زغال سنگ به عنوان قدیمی‌ترین سوخت فسیلی از دیرباز توسط انسان مورد استفاده قرار گرفته است. امروزه هرچند با ورود منابع متنوع انرژی، از اهمیت این سوخت نسبت به گذشته کاسته شده، اما به دلیل ارزان بودن و فراوانی منابع، همچنان مورد توجه بوده و از سهم نسبتا بزرگی در تامین انرژی دنیای مدرن امروز برخوردار است.
برخلاف نفت یا حتی گاز طبیعی، دسترسی به سوخت زغال سنگ نسبتاً آسان، هزینه استخراج آن پایین و در بسیاری از مناطق زمین دارای گستردگی و فراوانی بالایی می‌باشد. در نتیجه سهولت نسبی استخراج زغال سنگ با کمترین هزینه، می‌توان گفت این منبع انرژی، ارزانترین سوخت فسیلی است که حدود یک ششم قیمت گاز طبیعی برای هر واحد انرژی تولید شده هزینه دارد. با این حال، به دلیل ملاحظات محیط زیستی مصرف آن از سال 2008 به بعد رو به کاهش نهاده، اما با استفاده از تکنولوژی‌های جدید مساله آلایندگی تا حد زیادی قابل کنترل می‌باشد (به شرح زیر):
SOx : غلظت این آلاینده در دود خروجی بویلر با استفاده از واحدهای FGD به صورت پلنت مجزا و یا ادغام شده در کوره به میزان زیادی قابل کنترل می‌باشد.
NOx : غلظت این آلاینده در دود خروجی بویلر با بهینه‌سازی فرایند احتراق به ویژه در طرح‌های جدید CFB و همچنین استفاده از یونیت‌های SCR و یا SNCR به میزان زیادی قابل کنترل می‌باشد.
Dust : غلظت این آلاینده در دود خروجی بویلر با به کارگیری تجهیزاتی مانند ESP در مسیر دود به میزان زیادی قابل کنترل می‌باشد.
گازهای گلخانه ای: مهم‌ترین مشکل سوخت زغال در حال حاضر تولید گازهای گلخانه‌ای می‌باشد. این موضوع مشکل مشترک کلیه سوخت‌های فسیلی بوده، که در مورد سوخت زغال (با توجه به ماهیت سوخت) مشکل مضاعف به شمار می‌آید.
علاوه بر موضوع آلایندگی، مساله انتقال (با توجه به جامد بودن سوخت) و همچنین تجهیزات بیشتر و متنوع‌تر مورد استفاده در بویلرهای زغال‌سوز (در مقایسه با بویلرهای گازسوز و یا مایع سوز) مهم‌ترین چالش‌های پیش رو در طرح‌های زغال سوز هستند.
معرفی انواع بویلرهای زغال سنگ‌سوز از (نظر نوع احتراق) :
1- بویلرهای (Pulverized Coal) PC: این بویلرها در واقع نوع کلاسیک و قدیمی‌تر بویلرهای زغال‌سوز هستند. زغال سنگ مصرفی این بویلرها، قبل از احتراق شسته و آسیاب شده و سپس به داخل مشعل‌ها تزریق می‌شود. ساختار کلی این بویلرها شباهت ظاهری زیادی به بویلرهای Conventional با سوخت گاز و مایع داشته، اما به دلیل ماهیت متفاوت سوخت و احتراق زغال، اصول و روابط حاکم بر طراحی آن‌ها متفاوت و یا به عبارت دیگر، سخت‌گیرانه تر است.
2- بویلرهای (Circulating Fluidized Bed) CFB: در این بویلرها نیاز به شستن و آسیاب کردن زغال وجود ندارد. سوخت زغال به صورت Crush شده به داخل کوره تزریق و فرایند احتراق زغال در بستر سیالی کف کوره آغاز می‌شود. بستر سیالی از مخلوط زغال و Bed Material (شن برای راه‌اندازی و Ash تولیدی در زمان Normal Operation) تشکیل شده که با تزریق هوای اولیه احتراق از کف کوره از حالت بستر ثابت به بستر سیالی تبدیل می‌شوند. به دلیل ماهیت بستر سیالی، شرایط نسبتا یکنواختی از نظر دمایی و غلظت ذرات تشکیل دهنده در سراسر کوره حاکم می‌باشد. بستر سیالی شامل محصولات احتراق به همراه ذرات زغال نسوخته به سمت بالا حرکت کرده و از بخش فوقانی کوره خارج می‌شوند. به منظور تکمیل فرایند احتراق و همچنین حفاظت بیشتر کویل‌های حرارتی (سوپرهیتر، ری‌هیتر و اکونومایزر) در برابر ذرات جامد، بخشی از این دود (غنی از ذرات جامد و نسوخته) توسط حرکت سیکلونی جداشده و مجددا به داخل کوره برمی‌گردد. بنابراین تفاوت اصلی این بویلر با نوعPC ، نوع احتراق و سیرکولاسیون مخلوط سوخت و دود می‌باشد.
برای احتراق زغال در این بویلرها هیچ مشعلی وجود ندارد، اما معمولا مشعل‌هایی با سوخت گاز یا مایع در داخل کانال هوای احتراق قبل از ورود به کوره (In Duct Burners) و یا در دیواره‌های کوره (Over Bed Burners) در نظر گرفته می‌شود. In duct Burners صرفا برای راه‌اندازی و Over Bed Burners برای راه‌اندازی و همچنین کمک به پایداری احتراق (درصورت نیاز و به همراه سوخت زغال) و همچنین برای استفاده از سوخت کمکی (تا Load مشخص و بدون حضور زغال) مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مقایسه انواع بویلرهای زغال سنگ سوز:
به طور کلی بویلرهای PC در مقایسه با نوع CFB دارای مزایای زیر هستند:
- فراوانی بیشتر طرح‌ها و شرکت‌های صاحب تکنولوژی در سطح دنیا
- ساده‌تر و ارزان‌تر بودن بویلر (صرفا بویلر و نه تجهیزات جانبی)
- راندمان نسبی بالاتر (به ویژه در مورد سوخت‌های با کیفیت‌تر)
- پارامترهای کنترلی بهتر
همچنین بویلرهای CFB نیز در مقایسه با نوع PC دارای امتیازت زیر هستند:
- عدم نیاز به شستشو و یا آسیاب کردن زغال (زغال crush شده قابل استفاده است)
- حساسیت پایین به کیفیت سوخت
- دمای احتراق پایین‌تر و یکنواخت‌تر
- Slagging کمتر و عدم نیاز به Soot blower کوره
- NOx تولیدی کمتر (با در نظر گرفتن استانداردهای محیط‌زیستی، عمدتا نیاز به استفاده از واحدهای حذف‌کننده NOxوجود ندارد)
- امکان استفاده از FGD خشک در داخل کوره (با مصرف آب صفر و هزینه بسیار کمتر در مقایسه FGD مرطوب مورد استفاده برای واحدهای PC) برای حذف SOxتولیدی در اثر احتراق