Лекции по ТМ и ВО ТЭС

Пр 0.2 ун v nLп

u t

(18)

Здесь ун— коэффициент вторичного уноса.

Решающее влияние на степень улавливания в электрофильтре оказывает скорость дрейфа (скорость осаждения) v.

Согласно теории движения заряженной частицы в электростатическом поле скорость дрейфа определяется электрическими характеристиками электрофильтра и пылегазового потока по формуле

v 106 0ЕзЕосd

(19)

где 0— диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м ( 0= 8,85 10-12 Ф/м);

— относительная диэлектрическая проницаемость вещества частички; Ез — напряженность электрического поля зарядки, кВ/м; Еос — напряженность

электрического поля осаждения, кВ/м; d— диаметр частицы, м; — коэффициент динамической вязкости газов, Па·с.

На рис. 5а показано, что в области lg v , между 9 и 10 происходит резкое снижение скорости дрейфа в 2—3 раза.

Рис. 5. Влияние свойств пылегазового потока на работу электрофильтра (на примере экибастузского угля)

а – зависимость эффективной скорости дрейфа от логарифма удельного сопротивления золы; б – зависимость логарифма УЭС золы от температуры дымовых газов

При высоких сопротивлениях часть подводимого к электродам напряжения будет расходоваться в неотряхиваемом слое золы и располагаемое напряжение в межэлектродном пространстве окажется меньшим подведенного к электродам. Таким образом, вместо подведенного

напряжения U в межэлектродном пространстве будем использовать эффективное напряжение

Uэф окU,

где о.к.— понижающий коэффициент за счет образования обратной короны на золах топлив с высоким удельным сопротивлением.

Сущность явления образования обратной короны состоит в том, что при высоком сопротивлении золы проводимость слоя пыли, осевшей на электроде, оказывается малой, что увеличивает падение напряжения в слое и уменьшает его падение в газовом промежутке. При общей высокой разности потенциалов происходит перезарядка осевшей на осадительном электроде золы с отрицательного на положительный знак, нарушается на некоторых участках поверхность слоя и в межэлектродное пространство происходит выброс обратных по знаку ионов (положительных вместо отрицательных). Одним из косвенных показателей обратной короны является расхождение восходящей и нисходящей характеристик поля т. е. при увеличении напряжения сила тока оказывается при том же напряжении меньшей, чем при его уменьшении.

Для повышения степени улавливания золы с неблагоприятными электрофизическими свойствами (высокое электрическое сопротивление) предложен ряд методов, направленных в первую очередь на снижение интенсивности или предотвращение образования обратной короны в электрофильтре. Этого можно добиться изменением характеристик электрического тока, поступающего на электроды. К таким способам относятся применение импульсного напряжения и даже питание электрофильтра напряжением переменной полярности. Эти способы находятся в стадии опытной проверки.

Важным направлением в решении проблемы улавливания золы с высоким удельным сопротивлением является кондиционирование дымовых газов, которое заключается в изменении их свойств при добавлении к ним химических веществ или водяного пара, адсорбирующихся на поверхности частиц золы и увеличивающих их поверхностную проводимость.

В качестве кондиционирующих добавок применяются серный ангидрид, водяной пар, аммиак и другие соединения. Сравнительно небольшое количество серного ангидрида, добавленное к продуктам сгорания топлив, существенно уменьшает электрическое сопротивление слоя золы, осаждающейся на электродах. Так, при добавке к продуктам сгорания серного ангидрида в количестве около 20 миллионных долей по объему (20 ppm) эффективность улавливания высокоомной золы существенно возрастает. Серный ангидрид для целей кондиционирования может быть получен кипячением серной кислоты, сжиганием серы в присутствии катализатора и др. Несмотря на эффективность химического кондиционирования, этот способ пока еще не получил широкого применения из-за эксплуатационных трудностей и затрат, связанных с получением и

подачей в газоходы котлоагрегатов тех или иных агрессивных химических веществ.

