8/3/2019 ipoad

1/7

TEHNOLOGII DE ARDERE A COMBUSTIBILILOR SOLIZI

Generarea de energie utilizeaz n general o varietate de tehnologii de ardere. Cele mai

bune tehnologii disponibile pentru arderea combustibililor solizi sunt considerate a fi arderea

pe grtar, arderea pulverizat i arderea n strat fluidizat.

Figura 1. Principalele tehnologii de ardere a combustibililor solizi

O succint prezentare a acestor tehnologii de ardere se va face n urmtoarele

paragrafe.

2.1. Arderea pe grtar

Combustibilul solid utilizat n cazul acestor sisteme de ardere este aezat pe un grtar

sau un grilaj n timp ce aerul de ardere este introdus pe la partea inferioar a grtarului. O

gam larg de combustibili pot fi utilizai, de la cei cu un coninut sczut de carbon pn la cei

cu un coninut ridicat de carbon. n practic, huila poate fi alimentat ntr-o granulaie

amestecat, de obicei de pn la 300 mm, inclusiv particulele foarte fine, avnd o umiditate

sub 20% i un coninut mare de materii volatile. Sistemele de ardere pe grtar sunt prevzute

cu un rezervor de combustibil constant n camera de ardere, dar crbunele poate fi lsat pe

grtar fr ca ventilatoarele s fie n funciune, i poate fi reaprins repede n cazul unei cereri

instantanee de abur. Arderea pe grtar este o tehnologie folosit pentru cazanele mai mici pe

1

Combustibili solizi

Ardere pe grtar Ardere n strat fluidizatArdere pulverizat

Ardere n stratfluidizatcirculant

Ardere n stratfluidizatturbulent

Focar cucenuuscat labaz

Focar cuevacuareazgurei la

umed

8/3/2019 ipoad

2/7

crbune (capacitate 15 MW), mai ales n cadrul unor centrale industriale sau centrale termice

locale. n figura 2 este prezentat schema unui focar cu ardere pe grtar [1].

Figura 2. Arderea crbunelui pe un grtar mobil

Avantajele acestei tehnologii sunt costurile mici de operare, deoarece nu necesit o

mcinare fin i foarte exact a crbunelui i are o construcie simpl, i cantitatea mic de

pulberi din gazele de ardere.

Dezavantajele sunt date de dificultaile ntmpinate n cazul reducerii de oxizi de azot

i de o combustie neomogen, deoarece aerul nu se distribuie uniform n tot stratul de

combustibil. De asemenea poate aprea o nfundare a grtarului, n acest caz aerul primar nu

mai poate ptrunde n camera de ardere iar combustia va avea loc doar cu cantitatea de aer

secundar introdus.

2.2. Arderea combustibilului solid n stare pulverizat

Arderea n stare pulverizat a crbunelui a fost dezvoltat ncepnd cu anii 1920 i

reprezint la ora actual una din principalele soluii de utilizare a crbunelui n centralele

electrice.

2

a- plnie crbune; b- grtar mobil; c- supap;d-aer primar; e- aer secundar; f- stiv; g- cenu.

8/3/2019 ipoad

3/7

Principiul const n mcinarea fin a crbunelui (n mod uzual cu granulaii ajungnd

la dimensiuni mai mici de 75 m) i n pulverizarea acestuia mpreun cu o parte a aerului de

ardere (numit aer primar) n partea inferioar a unui focar. Aerul secundar este introdus n

focar pentru a asigura arderea complet a combustibilului [2].

n mai mult de 90 % din sistemele de ardere cu combustibil solid, combustibilul este

pulverizat nainte de ardere. n practic ntlnim dou tehnologii:

Focar cu cenu uscat la baz: Acest tip opereaz la temperaturi sub temperatura

de topire a cenuii aproape de pereii camerei de ardere (sistemul convectiv-radiativ). 10-20%

din cenu este transferat ctre baza uscat i este extras ca cenu la baz, restul de 80-

90% este transportat cu gazele de ardere i ndeprtat apoi n electrofiltre [1].

