Лекции по ТМ и ВО ТЭС

Зольные частички осаждаются на наружной поверхности кольцевого канала, а затем под действием силы тяжести ссыпаются в коническую воронку.

Теоретическая формула для скорости дрейфа частиц диаметром d, м, к стенке циклона, м/с, имеет вид

v чd2u2 /9 D ,

(8)

где ρч — плотность частицы, кг/м3; и — скорость потока газа в канале, м/с; d

— диаметр частицы, м; D — диаметр циклона; μ — коэффициент кинематической вязкости, Па·с. Для циклона А/w 2 /(1 D0),где D0 D0 / D ; D0 — диаметр выходного патрубка циклона.

Рис. 1. Циклонные золоуловители

а — схема движения частички в циклоне: 1 — вход запыленного газа; 2 — внутренний цилиндр; 3 — наружный цилиндр; 4 — частица золы; и, v, w — скорости газового потока, частицы относительно потока (скорость дрейфа), результирующая скорость частицы; б — элемент батарейного циклона БЦ с восьмилопастными лопатками безударного входа (D = 0,254 м); в — элемент батарейного циклона БЦУ с полуулиточным входом (D = 0,231); г — элемент батарейного циклона ЦКТИ с тангенциальным четырехзаходным завихрителем газа (D = 0,500 м); 1 — вход запыленного газа; 2 — выход очищенного газа; 3 — внутренний цилиндр; 4 — наружный цилиндр; 5 — конический бункер для золы; 6 — восьмилопастный закручивающий элемент «розетка»; 7 — полуулиточный ввод; 8 — четырехсторонний полуулиточный ввод

Общее выражение для параметра золоулавливания согласно формуле

(4) имеет вид

П 2 чd2u /9 D(1 D0).

(9)

Из выражения (9) следует, что степень улавливания для циклонных золоуловителей возрастает для тяжелых и крупных частиц при высокой скорости газов и малом диаметре циклона. Для повышения степени улавливания применяются циклоны небольшого диаметра (0,23—0,50 м), объединяемые в батареи (батарейные циклоны).

Батарейный циклон состоит из корпуса с бункером, циклонных элементов, нижней опорной решетки, верхней трубной доски и тракта выгрузки пыли (рис.2).

Корпус батарейного циклона выполняется секционированным для уменьшения перетока газов и сохранения оптимальной скорости при переменных нагрузках. Применяются три типа элементов батарейных циклонов: с осевым направляющим аппаратом (рис. 1, б), полуулиточным подводом газа (рис. 1, в) и четырехзаходным подводом газа (рис. 1, г). Если два первых типа имеют диаметр, близкий к 0,25 м, то последний тип — вдвое больший — 0,5. Наивысшую степень улавливания имеют батарейные циклоны с полуулиточным подводом газа. Степень улавливания циклона в батарее меньше, чем отдельного циклона, что объясняется перетоками газов и неравномерным распределением пыли.

На рис.2, а показано расположение входных отверстий улиток, при котором достигается наилучшая равномерность распределения пылегазового потока в батарее и наибольшая степень улавливания золы.

В зависимости от направления подводящих и отводящих газоходов циклонные элементы располагаются вертикально (рис.2, а) или под углом 45°

к горизонту (рис.2, б).

Рис.2. Примеры конструктивного выполнения батарейных циклонов

а — вертикальная установка циклонных элементов в батарее; γ — угол установки плоскости входного патрубка по отношению к общему направлению движения газов; б — установка циклонов под углом 45° к вертикали; 1 — вход запыленных газов; 2 — выход очищенных газов; 3 — циклонные элементы; 4 — опорный пояс; 5 — корпус батарейного циклона; 6

— бункер для удаления золы

Выражение (4) отражает характер влияния основных параметров на степень улавливания. Однако в действительных условиях работы батарейных циклонов с учетом возможного вторичного захвата потоком уловленной золы для параметра золоулавливания некоторой фракции di найдено следующее эмпирическое соотношение:

Пi k u 3 di2 ,

4.5

(10)

где и — скорость газов, отнесенная к полному сечению циклона, м/с; di — средний диаметр частиц данной фракции, мкм; k — коэффициент, учитывающий тот или иной тип циклона: k — 0,3 для батарейных циклонов с циклонами типа розетки БЦ, k = 0,5 для циклонов с улиточным подводом типа БЦУ.

Батарейные циклоны применяются для улавливания пыли за котлами умеренной паропроизводительности — от 2,5 до 500 т/ч, степень улавливания находится на уровне 0,88 — 0,92 при гидравлическом сопротивлении 500 — 700 Па.

Противопоказанием для применения батарейных циклонов является сильная слипаемость пыли, приводящая к их замазыванию. Поэтому не рекомендуется их применение для сильнослипающейся пыли, в частности на АШ.

