(बुनियादी ज्ञान) सर्कुलेटिंग फ्लूइडाइज्ड बेड बॉयलर की मूल विशेषताएँ क्या हैं?

सर्कुलेटिंग फ्लूइडाइज्ड बेड बॉयलर की मूल विशेषताएँ क्या हैं? सर्कुलेटिंग फ्लो-अटेड बॉयलर की मुख्य विशेषताएँ निम्नलिखित हैं: (1) कम तापमान पर दहन प्रक्रिया का नियंत्रण। इसकी दहन गति मुख्य रूप से रासायनिक अभिक्रिया की गति पर निर्भर होती है, एवं यह तापमान स्तर पर निर्धारित होती है। भौतिक कारक, अब दहन को नियंत्रित करने वाले मुख्य कारक नहीं रह गए हैं। (2) उच्च गति, उच्च सांद्रता, एवं उच्च प्रवाह-दर वाली ठोस पदार्थों की प्रवाह-प्रक्रिया। सर्कुलेटिंग फ्लूइडाइज्ड बेड बॉयलरों में दहन की प्रक्रिया, इन दोनों प्रकार की चक्रीय गतियों के माध्यम से ही धीरे-धीरे पूरी होती है। (3) उच्च-तीव्रता वाली ऊष्मा, द्रव्यमान एवं संवेग का हस्तांतरण। सर्कुलेटिंग फ्लूइडाइज्ड बेड बॉयलर में ऊष्मा, मुख्य रूप से उच्च गति, उच्च सांद्रता एवं उच्च प्रवाह दर वाली ठोस सामग्री के आपस में चक्रीय गति के कारण ही पैदा होती है। बॉयलर के अंदर ऊष्मा, द्रव्यमान एवं संवेग का हस्तांतरण बहुत ही तेज़ गति से होता है; इस कारण पूरे बॉयलर में तापमान समान रहता है। (4) भार अलग-अलग होने पर, फ्लूइडाइजेशन की स्थिति में परिवर्तन होता है; यह सबसे कम 0 होता है।

(1) कम तापमान पर दहन: फ्लूइडाइज्ड बेड दहन, स्तरीय दहन एवं कोयले के चूर्ण का दहन आपस में बहुत अलग है। ऐसी प्रक्रियाओं में हमेशा ही भट्ठी में पर्याप्त मात्रा में उच्च तापमान वाले निष्क्रिय पदार्थ (जैसे राख, चूनापत्थर या रेत आदि) होना आवश्यक है। ये निष्क्रिय पदार्थ, भट्ठी में मौजूद कुल ठोस पदार्थों का 97–98% हिस्सा होते हैं। अर्थात्, भट्ठी में मौजूद ठोस ज्वलनशील पदार्थों का हिस्सा कुल पदार्थों का केवल 2–3% ही होता है। इसलिए, 850–900°C जैसे कम तापमान पर भी, पर्याप्त ऑक्सीजन की उपस्थिति में कोई भी ठोस ईंधन पूरी तरह जल सकता है। इसके अलावा, ईंधन का भट्ठी में लंबे समय तक रहना एवं भट्टी में मौजूद पदार्थों का तीव्र मिश्रण, 850–900°C जैसे कम तापमान पर भी फ्लूइडाइज्ड बेड बॉयलरों में किसी भी ईंधन के स्थिर एवं कुशल दहन हेतु पर्याप्त है। (II) उत्कृष्ट ईंधन-अनुकूलन क्षमता: चूँकि फ्लो-बेड बॉयलरों में निम्न तापमान पर दहन होता है, इसलिए इनमें ईंधन-अनुकूलन क्षमता बहुत अच्छी होती है। लगभग किसी भी प्रकार के ईंधन के लिए ऐसे फ्लो-बेड बॉयलर डिज़ाइन किए जा सकते हैं; ऐसे बॉयलरों में दहन प्रक्रिया स्थिर रहती है, एवं दहन दक्षता भी बहुत अधिक होती है। ； मौजूदा फ्लो-बेड बॉयलरों में, ईंधन के गुणों में काफी हद तक परिवर्तन होने पर भी, बॉयलर स्थिर रूप से जलना जारी रखता है। अब तक, फ्लो-बेड बॉयलरों में सफलतापूर्वक जलाए गए ईंधनों में हर प्रकार का कोयला शामिल है; जिसमें