Экология энергетики

Таблица 8.14

Электрофильтры вертикальные типов УВ и УВВ

Примечание. Электрофильтры унифицированные вертикальные применяются при низких скоростях газов в активном сечении (0,8 – 1,0 м/с) при разрежении в фильтре до 3,5 кПа (350 кгс/м2), концентрации пыли в газах до 30 г/м3, температуре газов до 250 оС, направлении потока газов снизу вверх. Расстояние между осадительными электродами 275 мм, удаление пыли механическое встряхивание ударами молотков.

Фильтры предназначены для улавливания угольной пыли из газов и газовоздушных смесей в процессах сушки твердого топлива и воздуха после циклонов пылесистем с шаровыми барабанными мельницами при температуре до 130 оС, разрежении в электрофильтре до 0,1 кПа (10 кгс/м2) и концентрации пыли до 60 г/м3. Направление потока снизу вверх; расстояние между осадительными электродами 350 мм; удаление пыли механическое встряхиванием ударами молотков. Для снижения давления при взрывах часть корпуса аппарата выполнена в виде открытых в атмосферу шахт с дополнительными откидными клапанами. Корпуса рассчитаны на сейсмичность 6 баллов и покрыты тепловой изоляцией.

183

Таблица 8.15

Примечание. Электрофильтры с горизонтальным ходом предназначены для обеспыливания неагрессивных газов с температурой до 330 оС при разрежении в фильтре до 5 кПа (500 мм вод. ст.) и напряжении на коронирующих электродах 50 – 60 кВ выпрямленного тока. Расстояние между соседними осадительными электродами 300 мм и составляет ширину

184

одного прохода газов с запыленностью (концентрацией пыли) не более 50 г/м3. Удаление пыли механическое посредством молотков, периодически ударяющих по электродам. Поставляются электрофильтры (внутреннее оборудование) транспортабельными блоками; дополнительные решетки для распределения газов, механизмы для встряхивания решеток, люки и пр. по специальному требованию. Корпус стальной, покрыт снаружи тепловой изоляцией, изготавливают на заводе или на месте. Электрофильтры рассчитываются на сейсмичность не более 7 баллов. Эффективность очистки в пределах 97 – 99 %.

Примечание. Расстояние между коронирующим и осадительным электродом В = 0,15 м, длина осадительного электрода 0,64 м.

185

Подбор типов электрофильтров по их сечениям и количеству полей для установки в комплексе того или иного котлоагрегата осуществляется специализированными проектными организациями. При этом учитывают не только расход подлежащих очистке газов, но также их состав, температуру, влажность, сорт сжигаемого топлива и его зольность, свойства золы по химическому и дисперсному составу, ее электропроводность и такие свойства, как слипаемость, схватываемость, сыпучесть и т.д. Все эти факторы оказывают большое влияние на эффективность очистки дымовых газов электро-фильтрами.

Питание электрофильтра импульсным напряжением. Питание электрофильтра импульсным напряжением осуществляется наложением на постоянное напряжение импульсов малой длительности. Увеличение амплитуды импульсов напряжения влечет за собой рост максимальной напряженности поля в межэлектродном промежутке, а также предельного заряда, получаемого частицами. Снижение средней плотности тока у поверхности осажденного слоя ведет к значительному снижению интенсивности обратной короны. В результате влияния приведенных факторов эффективность работы электрофильтра при улавливании высокоомной золы увеличивается. При питании импульсным напряжением проскок частиц снижается в 1,2-3 раза по сравнению с проскоком частиц через электрофильтр при питании его промышленным выпрямленным напряжением. Питание импульсным током оказывает положительное влияние на улучшение очистки дымовых газов за счет повышения отряхиваемости электродов.

При питании электрофильтра импульсным напряжением наибольший эффект наблюдается при ρ = 1010-1012 Ом м. Для других ρ применение импульсного напряжения не дает существенного эффекта.

Питание электрофильтра знакопеременным напряжением. Для улавливания высокоомной золы применяется способ питания электрофильтра знакопеременным напряжением низкой частоты прямоугольной формы, позволяющий устранить обратную корону. При этом полярности приложенного напряжения меняются, когда напряженность в слое приближается к своему пробивному значению. После переключения полярности слой на электроде перезаряжается, заряд частиц в межэлектродном промежутке также меняет свой знак, и сила, действующая на частицы, по-прежнему оказывается направленной к осадительному электроду. Слой золы оказывается электрически нейтральным, значительно ослабляются силы, удерживающие его на электроде, и при достижении определенной толщины слоя он может обрушиться под действием силы тяжести. При питании знакопеременным напряжением частица тогда движется к осадительному электроду, когда полярность приложенного напряжения совпадает со знаком заряда частицы. Время, в течение которого знак заряда противоположен знаку питающего напряжения и сила, действующая на частицу, направлена от осадительного электрода, определяется временем перезарядки частицы и скоростью нарастания

186

напряжения. Для снижения времени перезарядки частиц необходимо увеличить амплитуду напряжения, так как при этом возрастает ток, а значит, и плотность объемного заряда в промежутке.

