Выбор и расчет основных показателей системы золошлакоудаления

Курсовой проект

Выбор и расчет основных показателей системы золошлакоудаления

золошлакоудаление расчет установка Содержание Введение Задание

1. Краткая характеристика котельной

2. Опросный лист для проектирования золоулавливающих установок и системы золошлакоудаления

3. Выбор оптимальной системы золошлакоудаления

4. Обоснование и выбор схемы газоходов, методика расчета газового тракта, выбор и описание дымососа, устройства выгрузки пыли и золы, устройства для мокрого удаления золы, схема компоновки газоочистки

4.1 Обоснование и выбор схемы газоходов, схема компоновки газоочистки

4.2 Методика расчета газового тракта

4.3 Выбор устройства выгрузки пыли и золы

4.4 Выбор устройства для мокрого удаления золы

5. Расчет основных характеристик выбранной системы золошлакоудаления

6. Реферативный обзор по новым технологиям и техническим решениям в области золошлакоудаления и разработка мероприятий по снижению выбросов в окружающую среду от систем золои шлакоудаления

7. Расчет себестоимости очистки газов и транспорта золы и шлака

7.1 Расчет себестоимости очистки газов

7.2 Расчет себестоимости транспорта золы и шлака Выводы Список литературы

Введение

Природоохранная деятельность в энергетике приобретает качественно новый характер в связи с формированием системы законодательных актов по охране окружающей среды и проводимым на этой основе нормированием вредных выбросов. В условиях роста энергопотребления необходимо уделять особое внимание решению задачи охраны окружающей среды с тем, чтобы не только обеспечить экологическую безопасность существующих энергопредприятий, но и создать условия для наращивания их мощностей.

В настоящее время только тепловые электростанции (ТЭС) дают более 27% общих промышленных выбросов, потребляя 1/3 энергетического топлива.

Тепловая электростанция на твердом топливе должна отвечать экологическим требованиям: выбросы в атмосферу золы — не более 0,05 г/м3 (для экибастузского угля — не более 0,1 г/м3); окислов серы не более 0,2−0,3 г/м3, оксидов азота — не более 0,15−0,2 г/м3 в дымовых газах при коэффициенте избытка воздуха т = 1,4. Неочищенные жидкие стоки с ТЭС должны отсутствовать, доля золы и других твердых отходов, пригодных к использованию в народном хозяйстве, должна составлять не менее 80%.

Задачей настоящей работы является изучение системы золошлакоудаления. Для этого необходимо выбрать и рассчитать основные показатели системы золошлакоудаления, используя данные курсового проекта «Оценка экономического ущерба от выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от котельной» /1/.

Задание:

1. Составить краткую характеристику котельной.

2. Заполнить опросный лист для проектирования золоулавливающих установок и системы золошлакоудаления.

3. Обосновать и выбрать оптимальный вариант системы золошлакоудаления со ссылкой на курсовую работу по основам промышленной экологии, описать золоулавливающие установки и причины выбора золоулавливающих установок. Привести схемы гидрозолошлакоудаления.

4. Обосновать и выбрать систему газоочистки, привести методику расчета сопротивления газового тракта, выбрать и описать дымососы, выбрать устройство выгрузки золы, устройство для мокрого удаления золы, нарисовать схему компоновки газоочистки.

5. Рассчитать основные характеристики выбранной системы золошлакоудаления.

6. Выполнить реферативный обзор по новым технологиям и техническим решениям в области золошлакоудаления и разработать мероприятия по снижению выбросов в окружающую среду от систем золои шлакоудаления.

7. Определить себестоимость очистки газов и транспорта золы и шлака.

1. Краткая характеристика котельной Краткая характеристика котельной составлена на основе /2/.

Для расчета принимаем паровую котельную, в состав которой входит 4 котлоагрегата БКЗ-160−100Ф (Е-160−9,8−540).

Местоположение котельной — г. Хабаровск, назначение — теплоснабжение жилого микрорайона. Расчетное топливо — бурый уголь марки Б2, Райчихинского месторождения.

Теплопроизводительность каждого котлоагрегата Q1 = 413 258,88 МДж/ч = 114,79 МВт = 98,63 Гкал/ч.

Тепловая мощность котельной в МВт составляет:

Qк = 4 Q1 = 4· 114,79 = 459,16 МВт.

Тепловая мощность котельной в Гкал/ч составляет:

Qк = 4 Q1 = 4· 98,63 = 394,52 Гкал/ч.

Краткое описание котла БКЗ-160−100Ф (составлено на основе /2/).

Паровой котел БКЗ-160−100Ф сконструирован на Барнаульском котельном заводе, однобарабанный, вертикально водотрубный с естественной циркуляцией, предназначен для получения пара высокого давления при пылеугольном сжигании Азейского бурого угля.

Компоновка котла выполнена по П-образной схеме. Топка является первым восходящим газоходом. Топочная камера открытого типа, с твердым шлакоудалением, призматической формы, оборудована четырьмя двухъярусными угловыми прямоточными пылеугольными горелками, расположенными на боковых стенах топки блоками. Во втором горизонтальном газоходе расположен пароперегреватель. Пароперегреватель котла по характеру восприятия теплоты радиационно-конвективного типа. В третьем опускном газоходе расположены водяной экономайзер и трубчатый воздухоподогреватель, установленные в рассечку.

Котлоагрегат имеет один барабан, предназначенный для разделения пароводяной смеси и барботажной промывки насыщенного пара питательной водой.

Основные параметры работы котлоагрегата приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Параметры работы котла БКЗ-160−100Ф

Расчетное топливо — бурый уголь марки Б2, Райчихинского месторождения.