उच्च राख एवं जल सामग्री वाला ब्राउन कोयला, कम वाष्पशीलता वाला अनस्मोकिंग कोयला, विभिन्न प्रकार के कोयलों से प्राप्त कचरा, कोयले का गंदा पदार्थ, शिस्ट, विभिन्न प्रकार का पेट्रोलियम कोक, ऑयल शेल, टर्फ, शहरी कचरा, तेल-आधारित कचरा, पुराने टायर, कृषि/वानिकी से प्राप्त बायोमास कचरा – जैसे पेड़ों की छाल, लकड़ी के टुकड़े, धान के भूसे, गन्ने का अवशेष आदि भी शामिल हैं। इसका उपयोग विभिन्न प्रकार के तरल एवं गैसीय ईंधनों को जलाने हेतु भी किया जा सकता है। विभिन्न प्रकार के ईंधनों को अलग-अलग या मिलाकर भी जलाया जा सकता है; यह किसी अन्य दहन विधि की तुलना में बेहतर है। (III) कम प्रदूषक उत्सर्जन – फ्लो-बेड बॉयलरों में कम तापमान पर ही दहन होता है; इस कारण थर्मल NOx का उत्पादन कम हो जाता है। वहीं, स्तरीय दहन विधि के उपयोग से ईंधन-आधारित NOx के उत्सर्जन को भी नियंत्रित किया जा सकता है। इस प्रकार, फ्लो-बेड बॉयलरों में NOx का उत्पादन कोयला-आधारित बॉयलरों की तुलना में केवल 1/3 से 1/4 ही होता है। बबलिंग फ्लो-बेड बॉयलरों में NOx उत्सर्जन को 0.03–0.04% से कम रखा जा सकता है, जबकि सर्कुलेटिंग फ्लो-बेड बॉयलरों में यह मान 0.01–0.02% तक ही रहता है। इसके अलावा, यदि दहन प्रक्रिया के दौरान सीधे ही भट्ठी में चूनापत्थर या डोलोमाइट मिलाया जाए, तो 850–900℃ का दहन तापमान, चूना (CaO) एवं डाइऑक्साइड ऑफ सल्फर (SO2) के बीच अभिक्रिया हेतु आदर्श तापमान होता है। इसलिए, कोयले में मौजूद सल्फर की मात्रा के आधार पर, फ्लूइडाइज्ड बेड बॉयलर की भट्ठी में उचित मात्रा में चूनापत्थर मिलाने से लगभग 90% तक सल्फर हटाया जा सकता है। अतः, फ्लो-बेड एक किफायती एवं प्रदूषण-रहित कोयला-दहन तकनीक है; यही कारण है कि दुनिया भर में इसे बहुत महत्व दिया जा रहा है, एवं यह तेजी से विकसित हो रही है। (IV) उच्च दहन तीव्रता – फ्लो-अटेम्प्ड बर्निंग प्रक्रिया में तीव्र टर्बुलेंट मिश्रण होने के कारण, सर्कुलेटिंग फ्लो-अटेम्प्ड बॉयलर में दहन पूरे चैंबर के भीतर ही होता है। इस कारण इसकी दहन तीव्रता में वृद्धि हो जाती है; प्रति इकाई आयतन में उत्पन्न ऊर्जा में भी वृद्धि हो जाती है, जिससे चैंबर का क्षेत्रफल एवं आयतन कम हो जाता है। सर्कुलेटिंग फ्लूइडाइज्ड बेड बॉयलरों का आकार, सामान्य बॉयलरों की तुलना में छोटा रखा जा सकता है। (व) बिस्तर के अंदर ऊष्मा संचरण की क्षमता उच्च होती है। फ्लो-बेड में उच्च स्तर की ऊष्मा संचरण क्षमता के कारण, भट्टी में उपयोग होने वाली धातु की मात्रा में कमी आती है। बबल फ्लूइडाइज्ड बेड बॉयलरों में, बेड के अंदर मौजूद गैस/ठोस मिश्रण का, बेड में मौजूद पाइपों तक ऊष्मा स्थानांतरण का गुणांक 233–326 वाट/(मी²·केल्विन) होता है। वहीं, सर्कुलेटिंग फ्लूइडाइज्ड बेड बॉयलरों