sagorevawu u kotlovima SCFS Na~in dozirawa ugqa i optimalna granulacija goriva. Brzina sagorevawa koksnog ostatka je ve}a nego u kotlovima SMFS, pa je ugqeve Kolubara svih klasa, i ugaq Kovin, mogu}e, i optimalno, sagorevati u dostavnom stawu bez prethodne pripreme (osim drobqewa do veli~ine ~estica <50 mm) i dozirati na povr{inu sloja. Zbog mawih popre~nih preseka lo`i{ta i boqeg me{awa inertnog materijala, mogu}e je koristiti sektorske i pu`ne dozatore, i gravitaciono uvo ewe ugqa u lo`i{te kolta SCFS. Samo u kotlovima velikih snaga bi}e potrebno koristiti razbaciva~e ugqa. Pona{awe ispitivanih ugqeva u sistemima za dozirawe. Sektorskim i pu`nim dozatorima mogu}e je dozirati ugaq sa dostavnom vlagom (40 50%), uz preduzimawe mera da ne do e do lepqewa ugqa na zidovima dozatora i bunkera. U slu~aju pneumatskog lo`ewa i transporta granulacija ugqa treba da bude oko 5 mm, a vlaga mawa od 30%. Startovawe kotla. Najpovoqnija temperatura starta (temperatura po- ~etka dozirawa ugqa) odre ena eksperimentalnim putem u mehurastom fluidizovanom sloju (za kolubarske lig nite C, a za ugaq Kovin 450 C), a primewena i u pi lot-postrojewu, mo`e da se usvoji i za kotlove SCFS. Mogu}e je usvojiti i ni`u temperaturu starta (kolubarski ligniti i kovinski ugaq se pale ve} na oko 350 C), ali bi i u kotlovima SCFS ovaj izbor zahtevao veoma oprezan, spor i dobro osmi{qen postupak starta, mada su opasnosti od prekora~ewa dozvoqenih temperatura u lo`i{tu male. Niske tem per a ture strata nisu preporu~qive zbog pove}awa emisije CO. Optimalni uslovi stacionarnog re`ima rada kotla SCFS. Preporu- ~ene tem per a ture sagorevawa u kotlovima SCFS su iste kao i za kotlove SMFS. Zato nema razloga da preporu~eni opseg temperatura za kolubarske ugqeve od C (za ugaq Kovin ~ak 950 C), ne bude optimalan i za kotlove SCFS. I pri ne{to vi{im temperaturama opasnost od aglomeracije pepela i materijala sloja je mala, zbog intenzivnog me{awa. Izabrana optimalna temperatura stacionarnog sagorevawa u lo`i{tu od 850 C, i u kotlovima SCFS obezbedi}e povoqne uslove za lako odr`avawe stacionarnog stawa i brzu reakciju sloja na promene protoka goriva i vazduha (ve}a je brzina sagorevawa koksnog ostatka). Na izabranoj temperaturi sagorevawa, u kotlovima SCFS }e se sa ispitivanim ugqevima ostvariti 96

15 S. Oka i dr.: Ispitivawe podobnosti lignita Kolubara i Kovin za... TERMOTEHNIKA broj 1-4 godina XXX, (2004) ve}a efikasnost sagorevawa i ve}i stepen odsumporavawa pri istoj koli~ini kre~waka, nego {to je izmereno u eksperimentima. Zbog toga u kotlovima SCFS mo`e da se postigne mali vi{ak vazduha (1,1 1,2), uz istu efikasnost sagorevawa u lo`i{tu, {to omogu}ava postizawe ve}eg stepena korisnosti kotla. Efikasnost sagorevawa i gubici sa nesagorelim u pepelu u kotlu SCFS. Kotlovi SCFS u eksploataciji imaju stepen korisnosti preko 92%, a efikasnost sagorevawa preko 99,9%. Pri sagorevawu lignita nema prepreka da se ostvare ovi maksimalni stepeni korisnosti kotlova SCFS i maksimalna efikasnost