21_Expluatatsia_parovykh_kotlov-ispravlennoe
.pdf
|
|
|
|
|
591 |
|
|
|
|
|
сжигании природного газа и переходе с одноступенчатого на двухступенча- |
||||||||||
тое сжигание, используя двухъярусное расположение горелок. В первой сту- |
||||||||||
пени сжигания обеспечивают избыток воздуха α = 0,75 − 0,85 , при этом не |
||||||||||
происходит полного сгорания топлива. Кроме снижения уровня температуры |
||||||||||
в зоне горения, здесь создаются условия для восстановления оксидов азота |
||||||||||
при их контакте с раскаленным углеродом или промежуточными продуктами |
||||||||||
при нехватке кислорода: |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
2NO+С → 2CO+N2 , |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
2NO+2CO → 2CO2 +N2 , |
|
|
(21.13) |
|||
|
|
|
|
2NO+CH2 → CO+H2O+N2. |
|
|
|
|
||
|
|
В результате выход NOx в первой зоне резко сокращается. Во второй |
||||||||
зоне при избытке воздуха больше единицы температура газов уже не достига- |
||||||||||
ет уровня активного образования термических оксидов. |
|
|
|
|
||||||
α |
|
|
|
|
2 |
Организация |
рецирку- |
|||
1,2 |
|
|
α"2 =1,2 |
ляции газов в топку показана |
||||||
α1' |
= 1,05 |
|
на рис. 21.16. Влияние рецир- |
|||||||
|
|
|
||||||||
1,0 |
α |
' |
= 0,85 |
1 |
куляции наиболее значитель- |
|||||
0,8 |
2 |
но при вводе продуктов сго- |
||||||||
|
|
|
||||||||
NOx , |
|
|
|
|
рания в |
воздуховоды перед |
||||
|
|
|
1 |
горелками, когда они в смеси |
||||||
мг/м |
3 |
|
|
|
||||||
|
|
|
с горячим воздухом поступа- |
|||||||
|
|
|
|
|
||||||
400 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
ют в топку (рис. 21.16, б). |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
300 |
|
|
|
2 |
Надо отмстить, что наи- |
|||||
200 |
|
|
|
больший |
эффект |
снижения |
||||
|
|
|
|
|||||||
100 |
|
|
|
|
концентрации NOx |
в продук- |
||||
|
|
|
|
тах сгорания достигается при |
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
Lф |
доле |
|
рециркуляции |
||
Рис. 21.15. Изменение концентрации оксидов азота |
rрц = 0,2 − 0,3 |
|
(20–30%). |
|||||||
на выходе из зоны активного горения при одно- и |
Дальнейшее |
увеличение |
rрц |
|||||||
двухступенчатом сжигании природного газа; 1 – од- |
при сжигании газа и мазута |
|||||||||
ноступенчатое сжигание при αгор |
= α 1=1,05 ; 2 – |
|||||||||
двухступенчатое сжигание с разным избытком воз- |
ведет к затягиванию горения |
|||||||||
и появлению недожога топли- |
||||||||||
духа в подзонах горения |
|
ва. К тому же максимальное |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
подавление образования NOx |
требуется при номинальной или близкой к ней |
|||||||||
нагрузке, когда ввод заметного количества газов рециркуляции сильно увели- |
||||||||||
чивает скорость газов и аэродинамическое сопротивление газового тракта. |
|
|||||||||
|
|
Частичный эффект снижения образования NOx создают горелки двух- |
||||||||
ступенчатого сжигания (ГДС). Принцип их работы основан на том, что вто- |
||||||||||
ричный поток воздуха участвует в дожигании топлива на более поздней ста- |
592
дии. Таким образом, прогрев топлива, выход летучих и разложение сложных углеводородных соединении топлива происходит в зоне с α <1. Это обеспе- чивает снижение образования топливных и быстрых NOx в начальной части
факела и понижение максимальной температуры горения.
Наиболее глубокое подавление образования оксидов азота возможно при сочетании разных способов. Так, например, организация ступенчатого сжигания в топке может сопровождаться частичной рециркуляцией газов.
NO |
100% |
(NOx )x |
|
r=0 |
|
а) |
б) |
Рис. 21.16. Влияние степени рециркуляции газов на выход оксидов азота: а – общая схема рециркуляции газов; б – относительное изменение концентрации NOx от дели рециркуля-
ции газов; 1 – без рециркуляции; 2 – ввод рециркуляции через сопла боковых стен; 3 – то же под работающие горелки; 4 – то же непосредственно в горелки (внутренний канал для газов рециркуляции)
При сжигании газа и мазута удачным является сочетание впрыска воды с рециркуляцией газов, причем при высокой нагрузке котла целесообразно использование впрыска воды в зону горения (0,5–0,6% от расхода перегретого пара), а при более низкой нагрузке – усиление рециркуляции газов.
