L’inseguimento della domanda di rete sta uccidendo la tua grande caldaia a carbone? Ecco quattro preoccupazioni da affrontare

Il funzionamento delle caldaie a carbone polverizzato in condizioni di basso carico presenta diverse sfide. Questo articolo offre suggerimenti per mantenere le unità nelle migliori condizioni operative possibili.

Nel mercato energetico odierno, con la crescente penetrazione delle energie rinnovabili e delle centrali elettriche a ciclo combinato ad alta efficienza, molte delle centrali elettriche a carbone polverizzato (PC), un tempo a carico di base, devono funzionare in ciclo e/o funzionare a basso carico. Molti impianti di PC funzionano dal 25% al ​​50% della loro potenza massima continua durante i periodi in cui la fornitura di energia rinnovabile raggiunge il picco. Ciò sta esponendo nuove sfide operative che influiscono non solo sull’efficienza dell’impianto a questi carichi ma anche sull’affidabilità della caldaia.

La stabilità e l’affidabilità della rete dipendono dalla flotta di carbone per rapidi cambiamenti di carico man mano che le energie rinnovabili aumentano o diminuiscono. In estate e in inverno, in condizioni climatiche estreme, si dipende dalle centrali a carbone per la principale produzione di energia elettrica. L'esperienza di Storm Technologies con il funzionamento a basso carico e le sfide che può presentare risalgono a prima delle recenti caratteristiche operative degli impianti odierni. La maggior parte dei professionisti del settore energetico è consapevole delle ulteriori sollecitazioni che il ciclo o il funzionamento a basso carico possono avere sui materiali della caldaia, sulle saldature di metalli diversi e sulla chimica dell'acqua, per citarne alcuni. Al contrario, Storm ha scoperto che esistono numerosi miglioramenti nelle operazioni e nei parametri controllabili di manutenzione che sono di costo comparabile a basso costo e spesso trascurati. Questi cambiamenti, se affrontati e monitorati, possono migliorare la flessibilità operativa e l'affidabilità dell'intero impianto.

Durante il ciclo o il funzionamento a basso carico, i polverizzatori a un certo punto funzionano sull'estremità inferiore della rampa dell'aria primaria o su quello che viene definito setpoint minimo dell'aria (Figura 1). A questo punto, il polverizzatore è più suscettibile agli scarti di carbone. Gli scarti di carbone sono considerati una penalità "invisibile" dal tasso di calore da Storm Technologies; costituisce anche un problema di sicurezza a causa del combustibile grezzo che fuoriesce dalla gola ed è esposto al flusso d'aria primaria calda in un ambiente molto ricco d'aria.

1. Rampa dell'aria primaria rispetto al caricamento del polverizzatore. Per gentile concessione: Storm Technologies

Se compaiono scarti di carbone durante il funzionamento a portate inferiori, spesso sono direttamente correlati al flusso d'aria primario inferiore, con conseguente minore velocità del getto libero attraverso la gola del polverizzatore. Determinare il numero di polverizzatori necessari per il funzionamento nell'intero intervallo di carico della caldaia dovrebbe essere un compito abbastanza semplice e qualcosa per cui probabilmente le operazioni hanno una procedura. Tuttavia, Storm spesso ritiene che gli impianti potrebbero funzionare con meno polverizzatori in servizio, ma gli operatori semplicemente scelgono di non mettere i polverizzatori fuori servizio. Ciò riduce la portata attraverso i polverizzatori e in molti casi fa sì che i polverizzatori funzionino sulla porzione minima di aria della curva dell'aria primaria.

La Figura 1 illustra un esempio semplificato in cui, rimuovendo due polverizzatori dal servizio e utilizzando solo due polverizzatori, si aumenta effettivamente il flusso d'aria primaria attraverso i polverizzatori in funzione spostandosi sulla parte inclinata della rampa dell'aria primaria. Come risultato della rimozione dei polverizzatori dal servizio, si aumenta la velocità attraverso la gola dei polverizzatori in servizio, il che nella maggior parte dei casi elimina gli scarti di carbone che possono affliggere i polverizzatori al setpoint minimo dell'aria.

Escludendo un problema meccanico all'interno del polverizzatore, gli scarti di carbone sono quasi esclusivamente legati alla geometria della gola del polverizzatore per un dato insieme di condizioni di ingresso. Se l'area aperta attorno alla gola è dimensionata in modo tale che la velocità dell'aria primaria scenda al di sotto di 7.000 piedi al minuto (fpm), il carbone grezzo inizierà a fuoriuscire dal polverizzatore. Ancora una volta, questo nella maggior parte dei casi comporta uno spreco di carburante e aumenta il potenziale per un'escursione.

Per molti anni, Storm ha applicato soluzioni ingegnerizzate per aumentare le velocità della gola in modo che al setpoint minimo dell'aria la velocità della gola del polverizzatore sia di 7.000 fpm e non vi siano scarti di carbone installando un gruppo gola rotante e deflettore progettato da Storm (Figura 2) . Nel corso degli anni, gli ingegneri dell'impianto hanno avuto una preoccupazione riguardo a questo progetto collaudato, vale a dire che riducendo l'area aperta immediatamente circostante la gola, la caduta di pressione attraverso la gola aumenta all'aumentare del flusso d'aria primario. Di conseguenza, gli ingegneri Storm hanno progettato e brevettato una gola regolabile che allevia la maggiore caduta di pressione a velocità del flusso d'aria primario più elevate, mantenendo le velocità della gola richieste di 7.000 fpm al setpoint minimo del flusso d'aria primario. Ciò viene fatto in modo efficace fornendo un secondo percorso dell'aria primaria al polverizzatore e controllando accuratamente il flusso d'aria primaria verso ciascuna zona tramite un Venturi calibrato. Nel complesso, sia il design originale che quello nuovo brevettato Storm Throat elimineranno gli scarti di carbone associati al funzionamento di un polverizzatore a basse portate, il che può migliorare l'affidabilità della vostra centrale elettrica.