Расчетные характеристики топлива /3/:

— элементарный состав на рабочую массу, %

содержание золы Ar =9,4

содержание влаги Wr =37,5

содержание серы Sr =0,3

содержание азота Nr =0,6

содержание кислорода Or =12,2

содержание водорода Hr =2,3

содержание углерода Cr = 37,7

— химический состав золы, %

содержание оксида кальция СаО = 15,0

содержание оксида магния MgO = 2,0

содержание оксида калия К2О = 1,0

содержание оксида натрия Na2O = 1,0

содержание оксида кремния SiO2 = 36,5

содержание оксида алюминия Al203 = 26,0

содержание оксида железа (III) Fe2O3 = 19,5

содержание оксида титана TiO2 = 0,5

— температура начала деформации золы t1 = 1100

— температура начала плавления золы t2 = 1260

— температура жидкоплавкого состояния золы t2 = 1290

— низшая теплота сгорания

Расчетные характеристики топки /4/:

— коэффициент избытка воздуха в топке

— тепловые потери с химическим недожогом q3 = 0 %

— тепловые потери с механическим недожогом q4 = 0,5%

— теплонапряжение топочного объема qv = 185 кВт/м3

— доля золы топлива, уносимой газами

Присосы воздуха по газоходам (на каждую ступень) /4/:

— пароперегреватель

— водяной экономайзер

— воздухоподогреватель

— топка

— система пылеприготовления

2. Опросный лист для проектирования золоулавливающих установок и системы золошлакоудаления.

Таблица 2 — Опросный лист. /1/

Требования к автоматизации и контролю: /1/:

1. При работе энергоустановок должны приниматься меры для предупреждения или ограничения вредного воздействия на окружающую среду выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и сбросов в водные объекты, шума, вибрации, электрических и магнитных полей и иных вредных физических воздействий, а также по сокращению безвозвратных потерь и объемов потребления воды.

2. Количество выбросов загрязняющих веществ в атмосферу не должно превышать норм предельно допустимых выбросов, сбросов загрязняющих веществ в водные объекты норм предельно допустимых или временно согласованных сбросов, установленных для каждого энергообъекта специально уполномоченными государственными органами Российской Федерации «в области охраны окружающей среды. Напряженность электрического и магнитного полей не должна превышать предельно допустимых уровней этих факторов, шумовое воздействие норм звуковой мощности оборудования, установленных соответствующими санитарными нормами и стандартами.

3. Каждая тепловая электростанция и отопительная котельная должна иметь план мероприятий по снижению вредных выбросов в атмосферу при объявлении особо неблагоприятных метеорологических условий, согласованный с региональными природоохранными органами.

4. На каждом энергообъекте должны быть разработаны мероприятия по предотвращению аварийных и иных залповых выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую среду.

5. Энергообъекты, на которых образуются токсичные отходы, должны обеспечивать их своевременную утилизацию, обезвреживание и захоронение на специализированных полигонах, имеющихся в распоряжении местной или региональной администрации.

Складирование или захоронение отходов на территории энергообъекта не допускается.

6. Эксплуатация энергоустановок с устройствами, не обеспечивающими соблюдение установленных санитарных норм и природоохранных требований, запрещается.

7. При эксплуатации основного и вспомогательного оборудования энергоустановок в целях охраны водных объектов от загрязнений необходимо руководствоваться: законом РФ «Об охране окружающей природной среды»; государственными и отраслевыми стандартами по охране водных объектов от загрязнения; «Инструкцией о порядке согласования и выдачи разрешений на специальное водопользование»; «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами»; «Типовой инструкцией по обслуживанию установок очистки производственных сточных вод тепловых электростанций»; «Рекомендациями по выбору схем и оборудования для бессточных систем золоудаления тепловых электростанций»; «Рекомендациями по приемке, пуску и наладке установок очистки производственных сточных вод»; «Правилами эксплуатации водохранилищ»; инструкциями, составленными на основании типовых применительно к местным условиям.

8. Установки для очистки и обработки загрязненных сточных вод должны быть приняты в эксплуатацию до начала предпусковой очистки теплоэнергетического оборудования.

9. При эксплуатации газоочистного и пылеулавливающего оборудования электростанций и отопительных котельных необходимо руководствоваться: законом РФ «Об охране окружающей природной среды»; государственными и отраслевыми стандартами, регламентирующими загрязнение атмосферы; «Правилами организации контроля выбросов в атмосферу на тепловых электростанциях и в котельных»; «Типовым положением об организации контроля за выбросами в атмосферу на тепловых электростанциях»; «Правилами эксплуатации установок очистки газа»; «Положением об организации эксплуатации золоулавливающих установок на тепловых электростанциях»; «Положением о планово-предупредительном ремонте золоуловителей»; типовыми инструкциями по эксплуатации электрофильтров, сухих инерционных золоуловителей, золоуловителей с трубой Вентури типа МВ; «Инструкцией по расследованию и учету нарушений в работе электростанций, сетей, энергосистем и энергообъединений»; инструкциями, составленными на основании типовых применительно к местным условиям.

10. При эксплуатации эпектрических сетей и подстанций необходимо руководствоваться «Санитарными нормами и правилами защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока» и «Методическими рекомендациями по обеспечению экологических нормативов при проектировании, строительстве и эксплуатации линий электропередачи и подстанций» .

11. Энергообъекты обязаны контролировать и учитывать выбросы и сбросы загрязняющих веществ, объемы воды, забираемые и сбрасываемые в водные источники, а также контролировать напряженность электрического и магнитного полей в санитарно-защитной зоне воздушных линий электропередачи.

12. Для контроля за выбросами загрязняющих веществ в окружающую среду, объемами забираемой и сбрасываемой воды каждый энергообъект должен быть оснащен постоянно действующими автоматическими приборами, а при их отсутствии или невозможности применения должны использоваться прямые периодические измерения и расчетные методы. Электрические сети должны быть оснащены приборами измерения напряженности электрического и магнитного полей.