Конструктивно обеспечение впрыска воды значительно дешевле, чем рециркуляция газов, но при этом способе ниже КПД котла за счет увеличения потерь с уходящими газами (рост объема водяных паров в газах).
21.8.3. Золоулавливание
Для очистки дымовых газов от твердых частиц (золы уноса) все котель- ные установки, работающие на твердом топливе, оснащаются золоуловителя- ми. Эффективность золоулавливания в большой степени зависит от физико- химических свойств золы и дымовых газов. Основными характеристиками
593
золы являются плотность, дисперсный состав (массовая доля частиц различ- ного размера), электрическое сопротивление (для электрофильтров), слипаем ость. В зависимости от методов выведения частиц из потока дымовых газов золоуловители подразделяются на инерционные (механические), мокрые и электрофильтры.
Основным показателем работы золоуловителя является коэффициент золоулавливания
ηзу = (Gвх − Gвых ) / Gвх , |
(21.14) |
где Gвх , Gвых – количество поступающей и выходящей из золоуловителя зо-
лы.
Для проведения расчетов удобна также обратная величина – степень
проскока
р = 1 − ηзу = Gвых / Gвх . |
(21.15) |
Коэффициент золоулавливания согласно «Норм технологического про- ектирования тепловых электрических станций» должен выдерживаться в сле- дующих пределах:
–для конденсационных электростанций (КЭС) мощностью 2400 МВт и
выше и ТЭЦ мощностью 500 МВт и выше степень очистки газов должна быть не ниже 99% при приведенной зольности Ап = 1 %·кг/МДж и 99,5% при боль- шей зольности;
–для КЭС мощностью 1000–2400 МВт и ТЭЦ 300–500 МВт – не ниже
98 и 99%;
–для КЭС мощностью 500–1000 МВт и ТЭЦ 150–300 МВт – не ниже 96
и98%;
–для КЭС и ТЭЦ меньшей мощности степень очистки газов принима-
ется 93 и 96%.
Механические золоуловители. В качестве инерционных (механических)
золоуловителей наибольшее применение получили циклоны, в которых осаж- дение золы происходит за счет центробежных сил при вращательном движе- нии потока. Поступающий тангенциально через входной патрубок (рис. 21.17) газ движется в канале, образованном наружной и внутренней цилинд- рическими поверхностями циклона, где под действием центробежных сил происходит отделение пыли. Затем очищенный газ удаляется через внутрен- ний цилиндр вверх, а осевшая на наружной стенке зола ссыпается под дейст- вием силы тяжести вниз в коническую воронку и далее в общий бункер. Эф- фективность улавливания золы повышается с ростом скорости газов, размера частиц и с уменьшением диаметра циклона.
594
В настоящее время циклоны устанавливаются на котлах паропроизво- дительностью до 500 т/ч. Причем для повышения эффективности применяют- ся батарейные циклоны, составленные из циклонов малого диаметра, обычно около 250 мм. Степень улавливания батарейных циклонов находится на уров- не 0,85–0,93 при гидравлическом сопротивлении 500–700 Па.
Для энергетических установок рекомендуется применение батарейных циклонов БЦУ-М с элементами, имеющими тангенциальный улиточный под- вод газа тип» подвода треста «Энергоуголь» с внутренним диаметром 231 мм.
Мокрые золоуловители. Простейшим типом мокрого золоуловителя яв- ляется центробежный скруббер (рис. 21.18). Отличие его работы от сухого инерционно-то состоит только в том, что при наличии на стенке стекающей пленки воды отсепарированная за счет центробежных сил зола лучше отво- дится из скруббера в бункер, при этом уменьшается вторичный захват золь- ных частиц со стенки газовым потоком. Степень улавливания в мокрых золо-
уловителях η = 0,85–0,93.
