Экология энергетики

неслипающаяся (I), слабослипающаяся (II), среднеслипающаяся (III) и сильнослипающаяся (IV).

Зола с высокой слипаемостью забивает циклоны и мокрые золоуловители и плохо удаляется из бункеров. Это относится к золе АШ и в меньшей степени к золе бурых углей с малым количество недожога.

Для мокрых золоуловителей большое значение имеет содержание в золе свободной СаО. При большом содержании СаО их работа становится невозможной из-за цементации золы.

Использование золы тепловых электростанций представляет сложную народнохозяйственную проблему. Под золоотвалы мощной ТЭС отводится площадь от 300 до 800 га, а для некоторых до 1500 га. В среднем объем используемой золы в РФ не превышает 10%.

В РФ постоянно проводятся работы по расширению областей применения золы ТЭС. Перспективным направлением в использовании золы ТЭС является производство на ее основе пористых заполнителей (зольного гравия и аглопорита) при производстве легких бетонов. Одним из важных направлений является использование в дорожном строительстве золы-уноса и шлака в качестве наполнителя асфальтобетона. Зола некоторых каменных углей может использоваться как сырье при производстве концентратов железа; в сельском хозяйстве – в качестве добавки к минеральным удобрениям.

1.8.2. Циклоны и батарейные циклоны

Вряду золоуловителей циклоны и батарейные циклоны относятся к группе сухих инерционных аппаратов центробежного типа, в которых для отделения пыли от газа используется центробежная сила, возникающая вследствие вращательного движения газа в корпусе цилиндрической, цилиндро-конической и конической формы. По схеме движения газа (потока) циклонные аппараты можно разделить на противоточные, в которых газ изменяет направление движения на 180°, и прямоточные, сохраняющие направление движения.

Всвою очередь оба типа этих циклонных аппаратов в зависимости от способа подвода газа и конструктивного оформления устройства, закручивающего поток, можно разбить на циклоны с боковыми патрубками ввода газа

иаксиальные циклоны, в которые газ вводится вдоль оси, а для закрутки потока используются лопаточные завихрители (обычно в виде винта или

розетки).

На рис.8.1 показаны противоточные циклоны с различными способами закрутки потока. Важной характеристикой боковых патрубков является угол их наклона к поперечному сечению циклона, обозначенный β. Для циклонов СДК-

ЦН-33 и СК-ЦН-34 β= 0°.

Параметр золоулавливания в циклоне определяется из выражения

161

где τр – время релоксации (время разгона частицы от нулевого значения скорости до скорости дрейфа (в с);

U – скорость потока газов, м/с;

R,D - радиус и диаметр циклона, м;

n - число оборотов потока до выхода из циклона;

Dо- соответственно диаметр внутреннего цилиндра циклона, м

С уменьшением диаметра эффективность циклонов возрастает, причем наиболее заметно это проявляется при улавливании относительно мелких частиц. Попытка использовать циклонные аппараты для улавливания тонкодисперсных пылей привела к созданию групповых циклонов, которые состоят из нескольких циклонов, соединенных общим пылесборным бункером и камерой для выхода очищенных газов, но имеет индивидуальный подвод пылегазовой смеси к каждому из циклонов группы.

Эффективность золоулавливания групповых циклонов, особенно для мелких частиц, существенно меньше эффективности улавливания одиночного циклона. Это явление объясняется неравномерной загрузкой группы циклонов пылегазовой смесью. Через золовыводные отверстия циклонов аэродинамическая неравномерность (аэродинамическая разверка)

162

распространяется и на общий бункер, вследствие чего возникают перетоки газов по бункеру от золовыводных отверстий циклонов, имеющих большее давление или меньшее разрежение, к золовыводным отверстиям с меньшим давлением или большим разрежением. Перетоки воздействуют в основном на мелкие частицы, способствуя их выносу через выхлопные трубы менее нагруженных циклонов группы.

Несмотря на недостаточно высокую эффективность, групповые циклоны нашли широкое применение во всех отраслях промышленности, в том числе и в промышленной теплоэнергетике, где они устанавливаются для улавливания твердых частиц уноса (золы и продуктов механического недожога) из дымовых газов котельных установок малой мощности – как правило, со слоевыми топками.

Типовая компоновка блока из шести циклонов приведена на рис. 8.2, а в табл. 8.2 приведены данные блок-циклонов для улавливания сухой золы. Сведения о блочных батарейных циклонах приведены в табл. 8.3.

Таблица 8.2.

Примечание. Циклоны применяются при разрежении до 2,5 кПа (250 кгс/м2) правого и левого исполнения для входного патрубка. Допускаемая

запыленность газа при слабослипающейся золе для циклонов с D=400 мм

200 г/м3, с D=600 мм 300 г/м3, с D=800 мм 400 г/м3. Для среднеслипающейся золы запыленность газов снижается в 2 раза, для

163

сильнослипающейся в 4 раза. Очищенные газы имеют запыленность при слоевом сжигании 0,2 – 0,6 г/м3. Коэффициент гидравлического сопротивления циклона ЦН-15 105. Степень очистки газов при слоевом сжигании 80 90 %, при пылевидном 70 – 80 %.