Требования к автоматизации и контролю золоулавливающей установки /7/:

1. При работе котла на твердом топливе должна быть обеспечена бесперебойная работа золоулавливающей установки, эксплуатация котла с неработающей золоулавливающей установкой запрещается.

В случае появления сигнала о достижении верхнего предельного уровня золы в двух и более бункерах разных полей электрофильтра, прекращении орошения каплеуловителя мокрой золоулавливающей установки или прекращении удалении из него пульпы необходимо принять меры к выявлению и устранению причин неполадок. Использовать бункеры золоулавливающих установок для накопления уловленной золы запрещается. Она должна удалятъся из бункеров непрерывно.

2. При растопке котла на газе или мазуте высокое напряжение на электрофильтры не должно подаваться, механизмы встряхивания должны быть включены в работу, должен быть обеспечен подогрев бункеров и изоляторных коробок. После перевода котла на сжигание твердого топлива должны бьпь включены в работу виброрыхлители или аэрирующие устройства бункеров, время подачи высокого напряжения на электрофильтры должно бьпь указано в местной инструкции.

3. В подбункерных помещениях электрофильтров температура воздуха должна поддерживаться не ниже 12oC.

Температура стенок бункеров и течек золоулавливающих установок должна поддерживаться на 15oC выше температуры конденсации водяных паров, содержащихся в дымовых газах.

На электростанциях с открытой компоновкой электрофильтров в районах с расчетной температурой отопления минус 15oC и ниже электрофильтры перед пуском должны предварительно прогреваться горячим воздухом до температуры выше точки росы дымовых газов растопочного топлива.

Орошение мокрых золоулавливающих установок, а также подача воды в золосмывные аппараты электрофильтров и батарейных циклонов, воздуха в аппараты систем пневмозолоудаления и включение системы контроля работы электрофильтров и наличия золы в бункерах должны бьпь осуществлены до растопки котла.

4. При повышении температуры дымовых газов за электрофильтрами выше температуры газов перед ними необходимо снять высокое напряжение со всех полей. В случае обнаружения очагов возгорания в электрофильтре следует остановить котел и приступить к устранению аварийного состояния.

5. Режим эксплуатации золоулавливающих установок должен определяться следующими показателями:

для электрофильтров оптимальными параметрами электропитания при заданной температуре дымовых газов и оптимальным режимом встряхивания электродов;

для мокрых золоулавливающих установок оптимальными расходом орошающей воды и температурой газа после аппаратов не менее чем на 15oC выше точки росы дымовых газов (по водяным парам);

для батарейных циклонов оптимальным аэродинамическим сопротивлением аппаратов.

6. При эксплуатации мокрых золоулавливающих установок должны бьпь предусмотрены меры, предотвращающие брызгоунос. В случае установки электрофильтров за мокрыми золоулавливающими установками наличие следов брызгоуноса за последними не допускается.

7. Состояние золоулавливающих установок должно контролироваться в соответствии с типовыми инструкциями по их эксплуатации.

8. При останове котла на срок более 3 сут золоулавливающие установки должны бьпь осмотрены и очищены от отложений.

9. Испытания золоулавливающих установок должны бьпь выполнены при вводе их в эксплуатацию из монтажа, после капитального ремонта или реконструкции специализированными аттестованными организациями.

Для проведения испытаний золоулавливающие установки должны иметь измерительные участки на газоходах и быть оборудованы штуцерами, лючками и другими приспособлениями, а также стационарными площадками с освещением для обслуживания используемых при испытаниях приборов.

10. Золоулавливающие установки не реже 1 раза в год должны подвергаться испытаниям по экспресс-методу в целях проверки их эксплуатационной эффективности и при необходимости разработки мероприятий по улучшению работы.

11. При эксплуатации систем золошлакоудаления и золоотвалов должны быть обеспечены:

своевременное, бесперебойное и экономичное удаление и складирование золы и шлака в золотоотвалы, на склады сухой золы, а также отгрузка их потребителям;

надежность оборудования, устройств и сооружений внутреннего и внешнего золошлакоудаления;

рациональное использование рабочей емкости золоотвалов и складов сухой золы;

предотвращение загрязнения золой и сточными водами воздушного и водного бассейнов, а также окружающей территории.

12. Эксплуатация систем гидрои пневмозолоудаления должна быть организована в режимах, обеспечивающих:

оптимальные расходы воды, воздуха и электроэнергии;

минимальный износ золошлакопроводов;

исключение замораживания внешних пульпопроводов и водоводов, заиления золосмывных аппаратов, каналов и пульпоприемных бункеров, образования отложений золы в бункерах, течках и золопроводах пневмозолоудаления.

Для ликвидации пересыщения воды труднорастворимыми соединениями и осаждения взвешенных твердых частиц (осветления) должны бьпь предусмотрены необходимые площадь и глубина отстойного бассейна.

13. При эксплуатации систем гидрозолоудаления должны быть обеспечены плотность трактов и оборудования, исправность облицовки и перекрытий каналов, золошлакопроводов, устройств для оперативного переключения оборудования.

В системах пневмозолоудаления должна быть предусмотрена очистка сжатого воздуха от масла, влаги и пыли, а также предотвращено попадание влаги в золопроводы, промежуточные бункера и емкости складов золы.

14. Эксплуатация оборотных (замкнутых) гидравлических систем золошлакоудаления должна быт организована в бессточном режиме, предусматривающем:

поддержание баланса воды в среднем за год;

преимущественное использование осветленной воды в технических целях (обмывка поверхностей нагрева котлов, золоулавливающих установок, гидроуборка зольных помещений, уплотнение подшипников багерных насосов, орошение сухих участков золоотвалов для пылеподавления, охлаждение газов путем впрыска воды, приготовление бетонных растворов и т. д.) и направление образующихся стоков в систему гидрозолоудаления (ГЗУ).