में, फर्नेस के अंदर मौजूद गैस/ठोस मिश्रण का, वॉटर-कूल्ड वॉल्स तक ऊष्मा स्थानांतरण का गुणांक 450–100 वाट/(मी²·केल्विन) की सीमा में होता है। (छह) बोझ-नियंत्रण क्षमता उत्कृष्ट है – चूँकि भट्टी में पर्याप्त मात्रा में ऊष्मा-संग्रहीत सामग्री उपलब्ध होती है, इसलिए फ्लूइडाइज्ड-बेड बॉयलर में बोझ-नियंत्रण क्षमता बेहतरीन होती है। कम से कम 20% निर्धारित बोझ पर भी यह बॉयलर स्थिर रूप से जलना जारी रख सकता है। (वह) इसका संचालन एवं रखरखाव आसान है। चूँकि दहन का तापमान कम होता है, इसलिए राख नरम या चिपचिपी नहीं होती; इस प्रकार भट्ठी के अंदर राख जमने की समस्या ही नहीं होती। इसलिए भट्ठी के अंदर ब्लोअर लगाने की आवश्यकता ही नहीं है। कम भट्ठी तापमान के कारण, भट्ठी की आंतरिक सतहों पर ऊष्मा-प्रवाह दर कम हो जाती है; इससे ऊष्मा-संचरण संबंधी समस्याओं के कारण पाइपों में दरार आने की संभावना कम हो जाती है। जलने की प्रक्रिया से होने वाला क्षय भी, लेयर-फायर बॉयलरों एवं कोयला-पाउडर बॉयलरों की तुलना में क ये सभी कारक, फ्लूइडाइज्ड बेड बॉयलरों को संचालित एवं रखरखाव करने में सहायक होते हैं। जहाँ तक फ्लो-बेड बॉयलरों में होने वाली क्षय समस्याओं का संबंध है, तो क्षय-प्रवण हिस्सों पर अग्निरोधक सामग्री की परत लगाने जैसे कई उपाय किए गए हैं; इससे यह समस्या हल हो गई है। (अष्ट) राख का बहुउद्देशीय उपयोग संभव है। कम तापमान पर दहन से उत्पन्न होने वाली राख में अच्छी गतिशीलता होती है; इसके अलावा, इसकी उड़ने वाली राख एवं तलीय राख में कार्बन की मात्रा कम होती है – आमतौर पर 4–5% से कम। इसे सीमेंट बनाने हेतु अथवा अन्य निर्माण सामग्रियों के निर्माण हेतु कच्चे माल के रूप में उपयोग में लाया जा सकता है। ऐसा करने से राख का बहुउद्देशीय उपयोग संभव हो जाता है।

चक्रीय फ्लूइडाइज्ड बेड दहन भट्टियों की मुख्य विशेषताएँ:
(1) कम तापमान पर ऊर्जा-नियंत्रित दहन
चक्रीय फ्लूइडाइज्ड बेड दहन, ऐसी ही एक दहन प्रक्रिया है; जिसमें भट्टी के अंदर उच्च गति से चलने वाली धुएँ की गैसें, उसमें मौजूद ठोस कणों के संपर्क में आती हैं। इस प्रक्रिया में बड़ी मात्रा में कण आपस में मिलते रहते हैं।； इसके साथ ही, भट्ठी के बाहर ही अधिकांश उच्च तापमान वाले ठोस कणों को पकड़ लिया जाता है, एवं उन्हें पुनः भट्ठी में भेजकर दोबारा दहन प्रक्रिया में शामिल किया जाता है; इस प्रकार दहन प्रक्रिया लगातार दोहराई जाती रहती है। जाहिर है, चूल्हे के अंदर ईंधन जलने में लगने वाला समय बढ़ गया है। इस दहन विधि में, धातु से गंधक हटाने हेतु आवश्यक इष्टतम तापमान के कारण भट्ठी का तापमान आम तौर पर लगभग 850℃ ही रहता है। ऐसा तापमान, सामान्य कोयला-चूर्ण आधारित भट्टियों में पाए जाने वाले तापमान से कहीं कम होता है; साथ ही, यह सामान्य