Экология энергетики

ζ - условный коэффициент гидравлического сопротивления циклонного

аппарата;

g – ускорение свободного падения; Wусл – условная скорость газов.

Условная скорость газов определяется как отношение секундного объемного расхода газов к поперечному сечению корпуса циклона или циклонного элемента. Для батарейного циклона

4Q

Wусл n Dср2 ,

где Qср – расход газов через батарейный циклон, м3/с, Qср = 0,5(Qвх+Qвых); n - количество элементов в батарейном циклоне;

D - внутренний диаметр корпуса циклонного элемента, м.

Обычно ζ определяется опытным путем при продувке циклонов или циклонных элементов на чистом воздухе. При работе на запыленом газе ζ уменьшается. В расчетах ζ принимают постоянным, тогда как в действительности он несколько повышается с увеличением расхода газов.

1.8.3. Жалюзийные золоуловители

Жалюзийные золоуловители из-за низкой степени очистки применяются, в основном, в котлах, сжигающих топлива с высокоабразивной золой (например, экибастузские), как встроенные, и предназначены для защиты последующих поверхностей нагрева от истирания и повышения надежности их работы. Схема жалюзийного золоуловителя (ЖЗУ) приведена на рис. 8.7. Принцип улавливания золы основан на разности сил инерции твердых частиц и газов. Состоит золоуловитель из корпуса 2, двух жалюзийных решеток 3, газоходов очищенных 4 и неочищенных газов 1. Газы проходят между лопастями решеток, увлекая с собой лишь небольшое количество мелких фракций золы, а более крупные частицы улавливаются в циклоне 5. Достоинствами ЖЗУ являются малые габариты, небольшое гидравлическое сопротивление, возможность установки в вертикальных и горизонтальных газоходах. Недостатки – частая замена решеток по причине их стирания (через 6-10 месяцев) и недостаточная степень очистки (70 – 80 %). Сведения о ЖЗУ ВТИ приведены в табл. 8.8.

171

решетка типовой конструкции состоит из трех двухрядных пучков, расположенных в шахматном порядке. Расстояние между пучками по ходу газов составляет 120 мм.

Прутки изготавливаются из стальных труб с деревянными заглушками. Для защиты от коррозии на трубы одеваются резиновые трубки (dн = 12 мм). Поперечный шаг прутков 31 мм. Расстояние по осям труб между рядами в двухрядных пучках 18 мм.

Прутки расположены горизонтально (с уклоном 0,5 % к наружной стене подводящего патрубка). Прутковая решетка непрерывно орошается водой из форсунок. отложения золы во входном патрубке удаляются с помощью смывных сопел периодической промывки, установленных на четырех горизонтальных и двух вертикальных вращаемых коллекторах. В среднем промывку проводят один раз в смену в течение пяти минут. Струи воды в верхней части корпуса вытекают из сопел касательно поверхности в сторону вращения газов.

Расход воды на орошение решетки и стенок золоуловителя определяется

как

G = 0,5F + 0,14 D, кг/с,

где F – площадь поперечного сечения входного патрубка, м2.

Степень улавливания золы в МП-ВТИ составляет 91 – 95 %, гидравлическое сопротивление 650 – 800 Па.

Основные данные о золоуловителях типа МП-ВТИ приведены в табл. 8.9.

Примечание. Золоуловители МП-ВТИ состоят из входного патрубка, в котором перед входом в сварной стальной цилиндр установлена многорядная из прутков решетка, орошаемая водой. Число рядов шахматно расположенных песочно-бакелитовых прутков 19 мм обычно четыре. Газы из решетки поступают в нижнюю часть вертикально стоящего цилиндра корпуса золоуловителя. Внутренняя поверхность корпуса и его конического днища футеруются кислотоупорной керамической плиткой на диабазовой замазке и окрашиваются кислотоупорным лаком. Внутренняя поверхность корпуса непрерывно орошается водой из специальных форсунок, размещенных в

175

верхней части корпуса с расстоянием 500 мм друг от друга. Количество форсунок меняется от 18 до 24. Уловленная зола с водой стекает в коническое днище и через гидрозатвор удаляется в золошлаковые каналы. Количество уловленной золы составляет 89 – 93 % поступившей. Температура газов в золоуловителях этого типа снижается до 94 96 оС. Для повышения степени улавливания золы вместо решетки в газоход встраивают коагулятор капель с трубкой Вентури, что повышает степень улавливания до 95 – 97 %. Аппарат с такой вставкой называют мокрым скоростным золоуловителем МС-ВТИ.