Сброс осветленной воды из золоотвалов в реки и природные водоемы допускается только по согласованию с региональными природоохранными органами.

15. Сбросы посторонних вод в оборотную систему ГЗУ допускаются при условии, что общее количество добавляемой воды не превысит фактические ее потери из системы в течение календарного года.

В качестве добавочной воды должны быть использованы наиболее загрязненные промышленные стоки с направлением их в устройства, перекачивающие пульпу.

16. При нехватке осветленной воды подпитка оборотной системы ГЗУ технической водой допускается путем перевода на техническую воду изолированной группы насосов.

Смешение в насосах и трубопроводах технической и осветленной воды запрещается, за исключением систем с нейтральной или кислой реакцией осветленной воды.

17. В шлаковых ваннах механизированной системы шлакоудаления должен быть уровень воды, обеспечивающий остывание шлака и исключающий подсос воздуха в топку.

18. Состояние смывных и побудительных сопл системы ГЗУ должно систематически контролироваться, и при увеличении их внутреннего диаметра более чем на 10% по сравнению с расчетным сопла должны заменяться.

19. Контрольно-измерительные приборы, устройства технологических защит, блокировок и сигнализации систем гидрои пневмозолоудаления должны быть в исправности и периодически проверяться.

20. Вводимые в резерв или ремонт тракты гидроили пневмозолоудаления должны бьпь опорожнены и при необходимости промыты водой или продуты воздухом.

21. При отрицательной температуре наружного воздуха выводимые из работы пульпопроводы и трубопроводы осветленной воды системы ГЗУ должны бьпь своевременно сдренированы для предотвращения их замораживания.

22. Должен бьпь организован систематический (по графику) контроль за износом золошлакопроводов и своевременный поворот труб. Очистка трубопроводов от минеральных отложений должна быть произведена при повышении гидравлического сопротивления трубопроводов на 20% (при неизменном расходе воды, пульпы).

23. При повышенном абразивном износе элементов систем удаления и складирования золошлаков (пульпопроводы, золопроводы, сопла и др.) должны быть приняты меры для защиты этих элементов от износа (применение камнелитных изделий, абразивостойких металлов и т. п.).

24. При необходимости должны быть проверены уклоны пульпопроводов и надземных трубопроводов осветленной воды, произведена рихтовка труб или установка дополнительных дренажей.

25. Ремонт и замена оборудования должны быть организованы по графику, составленному на основе опыта эксплуатации систем золои шлакоудаления. Указанный график должен быть скорректирован при изменении работы систем золошлакоудаления (изменение вида топлива, подключение дополнительных котлов и т. п.).

26. Заполнение золоотвалов водой и золошлаками, а также выдача золошлаков из золоотвалов должны осуществляться по проекту.

Эксплуатация и контроль за состоянием дамб золоотвалов должны быть организованы в соответствии о требованиями настоящих Правил (гл. 3.1).

27. Не менее чем за 3 года до окончания заполнения существующего золоотвала электростанцией должно быть обеспечено наличие проекта создания новой емкости.

28. На границах золоотвалов, бассейнов и каналов осветленной воды, а также на дорогах, в зоне расположения внешней системы золоудаления должны быть установлены предупреждающие и запрещающие знаки.

29. Для контроля за заполнением золоотвалов 1 раз в год должны производиться нивелировка поверхности расположенных выше уровня воды золошлаковых отложений и промеры глубин отстойного пруда по фиксированным створам.

30. Наращивание ограждающих дамб без проектов запрещается.

При наращивании дамб из золошлакового материала и мягких грунтов (суглинков, супесей) работы должны выполняться в теплое время года.

31. Устройства (лестницы, мостики, ограждения и др.), обеспечивающие уход за сооружениями и безопасность персонала, должны быть в исправном состоянии.

32. На каждой электростанции должны ежегодно составляться и выполняться планы мероприятий по обеспечению надежной работы системы удаления и складирования золы и шлака. В планы должны бьпь включены: графики осмотров и ремонта оборудования, пульпопроводов осветленной воды, график наращивания дамб, очистки трубопроводов от отложений, мероприятия по предотвращению пыления, рекультивации отработанных золоотвалов и др.

20. Подробное описание технологической схемы газоочистки с указанием места ее расположения; другая, необходимая для проектирования, монтажа и наладки информация и документация.

В качестве золоулавливающей установки выбран электрофильтр марки УГ3−4-88, который устанавливается сразу после нисходящего газохода котла. Осуществляется центральный подвод газов к электрофильтру с установкой двух вертикальных газораспределительных решеток. Перед электрофильтром установлена форкамера для надежного удаления пыли в систему пылеудаления. За электрофильтром установлен дымосос, после которого очищенные газы уходят по каналу в дымовую трубу.

3. Выбор оптимальной системы золошлакоудаления Котельные, сжигающие твердое топливо, должны быть оборудованы золоулавливающими установками (ЗУ) в том случае, когда условная характеристика /1/:

N = AрB 5000,

где Aр — содержание золы в рабочей массе топлива, %; B — максимальный часовой расчетный расход топлива, кг/ч.

В настоящее время необходимость установки ЗУ определяется также значениями предельно допустимых выбросов (ПДВ), предельно допустимых концентрации (ПДК), максимальной приземной концентрации (См) загрязняющих веществ, высотой трубы, условиями рассеивания выбросов загрязняющих веществ и т. п.