Режим работы электрофильтра, когда регенерация электродов осуществляется без механического воздействия на осажденный слой золы, т.е. отключенных механизмах отряхивания электродов (режим самоочистки), позволяет повысить надежность работы электрофильтра.

При улавливании высокоомной пыли электрофильтром, питаемым знакопеременным напряжением, устраняется основная причина,

препятствующая нарастанию осаждаемого слоя обратный коронный разряд. В этом случае толщина слоя определяется силами адгезии, силой тяжести и электрическими силами, действующими на осажденный слой.

При использовании знакопеременного питания на слой действует периодически отрывающая и прижимающая электрическая сила, что способствует образованию более рыхлой структуры слоя по сравнению со структурой, получающейся при питании униполярным напряжением. В результате суммарного воздействия на осажденный слой золы отрывающей электрической силы и силы тяжести по мере накопления слоя происходит его самообрушение.

Однако имеется ряд причин, препятствующих эффективной работе электрофильтра при осуществлении режима самоочистки. Основные из них: повышенный вторичный унос частиц с поверхности осажденного слоя потоком газа из-за его рыхлой структуры, распыление слоя при его самообрушении, а также залповый выброс частиц с поверхности слоя в момент переключения полярностей.

Для повышения эффективности работы электрофильтров работы ведутся по двум основным направлениям. Первое направление включает работы по созданию соответствующих электрофизических условий, при которых обеспечивается полная реализация возможности самого процесса очистки. Второе направление охватывает работы по достижению максимальной эффективности и стабильности электрогазоочистки, когда требуемые для этого условия уже созданы.

На эффективность работы электрофильтров существенное влияние оказывают состав топлива, а также параметры и электрофизические свойства продуктов его сгорания.

Важнейшим условием для обеспечения высокой эффективности работы электрофильтров является предотвращение обратной короны, сопровождающейся выбросом в межэлектродное пространство положительных ионов. Это приводит к частичной нейтрализации отрицательно заряженных частичек золы и снижению степени их улавливания. Обратное коронирование обычно возникает при сжигании малосернистых углей с относительно невысоким содержанием влаги в топливе. С увеличением зольности топлива вероятность обратного коронирования повышается.

При установке электрофильтров перед воздухоподогревателем котла (при tг = 350-400°С) возникают эксплуатационные затруднения, связанные с

187

возможной нестабильностью процессов газоочистки при низком уровне рабочих напряжений, усложнением оборудования и снижением экономичности котла. Поэтому в бывшем Советском Союзе велись разработки электрофильтров, предназначенных для установки их за котлами. Задачи повышения работы электрофильтров в основном решались путем выбора рациональной конструкции с учетом температуры газов и их влагосодержания, а также состава и дисперсности золы.

1.8.6. Кондиционирование дымовых газов перед электрофильтрами

Эффективность работы электрофильтров в значительной степени зависит от удельного электрического сопротивления золы (ρ). При эксплуатации электрофильтров с импульсным напряжением улавливание золы наиболее эффективно при ρ= 1010-1012 Ом. Повышение степени очистки дымовых газов от золы электрофильтрами может быть достигнуто различными способами кондиционирования отводимых газов.

Существуют следующие способы кондиционирования дымовых газов:

-Температурно-влажностное кондиционирование (охлаждение и увлажнение потока газов путем впрыска воды в газоход перед электрофильтром). При реализации этого способа требуется значительное количество воды (до 150 т/ч для энергоблока мощностью 300 МВт), усиливается интенсивность процессов низкотемпературной коррозии газоходов и электрофильтров.

-Температурное кондиционирование (предварительное охлаждение дымовых газов в безконтактном теплообменнике). Для внедрения этого способа требуется пропуск дополнительного количества воздуха через воздухоподогреватель.

-Химические кондиционирование, основанное на добавке в пылегазовый поток соответствующих добавок, снижающих удельное электрическое сопротивление золы до приемлемых уровней.