Focar cu evacuarea zgurei la umed: Acest tip funcioneaz la temperaturi deasupra

punctului de topire a cenuii (1 400 C) pentru a asigura cenua lichid cu suficient fluiditate

pentru a se scurge pe pereii protejai. Cenua lichid este deversat ntr-un colector plin cu

ap. Aceast soluie se ntlnete i n cazul combustibililor sraci. Avnd n vederea

parametrii din focar este necesar o izolare adecvat pentru a rezista att la temperaturile

ridicate ale cenuii topite dar i a reaciilor chimice ce au loc n focar. Cenua zburtoare

rezultat n urma arderii poate fi recirculat ctre camerele de ardere pentru a produce zgur

de cazan ca produs secundar n loc de cenu zburtoare. Focarul cu baz umed este folositn principal pentru combustia crbunelui dur (antracit), unde cantitile de cenu zburtoare

sunt mici [1].

Focarele cu arztoare pentru crbune pulverizat prezint urmtoarele avantaje fa de

focarele cu grtar:

posibilitatea de ardere a unui crbune cu putere calorific sczut;

randament superior al arderii prin creterea temperaturii de prenclzire a aerului deardere;

Dezavantaje:

putere relativ mare consumat de instalaiile de preparare a prafului de crbune i de

pulverizare n focar;

uzur important a instalaiilor amintite mai sus, necesitnd un volum mare de

reparaii;

necesitatea echiprii cazanelor cu instalaii costisitoare de desprfuire.

3

8/3/2019 ipoad

4/7

2.3. Arderea n strat fluidizat (ASF)

Arderea n strat fluidizat are loc prin injectarea combustibilului ntr-un strat turbulent

fierbinte i admisia aerului pe la baza focarului, acesta fluidizind stratul.

Nisipul este folosit n mod normal ca material ce poate fi fluidizat la pornire. Stratul de

particule este fluidizat prin aerul care intr n focar, iar temperatura stratului fluidizat permite

combustibilului s se aprind. Datorit temperaturilor de combustie de aproximativ 750-950

C i a timpului ndelungat de staionare, gradul de ardere al combustibilului este foarte mare

i de aceea emisiile legate de produsele de ardere sunt relativ sczute. Se pot utiliza toate

tipurile de combustibili solizi (huil, lignit, turb, biomas, deeuri solide). Dimensiunea

particulelor de combustibil folosite se recomand s fie ntre 3-20 mm [1]. n prezent exist

dou tipuri diferite de focare cu strat fluidizat, strat fluidizat turbulent (ASFT) i strat fluidizat

circulant (ASFC). n figura 3 este prezentat un focar cu ardere n strat fluidizat circulant, iar n

figura 4 este prezentat un focar cu ardere n strat fluidizat turbulent.

Ciclon recirculare

Aer de ardere principal

Aer de ardere secundar

Combustibil

Figura 3. Focar cu ardere n strat fluidizat circulant

Arderea n strat fluidizat circulant presupune utilizarea unui ciclon pentru a separa

cenua i particulele de combustibil nearse din gazele de ardere i reintroducerea acestora n

focar.

4

8/3/2019 ipoad

5/7

n prezent tehnologia de ardere n strat fluidizat circulant este matur din punct de

vedere comercial pentru puteri unitare de 200-300 MW, n viitorul apropiat urmnd a se

atinge pragul de 600 MW [2].

Eficiena net pentru o unitate echipat cu ASFC este cuprins n general n intervalul38-40%, similar centralelor cu parametrii subcritici, cu arderea crbunelui n stare pulverizat.

Din acest motiv, pentru moment unitile cu ASFC nu pot concura cu unitile cu ardere

pulverizat cu parametrii supracritici, a cror eficien poate depai 45% [2].

n cadrul studiului experimental efectuat n aceast tez s-a utilizat o instalaie de

ardere n strat fluidizat circulant, din Laboratorul de Surse Regenerabile i Analize de Mediu.

O prezentare detaliat a acestei instalaii s-a fcut n capitolul 7.1.