कोयले के गंदगी-पिघलने के बिंदु से भी कम होता है। इस कारण गंदगी के पिघलने से उत्पन्न होने वाली समस्याओं से छुटकारा मिल जाता है। इस “कम तापमान पर दहन” विधि के कई फायदे हैं। भट्टी में अवक्षेपों एवं क्षारीय धातुओं का निर्माण कोयला-पाउडर आधारित भट्टियों की तुलना में काफी कम होता है। राख के गुणों पर प्रभाव भी कम होता है; उच्च तापमान वाली राख को ठंडा करने हेतु बहुत अधिक जगह की आवश्यकता नहीं होती। नाइट्रोजन ऑक्साइडों का उत्पादन भी कम होता है। इसके अलावा, भट्टी में सस्ती एवं प्रभावी डीसल्फराइजेशन प्रक्रियाएँ भी संभव हैं। दहन अभिक्रिया की गतिशीलता के दृष्टिकोण से, सर्कुलेटिंग फ्लूइडाइज्ड बेड बॉयलर में दहन अभिक्रिया “ऊर्जा-उत्पादक क्षेत्र” (या संक्रमण क्षेत्र) में ही नियंत्रित होती है। चूँकि सर्कुलेटिंग फ्लो-बेड बॉयलरों में तापमान अपेक्षाकृत कम होता है, एवं वहाँ बड़ी मात्रा में ठोस कण मौजूद होते हैं; इसलिए ऐसी स्थितियों में दहन दर मुख्य रूप से रासायनिक अभिक्रियाओं की गति पर निर्भर होती है… अर्थात् यह तापमान स्तर पर ही निर्भर है। ऐसी स्थितियों में भौतिक कारक दहन दर को नियंत्रित करने वाले मुख्य कारक नहीं रह जाते। सर्कुलेटिंग फ्लो-एब्लेड बॉयलरों में ईंधन का दहन स्तर बहुत उच्च होता है; आम तौर पर, अच्छी गुणवत्ता वाले सर्कुलेटिंग फ्लो-एब्लेड बॉयलरों में दहन दक्षता 95–99% से भी अधिक होती है। (2) उच्च गति, उच्च सांद्रता एवं उच्च प्रवाह-दर वाली ठोस पदार्थों की प्रक्रिया – चक्रीय फ्लूइडाइज्ड बेड भट्टियों में, ठोस पदार्थ (जैसे ईंधन, कोयले का अवशेष, राख, डीसल्फराइजिंग एजेंट एवं निष्क्रिय पदार्थ आदि) भट्टी, विभाजक एवं पुनर्प्रवाह उपकरणों के माध्यम से चक्रीय प्रक्रिया से गुजरते हैं। साथ ही, भट्ठी के अंदर दीवारों के प्रभाव के कारण आंतरिक परिसंचरण भी होता है; इसलिए सर्कुलेटिंग फ्लूइडाइज्ड बोयलर में मौजूद पदार्थ बाहरी एवं आंतरिक दोनों प्रकार के परिसंचरणों में भाग लेते हैं। पूरी दहन प्रक्रिया, साथ ही डीसल्फराइजेशन प्रक्रिया भी, इन दोनों प्रकार के चक्रीय प्रक्रमों के माध्यम से ही धीरे-धीरे पूरी होती है। (3) उच्च-तीव्रता वाली ऊष्मा, द्रव्यमान एवं संवेग का हस्तांतरण प्रक्रिया: चक्रीय फ्लोटिंग-बेड भट्टियों में, बड़ी मात्रा में ठोस पदार्थ तीव्र अशांत प्रवाह के कारण भट्टी के अंदर से गुजरते हैं। मानवीय हस्तक्षेप द्वारा पदार्थों के प्रवाह की मात्रा को बदला जा सकता है, एवं भट्टी के अंदर पदार्थों के वितरण को भी बदला जा सकता है; ताकि विभिन्न दहन परिस्थितियों के अनुकूल व्यवस्था की जा सके। इस संगठन प्रणाली में, भट्टी के अंदर ऊष्मा, द्रव्यमान एवं संवेग का हस्तांतरण बहुत ही तीव्र होता है; इस कारण पूरी भट्टी के अंदर तापमान का वितरण समान रहता है।