Основы золоулавливания на тепловых электрических станциях

Содержание Основные мероприятия по борьбе с вредными выбросами Сухие золоуловители Мокрые золоуловители Список источников

Основные мероприятия по борьбе с вредными выбросами глубокая очистка дымовых газов на ТЭС от золы, SOх, NOх.

предварительная переработка топлива перед сжиганием с целью извлечения сернистых соединений;

рациональное ведение топочного процесса в ПГ ТЭС для снижения образования NOх;

устройство высоких дымовых труб в соответствии с СНиП для рассеивания веществ на большие площади;

создание санитарных зон вокруг станции.

Выбор золоуловителя на станции осуществляется в соответствии со следующими факторами:

дисперсный состав и физико-химический свойства золы (способ сжигания, вид топлива);

количество улавливаемой золы;

степень очистки (КПД золоуловителя);

ПДК выбросов у поверхности земли;

технико-экономические соображения (стоимость ЗУ, обслуживание ЗУ).

Сжигание в паровых котлах топлив ухудшенного качества с большим содержанием золы обострило проблему очистки от нее продуктов сгорания. В соответствии с нормами технологического проектирования для мощных КЭС и ТЭЦ степень улавливания золы должна быть не менее 98—99,5%, возрастая с увеличением мощности станций. Для обеспечения таких высоких требований необходим тщательный выбор типа золоулавливающих устройств.

Качественное улавливание золы обеспечивает надежную работу дымососов. В настоящее время на электростанциях наибольшее распространение получили электрофильтры, мокрые золоуловители с трубами Вентури или без последних, а также батарейные циклоны. Последние рассматриваются наряду с единичными циклонами и жалюзийными золоуловителями как первая ступень улавливания на крупных котельных установках, а также применяются в мелких котельных.

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 удаляться из бункеров непрерывно.

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 быть включены в работу виброрыхлители или аэрирующие устройства бункеров, время подачи высокого напряжения на электрофильтры должно быть указано в местной инструкции.

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 быть осуществлены до растопки котла.

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.

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.

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.

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

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

Испытания золоулавливающих установок должны быть 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.

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.

Сухие золоуловители Аппараты сухой инерционной очистки пылеосадительные камеры пылеуловители инерционного действия жалюзийные аппараты циклоны прямоточные батарейные ротационные пылеуловители дымососы-пылеуловители фильтры рукавные сухие электрофильтры серии УГ серии ЭГА серии УГТ серии ОГП Мокрые золоуловители Скрубберы Насадочные газопромыватели

Скрубберы Вентури циклоны с водяной пленкой пленочные золоуловители с колонками пенные аппараты центробежные скрубберы ВТИ прутковые аппараты ВТИ Сухие золоуловители.

Аппараты сухой инерционной очистки.

Пылеосадительные камеры.

В пылеосадительных камерах используется механизмы гравитационного осаждения частиц горизонтально направленного потока газов. Для достижения приемлемой эффективности очистки газов необходимо, чтобы частицы пыли находились в пылеосадительной камере продолжительное время. Поэтому пылеосадительные камеры, рассчитанные на осаждение даже относительно крупных частиц, являются громоздкими. По этой причине в качестве самостоятельных элементов систем золопылеулавливания пылеосадительные камеры в настоящее время не применяются.

Для повышения степени очистки, помимо увеличения длины камеры, уменьшают скорость потока и высоту осадительной камеры. Для снижения высоты осаждения в камере устанавливают осадительные полки. Для повышения эффективности пылеосадительных камер их снабжают цепными или проволочными завесами, отклоняющими перегородками, что позволяет помимо гравитационного использовать инерционный эффект, который наблюдается при обтекании газовым потоком препятствий.

Пылеосадительные камеры Жалюзийные аппараты.

Жалюзийные аппараты благодаря простоте конструкции, дешевизне и малому гидравлическому сопротивлению находят широкое применение как для очистки отходящих газов предприятий различных отраслей промышленности, так и для очистки дымовых газов электростанций и промышленных котельных.