sagorevawa u lo`i{tu. Dobijena visoka efikasnost sagorevawa u pi lot-postrojewu male visine i sa mehurastim fluidizovanim slojem, bi}e jo{ ve}a za ispitivane ugqeve u uslovima sagorevawa u cirkulacionom fluidizovanom sloju. Gubitak usled nesagorelog u pepelu koji ostaje u sloju nije zabele`en u pi lot-postrojewu, pa ne treba o~ekivati da }e ga biti u povoqnijim uslovima sagorevawa u dowem delu lo`i{ta SCFS, u tzv. botom bed. Gubici sa nesagorelim ~esticama u lete}em pepelu, koji su u pi lot-postrojewu bili oko 0,5%, bi}e u kotlovima SCFS daleko mawi zbog boqih uslova sagorevawa, velike visine lo`i{ta i vi{estruke recirkulacije ~vrstih ~estica. Gubitak sa nesagorelim mo`e da se o~ekuje samo u ~esticama pepela mawim od 40 m kojih je bilo pri dozirawu na sloj 7 10% za kolubarski lignit, 17% za ugaq Kovin, a pri dozirawu ispod povr{ine sloja 15 20% za kolubarske ugqeve, 25% za ugaq Kovin, ra~unato od ukupne koli~ine pepela. Mo`e da se proceni da gubici sa nesagorelim ~esticama mogu biti najvi{e 0,1 0,15%. Boqi su i uslovi za sagorevawe isparqivih materija. Sistem za recirkulaciju lete}eg pepela u kotlu SCFS. ^estice mawe od 40 m koje }e sa gasovitim produktima sagorevawa prolaziti kroz konvektivni deo kotla SCFS i biti zadr`ane bilo u vre}astim filtrima bilo u elektrofiltrima, nije potrebno vra}ati na dogorevawe u lo`i{te zbog veoma malog sadr`aja nesagorelog ugqenika. Popre~ni presek i visina lo`i{ta kotla SCFS. Snaga kotla i izbor brzine fluidizacije defini{u popre~ni presek lo`i{ta. Visina lo`i{ta kotlova SCFS zavisi od potrebne visine da ~estice mawe od 40 m imaju vremena da sagore do izlaska iz lo`i{ta i povr{ine potrebne za razmenu toplote u lo`i{tu. Imaju}i u vidu veliku reaktivnost ispitivanih lignita (i kolubarskog i kovinskog), izmeren mali procenat nesagorelog u ~esticama lete}eg pepela, boqe uslove sagorevawa u CFS i ve}u brzinu sagorevawa u tim uslovima, mo`e se sa sigurno{}u tvrditi da }e visina lo`i{ta koltova SCFS za ispitivane ugqeve biti odre ena potrebnim razmewiva~kim povr{inama, a ne vremenom boravka ~estica mawih od 40 m do potpunog sagorevawa. Zbog male toplotne mo}i ispitivanih ugqeva, odnosno male adijabatske tem per a ture sagorevawa, u lo`i{tu ne}e biti potrebno postaviti velike razmewiva~ke povr{ine, tako da }e kotlovi SCFS biti male visine (verovatno mawe od 30 m), ne}e biti neophodni spoqni izmewiva~i toplote u povratnoj spusnoj grani kotla, pre ponovnog povra}aja inertnog materijala u lo`i{te. Raspodela generacije toplote u lo`i{tu u kotlu SCFS. Generacija toplote u lo`i{tu kotla sa cirkulacionim fluidizovanim slojem je ravnomerna, 97