Несмотря на малую зольность мазутов (0,05 — 0,1 %), вопрос удаления их твердых продуктов сгорания становится актуальным, особенно в связи с наличием в составе золы ванадия и некоторых других компонентов.

Выброс твердых продуктов сгорания, г/с, включающих горючие элементы, определяется по выражению

Мз

10kBAр ун ,

1 Гун

(11)

где k — возрастание минеральной массы золы за счет взаимодействия с газообразными компонентами (k = 1,3÷1,9); В — расход топлива, кг/с; Ар — зольность на рабочую массу, %; αун — доля золы уноса (0,92 — 0,95); Гун — содержание горючих в уносе принимается в зависимости от избытка воздуха за пароперегревателем.

При улавливании твердых продуктов сгорания в батарейных циклонах БЦУ при скорости газов 5 м/с степень улавливания составляет 75 — 80 %, а по содержанию ванадия — 65 — 70 % при гидравлическом сопротивлении аппарата 1,2 кПа. При этом температуру газа во избежание конденсации паров серной кислоты рекомендуется поддерживать на уровне 180 — 200 °С.

Для этого при низких температурах уходящих газов золоуловители приходится располагать между горячими и холодными кубами воздухоподогревателя. На золоуловителях типа БЦ при скорости газов 2,5 — 3 м/с степень очистки твердых продуктов сгорания падает до 50 — 60 %, а по окислам ванадия — до 15 — 30 %, что следует признать недостаточным.

Увеличение эффективности центробежного пылеулавливания можно достичь за счет равномерного орошения стенок циклонного золоуловителя пленкой жидкости, которая препятствует вторичному уносу частиц пыли. При толщине пленки, большей поперечного размера частицы, работа

отрыва частицы значительно превосходит работу, необходимую для ее погружения в слой жидкости. Такие золоуловители называют скрубберами.

Конструктивно скруббер МС-ВТИ (рис. 3 а) состоит из сварного вертикального цилиндра с толщиной стенок 5—6 мм с коническим днищем, входного патрубка, оросительной системы и гидравлического затвора для удаления уловленной золы.

Входной патрубок приваривается к корпусу тангенциально к внутренней поверхности и имеет уклон в сторону корпуса 10°. Внутренние поверхности корпуса и конического днища футеруются кислотоупорной и износоустойчивой плиткой из керамического материала.

Внутренняя поверхность корпуса аппарата непрерывно орошается из сопл, установленных по окружности на расстоянии 500 мм друг от друга. Струи воды из сопл направлены в сторону вращения газов тангенциально к внутренней футерованной поверхности корпуса. Диаметр аппарата определяют, принимая скорость дымовых газов в свободном сечении скруббера 4—5 м/с. Высота орошаемой части отсопл до оси входного патрубка должна составлять три—четыре диаметра скруббера.

Рис.3. Мокрые золоуловители

а — центробежный скруббер: 1 — входной патрубок; 2 — корпус скруббера; 3 — подвод орошающей воды; 4 — бункер; 5 — гидрозатвор; 6

— выход очищенного газа; б — скоростной золоуловитель с трубой Вентури: 1 — вход запыленного газа; 2 — выход очищенного газа; 3 — подача распыленной воды через форсунки; 4, 5, 6 — конфузор, горловина, диффузор трубы Вентури; 7 — корпус каплеуловителя (мокрого скруббера); 8 — сопла, орошающие стенки скруббера; 9 — золовой бункер; 10 — гидрозатвор; 11 — удаление пульпы в канал гидрозолоудаления

Расход воды на орошение Gж, кг/с, находится из соотношения

Gж 0,14 D,

(12)

где D — внутренний диаметр аппарата, м, при этом обеспечивается толщина пленки на стенках скруббера не менее 0,3 мм. Степень улавливания в простейших скрубберах 0,82 — 0,90 при гидравлическом сопротивлении 300 — 400 Па для диаметров циклонов 0,6 — 1,7 м.

В связи с невысокой степенью улавливания скрубберы получили применение в энергоустановках в комбинации с предвключенным коагулятором Вентури или в качестве предвключенных элементов перед электрофильтрами.

На рис. 3 представлена принципиальная схема установки скруббера с предвключенным коагулятором Вентури (газопромыватели МС-ВТИ). Труба Вентури состоит из короткого диффузора с углом раскрытия 60°, горловины и длинного диффузора с углом раскрытия 12°. В конфузоре трубы Вентури происходит увеличение скорости газов с 20 до 50—70 м/с. При взаимодействии воды, подаваемрй через форсунки, расположенные в конфузоре, происходит дробление капель при их взаимодействии с быстродвижущимся пылегазовым потоком. Далее в диффузоре происходит взаимодействие частиц золы и капель воды (коагуляция). Более крупные капли воды поглощают мелкие частицы золы, что обеспечивает их лучшее улавливание в центробежном скруббере. Поток тангенциально вводится в

скруббер, стенки которого орошаются водой и коагулированные частицы эффективно удаляются в золовой бункер. Степень улавливания таких золоуловителей 0,92 — 0,97.