Для котельных (отопительных, производственно-отопительных), оборудованных вертикальными паровыми и водогрейными котлами с относительно малым количеством выбрасываемой золы, состоящей из частиц размером более 10 мкм (до 98%), при довольно высокой температуре уходящих газов 300−400°С возможна установка ЗУ с малым коэффициентом сопротивления, способных работать на естественной тяге (за счет дымовой трубы), из-за значительной разницы tух и tв (tв — температура окружающей среды; tух — температура уходящих газов) — к ним относятся циклоны НИИОГАЗ типа ЦН-24 и циклоны ЦКТИ с углом наклона крышки 30°. Как правило, на один котел необходимо 1−2 циклона. Предпочтительнее установка 2-х циклонов меньшего диаметра (снижается высота золоуловителя и увеличивается КПД очистки).

Для котельных с котлами паропроизводительностью 25−230 т/ч при сухом золоулавливании применяются циклоны типа ЦБ, ЦБР, ЦБУ, электрофильтры.

В настоящее время широко применяются на российских ТЭС гидравлическая система золошлакоудаления, ее основными элементами являются:

1. устройства для удаления шлака и золы из котла;

2. шлакозоловые каналы внутри помещения котельного цеха для безнапорного транспорта;

3. багерные и шламовые насосы;

4. шлакодробилки;

5. эжекторные гидроаппараты;

6. насосы смывной и эжектирующей воды и пульпопроводы для напорного транспорта гидрозолошлаковой смеси (пульпы) до золошлакоотвала.

В ряде случаев применены комбинированные системы, например, для сбора золы от золоуловителей — пневматическая, а для удаления шлака и золы за пределы территории электростанции — гидравлическая.

Различают следующие основные системы гидрозолоудаления:

а) совместный гидротранспорт шлака и золы (шлакозоловой пульпы) центробежными (багерными) насосами, гидроаппаратами, по самотечным каналам;

б) раздельный гидротранспорт, когда шлаковую пульпу транспортируют багерными насосами или гидроаппаратами, а золовую пульпу — центробежными (шламовыми) насосами, либо и шлак и золу транспортируют по отдельным самотечным каналам.

Гидротранспорт золы и шлака по самотечным каналам или трубам является наиболее простым, надежным и экономичным, но этот вид транспортировки возможно осуществлять лишь в сравнительно редких случаях, когда имеется благоприятный профиль местности и золошлакоотвал располагается на значительно более низком уровне, чем главное звено электростанции.

Раздельное удаление и складирование золы и шлака применяют:

а) при наличии благоприятных местных условий, когда более экономична подача шлака на имеющийся вблизи электростанции отвал, а зола — в отвал, расположенный на более далеком расстоянии;

б) при наличии соответствующих требований использования шлака и золы для различных целей, когда смешение их не допустимо.

На выбор системы золошлакоудаления влияние оказывает содержание золы и ее состав.

Щелочность золы Щ = 134· CaO, причем:

при Щ > 2000 мг-экв/кг золы — неизбежны отложения карбонатов кальция, который образуется в результате взаимодействия солей жесткости, содержащихся в воде и свободных щелочей, содержащихся в золе. Необходимо предусматривать резервное сухое золоудаление, либо полностью переходить на него.

при Щ = 1300−2000 мг-экв/кг золы — отложений в системе золошлакоудаления не может быть вообще и они могут образоваться при повышенной карбонатной жесткости воды.

Выбор золоуловителя

1. Определим условную характеристику:

N = AрB = 9,4· 35 717,76 = 335 746,9 > 5000

для данной котельной необходима установка золоулавливающей установки.

2. Применение мокрых золоуловителей не рекомендуется /1/ при:

а) содержании оксидов кальция СаО в золе более 12−15%; для нашего топлива:

СаО = 15%

зола обладает вяжущими свойствами.

б) Апр· (СаО)2 > 190 кг/МДж — существует опасность образования отложений карбонатов кальция в системах золоулавливания и гидрозолоудаления; для нашего топлива:

Апр = Ар/Qнр = 9,4/12,74 = 0,738% кг/МДж Апр· (СаО)2 = 0,738· (15)2 = 166,05 кг/МДж в) наличии в топливе большого количества серы — Sпр > 0,3%/(МДж/кг) и жесткости воды >15 мг-экв/л, так как необходима нейтрализация гидрозоловой пульпы после скрубберов, что сопряжено со значительными затратами; для нашего топлива:

Sпр = Sр/Qнр = 0,3/12,74 = 0,02%· кг/МДж < 0,3% кг/МДж г) при необходимости обеспечения более эффективного рассеивания дымовых газов в атмосфере, так как дымовые газы после мокрых золоуловителей имеют более низкую температуру, что снижает высоту подъема факела;

д) сжигании в котлах торфа — объясняется повышенным содержанием оксидов кальция СаO в золе — до 30−35%.

3. Принимаем степень очистки в зависимости от мощности источника тепла и приведенной зольности /1/ по таблице 2.1.

Таблица 2.1 Требуемая степень очистки газов

Мощность нашей котельной: Q = 413 258,88 МДж/ч = 114,79 МВт. Принимаем степень очистки равную 99,5%, чтобы обеспечить возможность расположения котельной в пределах города.

Исходя из того, что зола обладает вяжущими свойствами, а также из-за высокой требуемой степени очистки выбираем в качестве золоулавливающей установки электрофильтр. Выбор такого типа установки обусловлен также расчетами разных типов золоулавливателей применительно к расчетному топливу и для проектируемой котельной, который приведен в /1/.

4. Свойства золы, влияющие на эффективность работы электрофильтра.

При Sпр < 0,3%/(МДж/кг) и Wпр < 2%/(МДж/кг) проявляются неблагоприятные электрофизические свойства малосернистых и маловлажных топлив. Для нашего топлива существует такая опасность, так как

Sпр = 0,02% кг/МДж < 0,3%/(МДж/кг);

Wпр = Wр/Qнр = 37,5/12,74 = 2,9% кг/МДж и может возникнуть высокое удельное электрическое сопротивление, что приведет к образованию обратной короны, не позволяющей получить КПД очистки более 95−96%. Для уменьшения удельного электрического сопротивления применяем следующие технологические мероприятия:

— снижение температуры газов

— кондиционирование паром (аммиаком).