|
|
|
4 |
|
|
А-А |
|
Ø127×4 |
|
Б |
|
|
|
Б |
890 |
2 |
Ø245×7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
295 |
|
3 |
|
|
Б-Б |
|
Ø133 |
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
А |
|
290 |
|
|
25 |
|
|
350 |
1 |
а) |
|
|
|
|
4
1 |
350×11=3850 |
|
6 |
1000 |
5 |
|
|
700 |
2 |
|
|
|
4298 |
1638 |
|
|
7 |
|
б) |
Рис. 21.17. Циклонный золоуловитель типа БЦУ: а – элемент батарейного циклона; б – ба- тарейный циклон; 1 – вход запыленного газа; 2 – корпус; 3 – золовой бункер; 4 – выход очищенного газа; 5 – циклонный элемент; 6 – трубные доски; 7 – общий бункер
Более высокая степень улавливания достигается при применении мок- рых скрубберов с устройством для предварительного увлажнения газа (на- пример, с предварительно включенным коагулятором в форме трубы Венту- ри). В этом случае частички пыли захватываются более крупными каплями воды, в результате чего происходит процесс их коагуляции. Затем эти коагу-
лированные частицы эффективно задерживаются на стенках центробежных скрубберов.
595
На рис. 19.8, б показана схема золоуловителя с коагулятором в форме трубы Вентури. В движущийся поток газов перед трубой Вентури вводится через разбрызгивающий насадок вода. Эффективность мокрых золоуловите- лей определяется произведением расхода орошающей жидкости на 1 м3 очи- щаемого газа Qж , кг/м3, и скорости пылегазового потока в горловинеuг , м/с.
Обычно применяются следующие значения этих величин: Qж = 0,12–0,2 кг/м3 и uг = 50–70 м/с, при этом степень улавливания составляет 0,93—0,96, а гид-
равлическое сопротивление – 1000–1200 Па. В процессе увлажнения проис- ходит снижение температуры газов на 40–50 °С. Не рекомендуется примене- ние этих золоуловителей при золе с большим содержанием CaO (например, для канско-ачинских углей).
D0 |
|
|
7 |
|
Электрофильтры. |
Наиболее |
||||
|
|
|
|
перспективным типом |
золоуловите- |
|||||
4 |
3 |
|
|
лей для крупных ТЭС являются элек- |
||||||
2 |
|
|
|
трофильтры, |
которые могут обеспе- |
|||||
|
|
6 |
чить высокую степень очистки газов |
|||||||
D0 + 90 |
|
|
||||||||
H |
|
|
D |
(ηэ |
= 0,99–0,995) при |
гидравличе- |
||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
H |
|||||||
|
2 |
|
|
ском сопротивлении не более 150 Па |
||||||
|
|
|
|
без снижения температуры и увлаж- |
||||||
1 |
|
|
|
нения дымовых газов. |
|
|
||||
5 |
1 |
3 |
4 |
|
Электрофильтр |
современной |
||||
типовой конструкции типа УГ (уни- |
||||||||||
|
||||||||||
|
|
|
5 |
|||||||
|
|
|
|
версальный горизонтальный) показан |
||||||
|
|
|
|
на рис. 21.19. Запыленные газы после |
||||||
а) |
|
|
б) |
газораспределительной |
решетки |
по- |
||||
Рис. 21.18. Мокрые золоуловители: а – цен- |
ступают в коридоры, образованные |
|||||||||
вертикально |
висящими |
широкопо- |
||||||||
тробежный скруббер; 1 – входной патрубок |
лосными |
осадительными электрода- |
||||||||
запыленного газа; 2 – корпус золоуловите- |
||||||||||
ля; 3 – оросительные сопла; 4 – выход очи- |
ми С-образной формы, к которым |
|||||||||
щенного газа; 5 – бункер; б – золоуловитель |
подведен выпрямленный ток высоко- |
|||||||||
с коагулятором Вентури: 1 – входной пат- |
го напряжения (плюс – к осадитель- |
|||||||||
рубок запыленного газа; 2 – подача воды |
ным электродам, минус – к корони- |
|||||||||
через оросительные сопла; 3, 4, 5 – конфу- |
руюшим). |
|
|
|
|
|||||
зор, горловина и диффузор коагулятора |
|
В |
электростатическом |
поле |
||||||
Вентури; 6 – скруббер-каплеуловитель; 7 – |
|
|||||||||
происходит ионизация дымовых га- |
||||||||||
выходная камера очищенного газа |
||||||||||
|
|
|
|
зов, и частички золы получают отри- |
||||||
цательный заряд. Под действием электростатических сил частички осаждают- |
||||||||||
ся на осадительном электроде. Далее с помощью ударного механизма проис- |
||||||||||
ходит встряхивание электродов, и частички под действием силы тяжести по- |
||||||||||
падают в бункер. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Электрофильтры выпускаются разных типов, например: УГ2 – с высо- |
||||||||||
той электрода 7,5 м и активной длиной каждого поля 2,5 м и УГ3 – с высотой |
596
электрода 12,2 м, длиной поля 4 м. Число полей в каждом электрофильтре может быть 3 и 4.
