Symulacja kotła K-4 w ERSA Zmodernizowany układ paleniskowy przez konsorcjum...

14
Symulacja kotła K-4 w ERSA Zmodernizowany układ paleniskowy przez konsorcjum Energotechnika-Energorozruch S.A.- IPW Polin Sp. z o.o. - 5 zespołów młynowych w ruchu - praca na węglu i biomasie - biomasa (śruta rzepakowa) podawana przez 4 środkowe dysze zrzutowe – uwaga: śruta podawana w stanie niezmielonym, prędkość wtrysku nieoptymalizowana - moc bloku 225MWe Modelowanie wykonane przez : Dipl.-Ing. Frank Blum, Dr.-Ing. Xiaohai Han, Dr.-Ing. Benedetto Risio RECOM Services GmbH, Stuttgart

Transcript of Symulacja kotła K-4 w ERSA Zmodernizowany układ paleniskowy przez konsorcjum...

Page 1: Symulacja kotła K-4 w ERSA Zmodernizowany układ paleniskowy przez konsorcjum Energotechnika-Energorozruch S.A.- IPW Polin Sp. z o.o. - 5 zespołów młynowych.

Symulacja kotła K-4 w ERSA Zmodernizowany układ paleniskowy przez konsorcjum

Energotechnika-Energorozruch S.A.- IPW Polin Sp. z o.o.

- 5 zespołów młynowych w ruchu- praca na węglu i biomasie

- biomasa (śruta rzepakowa) podawana przez 4 środkowe dysze zrzutowe – uwaga: śruta podawana w stanie niezmielonym,

prędkość wtrysku nieoptymalizowana- moc bloku 225MWe

Modelowanie wykonane przez:

Dipl.-Ing. Frank Blum, Dr.-Ing. Xiaohai Han,

Dr.-Ing. Benedetto Risio

RECOM Services GmbH, Stuttgart

Page 2: Symulacja kotła K-4 w ERSA Zmodernizowany układ paleniskowy przez konsorcjum Energotechnika-Energorozruch S.A.- IPW Polin Sp. z o.o. - 5 zespołów młynowych.

Simulation of RYBNIK-Boiler 2

3D-Geometry Model — Burner and OFA Arrangement

Front View

OFA-II - fully opened(tilted down 15°)

OFA-I(no tilting – fully opened)

Thinned Air-Coal Mix (tilted down 15°)

Biomass/Oil Nozzle(tilted down 15°)

Burner Level 2

Burner Level 1

OFA-III on Rear Wall- fully opened(tilted down 20°)5 Mills in Operation

10 Burners in Operation

10 Nozzles of Thinned Air-Coal Mix in Operation

4 Biomass nozzles in Operation 10 % thermal capacity as biomass

Page 3: Symulacja kotła K-4 w ERSA Zmodernizowany układ paleniskowy przez konsorcjum Energotechnika-Energorozruch S.A.- IPW Polin Sp. z o.o. - 5 zespołów młynowych.

Simulation of RYBNIK-Boiler 3

Coal and Air Mass Flows

Brn Level 1

(12.6 m)Brn Level 2

(15.1 m)Thinned Mix

(20.85 m)Biomass

LevelTotal

Coal mass flow [kg/s] 6.8 10.2 7.3 3.37 (biomass) 27.67

Core air [kg/s] 1.30 1.30 -- -- 2.6

Primary air [kg/s] 13.2 19.7 30.8 (2x15.4)3.3

(carrying air)67.0

Secondary air [kg/s] 9.8 15.2 5.7 (cooling air) -- 30.7

Tertiary air [kg/s] 22.8 24.9 -- -- 47.7

Level Air/Coal Ratio 0.91 0.78 0.53 0.735

OFA-I [kg/s] 13.5 ( = 0.065) 13.5

OFA-II [kg/s] 45.1 ( = 0.22) 45.1

OFA-III [kg/s] 26.9 ( = 0.13) 26.9

Total Air Ratio 1.15

Page 4: Symulacja kotła K-4 w ERSA Zmodernizowany układ paleniskowy przez konsorcjum Energotechnika-Energorozruch S.A.- IPW Polin Sp. z o.o. - 5 zespołów młynowych.

Simulation of RYBNIK-Boiler 4

0

20

40

60

80

100

0 50 100 150 200 250 300 350

Particle Size [m]

Fra

ctio

n [

wt.

%]

Rosin-Rammler Verteilung

8-Klassen fuer Simulation

Coal Analysis

C (ar) [%] 56.40

H (ar) [%] 3.57

O (ar) [%] 3.92

N (ar) [%] 0.98

S (ar) [%] 0.63

Ash (ar) [%] 27.10

Moisture (ar) [%]

7.40

Volatile (daf) [%] 27.5

Hu (daf) [MJ/kg] 33.5

Coal Analysis and Particle Size Distribution

R88 = 30 %

R200 = 5 %

Main Burner (12.6m & 15.1 m)

Page 5: Symulacja kotła K-4 w ERSA Zmodernizowany układ paleniskowy przez konsorcjum Energotechnika-Energorozruch S.A.- IPW Polin Sp. z o.o. - 5 zespołów młynowych.

Simulation of RYBNIK-Boiler 5

0

20

40

60

80

100

0 50 100 150 200 250 300 350

Particle Size [m]

Fra

ctio

n [

wt.