Для золоуловителей с трубой Вентури для параметра золоулавливания получено следующее эмпирическое соотношение:

П Qжuг ,

(13)

т. е. параметр золоулавливания определяется в основном произведением удельного расхода воды (на 1 м3 очищаемого газа) Qж на скорость газа в горловине трубы Вентури иг независимо от фракционного состава. Обычно

иг = 60 м/с (50—70 м/с), Qж = 0,15 кг/м3 (0,12—0,20 кг/м3). Размеры скруббера

(каплеуловителя) определяются при скорости и = 5 м/с, скорость газов при входе в капдеуло-витель принимается uвх = 20 м/с.

Мокрые золоуловители рекомендуется применять при сернистости топлива не более 0,3% кг/МДж для котлов паропроизводительностью до 670 т/ч.

Лекция №14

1.3. Электрофильтры

Электрофильтры являются аппаратами, обеспечивающими глубокую очистку дымовых газов от золы, вследствие чего они получили широкое применение в мощныхэнергетических установках, работающих на твердых топливах. Действие электрофильтра основано на осаждении заряженных частиц золы в высоконапряженном электростатическом поле. Основными конструктивными элементами электрофильтра являются система осадительных и коронирующих электродов, корпус, узлы подвода и отвода очищаемых газов, устройства для удаления уловленной золы с электродов, устройства для вывода пыли из электрофильтра, узлы электрического питания и автоматического поддержания оптимального напряжения.

На рис. 4. представлена одна из конструкций электрофильтра, получившая распространение на станциях

Рис. 4. Электрофильтр ЭГА

1 — вход запыленного газа; 2 — выход очищенного газа; 3 — газораспределительная решетка; 4 — подвод тока высокого напряжения; 5

— коронирующий электрод; 6 — осадительный электрод; 7 — встряхивающий механизм коронирующих электродов; 8 — встряхивающий механизм осадительных электродов; 9 — корпус; 10 — бункер; 11 —

перегородки для уменьшения перетоков газа через бункер; 12 — подъемная шахта; 13 — газораспределительные объемные элементы; 14 — конфузорный отвод дымовых газов; 15 — смотровые люки в бункерах

Выпрямленный электрический ток высокого напряжения (50 — 80 кВ) подводится к электродам: отрицательный заряд — к коронирующим электродам, положительный — к осади тельным. Для обеспечения эффективной зарядки частиц золы и последующего их улавливания напряженность электростатического поля должна быть неравномерной — максимальной у коронирующего электрода и минимальной у осадительного. Для получения наивысшей концентрации напряженности коронирующие электроды должны иметь заостренную форму. Ранее применялась проволока малого диаметра (3—5 мм) круглого или штыкового профиля. В настоящее время исключительное применение получили осадительные электроды с фиксированными точками разряда — ленточно-игольчатые, в которых на концах иголок достигается наивысшая концентрация напряженности.

Осадительные электроды должны обладать достаточной механической прочностью и жесткостью, обеспечивать эффективное улавливание золы и ее удаление при встряхивании. Электроды также претерпели значительные изменения — от полых кар манных электродов и электродов желобчатого типа к электродам С-образного типа и профильно-пластинчатым; два последних типа электродов обеспечивают хорошее удержание золы в углубленных их частях, достаточную жесткость конструкции и минимальный расход металла.

Осадительные и коронирующие электроды объединяются по ходу движения газов в поля длиной от 2,5 до 4 м, которые обслуживаются общим механизмом встряхивания, имеют самостоятельное электрическое питание и отдельный бункер. По ходу газов может устанавливаться различное количество полей — от 2 до 5. Увеличение числа полей повышает степень улавливания, однако связано с возрастанием расхода металла, стоимости и габаритов.

В процессе горизонтального движения газов происходит зарядка частиц вблизи коронирующих электродов и последующее их осаждение на осадительных электродах.

Электрофильтры серии УГ рассчитаны на улавливание дымовых газов с температурой до 250 °С и активной высотой поля для электрофильтра УГ2- 7.5 м и УГЗ-12,0 м. Корпуса электрофильтров выполняются металлическими и рассчитаны на работу под разрежением до 4 кПа. Под каждым полем электрофильтра установлен бункер для сбора уловленной пыли. В обозначениях электрофильтра после его типа указывается число полей и площадь активного сечения для прохода газов, например УГЗ-3-177 — электрофильтр с электродами длиной 12 м, тремя последовательно расположенными полями с площадью для прохода газов 177 м2.