Жалюзийный пылеуловитель состоит из жалюзийной решетки и пылеуловителя (обычно циклона). Назначение жалюзийной решетки — разделение газового потока на две части: одну, составляющую 80−90% всего количества газа и в значительной мере освобожденную от пыли, и другую (10−20%), в которой сосредоточена основная масса содержащейся в газе пыли, улавливаемой потом в циклоне. Очищенный в циклоне газ возвращается в основной поток, освобожденный от пыли с помощью жалюзийной решетки.

Жалюзийные золоуловители ВТИ с решетками, набираемыми из стальных уголков, по конструктивному оформлению и методам расчета основных эксплуатационных характеристик являются наиболее отработанными аппаратами рассматриваемого типа.

Существует шесть вариантов исполнения жалюзийных золоуловителей ВТИ. Число лопастей из уголка с размерами 40×40 мм. в их решетках может составлять от 11 до 75, ширина входной камеры В = 209…1425 мм. при высоте решетки Н = 595…4038 мм. Конструкции 1), 3), 5) могут устанавливаться в вертикальном газоходе котла при движении газа сверху вниз, а также в горизонтальном газоходе.

Конструкции 2), 4), 6) предназначены для установки только в вертикальном газоходе при движении газов снизу вверх и имеют в нижней части решетки щели для выхода из камеры очищенных газов и выпавшей в ней пыли. Золоуловители 1) — 4) выполнены с одной отсосной щелью, а золоуловители 5), 6) — с двумя.

В настоящее время жалюзийные золоуловители ВТИ находят применение для очистки дымовых газов от крупных фракций золы, для защиты хвостовых поверхностей нагрева котла (экономайзера, воздухоподогревателя) от истирания золой. Они так же используются для очистки от золы газов, образующихся при сжигании угля и торфа в небольших котлах в тех случаях, когда установка более эффективных золоуловителей невозможна из-за недостатка площади.

Варианты конструкционного выполнения жалюзийных золоуловителей ВТИ:

Циклоны.

Циклон представляет собой цилиндрический корпус с конусным днищем, внизу которого прорезано пылевыпускное отверстие. Входной патрубок для запыленного потока подключен к корпусу сбоку по касательной, а выходной патрубок для очищенного воздуха — в центре по вертикальной оси. Войдя в корпус, поток запыленного воздуха расслаивался под действием центробежной силы. Твердые частицы отбрасывались к стенке, а воздух, имеющий массу, в несколько тысяч раз меньшую, вращался в середине.

В возвратно-поточных циклонах используется кинетическая энергия вращательно-поступательного движения газового потока. Под действием центробежной силы частицы золы или пыли подводятся к стенке циклона и вместе с частью газов попадают в бункер. Газы из бункера снова возвращаются в циклон через центральную часть пылевыпускного отверстия. Отделение частиц от попавших в бункер газов происходит при повороте потока на 180 градусов под действием сил инерции. По мере движения этой части газов в сторону выхлопной трубы к ним постепенно присоединяются порции газов, не попавших в бункер.

В настоящее время рекомендуются к применению циклоны НИИОГаз (научно-исследовательский институт промышленной и санитарной очистки газов) цилиндрического и конического исполнений.

К цилиндрическим циклонам НИИОГаз в первую очередь относятся аппараты ЦН — 11, ЦН — 15, ЦН — 15У и ЦН — 24. Отличительными особенностями их являются наличие удлиненной цилиндрической части корпуса, установка крышки входного патрубка под углом 11, 15 или 24 градусов, а также равные отношения диаметра выхлопной трубы к диаметру циклона. Циклоны ЦН — 15У, отличаясь от других циклонов ЦН меньшей высотой, имеют несколько худшие технико-экономические показатели. Поэтому их применение может быть оправдано только в тех случаях, когда имеются ограничения газоочистной установки в высоте.

Особое место среди цилиндрических циклонов НИИОГаз занимает аппарат ЦМС-27, специально разработанный для использования в малых котельных и промышленных установках, работающих на естественной тяге дымовой трубы.

Циклоны ЦН могут применяться как в одиночном, так и в групповом исполнении. При групповом исполнении циклоны имеют прямоугольную (в два ряда) или круговую компоновку.

К коническим циклонам НИИОГаз относятся аппараты СДК — ЦН — 33 и СК — ЦН — 34 с удлиненной конической частью, спиральным входным патрубком и малым отношением (0,33 и 0,34) диаметра выхлопной трубы к диаметру цилиндрической части циклона. Конические циклоны при равных производительностях с цилиндрическими отличаются от последних большими габаритами и поэтому обычно не применяются в групповом исполнении.