16 zbog ravnomernog rasporeda ~estica ugqa po visini lo`i{ta, zna~ajne koncentracije ~estica inertnog materijala po celoj visini lo`i{ta i intenzivnog me{awa. Zato podatak koji je dobijen u pi lot-postrojewu sa mehurastim fluidizovanim slojem (90 95% oslobo ene toplote u sloju) nije mnogo bitan za izbor koncepcije i konstrukciju kotla. S obzirom da je u pi lot-postrojewu dobijena sredwa generacija toplote po popre~nom preseku lo`i{ta od oko 0,6 MW t /m 2, mo`e se o~ekivati u kotlu SCFS, zbog 5 6 puta ve}ih brzina fluidizacije, toplotno optere}ewe oko 3 4 MW t /m 2. Raspodela pepela na pepeo koji ostaje u sloju i lete}i pepeo u kotlu SCFS. Eksperimentima u pi lot-postrojewu ustanovqeno je da pri sagorevawu ispitivanih ugqeva pri dozirawu na sloj, u sloju ostaje 54 78% pepela, a pri dozirawu ispod povr{ine sloja (ugaq sitne granulacije, do 2 mm) 26 51%. Ve}i procenat je za ugaq sa ve}im procentom pepela, tj. najve}i za ugaq Kolubara klase De. Zbog velike koli~ine pepela koji ostaje u sloju sistem za odvo ewe pepela iz sloja bi}e velikog kapaciteta, a bi}e potreban i hladwak za iskori{}ewe toplote inertnog materijala koji se odvodi. Posebnu pa`wu treba posvetiti konstrukciji distribucione re{etke i broju i rasporedu otvora za izuzimawe vi{ka inertnog materijala iz sloja. Sistem za prosejavawe pepela iz sloja i sistem za povra}aj neophodne koli~ine natrag u lo`i{te, mora}e da odvaja ~estice mawe od 0,2 mm, da bi po~etni inertni materijal sloja pesak, bio zamewen pepelom ugqa koji se sagoreva. Lete}i pepeo koji odlazi iz lo`i{ta sa gasovitim produktima sagorevawa i prolazi kroz konvektivni deo kotla bi}e granulacije mawe od 40 m, te }e biti neophodni vre}asti filtri ili elektrostati~ki filtri da bi se zadovoqile norme emisije ~estica. Emisija CO, NO x, SO 2 i ~estica u kotlu SCFS Emisija CO. Realno je o~ekivati da pri sagorevawu ispitivanih lignita ne}e biti problema da se postignu i mawe vrednosti emisije CO nego u pi lot- -postrojewu i zadovoqe evropske norme o emisiji CO koje se kre}u od ppm, pri 7% O 2, odnosno doma}e norme. Emisija NO x. Analizom izmerenih koncentracija NO x i prera~unatih na referentnu koncentraciju kiseonika od 7%, zakqu~eno je da pri sagorevawu lignita Kolubara i Kovin u kotlovima sa fluidizovanim slojem ne treba o~ekivati emisije ve}e od 150 ppm, te ne}e biti problema da se zadovoqe evropske i doma}e norme. Emisija SO 2. Efikasnost odsumporavawa u kotlovima SCFS i stepen iskori{}ewa kre~waka bi}e mnogo ve}i nego {to je odre en eksperimentima u pi lot- -postrojewu. Tako e, mo`e se o~ekivati da i samoodsumporavawe bude ve}e od 40 60% koliko je odre eno u laboratorijskom lo`i{tu. Pri sagorevawu ispitivanih ugqeva u kotlovima SCFS ostvari}e se emisije mawe od dozvoqenih. Emisija ~estica. Konvektivni deo kotla SCFS bi}e optere}en samo ~esticama mawim od 40 m. Vre}asti ili elektrofiltri mogu da obezbede emisije mawe od evropskih normi (<10 mg/m 3 ). 98