Одним из эффективных путей улучшения очистки продуктов сгорания с неблагоприятными электрофизическими свойствами является предварительное изменение свойств дымовых газов путем температурновлажностного кондиционирования.

Из рассмотрения рис. 5б следует, что максимальное удельное сопротивление при топливах с малым содержанием серы наблюдается при 140—160 ºС, т. е. в области наиболее типичных температур уходящих газов. Как при увеличении, так и при уменьшении температуры против указанных значений происходит довольно быстрый спад электрического сопротивления. При низкой температуре удельное сопротивление золы определяется поверхностной проводимостью, обусловленной адсорбцией из дымовых газов поверхностью золы влаги и различных химических веществ,

впервую очередь серного ангидрида. При высоких температурах удельное сопротивление золы определяется объемной проводимостью, при которой наибольшее значение имеет химический состав золы и, в частности, наличие

взоле ионов щелочных металлов.

Использование правой, высокотемпературной ветви возможно при установке электрофильтров между паровым котлом и воздухоподогревателем в зоне температур 350—400°С, что по ряду причин оказалось нерентабельным. Поэтому основное внимание уделим левой, низкотемпературной ветви.

Для снижения удельного сопротивления получило практическое применение температурно-влажностное кондиционирование путем установки мокрой ступени перед электрофильтром. Значительные успехи в этой части получены на экибастузских углях, являющихся перспективным топливом для ТЭС, но обладающих неблагоприятными свойствами золы, которая отличается высоким удельным сопротивлением (lg v 11 при ух =

140 ºС) при высокой концентрации твердых частиц на входе (свх = 50÷100

г/м3).

Электрическое сопротивление золы этого топлива падает по мере снижения температуры. Это обстоятельство сделало целесообразным снижение температуры путем подключения мокрой ступени. Как видно из рис. 5, а, снижение сопротивления золы приводит к увеличению скорости дрейфа, а следовательно, и степени улавливания вследствие ликвидации при температуре 80—90 °С явления обратной короны.

На рис. 6 показана установка комбинированного золоуловителя за котлом П-57 блока мощностью 500 МВт, работающего на экибастузском угле.

Рис. 6. Двухступенчатый золоуловитель для золы топлив с высоким удельным электрическим сопротивлением

1— вход запыленных газов; 2 — мокрый скруббер; 3 — подвод орошающей воды мокрого скруббера; 4 —швеллерная решетка для задержания капель; 5

— газораспределительные решетки; 6 — поля электрофильтра; 7 — бункера для уловленной золы; 8 — выход очищенных и увлажненных дымовых газов

Дымовые газы с температурой 160 °С поступают в центробежные скрубберы диаметром 7 м, имеющим два пояса орошения внутренней поверхности и дополнительный пояс смыва золовой пульпы водой высокого давления (5,9 МПа). Внутренняя поверхность скруббера футерована шамотной плиткой.

Центробежный скруббер соединен с электрофильтром с помощью камеры, в которой расположены газораспределительные решетки швеллерного типа, выравнивающие поток газов по сечению электрофильтра и сепарирующие остаточные капли влаги, выносимой из скруббера.

При увлажнении и снижении температуры газов после скруббера до 110 °С общая степень золоулавливания при нагрузке котла 85 % номинальной составила 98 %.

Комбинация мокрой ступени и электрофильтра возможна при условии, что количество СаО в золе, способной к цементации при взаимодействии с водой, должно быть невысоким. Так, для канско-ачинских углей, где количество СаО в золе достигает 40%, использование мокрой ступени перед электрофильтром оказывается невозможным.

Скорость дрейфа следует считать для каждой фракции, отдельно. Окончательное расчетное выражение для скорости дрейфа примет вид

v 0,25Еэф2 d50.

(20)

Коэффициент, характеризующий вторичный унос, учитывает ряд факторов и определяется по выражению

Кун КнКэлКвс 1 0,25 u 1 ,

(21)

где Кн =7,5/Н — коэффициент высоты электрода, он учитывает, что при большой высоте электрода Н, м, часть золы не успевает осесть в бункере; Кэл учитывает тип электродов; Квс учитывает влияние режима встряхивания на унос; последний член в скобках учитывает влияние скорости газов и на вторичный унос.