Системы впрыска воды и бесконтактные теплообменники не получили распространения в энергетике. Способ химического кондиционирования получил распространение в энергетике многих стран мира. Эффективность применения этого способа во многом зависит от кондиционирующей присадки. Исследования показали, что в зависимости от состава золы углей в качестве добавок могут эффективно использоваться разные присадки. Удельное электрическое сопротивление золы практически не зависит от наличия сернистого ангидрида в дымовых газах. При вводе аммиака эффективность золоулавливания повышается в присутствии соляной кислоты или серного ангидрида. Наиболее эффективно это проявляется при содержании хлора в углях более 0,5%. Существуют низкотемпературный (при t=150-180°С) и высокотемпературный (при t > 400°C) ввод присадок. За рубежом получил широкое распространение способ кондиционирования

188

дымовых газов серным ангидридом или соединениями, содержащими его, в частности, серной кислоты и сульфата аммония.

Ниже приведены сведения об относительной стоимости применения некоторых присадок.

По экономическим показателям наиболее эффективно для кондиционирования дымовых газов применение серного ангидрида, получаемого из жидкой серы или сернистого газа. Однако в связи с достаточно высокой стоимостью и сложностью устройств для получения, транспортировки и ввода этого газа, его заменяют серной кислотой либо сульфатом аммония. Последний имеет преимущества перед серной кислотой из-за нейтральности при нормальных условиях и проявлением кислотных свойств только после термического разложения. Высокотемпературный ввод сульфата аммония более (в 1,5 раза) эффективней, чем низкотемпературный. Это объясняется тем, что при температуре свыше 400°С сульфат аммония разлагается с образованием паров серного ангидрида, воды и серной кислоты, которые обладают высокой реакционной способностью при взаимодействии с частичками золы. При низкотемпературном вводе сульфата аммония он превращается в бисульфат, который имеет удельную электропроводность в 2,5-3 раза ниже, чем серная кислота.

Механизм влияния кондиционирующих добавок в дымовые газы на эффективность золоулавливания в электрофильтрах проявляется в:

-снижении электрического сопротивления золы и повышении пробойного напряжения;

-сокращении вторичного уноса золы за счет увлажнения;

-образовании заряженного аэрозоля вблизи поверхности частиц золы;

-агломерации мелких частиц и образовании более крупных частиц. Электрическое сопротивление золы в значительной степени зависит от

содержания в ней горючих. При значении этого показателя более 15-20% механическое кондиционирование неэффективно. Для каменных и бурых углей с Sпр ≥ 0,075% кг/МДж химическое кондиционирование не требуется.

189

Минимальная величина добавок в значительной степени зависит от приведенной зольности топлив и может быть определена из соотношения:

Для некоторых углей с высоким содержанием кислотных компонентов (SiO2 + Fe2O3+Al2O3 > 90%) эффективным является метод двойного кондиционирования (серным ангидридом и аммиаком). Повышение эффективности золоулавливания в электрофильтрах при двойном химическом кондиционировании достигается за счет улучшения электрической характеристики межэлектродного пространства из-за образования в дымовых газах мельчайшего тумана с частицами сульфата аммония менее 1 мкм. Кроме того, повышается абсорбция влаги, что сопровождается улучшением когезии частиц летучей золы. При этом снижается унос золы при встряхивании электродов. При двойном кондиционировании место ввода аммиака и серного ангидрида практически не влияет на эффективность работы электрофильтра.

Первые испытания метода химического кондиционирования дымовых газов перед электрофильтрами в энергетике бывшего Советского Союза были проведены на Каширской ГРЭС-4 при сжигании кузнецкого угля. Кондиционирование осуществлялось водным раствором сульфата аммония. В обычных условиях из-за высокого удельного электрического сопротивления золы кузнецкого угля, а также относительно высокой скорости дымовых газов степень золоулавливания не превышала 90-92%.

Во время испытания впрыск раствора сульфата аммония осуществлялся на котле паропроизводительностью 950 т/ч в количестве 1-1,4 т/ч с концентрацией 0,5 моль/л, что обеспечивало концентрацию серного

ангидрида в дымовых газах перед электрофильтром до 10 10-6 ч. Степень золоулавливания повысилась до 97 %. При повышении концентрации серного ангидрида до (20-25) 10-6 ч. за счет подачи раствора сульфата аммония степень улавливания золы повысилась до 99%, ее проскок в электрофильтре снизился в 3 раза. Выходная запыленность дымовых газов составляла не более 0,2 г/м3.

1.8.7. Тканевые фильтры

Тканевые фильтры из-за особенностей их конструкции получили и другое название рукавные фильтры (РФ). В качестве материала фильтров применяется стекловолокно, полиэфир, стекловолокно с графитом и т.п. Скорость фильтрации для стекловолокна составляет 1,0 – 1,78 м/с, улавливаются частицы размером до 0,0025 мкм. При этом эффективность работы фильтров практически не зависит от состава дымовых газов и электрофизических свойств золы, что как отмечалось в разделе 8.5 существенно для электрофильтров. Рукавные фильтры в настоящее время

190