Известны циклоны ВЦНИИОТ, разработанные во Всесоюзном центральном научно-исследовательском институте охраны труда, а так же циклоны СИОТ, разработанные в Свердловском филиале этого института.

Основная особенность циклонов ВЦНИИОТ связана со способом транспортировки отсепарированной пыли из корпуса в сборный бункер. Поток газа вместе с пылью проходит в бункер через кольцевую щель, образованную двумя соосными конусными поверхностями, а освободившийся от пыли газ возвращается обратно в корпус циклона через центральное отверстие внутреннего корпуса. Такая конструкция отвода пыли в бункер позволяет применять этот аппарат для улавливания золы с повышенными абразивными свойствами.

Циклоны СИОТ характеризуются треугольной формой входного и выходного патрубков, что не оказывает влияния на процесс очистки газов и не приводит к каким-либо преимуществам по сравнению с циклонами ЦН. Циклоны СИОТ не приспособлены для улавливания золы с повышенными абразивными свойствами.

Циклоны ВЦНИИОТ и СИОТ плохо компонуются в группы, в подавляющем большинстве случаев устанавливаются аппараты с раздельными бункерами.

Прямоточные циклоны.

Попытки снизить гидравлическое сопротивление циклонных пылеуловителей при одновременном уменьшении габаритных размеров и получения целого ряда других преимуществ привели к разработке прямоточных циклонов.

Для систем золоулавливания в качестве первой ступени очистки ЦКТИ рекомендовал применение вертикальных футерованных прямоточных циклонов. Футеровка этих циклонов выполняется из термокислоупорной керамической плитки ТК с размерами 230×113×50. Прямоточные циклоны менее эффективны по сравнению с обычными. Тем не менее их можно использовать в качестве износостойких пылеуловителей для отделения крупных частиц высокоабразивной золы и пыли, устанавливая перед более эффективными, но чувствительными к износу аппаратами.

Батарейные циклоны.

Батарейные циклоны представляют собой аппараты Степень очистки газов в батарейных циклонах ниже, чем в электрофильтрах и скрубберах, причем более высокая эффективность достигается в случае более крупных размеров золы. Поэтому батарейные циклоны обычно используются в качестве первой ступени очистки для улавливания наиболее крупной золы.

Пылеуловители ротационного действия.

Центробежные пылеуловители ротационного действия состоят из рабочего колеса и кожуха. С помощью рабочего колеса запыленный газ приводится во вращательное движение, под действием центробежных сил частицы пыли отбрасываются к стенкам кожуха и выпадают в осадительную камеру.

Дымососы-золоуловители.

В дымососах-золоуловителях запыленные газы входят в спиральную коробку, приобретают криволинейное движение — и под действием инерционных сил зола отделяется от газового потока, попадая в циклон. Для повышения коэффициента пылеулавливания после циклона газовый поток возвращается в улитку через крыльчатку, дополнительно закручивающую газовый поток в кожухе входной коробки.

Фильтры Тканевые (рукавные).

Рукавные фильтры — наиболее распространенные среди тканевых фильтров. Состоят из корпуса, внутри которого помещены рукава из шерстяной, хлопчатобумажной или стеклянной ткани. Загрязненный газ или воздух проходит через рукава, которые периодически регенерируются от задержанной пыли. Тканевые фильтры классифицируются по размерам фильтровальных рукавов, конфигурации фильтрующих элементов, типу применяемых фильтровальных материалов, способу регенерации ткани.

Рукавные фильтры, основанные на отделении из фракционного (дисперсионного) состава золы частиц больших размеров, в системах очистки на электростанциях широкого распространения не получили из-за больших габаритов и низкого срока службы. Они позволяют получить наиболее высокую степень очистки газов от пыли любого дисперсного состава. Рукавные фильтры по капитальным затратам несколько дешевле, чем электрофильтры, но расходы на их эксплуатацию выше. Конструкция рукавных фильтров независимо от их типов и модификаций предусматривает исключительно вертикальное исполнение (в отличие от электрофильтров и механических аппаратов). В условиях стесненной компоновки мазутных электростанций это обстоятельство может оказаться решающим при выборе типа золоуловителя.