На эффективность работы электрофильтра в нашем случае будет оказывать влияние абразивные свойства золы, так как зола топлив с содержанием оксидов кремния и алюминия (SiO2 + Al2O3) 63% обладает повышенными абразивными свойствами:

SiO2 = 36,5%, Al2O3 = 26,0% SiO2 + Al2O3 = 36,5+26,0 = 63%.

В нашем случае будет иметь место абразивный износ золоуловителя и хвостовых поверхностей нагрева котлов. Для предотвращения быстрого износа рабочих поверхностей необходимо применить коррозионно-устойчивые покрытия, внеплановые осмотры поверхностей, подверженных коррозионному воздействию, а также проверки эффективности золоулавливающей установки и соответствия ее КПД требуемой степени очистки.

Также на эффективность работы электрофильтра оказывает влияние коэффициент электрофизических свойств золы:

Кф=(Al2O3+SiO2)Aр/((Wp+9Hp)Sp)=33,65

и величина удельного электрического сопротивления.

Таблица 3. Технические характеристики электрофильтров серии УГ /1/.

Краткая характеристика электрофильтра УГ3−4-88.

Наиболее распространенным типом сухих электрофильтров является многопольный горизонтальный электрофильтр серии УГ. Наличие нескольких последовательных полей улучшает условия улавливания частиц из-за возможности дифференциации электрического режима и режима встряхивания электродов по полям.

Выбор системы золошлакоудаления.

В нашем случае щелочность золы равна:

Щ = 134· CaO = 134· 15 = 2010 мг-экв/кг > 2000 мг-экв/кг.

Таким образом, зола обладает вяжущими свойствами — рассчитанная щелочность (2010 мг-экв/кг) превышает допустимый предел (2000 мг-экв/кг).

Исходя из этого, для забора золы от золоулавливающих установок и транспорта ее на золоотвал выбираем пневматическую систему удаления золы, а для транспорта шлака, образующегося в топках котлов — гидравлическую систему.

Принимая, что зола полезно используется — поставляется на цементный завод, выбираем раздельный транспорт золы и шлака.

При пневматической системе удаления золы имеет место быстрый износ пневмопроводов. Для обеспечения возможности ремонта и повышения надежности предусматриваем дополнительно гидравлическую системы золоудаления посредством трубопровода резервной гидравлической и набкой не золоулавливателя. системы золоудаления 14 (рис.1), в который направляется зола в случае отказа или ремонта пневмозолопровода 9.

Рис. 1. Принципиальная схема гидрозолошлакоудаления.

1 — топка котла, 2 — нисходящий газоход, 3 — золоулавливающая установка, 4 — дымовая труба, 5 — осадительная станция, 6 — механизированными шлакоудаляющая установка непрерывного действия, 7 — дымосос, 8 — золоотвал, 9 — пневмозолопровод, 10 — пульпопровод, 11 — осветленная вода, 12 — трубопроводы осветленной воды, 13 — устройство для переключения системы удаления золы от золоулавливателя с пневматической на резервную гидравлическую и наоборот, 14 — трубопровод резервной гидравлической и набкой не золоулавливателя системы золоудаления от золоуловителя, 15 — багерная насосная.

Удаление шлака после котла производится механизированными шлакоудаляющими установками непрерывного действия 6, состоящими из ванны, заполненной водой, шнекового транспортера и шлакодробилки. Для охлаждения шлака в ванну непрерывно подается заданный расход холодной воды. Шлак из ванны шнековым транспортером непрерывно подается в дробилку, а затем в шлаковый канал 10, по которому транспортируется в пульпоприемные бункеры багерных насосных 15.

Зола после элекрофильтра 3 по пневмозолопроводам 9 с помощью воздуха струйными аппаратами направляется в осадительную станцию 5, где происходит осаждение частиц золы. Осадительные устройства располагаются непосредственно над бункером-накопителем золы. Зола выгружается из бункера в вагоны или автосамосвалы. Для устранения пыления при выгрузке из бункера применяется специальный шнековый питатель, в котором зола при выгрузке смачиваются водой.

В случае включения резервной гидравлической системы золоудаления, зола с электрофильтра через золосмывные аппараты котлов вместе с водой сбрасывается в каналы ЗШУ 10 и далее транспортируется смывной водой в пульпоприемные бункеры багерных насосных 15.

Систему гидрозолоудаления осуществляем с замкнутой (оборотной) схемой водоснабжения (повторно используется вода, осветленная в отстойнике золошлакоотвала 8) в связи с большим расходом воды, а также повышенных требований к чистоте вод, сбрасываемых в водоемы общего пользования.

4. Обоснование и выбор схемы газоходов, методика расчета газового тракта, выбор и описание дымососа, устройства выгрузки пыли и золы, устройства для мокрого удаления золы, схема компоновки газоочистки.

4.1 Обоснование и выбор схемы газоходов, схема компоновки газоочистки Схему газоходов выбираем в соответствии с количеством золоулавливающих установок на 1 котел, исходя из данных /1/, на каждый котел приходится по одному электрофильтру марки УГ3−4-88, который устанавливается сразу после нисходящего газохода котла. За электрофильтром установлен дымосос, после которого очищенные газы уходят по каналу в дымовую трубу.

Рис. 2. Принципиальная схема газоходов.

Описание схемы. На схеме представлен порядок компоновки газового тракта: дымовые газы после нисходящих газоходов котельных агрегатов проходят очистку в электрофильтрах 1, далее собираются в общий коллектор и направляются в дымовую трубу.