Подвод электрического тока высокого напряжения к электрофильтрам (60—80 кВ) осуществляется агрегатами питания. Агрегат питания состоит из

регулятора напряжения, повысительного трансформатора и выпрямителя. Для обеспечения оптимального режима питания напряжение на электродах должно поддерживаться на максимально высоком уровне, но ниже пробивного. В агрегатах питания, выпускаемых в настоящее время, процесс регулирования напряжения автоматизирован. Для регулирования выходного тока и напряжения агрегата используются магнитные усилители и тиристоры (управляемые кремниевые диоды). Агрегаты питания оснащаются полупроводниковыми выпрямителями (селеновыми или кремниевыми).

Необходимый электрический ток для игольчатых коронирующих электродов, мА, определяется по выражению

Iп IAAп ,

(14)

где IA — удельный ток, мА/м2; Ап — поверхность осадительных электродов, приходящихся на один агрегат, м2. Удельные токи принимаются в пределах 0,2—0,35 мА/м2 при сжигании каменного угля и 0,3—0,5 мА/м2 при сжигании бурого угля. Желательно на каждое поле электрофильтра уста лавливать самостоятельный агрегат питания.

Эффективность работы электрофильтров определяется уровнем технического обслуживания и эксплуатационного контроля. К числу важнейших мероприятий, обеспечивающих эффективность работы электрофильтров, относятся исправное состояние всех его узлов, поддержание чистоты электродов и их центровки, непрерывное автоматическое поддержание оптимальных значений напряжения в каждом поле электрофильтра, исправное состояние газораспределительных устройств, оптимальный режим встряхивания каждого поля, своевременное удаление золы, поддержание проектных параметров пылегазового потока и герметичности тракта. Электрофильтры должны быть отключены от высокого напряжения при переводе котла на сжигание мазута, нарушениях в работе механизмов встряхивания и золоудаления, аварии на котле. Электрофильтры необходимо периодически выводить в ремонт для осмотра и очистки внутренней поверхности от золы.

Учитывая, что некоторые части электрофильтра находятся под высоким напряжением, при эксплуатации должны быть обеспечены необходимые меры по охране труда. Никакие работы вблизи неогражденных частей, находящихся под напряжением, не допускаются. Нельзя проводить работы сразу после отключения электрофильтра, которые находились под высоким напряжением. Необходимо предварительно заземлить отключенный участок. Перед внутренним осмотром необходимо снять напряжение с электрофильтров, заземлить коронирующие системы.

Периодический контроль степени очистки дымовых газов в эксплуатационных условиях должен проводиться эксплуатационным персоналом не реже 1 раза в год. Он осуществляется по сокращенной программе (экспресс-методом). При этом ограничиваются измерением массового расхода золы в очищенных дымовых газах пылезаборными

трубками и подсчетом массового расхода золы, поступающей в золоулавливающую установку, по обратному балансу. В ряде случаев расходы золы, поступающей в золоуловитель, также определяются с помощью пылезаборных трубок.

Эффективность работы любого золоуловителя, в том числе и электрофильтра, определяется через параметр золоулавливания П по выражению (4). Применительно к электрофиль

тру величину поверхности осаждения, м2, в выражении (4) можно представить в виде

А 2mnLпН,

(15)

а сечение прохода газов, м2, — в виде

w 2mtH

(16)

где m — число проходов для газов; n — число полей по ходу газов; Lп — длина одного поля, м; Н— высота электродов, м; t — расстояние между коронирующим и осадительным электродами, м.

Тогда выражение для теоретического параметра золоулавливания в электрофильтре после подстановки в формулу (4) выражений (15) и (16) примет вид

Пv nLп . u t

(17)

Таким образом, параметр золоулавливания, а следовательно, степень улавливания возрастают с увеличением эффективной скорости дрейфа, числа полей и длины каждого поля и уменьшается с ростом скорости газа и расстояния между коронирующим и осадительным электродами.

Формула (17) для параметра П выведена для теоретического случая работы электрофильтра, когда отсутствует вторичный унос, обеспечивается равномерный поток, нет движения запыленного потока через неактивные зоны и т. п. На основании обобщения данных испытаний отечественных электрофильтров далее приводятся полуэмпирические соотношения, по которым следует определять степень улавливания (или степень проскока).

Для степени проскока при равномерном потоке газов и отсутствии потоков через неактивные зоны остается справедливым выражение (5).

Параметр золоулавливания при равномерном потоке Пр находится из эмпирического соотношения