17 S. Oka i dr.: Ispitivawe podobnosti lignita Kolubara i Kovin za... TERMOTEHNIKA broj 1-4 godina XXX, (2004) Ostali parametri re`ima rada i konstrukcije kotla, koji nisu odre eni ovim ispitivawem usvajaju se prema vrednostima usvojenim u kotlovima u eksploataciji [1, 12 14]: sredwi pre~nik inertnog materijala (oko 0,2 mm), brzina fluidizacije (6 10 m/s), raspored izmewiva~kih povr{ina u lo`i{tu (lo`i{te ve}im delom ozidano, bez spoqweg izmewiva~a sa fluidizovanim slojem), stepen recirkulacije (4 10), broj ciklona u primarnom krugu (jedan ciklon na 50 MW e snage kotla), dimenzije i konstrukcija povratne grane i strujnog ventila. Zakqu~ak Ispitivawe sagorevawa ugqeva Kolubara klase A, Be, Ce i De i ugqa Kovin u fluidizovanom sloju, je pokazalo da: metodologija ITE-IBK daje pouzdane rezultate o pona{awu ugqeva u kotlovima SCFS, su kolubarski ligniti i lignit Kovin pogodni za sagorevawe u kotlovima SCFS; boqe i efikasnije }e sagorevati nego u kotlovima SMFS, va`i zakqu~ak prethodnih vi{egodi{wih istra`ivawa: da su ligniti veoma pogodni za sagorevawe u fluidizovanom sloju [4 6], kotlovi SCFS mogu efikasno i ekolo{ki prihvatqivo sagorevati podinski ugaq sa visokim sadr`ajem jalovine i ugqeve sli~nih karakteristika, tj. da u kotlovima SCFS mogu sagorevati ugqevi tzv. vanbilansnih rezervi, i dobijeni podaci omogu}uju da se oceni koje su koncepcije i konstrukcije kotlova SCFS najpovoqnije za kolubarske lig nite i ugaq Kovin. Kotlovi SCFS za sagorevawe ispitivanih ugqeva imaju slede}e osobine: mogu koristiti ugaq bez prethodne pripreme, u rovnom stawu, granulacije do 50 mm, vla`nosti do 45%, i udelom pepela do 45%, dozirawe je mogu}e pu`nim i sektorskim dozatorima, ili klasi~nim razbaciva~ima za kotlove ve}e snage, preporu~ena temperatura starta 450 C, startno gorivo gas ili te~no gorivo zavisno od raspolo`ivosti, optimalna temperatura sagorevawa 850 C, omogu}i opseg promene radne tem per a ture u lo`i{tu C, efikasnost sagorevawa >99,9%, efikasnost odsumporavawa >90%, potrebna koli~ina kre~waka <5% od protoka goriva, Ca/S 2 3, u sloju ostaje 55 78% pepela, te je potreban sistem za izuzimawe materijala iz sloja ve}eg kapaciteta sa hla ewem pepela, emisija CO, NO x, SO 2 i ~estica je ispod evropskih normi (~estice <10 mg/m 3, NO x <100 ppm, SO 2 <200 ppm), visina lo`i{ta mala, oko 30 m, i odre ena potrebnim razmewiva~kim povr{inama, nije neophodan spoqni izmewiva~ toplote, i 99

18 za separaciju ~estica iz dimnih gasova potrebni vre}asti filtri ili elektrofiltri. Rezultati Studije pokazuju da je mogu}e graditi savremene, efikasne i ekolo{ki prihvatqive kotlove SCFS za proizvodwu elektri~ne energije u TE EPS (sredwih i velikih snaga [15, 16]), i za proizvodwu toplotne i elektri~ne energije u industriji i u sistemima daqinskog grejawa (kotlove SMFS u opsegu malih i sredwih snaga [6, 17]), koji }e sagorevati ugqeve koji se u kotlovima drugih tipova ne mogu sagorevati, ili se ne mo`e ostvariti visoka efikasnost sagorevawa i zadovoqiti obavezne ekolo{ke norme. Primenom kotlova SMFS i SCFS elektroprivrede Poqske, ^e{ke i Slova~ke izvr{ile su revitalizaciju elektrana i toplana [18, 19], pove}ale efikasnost sagorevawa i stepena korisnosti, fleksibilnost u pogledu kvaliteta goriva i doveli emisiju u okvire evropskih normi. Dobijeni podaci omogu}uju analizu ponuda stranih isporu~ilaca kotlova SCFS, pri izradi studija opravdanosti primene kotlova SCFS u EPS i ravnopravan tretman