Степень осаждения определяется двумя факторами – скоростью дрейфа частиц золы к осадительному электроду υ и удельной поверхностью осажде- ния f . Увеличивая f , можно получить высокую степень улавливания, одна-
ко это связано с большими расходами металла и увеличением габаритов элек- трофильтров. Скорость дрейфа υ определяется в основном электрическими характеристиками электрофильтра и пылегазового потока.
Основным фактором, определяющим скорость дрейфа, является элек- трическое сопротивление золы. Наибольшее электрическое сопротивление имеет зола углей с малым содержанием горючих в уносе, малым содержани- ем серы и влаги в топливе. К таким углям относятся экибастузский и кузнец- кий каменные угли.
21600 |
12000 |
б)
а)
Рис. 21.19. Электрофильтр с 12- метровыми электродами УГ2-3-177: а – общий вид; б – взаиморасположение осадительных и коронирующих элек- тродов: 1 – корпус; 2 – опорный пояс корпуса; 3 – осадительный электрод; 4 – встряхивающее устройство осадитель- ных электродов; 5 – игольчатый коро- нирующий электрод; 6 – рама подвеса коронирующих электродов; 7 – встря-
хивающее устройство коронирующих электродов; 8 – опорно-проходная изо- ляторная коробка; 9 – газораспредели- тельная решетка; 10 – бункер; 11 – по- перечный лист в бункере для предот-
вращения перетекания газов
597
Одним из эффективных путей повышения степени улавливания золы с неблагоприятными электрофизическими свойствами является использование температурно-влажностного кондиционирования. При добавлении влаги про- исходит снижение температуры газов, повышается рабочее напряжение на коронирующих электродах благодаря увеличению диэлектрической прони- цаемости дымовых газов, что увеличивает скорость дрейфа. Например, для высокозольного экибастузского угля применяется последовательное включе- ние мокрого скруббера, предназначенного для предварительной очистки га- зов и температурно-влажностного кондиционирования, и затем многопольно- го электрофильтра.
Степень улавливания золы в электрофильтре зависит от скорости пыле- газового потока. Она не должна превышать 1,3–1,8 м/с (меньшие значения для золы углей с неблагоприятными электрическими характеристиками). На степень улавливания золы большое влияние оказывает равномерность рас- пределения поля скоростей дымовых газов по сечению электрофильтра. Она зависит от принятых газораспределительных устройств на входе в электро- фильтр (рис. 19.10).
2 |
5 |
2 |
|
5 |
3 |
2 |
|
5 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
55° |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
7 |
1 |
7 |
4 |
|
|
|
|
6 |
3 l |
3 l |
|
|
|
|||
а) |
|
|
|
|
|
|||
|
l |
|
|
|
6 |
7 |
3 |
|
|
|
|
б) |
|
|
в) |
45° |
60° |
Рис. 21.20. Газораспределительные устройства электрофильтров: а – с двумя плоскими перфорированными решетками; б – с тремя плоскими перфорированными решетками в диффузоре; в – с одной объемной решеткой и двумя плоскими; 1 – подвод запыленного газа: 2 – перфорированная решетка; 3 – объемный элемент МЭИ; 4 – входная вертикальная шахта; 5 – электрофильтр; 6 – бункер форкамеры; 7 – бункер электрофильтра
Как правило, устанавливают по две-три плоские решетки площадью живого сечения (площадь отверстий к общей площади решетки) около 0,5. При резком повороте потока на входе в электрофильтр рекомендуются объ- емные (полые треугольные) элементы МЭИ, заметно выравнивающие распре- деление газа по высоте форкамеры фильтра.
21.9.Контрольные вопросы
1.Назовите и дайте определение режимам работы энергоблоков.
2.Чем ограничена минимальная устойчивая нагрузка котлов?
598
3.Что такое «режимная карта» и каково ее содержание?
4.Что означает аккумулирующая способность котла и чем она опреде-
ляется?
5.Что означают термины «степень, улавливания» и «степень проско-
ка»?
6.Перечислите типы золоуловителей, применяемые за паровыми кот- лами. Какой из них имеет наивысший КПД?
7.Какие факторы обеспечивают достижение высокой степени улавли- вания золы из газового потока в электрофильтрах?
8.Перечислите вредные газообразные выбросы ТЭС. Какие из них от- носятся к наиболее опасным?