Работа системы встряхивания электродов осуществляется за счет периодических ударов по электродам, находящимся в одном поле, с помощью специального ударного механизма. Наибольшее распространение получили ударно-молотковые и пружинно-кулачковые механизмы.

Удаление пыли с электродов при ударно-молотковой системе производится встряхиванием их молотками, расположенными на валах механизмов встряхивания со смещением по винтовой линии. Привод валов встряхивания состоит из мотор-редуктора и цилиндрической зубчатой пары. Частота вращения выходного вала п = 0,2 об/мин.

Каждый осадительный электрод состоит из элементов, нижние концы которых, имеющие овалы, жестко крепятся к балке встряхивания. Балка встряхивания состоит из двух полос, соединенных между собой с ударного конца наковальней, а с противоположного планкой. Удар молотка передает энергию осадительному электроду, элементы которого начинают колебаться. Эксцентрическая подвеска осадительных электродов относительно центров их тяжести позволяет возвратить осадительные электроды в исходное положение после смещения при ударе молотка.

Механизмы встряхивания осадительных электродов поставляются блоками, что сокращает время монтажа. Каждый блок состоит из вала с молотками и концевыми муфтами, подшипников, закрепленных на раме. Валы блоков между собой соединяются муфтами, а рамы крепятся к корпусу.

Эффективность удаления золы с электродов в большой степени зависитот режима встряхивания. Наихудшие результаты получаются при непрерывной системе встряхивания и когда отряхивания всех полей проводятся через одинаковые промежутки времени. Промежутки между встряхиваниями должны быть оптимизированы для каждого поля, так как в каждом последующем поле количество осаждаемой золы уменьшается и, следовательно, длительность периода встряхивания должна увеличиваться. Расчет оптимального режима встряхивания, т. е. паузы между ударами по одному и тому же осадительному электроду, мин, может быть найден по следующей зависимости:

16,7 Апm0 ,

Vcвх п

(22)

где Ап — площадь осаждения поля, м2; V — количество газов, поступающее в поле, м3/с; свх.п — запыленность на входе в поле, г/м3; п — степень очистки поля электрофильтра. Значение оптимальной пылеемкости, кг/м2, определяется в зависимости от удельного сопротивления по эмпирическому соотношению

m0 3 0,25lg v.

(23)

Степень проскока поля электрофильтра рп при известной степени проскока через электрофильтр в целом р определяется по соотношению

рп р1/n,

(24)

откуда

п 1 рп,

(25)

где n – число полей по ходу газов.

Концентрация на входе в m-е поле определяется по выражению

свх свх рпm 1,

(26)

где свх – концентрация золы при входе в первое поле электрофильтра.

Для золы топлив с высоким удельным сопротивлением при Кф > 100 принимается скорость в сечении электрофильтра u = 1 1,2 м/с, для прочих топлив u = 1,6 1,8 м/с. Зная объем газов перед электрофильтром V, м3/с, находим живое сечение электрофильтра по выражению

w V / zu ,

(27)

где z — число параллельно включенных электрофильтров, которое желательно выбирать равным числу дымососов (обычно z = 2). Числом полей п задаются предварительно в зависимости от необходимой степени улавливания обычно от 3 до 4.

1.4. Аэродинамика потока в электрофильтре

На степень улавливания золы большое влияние оказывает равномерность потока в электрофильтре. При неравномерном поле потока газа в электрофильтре сильно возрастает проскок золы.

Представляя поперечное сечение электрофильтра состоящим из п струек со скоростью газа в них uj и имеющим проскок, соответствующий этой скорости pj, запишем общий проскок золы для неравномерного в активной зоне поля в форме

1 j n

р n j 1ujp j ,

(28)

где u j = uj/up , причем uр– скорость при равномерном потоке.