ove tehnologije pri upore ivawu sa klasi~nom kotlovskom tehnologijom u pripremi dokumentacije za revitalizaciju starih i izgradwu novih kotlova TE EPS. Nema tehni~kih prepreka da se kotlovi SCFS primene u procesu revitalizacije starih blokova TE EPS, jer su u svetu u pogonu kotlovi SCFS jedini~ne snage preko 300 MW e. Kotlove SCFS mogu}e je primewivati i za gradwu novih ve}ih blokova u TE EPS, jer su u gradwi u svetu blokovi snage preko 450 MW e. Podaci firme Forster Wheeler pokazuju da su jedini~ne snage kotlova SCFS dostigle nivo uobi~ajen u proizvodwi elektri~ne energije (sl. 4) [20, 21]. Imaju}i u vidu rezultate ispitivawa u ovoj studiji, i zakqu~ke koji su na osnovu toga izvedeni mo`e se konstatovati da tehnologija sagorevawa u fluidizovanom sloju mo`e da bude zna~ajan ~inilac u re{avawu mnogih problema ener- Slika 4. Porast jedini~ne snage kotlova SCFS firme Fos ter Wheeler 100

19 S. Oka i dr.: Ispitivawe podobnosti lignita Kolubara i Kovin za... TERMOTEHNIKA broj 1-4 godina XXX, (2004) getike Srbije, i optimalno sredstvo za ispuwavawe sada{wih i budu}ih obaveza dr`ave u pogledu za{tite okoline [22, 23]. Literatura [1] Oka, S., Grubor, B., Daki}, D., Ili}, M., Manovi}, V., Eri}, M., Pa prika, M., Oka, N., Belo{evi}, S., Bari{i}, V., Mladenovi}, M., Crnomarkovi}, R., Lazi}, M., Babovi}, M., Milo{evi}, J., Neni}, D., Vukoj~i}, P., Istra`ivawe mogu}nosti primene sagorevawa u cirkulacionom fluidizovanom sloju (CFS) u kotlovima u Elektroprivredi Srbije, I deo, Ta~ke Programskog zadatka 1, 2, 3 i 4, Institut za nuklearne nauke Vin~a, Laboratorija za termotehniku i energetiku, Interni elaborat, [2] Oka, S., Grubor, B., Daki}, D., Ili}, M., Manovi}, V., Eri}, M., Pa prika, M., Oka, N., Belo{evi}., S., Bari{i}., V., Mladenovi}., M., Crnomarkovi}, N., Istra`ivawe mogu}nosti primene sagorevawa u cirkulacionom fluidizovanom sloju (CFS) u kotlovima u Elektroprivredi Srbije, II deo, Ta~ke Programskog zadatka 5 i 6, Institut za nuklearne nauke Vin~a, Laboratorija za termotehniku i energetiku, Interni elaborat, [3] Oka, S., Grubor, B., Daki}, D., Ili}, M., Manovi}, V., Eri}, M., Pa prika, M., Oka, N., Belo{evi}, S., Bari{i}, V., Mladenovi}, M., Crnomarkovi}, N., Istra`ivawe mogu}nosti primene sagorevawa u cirkulacionom fluidizovanom sloju (CFS) u kotlovima u Elektroprivredi Srbije, III deo, Prilozi, Institut za nuklearne nauke Vin~a, Laboratorija za termotehniku i energetiku, Interni elaborat, [4] Oka, S., Grubor, B., Arsi}, B., Daki}, D., The Meth od ol ogy for the In ves ti ga tion of Fuel Suit abil ity for FBC and Re sults of Com par a tive Study of Dif fer ent Coals, in: Fluidized Bed Com bus tion in Prac tice: Clean, Ver sa tile, Eco nomic, In sti tute of En ergy, Lon don, 1988, I/8/1-19 [5] Oka, S., Fuel Test ing and In flu ence of Coal Char ac ter is tics on Bub bling FBC Boiler De sign, 1 st South-East Eu ro pean Sym po sium on Fluidized Beds on En ergy Pro duc tion, Chem i cal and Pro cess En gi - neer ing and Ecol ogy, Sep tem ber 