%]

Rosin-Rammler Verteilung

8-Klassen fuer Simulation

Coal Analysis

C (ar) [%] 56.40

H (ar) [%] 3.57

O (ar) [%] 3.92

N (ar) [%] 0.98

S (ar) [%] 0.63

Ash (ar) [%] 27.10

Moisture (ar) [%]

7.40

Volatile (daf) [%] 27.5

Hu (daf) [MJ/kg] 33.5

Coal Analysis and Particle Size Distribution

R88 = 15 %

R200 = 1 %

Thinned Air-Coal Mix (20.85 m)

Page 6: Symulacja kotła K-4 w ERSA Zmodernizowany układ paleniskowy przez konsorcjum Energotechnika-Energorozruch S.A.- IPW Polin Sp. z o.o. - 5 zespołów młynowych.

Simulation of RYBNIK-Boiler 6

Coal Analysis

C (ar) [%] 43.60

H (ar) [%] 6.34

O (ar) [%] 31.19

N (ar) [%] 5.73

S (ar) [%] 0.68

Ash (ar) [%] 7.21

Moisture (ar) [%]

5.25

Volatile (daf) [%] 80.0

Hu (daf) [MJ/kg] 20.13

Elementary Analysis and Particle Size Distribution of Biomass

Sieve[mm]

Fraction[%]

Sieve residue[%]

> 4.00 12.1 12.1

4.00 – 3.15 2.6 14.7

3.15 – 1.25 20.0 34.7

1.25 – 0.425 41.2 75.9

0.425 – 0.125 22.5 98.4

0.125 – 0.071 1.6 100.0

Page 7: Symulacja kotła K-4 w ERSA Zmodernizowany układ paleniskowy przez konsorcjum Energotechnika-Energorozruch S.A.- IPW Polin Sp. z o.o. - 5 zespołów młynowych.

Simulation of RYBNIK-Boiler 7

Velocity

[m/s]

Velocity Distribution: Magnitude

FW

RW

FW

RW

Page 8: Symulacja kotła K-4 w ERSA Zmodernizowany układ paleniskowy przez konsorcjum Energotechnika-Energorozruch S.A.- IPW Polin Sp. z o.o. - 5 zespołów młynowych.

Simulation of RYBNIK-Boiler 8

Temperature

[°C]

Temperature Distribution: Iso-surface 1400 °C

Page 9: Symulacja kotła K-4 w ERSA Zmodernizowany układ paleniskowy przez konsorcjum Energotechnika-Energorozruch S.A.- IPW Polin Sp. z o.o. - 5 zespołów młynowych.

Simulation of RYBNIK-Boiler 9

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Furnace Height [m]

Tem

per

atu

re [

C]

Average

Maximum°

Fluegas Temperature Profile along Furnace Height

Sec. Pass

35/45 40 35 30 25 20

Cross Pass

OFA1 OFA3

BL1 BL2 BL4 OFA2 FE

Page 10: Symulacja kotła K-4 w ERSA Zmodernizowany układ paleniskowy przez konsorcjum Energotechnika-Energorozruch S.A.- IPW Polin Sp. z o.o. - 5 zespołów młynowych.

Simulation of RYBNIK-Boiler 10

Oxygen Distribution: Iso-surface 10%

Oxygen

[vol.-%, dry]

Page 11: Symulacja kotła K-4 w ERSA Zmodernizowany układ paleniskowy przez konsorcjum Energotechnika-Energorozruch S.A.- IPW Polin Sp. z o.o. - 5 zespołów młynowych.

Simulation of RYBNIK-Boiler 11

CO

[vol.-%, dry]

Carbon Monoxide Distribution: Iso-surface 1%

Page 12: Symulacja kotła K-4 w ERSA Zmodernizowany układ paleniskowy przez konsorcjum Energotechnika-Energorozruch S.A.- IPW Polin Sp. z o.o. - 5 zespołów młynowych.

Simulation of RYBNIK-Boiler 12

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Furnace Height [m]

CO

[m

g/N

m3]

CO-Profile along Furnace Height

Sec. Pass

35/45 40 35 30 25 20

Cross Pass

OFA1 OFA3

BL1 BL2 BL4 OFA2 FE

Page 13: Symulacja kotła K-4 w ERSA Zmodernizowany układ paleniskowy przez konsorcjum Energotechnika-Energorozruch S.A.- IPW Polin Sp. z o.o. - 5 zespołów młynowych.

Simulation of RYBNIK-Boiler 13

0

200

400

600

800

1000

1200

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Furnace Height [m]

NO

x [m

g/N

m3]

NOx-Profile along Furnace Height

OFA1 OFA3

BL1 BL2 BL4 OFA2 FE

Sec. Pass

35/45 40 35 30 25 20

Cross Pass

Page 14: Symulacja kotła K-4 w ERSA Zmodernizowany układ paleniskowy przez konsorcjum Energotechnika-Energorozruch S.A.- IPW Polin Sp. z o.o. - 5 zespołów młynowych.

Simulation of RYBNIK-Boiler 14

Boiler Exit and Emission Values

Simulation for Biomass Cofiring

Furnace Exit Temp. (mean/max) [°C]

(Level 34.7 m)1223/1350

Fluegas Temp. after ECO [°C] 342

O2 after ECO [Vol.-%,dry] 3.3

CO [mg/Nm3, at 6% O2 ] 60

NOx [mg/Nm3, at 6% O2] 328

Unburned Carbon in Ash 8.0