Проскок в каждой струйке при условии справедливости общей зависимости (10.21) запишется в форме

pj exp( Пр ) uj

(29)

и общее выражение для проскока в электрофильтре при неравномерном потоке примет вид

(30)

Эффективное газораспределение в электрофильтре можно осуществить при условии рационального выбора и компоновки всего оборудования в тракте уходящих газов. Количество однотипного вспомогательного оборудования не должно расти по мере укрупнения блока, так как иначе снижается эффективность применения блоков большой мощности. Применительно к газовоздушным трактам это требование можно сформулировать таким образом, что при любой мощности блоков в пределах 200 — 800 МВт на один блок следует устанавливать два регенеративных воздухоподогревателя, два корпуса электрофильтра, два вентилятора и два дымососа.

Выбор типа газораспределительного устройства определяется взаимным расположением воздухоподогревателя и электрофильтра. Все компоновки можно разделить на два типа.

1.Подвод потока дымовых газов к электрофильтру снизу, когда нижняя отметка входного фланца электрофильтра расположена выше плоскости выходного фланца регенеративного воздухоподогревателя не менее чем на 5—6 м.

2.Прямой подвод потока дымовых газов к электрофильтру горизонтальным диффузором.

Впервом случае рекомендуется применять газораспределительное устройство МЭИ, состоящее из достаточно длинной вертикальной подъемной шахты постоянного сечения, имеющей в верхней части скос для

равномерной по высоте раздачи газа, и следующих за ней одной объемной и одной или двух плоских газораспределительных решеток (рис. 7а).

Ширина подъемной шахты принимается несколько меньшей или равной ширине входного фланца электрофильтра, глубина шахты определяется скоростью газов, выбранной с учетом технико-экономических соображений и из условий отсутствия золовых отложений. Высота шахты должна быть достаточной для того, чтобы поток равномерно распределялся по ее ширине.

Рис. 7. Газораспределительные устройства

а — газораспределительное устройство МЭИ для подводов газов снизу: 1 — подъемная шахта; 2 — скошенная часть подъемной шахты; 3 — решетка из объемных элементов; 4 — форкамера; 5 — перфорированные плоские газораспределительные решетки с живым сечением f = 0,5; 6 — активное поле электрофильтра; 6 — газораспределительное устройство с диффузором при горизонтальном подводе газов

Равномерное распределение потока по высоте электрофильтра достигается с помощью объемной решетки, устанавливаемой в месте поворота газов к электрофильтру. Объемные элементы разделяют входную камеру по высоте на ряд горизонтальных каналов, каждый из которых представляет собой сначала конфузор, а затем диффузор. Нижние стенки канала (боковые стороны треугольных элементов) выполнены наклонными для предотвращения отложения золы (углы при основании треугольников приняты равными на входе 45°, на выходе 60°). Верхняя стенка канала (основание объемного элемента) горизонтальна и имеет длину, достаточную для изменения направления потока; опыт показал, что она должна быть в пределах 900—1100 мм. Для того чтобы расход газов через все каналы, образованные объемными элементами, был одинаковым, верхний участок подъемной шахты выполняется со скошенной передней стенкой. Живое

1.1. Характеристики тягодутьевых машин

Движение воздуха и дымовых газов на ТЭС осуществляется с помощью тягодутьевых машин. К тягодутьевым машинам ТЭС предъявляется ряд требований, из которых важнейшими являются высокая экономичность на номинальном режиме и частичных нагрузках, высокая надежность работы, умеренные габариты при достаточно высокой быстроходности, умеренный шум. Рассмотрим соотношения, определяющие характеристики тягодутьевых машин.

Желанием получить большие напоры при умеренных окружных скоростях объяснялось применение в энергетике рабочих колес с вперед загнутыми лопатками. Однако эти машины имели низкий КПД (на уровне 60—70%), что объясняется двумя факторами — резким поворотом вектора скорости в пределах рабочего колеса, связанного с высокими гидравлическими потерями, и низкой степенью реакции ступени

(1)

Эта зависимость представлена на рис. 1, а.

Рис. 1. Обезличенные характеристики машин