24-27, 1997, Ohrid, Re pub lic of Mac e do nia, Vol. 2, [6] Oka, S., Fluidized Bed Com bus tion (Ed. E. J. An thony), Mar cel Dekker, Inc., New York, Basel, 2003 [7] Oka, S., How to Use Data about Coal Com bus tion in Bub bling Fluidized Beds for De sign of the Cir cu lat - ing Fluidized Bed Boil ers?, Pre sented at 41 st IEA FBC Tech ni cal Meet ing, Salerno, Italia, Oc to ber 30, 2000, 1-9 R., Lazi}, M., Babovi}, M., Milo{evi}, J., Neni}, D., Vukoj~i}, P., Odre ivawe reprezentativnog bloka ugqa za ispitivawe, Istra`ivawe mogu}nosti primene sagorevawa u cirkulacionom fluidizovanom sloju (CFS) u kotlovima u Elektroprivredi Srbije, I deo, Ta~ka 3 Programskog zadatka, Institut za nuklearne nauke Vin~a, Laboratorija za termotehniku i energetiku, Interni elaborat, [9] Oka, S., Ili}, M., De ter mi na tion of Start-Up Tem per a ture for FBC Boil ers and Fur naces, Pro ceed ings, 2 nd Sym po sium of South-East Eu ro pean Coun tries on Fluidized Beds in En ergy Pro duc tion, Chem i cal and Pro cess En gi neer ing and Ecol ogy, Sep tem ber 21-25, 1999, Arandjelovac, Yu go sla via, [10] Basu, P., Duta, A., Miller, L., An In tel li gent Tool for Eval u at ing Bids for Cir cu lat ing Fluidized Bed Boil - ers, 17 th In ter na tional Con fer ence on FBC, Proceedings on CD, FBC , 2003, 1-4 [11] Lafanechere, L., Basu, P., Jestin, L., Ef fects of Steam Pa ram e ters on the Size and Con fig u ra tion of Cir cu - lat ing Fluidized Bed Boil ers, Pro ceed ings, 13 th In ter na tional Con fer ence on FBC, Or lando, FL, USA, May 7-10, 1995, Vol. 1, 1-7 [12] Goidich, S. J., Hyppanen, T., Fos ter Wheeler Com pact CFB Boil ers for Util ity Scale, 16 th In ter na tional Con fer ence on FBC, Proceedings on CD, Reno, NV, USA, May 13-16, 2001, FBC01-099, 1-11 [13] Belin, F., Maryamechik, M., Walker, D. J., Wietzke, D. L., Babcock&Wilox CFB Boil ers-de sign and Ex pe - ri ence, 16 th In ter na tional Con fer ence on FBC, Proceedings on CD, Reno, NV, USA, May 13-16, 2001, FBC , 1-9 [14] Bursi, J. M., Lafanechere, L., Jastin, L., Ba sic De sign Stud ies for a 600 MW e CFB Boiler, 15 th In ter na - tional Con fer ence on FBC, Proceedings on CD, 1999, FBC , 1-20 [15] Oka, S, Pavlovi}, N., Ap pli ca tion of ACFBC Tech nol ogy in EPS, Pro ceed ings, Symposium ZEMAK, Ohrid, Re pub lic of Mac e do nia, Oc to ber 7-11, 1997, Book 2, [16] Mesarovi}, M., Oka, S., Pavlovi}, N., Eco nomic and En vi ron men tal Fea tures of Fluidized Bed Com bus - tion Tech nol ogy for Power Gen er a tion in Yu go sla via, In tro duc tory lec ture, Pro ceed ings, 2 nd Sym po sium of South-East Eu ro pean Coun tries on Fluidized Beds in En ergy Pro duc tion, Chem i cal and Pro cess En gi - neer ing and Ecol ogy, Work shop: Pros pects and Ex pe ri ence of Util ity CFB Boil ers, September 21-25, 1999, Arandjelovac, Yu go sla via,