Электрофильтры.

Электрофильтры — наиболее эффективные газоочистительные аппараты, т.к. эксплуатационные расходы на их содержание, по сравнению с другими пылеи золоуловителями, гораздо ниже. Установка для электрической очистки газов включает в себя электрофильтр и агрегат питания.

Принцип действия электрофильтров заключается в том, что запыленные газы проходят через электрическое поле, образуемое между стальным цилиндром (положительный полюс) и проволокой, проходящей по оси цилиндра (отрицательный полюс). Основная масса частиц золы получает отрицательный заряд и притягивается к стенкам цилиндра, незначительная часть частиц золы получает положительный заряд и притягивается к проволоке. Эффективность электрофильтров зависит от электропроводимости золы. При периодическом встряхивании электрофильтра электроды освобождаются от золы. Электрофильтры применяют в котельных с расходом дымовых газов более 70 000 м3/ч, отнесенных к нормальным условиям. Низкая скорость фильтрации (или скорость газа в активном сечении около 1,0−1,5 м/с) обусловливает значительные габаритные размеры электрофильтра. Их эксплуатация требует постоянного высококвалифицированного обслуживания. Широкое применение электрофильтров на электростанциях объясняется возможностью получения высокой степени очистки газов (выше 99%), в том числе от высокодисперсной пыли. Расход электроэнергии на очистку 1 тыс. м3 газа в электрофильтрах составляет всего 0,2 кВт.

Электрофильтры серии УГ состоят из профилированных тонкостенных широкополосных элементов открытого профиля с нижним молотковым встряхиванием. Коронирующие электроды имеют рамную конструкцию.

Электрофильтры серии ЭГА — горизонтальные, имеют максимальную применяемую температуру 330 градусов. Рамные коронирующие электроды. Имеют от двух до четырех полей.

Электрофильтры серии УГТ — унифицированные, горизонтальные, высокотемпературные. Предназначены для работы с газами с температурой до 425 градусов. Коронирующие электроды — свободно подвешенные.

Электрофильтры серии ОГП — горизонтальные. Рабочая температура до 425 градусов.

Мокрые золоуловители золоуловитель очистка газ аппарат Действие аппаратов мокрой очистки газов основано на захвате частиц пыли жидкостью, которая уносит их из аппаратов в виде шлама. Процессу улавливания пыли в мокрых пылеуловителях способствует конденсационный эффект — укрупнение частиц пыли за счет конденсации на них водяных паров. Поскольку в этих аппаратах процесс пылеочистки обычно сопровождается процессами абсорбации и охлаждения газов, они применяются и в качестве теплообменных аппаратов, и для очистки газообразных составляющих. Обычно в качестве орошающей жидкости, если не требуется химическая очистка, используется вода. Часто аппараты мокрой очистки газов используются в качестве предварительной ступени перед аппаратами других типов.

Достоинства мокрой газоочистки:

1. Мокрые фильтры отличаются сравнительно небольшой стоимостью и более высокой эффективностью улавливания взвешенных частиц по сравнению с сухими механическими аппаратами.

2. Некоторые типы мокрых фильтров (турбулентные газопромыватели) могут быть применены для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм.

3. Мокрые пылеуловители не только могут успешно конкурировать с такими высокоэффективными пылеуловителями, как рукавные фильтры, но и использоваться в тех случаях, когда рукавные фильтры не применяются, например, при высокой температуре и повышенной влажности газов, при опасности возгораний и взрывов очищаемых газов или улавливаемой пыли.

4. Аппараты мокрой очистки газов одновременно с взвешенными частицами могут улавливать парообразные и газообразные компоненты.

Метод мокрой очистки имеет ряд недостатков:

1. Улавливаемый мокрыми пылеуловителями продукт выделяется в виде шлама, что связано с необходимостью обработки сточных вод и, следовательно, с удорожанием процесса очистки.

2. При охлаждении очищаемых газов до температуры, близкой к точке росы, а также при механическом уносе из газоочистного аппарата газовым потоком капель жидкости пыль может осаждаться в газопроводах, дымососах и дымовых трубах.

3. В случае очистки агрессивных газов аппаратуру и коммуникации необходимо защищать антикоррозионными материалами.

