Очистка продуктов сгорания Состав дымовых газов

При полном сгорании топлива в атмосферу поступает двуокиси углерода и водяные пары, которые сами по себе не являются вредными примесями, а также незначительное количество окислов серы и азота. Однако, в связи с тем, что сгорание топлива редко бывает полным вследствие несовершенства топочных устройств, в атмосферу поступает значительное количество твердых частиц несгоревшего топлива, золы и продуктов неполного сгорания. Основные из них СО₂ и СО, SO₂, SO₃, NO, NO₂ – токсичные.

Поток продуктов сгорания, движущихся по газоходам котельного агрегата, несет с собой твердые частицы летучей золы и несгоревшего топлива. Зола, оседая на поверхностях нагрева, ухудшает коэффициент теплопередачи, увеличивает гидравлическое сопротивление газоходов и износ поверхностей. Летучая зола состоит из частиц различных размеров. В наибольшей степени образуют отложения мелкие частицы, размеры которых не превышает 30 мк. Более крупные частицы, разрушая скопления золы, одновременно истирают поверхность нагрева.

При пылевидном сгорании твердого топлива с продуктами сгорания уносится до 90% золы, а при слоевом – до 35%, содержащейся в топливе.

Находящиеся в дымовых газах твердые частицы, окислы серы и азота загрязняют окружающий воздух, оказывают отрицательное воздействие на здоровье людей. С окислами серы и азота бороться весьма тяжело, но и количество их в составе продуктов сгорания невелико.

Для улавливания твердых частиц используют золоуловители. Рекомендуется их использовать при А^р∙В > 5000, где А^р % – содержание золы в топливе, В – максимальный часовой расход топлива в кг/ч. Оставшиеся после золоулавливания твердые частицы выносятся дымовыми трубами в верхние слои атмосферы и далее разносятся на большие расстояния.

В настоящее время используют золоуловители трех типов: механические – сухие и мокрые; электрические и комбинированные.

Степень очистки золоуловителями продуктов сгорания определяется общим и фракционным коэффициентами очистки.

Общий коэффициент очистки

где V_г – объем проходящих через золоуловитель дымовых газов, м³/ч; а и b – удельное количество летучей золы до и после золоуловителя, которое определяется опытным путем, г/м³.

Фракционный коэффициент очистки оценивает работу золоуловителя по величине улавливаемых частиц

где d и c – удельное количество золы данной фракции до и после золоуловителя, г/м³.

Механическое сухое золоулавливание

К этому типу относятся батарейные циклоны, циклоны НИИОГАЗ, ЦКТИ и жалюзийные золоуловители ВТИ.

Циклонные золоуловители

Принцип действия золоуловителя (рисунок) заключается в том, что к цилиндрическому корпусу подводится с высокой скоростью (≈ 20 м/с) запыленный газ. Твердые частицы, двигаясь по инерции прямо, прижимаются тангенциально к корпусу циклона и вместе с газовым потоком спускаются по конической части циклона вниз. Вследствие вихревого движения образуется пониженное давление в центре циклона и поток в нижней части циклона устремляется вверх, направляясь в выходную трубу. Так как плотность золы больше, то ее движение тормозится за счет трения о стенки и осаждается внизу, откуда золу удаляют, смачивая водой.

,

где m – масса частиц засоряющих газ; υ – скорость входа газа в циклон; r – радиус циклона, Р – центробежная сепарирующая сила.

При одной и той же скорости газа на входе сила Р обратно пропорциональна радиусу циклона, поэтому золоуловитель составляют из батарей циклонов с малыми диаметрами.

Однако, уменьшать диаметры циклонов можно до известного предела, поскольку с уменьшением диаметров резко снижается эффективность циклонов, т.к. они забиваются золой.

Циклон ЦКТИ

Основные элементы циклона (рисунок) сделаны из чугуна, что позволяет их располагать в потоках с повышенными температурами (до 450 °С). Однако, высокая степень очистки получается только крупным фракциям летучей золы. К основным недостаткам батарейных циклонов относится то, что они забиваются золой и их трудно хорошо герметизировать.

Для отопительно-производственных котельных при V до 50000 м³/ч наиболее подходящие циклоны НИИОГАЗ (типа ЦН – рисунок) и ЦКТИ (типа Ц).

Подвод и отвод газов в циклонах НИИОГАЗ осуществляется с помощью улиток, обеспечивающих тангенциальный характер движения потока газов, при этом уменьшается газовое сопротивление циклона и увеличивается очистка. Эти циклоны эффективно улавливают частицы пыли размером от 5 мк и выше. Основными используемыми типами являются ЦН-15 и ЦН-16. ЦН-15 работает при ∆h ≈ 60÷65 мм.вод.ст. Обычно устанавливают эти циклоны перед дымососами. Рекомендуется устанавливать индивидуальные золоуловители, т.е. для каждого котла. Температура продуктов сгорания не должна быть выше 400 °С.

Количество циклонных элементов

, где , м³/ч; ;

ξ = 105÷115; .

Жалюзийные золоуловители

Жалюзийные золоуловители ВТИ (рисунок) рекомендуется для котельных установок с расходом продуктов сгорания до 30000 м³/ч при слоевом сжигании углей малой зольности и при ограниченных габаритах котельных установок. Они состоят из двух аппаратов: жалюзийной решетки и отсосного циклона. Назначение жалюзийной решетки – разделить газовый поток на две части: одну очищенную от пыли (80÷90% от общего расхода газа) и запыленную (10÷20%).

Запыленный газ пересекает решетку золоуловителя вынося с собой мелкодисперсную пыль. Более крупные частицы, ударяясь о решетку, увлекаются потоком газа, отсасываемого через небольшую щель около стенки, все более обогащается частицами золы. В циклоне поток газа, насыщенный частицами золы до 10÷20% от общего объема газов, очищается и возвращается в последующий за золоуловителем газоход.

На рисунке показан затвор мигалка, позволяющий непрерывно удалять золу, не нарушая установки, засасыванием в нее воздуха. Заслонка под действием силы тяжести золы сама периодически поворачивается, сбрасывая золу на такую же заслонку, расположенную внизу. Со второй заслонки зола высыпается в канал гидравлического золоудаления. Можно сбрасывать золу в вагонетку или шнеком в канал скреперного золоудаления.

Дымосос-золоуловитель (рисунок)

Дымовые газы входят в спиральную коробку, и приобретает криволинейное движение, в результате которого зола под действием инерционных сил отделяется от потолка и концентрируется в пристенной зоне. Через золовыпускной патрубок зола отводится в выносной циклон за счет перепада давлений, создаваемого дополнительной крыльчаткой (отсос 10÷20%).

Тканевые фильтры

Иногда их называют рукавными фильтрами (рисунок). В качестве материала фильтров применяется стекловолокно, полиэфир, стекловолокно с графитом и т.д. Скорость фильтрации для стекловолокна ≈ 1÷1,78 м/с. Эффективность очистки газов от твердых частиц – η = 94,5÷99,9%. Улавливаются частицы размером до 0,0025 мкм. Эффективность работы фильтров практически не зависит от состава дымовых газов. Очистка ткани производится обратной продувкой воздуха, механическим встряхиванием, пульсирующими стрюями сжатого воздуха. Расходы по установке тканевых фильтров равны или несколько ниже по сравнению с установкой электрофильтров. По эксплуатационным расходам они равны. Главными недостатками являются сравнительно большие размеры и малый срок службы. В качестве перспективной схемы рассматривается установка тканевых фильтров в комбинации с золоуловителями других систем.