20 [17] Oka, S., An thony, E. J., Fu ture of Bub bling FBC Tech nol ogy, Pro ceed ings, 4 th In ter na tional Heat Trans fer Fo rum, Minsk, Belarus, May 24-28, 2004 [18] Makansi, J., CFB Boil ers Keep Older Coal-Fired Units Vi a ble, New Ones Com pet i tive, Elec tric Power In - ter na tional, Sep tem ber, 1995, [19] Makansi, J., FBC Ret ro fit Leads Komorany, Czech Re pub lic into New Era, Electric Power International, March, 1994, [20] Wang, S. I., Tsao, T. R., Gagliardi, C. R., Herb, B. E., Cox, J., Parham, D., Tech ni cal Chal lenges in the Scale-up and De sign of a 250 MW ACFB for the York County En ergy Part ners Pro ject, Pro ceed ings, 12 th In ter na tional Con fer ence on FBC, San Diego, CA, USA, May 9-13, 1993, Vol. 1, 1-8 [21] Dar ling, S. L., Li, X., De sign of a 350 MWe CFB Boiler, Pro ceed ings, 14 th In ter na tional Con fer ence on FBC, Vancouver, Can ada, May 11-14, 1997, Vol. 1, [22] Oka, S., Mesarovi}, M., Energetika elektroprivreda i proizvodwa ugqa Teku}e stawe, razvojni potencijali, strategija razvoja do godine, o~ekivani efekti i potrebne institucije, vladine politike i mere, u: Strategija privrednog razvoja Srbije do 2010, Izdawe MNTR Vlade Republike Srbije, Beograd, 2002, Kwiga II, [23] Oka, S., Mesarovi}, M., Gagi}, D., Ble~i}, N., Kori{}ewe ugqa iz malih rudnika za proizvodwu energije, u: Izabrani Razvojni Programi Strategija privrednog razvoja Srbije do 2010, MNTR Vlade Republike Srbije, Beograd, 2002, Kwiga II, Ab stract In ves ti ga tion of the Suit abil ity of Ser bian Lig nite Kolubara and Kovin for Burn ing in CFBC Boil ers by Sim eon OKA 1, Borislav GRUBOR 1, Dragoljub DAKI] 1, Mladen ILI] 1, Vasilije MANOVI] 2, Mili} ERI] 1, Milijana PA PRIKA 1, Nikola OKA 1, Srdjan BELO[EVI] 1, Rastko MLADENOVI] 1, and Nenad CRNOMARKOVI] 1 1 VIN^A In sti tute of Nu clear Sci ences, Bel grade, Ser bia and Montenegro 2 Fac ulty of Min ing and Ge ol ogy, Uni ver sity of Bel grade, Bel grade, Ser bia and Montenegro The re sults of ex haus tive in ves ti ga tions of be hav ior of lig nites Kolubara and Kovin dur ing com bus tion in fluidized bed are pre sented in the pa per. In ves ti ga tion was car ried out due to the in ter est of Ser bian Elec tric Power Pro duc tion Com pany to use CFBC boil ers in the pro cess of re fur bish ment of old pul ver ized coal com bus tion boil ers. As a part of fea si bil ity study for use of CFBC boil ers in power plants in Ser bia, in ves ti ga - tion of com bus tion char ac ter is tics of lig nites was per formed us ing orig i nal meth od ol ogy in tro duced many years ago by Lab o ra tory for ther mal en gi neer ing and en ergy. Meth od - ol ogy was ap proved dur ing long pe riod by in ves ti ga tion of more than 20 do mes tic coals for FBC com bus tion, with the aim to de ter mine de sign data for bub bling FBC boil ers and hot gas generators. Special attention was paid to analyze similarities and differences of the BFBC and CFBC and to ap prove that meth od ol ogy de vel oped for bub bling fluidized bed com - bus tion con di tions can be used also to an a lyze coal suit abil ity for com bus tion in cir cu lat - ing fluidized bed boil ers. 102