Схема компоновки газоочистки — пониточная, выбрана по /5/.

Рис. 3. Схема компоновки газоходов.

Описание схемы: 1 — источник выбросов, 2 — золоулавливающая установка, 3 — дымосос, 4 — дымовая труба.

4.2 Методика расчета газового тракта /6/

1. Настоящая методика рекомендуется для расчета газового или воздушного сопротивления участков тракта котельных агрегатов или трактов в целом в тех случаях, когда ранее был выполнен полный аэродинамический расчет котла или участка тракта с теми же конструктивными элементами, но на отличающиеся от заданных условия (топливо, нагрузка). В основу пересчета принимается определенная из полного расчета величина перепада полных давлений по участку тракта или по тракту, мм вод. ст.

2. Сопротивление участка газового тракта (в мм вод. ст.) для заданных условий определяется по формуле:

(1)

где индексы «исх» и «р» соответствуют исходному режиму, для которого определено ранее сопротивление участка, и расчетному режиму; Вр — расчетный расход топлива с учетом механического недожога, кг/ч; V — средний объем газов на 1 кг топлива в рассчитываемом участке при 0оС и 760 мм вод. ст., м3/кг; Т — средняя абсолютная температура газов на участке, оК; r — коэффициент рециркуляции.

Значение показателя степени n зависит от характеристики данного участка и принимается по табл. 4. Если на участке встречаются элементы, для которых значения n различаются, то принимается среднее значение.

Таблица 4. Значения показателя степени n в формулах для пересчета сопротивления

При расчете сопротивления котла с рециркуляцией дымовых газов следует раздельно рассчитывать участок тракта котла, который проходят рециркулирующие газы, и остальные участки. При расчете сопротивления тракта рециркулирующих газов следует раздельно рассчитывать участок его от места забора газов до ввода их в котел и участок тракта котла, который проходят рециркулирующие газы.

3. Перепад полных давлений для всего газового тракта при расчетных условиях чаще приходится определять также пересчетом исходных сопротивлений отдельных его участков. Однако при сравнительно простых трактах возможет пересчет для всего тракта в целом.

Перепад полных давлений по газовому тракту котла (в мм вод. ст.) для заданных условий определяется по формуле:

где — разрежение на выходе из топки, мм вод. ст.; - суммарная самотяга по всему тракту, подсчитанная в исходном расчете, мм вод. ст.; Vг.т и Vг.д — объемы газов на 1 кг топлива при коэффициентах избытка воздуха на выходе из топки и перед дымососом (при надуве — за воздухоподогревателем) при 0оС и 760 мм рт. ст., м3/кг; - среднеарифметическое значение абсолютных температур газов на выходе из топки и перед дымососом, оК; со — плотность дымовых газов при 760 мм рт. ст. и 0оС, (кгс•сек2)/м4, определяем по рис. VII-26; ммас — массовая концентрация золы в дымовых газах [формула (2−22)], кг/кг; hбар — барометрическое давление, мм рт. ст.

При наличии золоуловителя можно для упрощения вместо расчета тракта по участкам (п. 2−53) вести значение поправки на запыленность (1+µмас) по средневзвешенной величине концентрации золы:

;

.

Если какой-нибудь элемент котла конструктивно изменяется, то пересчет удобнее вести, пользуясь суммой расчетных сопротивлений тракта без поправок ??h, мм вод. ст. Тогда формула (2) примет вид где ?hизм — сопротивление изменяемого элемента, мм вод. ст.; Мс — поправка к плотности воздуха.

При изменении высоты дымовой трубы и, следовательно, ее самотяги окончательно вычитаемая величина суммарной cамотяги соответственно изменяется.

4. Расчет сопротивления воздушного тракта на заданные условия целесообразно вести раздельно для двух участков: вход во всасывающий воздухопровод — выход из воздухоподогревателя и выход из воздухоподогревателя — выход в топку, — так как на втором участке воздух может перераспределяться.

При рециркуляции горячего воздуха следует отдельно рассчитывать всасывающий воздухопровод и отдельно участок от выхода из дутьевого вентилятора до выхода из воздухоподогревателя.

Сопротивление участка от входа во всасывающий воздухопровод или от выхода из вентилятора до выхода из воздухоподогревателя для заданных условий определяется по формуле:

(4)

где Vо — теоретически необходимое количество воздуха, м3/кг; - отношение количества воздуха на выходе из воздухоподогревателя к теоретически необходимому; ?бвп — утечка воздуха из воздушных каналов во всем воздухоподогревателе, принимаемая равной присосу по газовой стороне; - среднее арифметическое значение абсолютных температур воздуха на входе в воздухоподогреватель и на выходе из него, оК; при наличии калориферов за начальную принимается средняя температура воздуха в них; n — принимается по табл. 4; Вр — см. формулу (1).

Сопротивление остальных участков воздушного тракта пересчитываются по расходу и температуре воздуха в них, причем принимается показатель степени для пересчета n = 2.

4.2 Выбор и описание дымососа Определяем расчетный режим дымососа, включающий нормативные запасы:

где V — расход газов или воздуха при номинальной нагрузке котла, м3/ч, в1 и в2 — коэффициенты запаса по производительности и давлению; z — количество одинаковых параллельно работающих вентиляторов; hбар — барометрическое давление в месте установки вентилятора, определяемое по рис. 8 /6/, мм рт. ст.; Нвх — разрежение (-) или избыточное давление (+) во входном сечении вентилятора, мм вод. ст.

На основании /1/ на номинальную нагрузку котельного агрегата расход дымовых газов перед дымососом при t = 145оС, hбар = 760 мм рт. ст. и с = 0,135 кгс•сек2/м4 составляет V = = 335,8 м3/ч, а перепад полных давлений в тракте, определенный с учетом среднего барометрического давления для места установки котельного агрегата hбар = 730 мм рт. ст., ?Нп = 222 мм вод. ст. — принимаем на основе /6/

м3/ч, Нр = 1,2•222 = 266 мм вод. ст.