В числителе указаны высота и масса при боковом отводе газов, в знаменателе высота и масса при верхнем отводе газов.

164

Примечание. Размеры циклона, отлитого из чугуна: внутренний диаметр 254 мм, высота 1020 мм, диаметр опорного фланца 230 мм, диаметр выхлопной трубы 133х4 мм. Направляющий аппарат типа «Розетка» имеет восемь лопаток, наклоненных к горизонту под углом 25о с коэффициентом перекрытия 15, что дает коэффициент гидравлического сопротивления =90. При слоевом сжигании топлива степень очистки 85 – 95, при камерном 80 – 90 % в зависимости от фракционного состава золы. Размер выпускных отверстий из каждого бункера 200х200 мм. Имеются модификации циклонов, кроме розетки: «Винт» и с безударным направляющим инструментом. Первый («Винт») дает меньшую степень очистки дымовых газов по сравнению с типом «Розетка» с восемью лопатками и безударным входом. Аппараты применяются для улавливания слабо- и неслипающейся золы. Максимально допускаемая запыленность дымовых газов при диаметре элемента составляет: d = 100 мм

уэлемента «Винт» 25 г/м3, у элемента «Розетка» 15 г/м3; при d = 150 мм

соответственно 50 и 53 и при d = 250 мм 100 и 75 г/м3. При неслипающейся золе содержание в газах последней может быть увеличено вдвое. Батарейные циклоны могут работать под разрежением или давлением до 2,5 кПа (250 кгс/м2). На крышке выходной части батареи имеется лаз и ставят взрывной клапан; на входном коробе языковый шибер. Поставляют батарейный циклон собранным в корпусе с входным коробом, бункером для золы и шибером.

На ТЭС, которые в отличие от котельных установок малой мощности характеризуются более мелкими (тонкодисперсными) фракциями уноса в дымовых газах, групповые циклоны используются крайне редко.

Установка группы циклонов, соединенных общим бункером и камерой очищенных газов, но имеющих индивидуальный подвод пылегазовой смеси к каждому циклону, не позволила реализовать возможность повышения эффективности очистки газов за счет применения циклонных элементов малого диаметра. В дальнейшем метод параллельной работы циклонов малого диаметра был осуществлен в конструкции батарейных циклонов, имеющих общие для всех циклонных элементов бункер, камеру запыленных газов (входную) и камеру очищенных газов (выходную). Таким образом, батарейный циклон – это аппарат для улавливания твердых частиц из газа, состоящий из циклонов небольшого диаметра (обычно до 250 мм), сообщающихся между собой общими бункером, камерами запыленного и очищенного газа.

Примеры конструктивного выполнения батарейных циклонов приведены на рис. 8.3, 8.4. Сведения о некоторых типах батарейных циклонов приведены в табл. 8.4, 8.5, 8.6.

165

Примечание. В обозначении типоразмера первая цифра количество секций, вторая число рядов циклонов по ходу газов; в скобках первая цифра число циклонов поперек хода газов в большей секции, вторая то же в малой. Переключение секций осуществляется с помощью шибера, установленного во входном патрубке. Из бункера уловленная зола удаляется из каждой секции через отверстие 200х200 мм. Батарейный циклон используют для улавливания золы углей, не содержащих СаО, с КПД до 82 – 90 %.

166

тангенциальным подводом газа типа «Энергоуголь» с внутренним диаметром 231 мм. Нормальный ряд таких циклонов для котлов паропроизводительностью от 20 до 500 т/ч представлен в табл. 8.7. В маркировке циклонов содержатся основные данные по типоразмерам; например 4х14хm означает четырехсекционный аппарат с 14 элементами в глубину и с m элементами по ширине.

Примечание. Расчетное сечение элемента ц = 0,042 м2.

Используемые в батарейных пылеуловителях маленькие циклоны принято называть циклонными элементами, отдельные схемы которых приведены на рис. 8.5. Батарейные циклоны с элементами диаметром меньше 100 мм иногда называют мультициклонами.

169

Примером перехода от групповых циклонов к батарейным является изображенный на рис.8.6 "Мультиаэродин". В аппарате на двух разных по вертикали уровнях установлено 80 циклонных элементов, сообщающихся между собой по общему бункеру и отводящему газоходу. В отличие от батарейных циклонов к "Мультиаэродину" газы подводятся не одним общим, а четырьмя раздельными газоходами, каждый из которых подает газы к группе из 10 элементов верхнего и 10 элементов нижнего рядов. Зола, уловленная в элементах верхнего ряда, ссыпается по расположенным под углом 45° металлическим листам, которые отделяют пространство над выхлопными трубами элементов нижнего ряда от верхней части аппарата.

Важным параметром циклонных аппаратов является гидравлическое сопротивление, определяемое по формуле

где γг- удельный вес газов, Н/м3; ρг – плотность газов, кг/м3;

170