Aer de ardere principal

Aer de ardere secundar

Combustibil

Evacuare cenu

Strat fluidizat

Arztoare

Focar

Figura 4. Focar cu ardere n strat fluidizat turbulentArderea n strat fluidizat turbulent se aseamn arderii pe grtar n multe privine.

Avantajul principal al acestui tip de ardere const ntr-un control superior al temperaturii.

La ora actual exist pe plan mondial un numar important de uniti de mic capacitate

dotate cu pat fluidizat turbulent, utilizate ndeosebi n aplicaii industriale.

5

8/3/2019 ipoad

6/7

globale de 1C, speciile vegetale vor trebui s-i modifice arealul, spre zone mai reci,

cu 90 km. Astfel, imposibilitatea de a se adapta unor schimbri att de rapide va duce la

distrugerea ecosistemelor i dispariia unui numr mare de specii.

Compararea potenialelor de nclzire global aferente emisiilor de gaze pentru diferite

procese industriale, se face pe baza indicatorului Global Warming Potential (GWP),

recomandat de SETAC (Society of Environmental Toxicology and Chemistry).

GWP-ul unui gaz este definit de Intergovernmental Pannel on Climat Change (IPCC)

ca integrala pe un interval de timp dat a variaiei schimbului de energie prin radiaie, generat

prin injecia unui kg de gaz n atmosfer.

( ) ( )

( ) ( )

=

T

0

2CO2CO

T

0

ii

dttCtA

dttCtA

GWP (1)

GWP-ul pentru diferite gaze este exprimat relativ la GWP-ul aferent dioxidului de

carbon. n relaia 1 semnificaia mrimilor este:Aj reprezint fluxul radioactiv instantaneu dat

de creterea cu o unitate a concentraiei gazului j; Cj concentraia gazului j , meninut

o perioad de timp t dup emisie.ACO2, CCO2 au semnificaiile menionate anterior i sunt

aferente CO2.

Acest indicator compar emisia instantanee a unui kg de gaz cu emisia unui kg de

dioxid de carbon considerat drept referin (potenialul de nclzire global al acestuia este

considerat unitar).

Potenialul de nclzire global al unui efluent gazos este determinat nsumnd

potenialele de nclzire global pentru fiecare gaz component:

(2)

Unde: GWP reprezint potenialul de nclzire global al efluentului gazos; GWPi -

potenialul de nclzire global al gazului i emis; m i cantitatea de gaz emis, n kg/unitatea

funcional .

Conform Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) potenialul de nclzire

global al metanului (CH4) i protoxidului de azot (N2O) este de 21 ori, respectiv de 310 ori

mai ridicat dect cel al dioxidului de carbon, pe o perioad de 100 de ani.

6

8/3/2019 ipoad

7/7

n tabelul 1 sunt prezentate potenialele de nclzire global pentru principalele gaze

cu efect de ser [8].

Tabelul 1. Principalele gaze cu efect de ser i potenialul de nclzire global

Compus chimic Formula chimic Durata de via[ani]

GWP100 ani

Dioxid de carbon CO2 Variabil 1Metan CH4 123 21Protoxid de azot N2O 120 310Hexafluorur desulf

SF6 3200 23900

CFC CCl2F2 102 6200-7100HCFC CHClF2 12,1 1300-1400PFC CF4 50000 6500

Clorofluorocarbonaii (CFC), hidroclorofluorocarbonaii (HCFC), perfluorocarbonaii

(PFC) i hexafluorura de sulf nu se regsesc natural n atmosfer, aceste gaze au introduse n

atmosfer de activitile umane. Au un potenial de nclzire global i o durat de via n

atmosfer mare. De asemenea clorofluorocarbonaii (CFC) i hidroclorofluorocarbonaii

(HCFC) distrug stratul de ozon.

Gazele prezentate n tabelul 1 sunt gaze cu efect de ser direct. Pe lng acestea exist

i gaze cu efect de ser indirect, cum ar fi monoxidul de carbon, oxizii de azot i compuii

organici volatili non-metanici. Aceste gaze nu sunt gaze cu efect de ser, ns prin reaciichimice n atmosfer pot contribui la apariia de ozon troposferic care este un gaz cu efect de

ser.

7