Указанные данные следует привести к номинальной плотности, для которой даются характеристики дымососов заводами изготовителями (воздух со = 0,132 кгс•сек2/м4; hбар = 760 мм рт. ст., t = 100оС и 200оС).

Переходный коэффициент:

где со — плотность перемещаемых газов при 0оС и 760 мм рт. ст. (в кгс· сек2/м4), определяемая по рис. VII-26; t — температура газов перед вентилятором, оС; tхар — температура для которой составлена характеристика, оС.

Для 100оС: ,

для 200оС:

Приведенные параметры расчетного режима составят:

м3/ч;

мм вод. ст. для 100оС;

мм вод. ст. для 200оС.

Из сводного графика характеристик центробежных дымососов однои двустороннего всасывания типа 0,62 — 40 при t = 100оС, сводного графика характеристик центробежных дымососов двустороннего всасывания типа 0,7 — 37 и 0,8 — 37 t = 200оС, (рис. VII-33 и рис. VII-31 /6/) требуемые параметры могут быть удовлетворены дымососом типа ДН-22.

Описание дымососа типа ДН-22

Дымосос с назад загнутыми лопатками типа 0,62−40 одностороннего всасывания. Снабжен осевыми направляющими аппаратами. Дымосос в зависимости от графика нагрузки котла может применяться с одноили с двухскоростными электродвигателями. Машина рассчитана на длительную работу при температуре газов до 200оС. Дымососы этого типа могут устанавливаться с углами разворота от 0о до 270о через каждые 15о кроме угла 255о.

4.3 Выбор устройства выгрузки пыли и золы Для выгрузки золы и пыли выбираем пылевые затворы непрерывного действия — мигалки с конусным клапаном по /6/.

Мигалки с конусным клапаном (рис. 4) могут устанавливаться в случае, если разрежение над ними не превышает 1000 Па. При больших разрежениях могут устанавливаться последовательно две мигалки. В случае работы на влажных пылях угол раскрытия конуса уменьшается с 90 до 60о.

Рис. 4. Мигалка с конусным клапаном: 1 — входной патрубок; 2 — клапан; 3 — рычаг; 4 — груз.

4.4 Выбор устройства для мокрого удаления золы При гидравлическом транспорте уловленной золы или пыли в качестве затворов за газоочистными аппаратами устанавливаются золосмывные аппараты и гидрозатворы (по /6/).

Золосмывные аппараты предназначены для постоянного смыва золы из бункеров золоуловителей, работающих под разрежением. Отверстие в крышке цилиндра аппарата для присоединения к золовой течке вырезается по месту при монтаже. В золовой течке должно быть предусмотрено устройство для отключения подачи золы.

Схема и описание выбранного золосмывного аппарата приведены на рис. 5.

Рис. 5. Золосмывной аппарат с гидрозатвором: 1 — корпус; 2 — крышка; 3 — смывной патрубок; 4 — сопло; 5 — сливная труба.

5. Расчет основных характеристик выбранной системы золошлакоудаления

1. Расчет массового выхода золы и шлака по /5/.

а) Расчет массового выхода золы:

где B — полный расход топлива, кг/с;

— зольность на рабочую массу топлива, %;

— потери теплоты от механического недожога с уносом, %;

— теплота сгорания топлива, кДж/кг;

32 700 — теплота сгорания углерода в шлаке, кДж/кг;

— доля минеральной части, образующая шлак;

— доля золы, уносимой с газами;

.

= 0,995 — КПД электрофильтра.

Все значения расчетных величин берутся из /1/:

.

б) Расчет массового выхода шлака:

где — потери с теплотой шлака;

.

2. Расчет объемного расхода пульпы по /5/.

где — общий расход воды, кг/с;

— расход воды на уплотнение насоса кг/с;

— плотность золы;

— плотность шлака;

— плотность воды.

Объемный расход воды равен:

где — удельный расход воды, м3 на тонну золошлаковых отходов,

=.

% от ;

= 0,03·

Объемный расход пульпы:

3. Расчет шнекового транспортера для удаления шлака из топки /5/.

Производительность транспортера:

где d = 500−600 мм — диаметр вала;

Д = 2d — диаметр витка;

Д = 2· 500 = 1000 мм;

S — шаг витка, S = (0,8−1)Д = 0,8· 1000 = 800 мм;

n = 2,5 — 5 оборотов в минуту;

= 0,13 — коэффициент заполнения;

— коэффициент, прямо пропорционально зависящий от угла наклона шнека к горизонту:

= 0,7;

= 0,65;

= 900 кг/м3 — для сухой системы шлакоудаления, = 1400 кг/м3 — для мокрой.

4. Расчет потребной мощности привода шнека.

где z = 5 — 8 м, — длина шнека,

— коэффициент сопротивления, = 2 по /5/

5.Расчет расхода воды на охлаждение шлака /5/.

При твердом шлакоудалении:

где ,

;

= 4,19 — теплоемкость воды;

— температура воды со шлаком;

— температура осветленной воды;

6. Реферативный обзор по новым технологиям и техническим решениям в области золошлакоудаления и разработка мероприятий по снижению выбросов в окружающую среду от систем золои шлакоудаления

6.1 Комплексная технология переработки сухих зол уноса ТЭЦ /7/

О возможной утилизации зол уноса, улавливаемых в циклонах и электрофильтрах при сжигании углей, написано огромное количество материалов. Проблему заметили полвека назад. За это время города, особенно мегаполисы в Сибири, оказались буквально засыпанными отходами, главную часть которых составляют золы. Однако значимых результатов достигнуто не было.