Одним из недостатков золоуловителей МП-ВТИ является сильное забивание прутковых решеток, особенно при улавливании золы, содержащей свободную СаО. Жесткость применяемой воды не должна быть выше 15

мг экв .

кг

Для котлоагрегатов производительностью 120 – 640 т/ч основным типом применяемых мокрых золоуловителей является золоуловитель с турбулентными коагуляторами Вентури (рис. 8.8 б) и типа МС-ВТИ (табл. 8.10).

Таблица 8.10.

Золоуловители МС-ВТИ

Труба Вентури состоит из короткого диффузора с углом раскрытия 60о, горловины и длинного диффузора с углом раскрытия 12о. В конфузоре трубы Вентури происходит увеличение скорости газов с 20 до 50 – 70 м/с. За счет большой разницы скоростей газов и капелек воды достигается интенсивное смачивание частиц уноса (коагуляция). Более крупные капли воды поглощают мелкие частицы золы, что обеспечивает их лучшее улавливание в центробежном скруббере, который выполняет роль каплеуловителя. Гидравлическое сопротивление золоуловителя 700 – 1150 Па, в том числе трубы Вентури 350 – 550 Па. Степень улавливания золы составляет 92 – 98 %. Расход воды, подаваемой в горловину трубы, принимается 0,15 – 0,20 кг/м3 газов. Золоуловителя МС-ВТИ в отличие от МП-ВТИ не забиваются золой.

Основным недостатком мокрых золоуловителей всех типов является их негативное влияние на работу дымососа из-за отложений мокрой золы на рабочих лопатках. Значительные золовые отложения наблюдаются во внешних

176

газоходах нижней части дымовой трубы за счет брызгоуноса. В обоих случаях это сказывается на надежности работы указанных устройств (разбаланс ротора дымососа и коррозия газоотводящих стволов дымовых труб).

Кроме того, в мокрых золоуловителях температура уходящих газов снижается и приближается к температуре точки росы, что способствует, как отмечалось, интенсификации коррозии оборудования и уменьшению эффективной высоты дымовой трубы. Поэтому на мощных блоках мокрые золоуловители не устанавливаются. При движении дымовых газов через золоуловитель в воде растворяется значительная часть SО2, SO3, NO2, СО2, образуя соответствующие кислоты. Это требует защиты металла золоуловителя от коррозии и принятие мер, предотвращающих загрязнение природных водоемов, куда сбрасывается отфильтрованная на золоотвалах вода. По существующим нормам мокрые золоуловители разрешается применять для очистки газов при содержании серы в сжигаемом топливе не более 1 % на 4,2 МДж/кг теплоты сгорания и температуре уходящих газов не выше 200 оС.

1.8.5. Электрофильтры

Процесс обеспыливания газов в электрофильтре протекает следующим образом: газы, содержащие взвешенные частицы, равномерным потоком проходят через неоднородное электрическое поле постоянного направления и высокой напряженности, которое создается между осадительными и коронирующими электродами.

Осадительные электроды присоединяются к положительному полюсу выпрямителя и заземляются, а коронирующие – изолируются от земли и к ним присоединяется провод от отрицательного полюса выпрямителя.

При подаче на электроды тока высокого напряжения в пространстве электрофильтра между электродами возникает электрическое поле, напряженность которого можно изменять путем регулирования напряжения. При увеличении напряжения до определенной величины в пространстве между электродами образуется коронный разряд. В зоне короны происходит ударная ионизация газа с образованием большого количества ионов. Положительные ионы быстро достигают коронирующего электрода, а отрицательные ионы и электроны, двигаясь под действием электрического поля, а также участвуя в беспорядочном тепловом движении газовых молекул, сталкиваются со взвешенными в газах частицами золы, адсорбируются ими, в результате чего частицы приобретают электрический заряд.

Заряженные частицы под действием электрического поля движутся к электродам и оседают на них, выделяясь, таким образом, из газового потока.

Наибольшая часть золы двигается к осадительным электродам и осаждается на их поверхности, меньшая же часть оседает на коронирующих электродах. Последнее происходит потому, что только небольшая часть золы вблизи коронирующих электродов заряжается положительно.

177

Электроды периодически встряхиваются, слой осажденной золы разрушается и она осыпается в бункера, откуда ее периодически или непрерывно удаляют.

Эффективность улавливания золы в электрофильтре определяется двумя основными факторами – скоростью дрейфа частиц золы σ и удельной поверхностью осаждения.

Скорость дрейфа частиц золы зависит от электрических характеристик электрофильтра (напряженность электрического поля зарядки и осаждения), а также от электрического сопротивления пылегазового потока (диэлектрической проницаемости вещества частицы и вакуума).