Мокрые пылеуловители чаще всего используются в газоочистных системах для одновременного охлаждения и увлажнения (кондиционирования) газов. В этом случае они кроме функции газоочистных аппаратов выполняют роль теплообменников смешения, в которых охлажденный газовый поток непосредственно контактирует с охлаждающей жидкостью. Главный недостаток аппаратов мокрой очистки газов состоит в том, что использованная в них жидкость тоже нуждается в очистке, для чего нужно строить отстойники, тратить энергию на перекачку пульпы, проводить трубопроводы и т. д.

Скрубберы.

Насадочные газопромыватели (скрубберы) — в корпус аппарата на опорную решетку засыпается насадка, чаще всего представляющая собой кольца различной конфигурации.

Скрубберы Вентури — наиболее распространенный тип мокрого пылеуловителя; они обеспечивают эффективную очистку газов от частиц пыли практически любого дисперсного состава. Представляет собой сочетание орошаемой трубы Вентури и каплеуловителя. Труба Вентури имеет плавное сужение на входе — конфузор и плавное расширение на выходе — диффузор. Пережим сечения трубы Вентури получил название «горловина». Такая конфигурация трубы Вентури, выполненная с оптимальным (с точки зрения аэродинамики) соотношением размеров, положена в основу типоразмерного ряда аппаратов ГВПВ. Аппараты типа ГВПВ обычно укомплектовываются каплеуловителями типа КЦТ. Для очистки технологических газов, параметры которых (производительность, температура и т. д.) меняются во времени, предназначены скрубберы Вентури типа СВ-Кк, которые представляют собой трубу Вентури с кольцевым регулируемым сечением горловины, скомпонованные с каплеуловителями (одним или двумя) центробежного типа. Принцип действия скрубберов Вентури основан на улавливании частиц пыли, абсорбции или охлаждении газов каплями орошающей жидкости, диспергируемой самим газовым потоком в трубе Вентури. В зависимости от физико-химических свойств улавливаемых пылей, химического состава и температуры газа выбирают режим работы скруббера Вентури. Обычно скорость газа в горловине трубы 30−200 м/с, а удельный расход орошающей жидкости 0,5−3,5 л/м3.

Пенные аппараты.

Пенные аппараты — чаще всего снабжены так называемыми провальными тарелками (щелевыми или дырчатыми), которые поливаются жидкостью; образующаяся на них пена захватывает частицы пыли, удаляемые из аппарата в виде шлама.

Пленочные аппараты с колонками.

Пылеуловители ударно-инерционного действия — представляют собой вертикальную колонну, в находящийся в ее нижней слой жидкости ударяется запыленный газовый поток и, при повороте потока в обратном направлении, частицы пыли осаждаются на поверхности воды.

Центробежные скрубберы ВТИ

Состоит из вертикально установленного полого цилиндра с коническим дном.

Через горизонтальный патрубок в нижней части корпуса дымовые газы поступают в скруббер. Внутренняя поверхность стенки цилиндра орошается водой, образующей тонкую пленку, стекающую по цилиндру. Под действием центробежной силы частицы золы достигают стенок корпуса, прилипают к водяной пленке и смываются через воронку и водяной затвор в канал гидрозолоудаления. Пропускная способность центробежного скруббера при одинаковом сопротивлении значительно больше сухих центробежных золоуловителей. Очистка достигает 95%.

Прутковые золоуловители ВТИ Основное отличие от центробежных скрубберов состоит в том, что на входном патрубке расположена прутковая решетка, орошаемая водой, где и осуществляется первая ступень очистки газа. На решетке улавливается большая часть золы. Газы с неуловленной золой поступают через улитку в вертикальный цилиндр, также орошаемый водой, где происходит вторая ступень золоулавливания.

Список источников Книги:

Ю.Г. Назмеев «Системы золошлакоудаления ТЭС»;

Н.Н. Прокофичев «К выбору золоуловителя для котлов промышленной и коммунальной энергетики»;

Ю.А. Долбня «Результаты внедрения разработок по повышению эффективности золоулавливания»;

Статьи:

О.И. Жолондковский «Внимание, воздух!»;

Б.М.Сударушкин «Жидкость против пыли».