Процесс электрогазоочистки можно разделить на следующие стадии: зарядка взвешенных частиц в газе; движение заряженных частиц к электродам под действием сил поля; осаждение частиц на электродах;

удаление осажденных частиц из электрофильтра.

Вэнергетике используются электрофильтры различных конструкций. Большинство энергоблоков тепловых электростанций, работающих на твердом топливе, снабжаются электрофильтрами типов УГ и ЭГ.

Эти аппараты относятся к однозонным, сухим, низкотемпературным, горизонтальным, пластинчатым электрофильтрам, выпускаемым в односекционном исполнении.

Однозонными называются такие электрофильтры, в которых зарядка частиц и их осаждение происходит в одной конструктивной зоне.

Этим однозонные электрофильтры отличаются от двухзонных, в которых процессы зарядки и осаждения протекают в двух зонах – ионизаторе и осадителе.

Всухих электрофильтрах удаление осевших на электродах частиц производится сухим способом, например отряхиванием. Эти сухие фильтры отличаются от мокрых, в которых уловленная зола или пыль смывается с электродов водой или другой жидкостью.

Низкотемпературными считаются электрофильтры, предназначенные для очистки газов с температурой до 250°С.

Горизонтальные и вертикальные электрофильтры различаются между собой соответствующим направлением потока газов в активной зоне аппарата.

Впластинчатых электрофильтрах осадительные электроды выполнены в виде параллельных поверхностей, набранных из пластин того или иного сечения или из отдельных прутков. Этим пластинчатые электрофильтры отличаются от трубчатых, в которых осадительные электроды выполнены в виде труб круглого, шестигранного или овального сечения. Трубчатые электрофильтры всегда являются вертикальными, а пластинчатые могут быть либо вертикальными, либо горизонтальными.

Односекционные электрофильтры не разделены внутренними перегородками на самостоятельные, параллельно работающие секции в отличие от двухсекционных и трехсекционных фильтров.

178

Электрофильтры, применяемые для очистки различных объемов газа за единицу времени, отличаются друг от друга активной высотой электродов, активной длиной электрических полей по ходу газа, размерами площадей активных сечений. Эти параметры тесно связаны с такими характеристиками, как площадь осаждения и длина коронирующих элементов в электрофильтре.

Активной высотой электродов называется высота электрического поля, в котором происходит ионизация газа и зарядка улавливаемых частиц. Активная высота электродов или поля равна высоте коронирующего электрода.

Площадью активного сечения электрофильтра называется площадь его поперечного сечения, в которой происходит ионизация газа и зарядка частиц. По высоте эта площадь ограничивается активной высотой электродов, а ее ширина представляет собой сумму расстояний в свету между осадительными электродами.

Исходя из особенностей электрической очистки газов и конструктивных возможностей, горизонтальные электрофильтры выпускаются с различным количеством самостоятельных электрических полей, которые располагаются последовательно одно за другим по ходу газа. При наличии нескольких самостоятельных полей электрофильтры называются многопольными.

Наиболее распространенные электрофильтры типа УГ и ЭГ.

По конструктивному решению электрофильтры типа УГ имеют два габарита, которые отличаются активной высотой коронирующих электродов: УГ1 – электрофильтры первого габарита с активной высотой коронирующих электродов 4200 мм; УГ2 – электрофильтры второго габарита с активной высотой коронирующих электродов 7460 мм.

Длина электрических полей (иногда ее называют шириной поля) в апппаратах УГ1 и УГ2 унифицирована и составляет 2510 мм.

Электрофильтры ЭГ3 выпускаются третьего габарита с активной высотой коронирующих электродов 11900 мм. Длина электрических полей в аппаратах ЭГ3 составляет 4000 мм.

Электрофилтры тира УГ1 выполнены в двухпольном и трехпольном исполнении с площадью активного сечения 10 и 15 м2, УГ2 – в трехпольном и четырехпольном исполнении с площадью активного сечения 26, 37, 53 и 74 м2; ЭГ3 выполнены в трехпольном и четырехпольном исполнении с площадью активного сечения 177 и 265 м2.

На рис.8.9 показана схематически конструкция электрофильтра типа

ЭГА.

Электрофильтры УГ и ЭГ применяются для очистки газов при температурах не ниже температуры точки росы (кислотной или водяной), но и не выше 250°С при давлении внутри корпусов не более 0,5 кПа или разрежении не более 3,5 кПа. В зависимости от типоразмера эти электрофильтры способны обеспечивать необходимую степень очистки газов при их расходе от 25000 до

1000000 м3/ч и более.

В табл. 8.11 – 8.16 приведены сведения о конструкциях и технических характеристиках некоторых типоразмеров электрофильтров.

179