Золоулавливание
Количество частиц золы и несгоревшего топлива в продуктах сгорания зависит от вида и характеристики топлива, способов пылеприготовления, сжигания и конструкции топки. Часть золы топлива и несгоревших его частиц осаждается в топке и в газоходах котла. В котлах с топками для слоевого сжигания топлива вместе с продуктами сгорания удаляется до 10-15% золы топлива. При факельном сжигании пылеугольного топлива и жидком шлакоудалении золоулавливание продуктами сгорания составляет 30-40, а при топках с сухим шлакоудалением достигает 75-85 %. Гранулометрический состав уноса показан на рис. 26.1.
Удельное содержание золы в уходящих газах составляет, например, при работе котла на АШ и сухом шлакоудалении до 20, а при использовании бурых углей - до 40 г/м3, что значительно превышает допустимые концентрации твердых частиц в газах, установленные санитарно-техническими нормами.
В котельных установках для очистки продуктов сгорания от твердых частиц золоулавливание осуществляют следующие устройства:
1) механические инерционные золоуловители, в которых частицы уноса отделяются от газов под влиянием сил инерции при вращательном вихревом движении потока газов, циклоны различных конструкций, в том числе с омываемыми водой стенками и решетками;
2) электрофильтры, очистка газов в которых основана на ионизации газовой среды и притяжении заряженных частиц уноса к электродам;
3) комбинированные золоуловители, состоящие из последовательно установленных золоуловителей различной конструкции, например циклон и электрофильтр.
Основной характеристикой золоуловителей являются коэффициенты очистки (коэффициенты обеспыливания) газов, общий ȵоч И фракционный ȵфоч:
где Gул, Gфул, Gвx, Gфвх - общая масса уловленных частиц уноса, масса данной его фракции, общая масса частиц уноса, входящих в золоуловитель, и масса данной его фракции, входящей в золоуловитель. Коэффициенты обеспыливания зависят от характеристик уноса и режимов работы котла. Важными показателями золоуловителей являются добавочный расход электроэнергии на тягу, вызываемый аэродинамическим сопротивлением золоуловителя, удельный расход воды на очистку газов при мокрых золоуловителях, а также стоимость золоуловителя.
Инерционные золоуловители-циклоны применяются различной конструкции. На рис. 26.2 показана схема действия простейшего циклона. Запыленный поток газов подводится в циклон тангенциально, выход газов осуществляется через трубу, расположенную в центре циклона. Под воздействием центробежной силы Fц - mw2r/rц твердые частицы отбрасываются к стенкам циклона, теряют скорость и выпадают в бункер. Эффективность обеспыливания в циклоне повышается с увеличением окружной скорости газов wr, увеличением массы частицы т и уменьшением радиуса циклона rц. В простейших циклонах скорость газов, отнесенная к его сечению, принимается примерно равной 3,5, на входе 20- 25 и на выходе 12- 15 м/с.
Аэродинамическое сопротивление
где ξ = 10/12- суммарный коэффициент сопротивления; рr - плотность газов, кг/м3.
Простейшие циклоны используют в котельных установках малой мощности при слоевом сжигании топлива. Согласно ГОСТ установлена шкала диаметров циклона от 200 до 3000 мм. Циллиндрические циклоны НИИОГаз применяют с диаметром до 2000 мм.
Для повышения эффективности работы иннерциального золоуловителя, а так же уменьшения его габаритов применяют батарейные циклоны, состоящие из большого числа параллельно включенных циклонных элементов малого диаметра. Схема батарейного циклона показана на рис. 26.3.
Максимально допустимая запыленность газов при входе в ботарейный циклон зависит от диаметра и конструкцииэлемента. При диаметре элемента 250 мм она составляет 100 г/м при "винтовой" насадке и 75 г/м3 при насадке в виде "розетки". При диаметре эхлемента 150 мм - соответственно 50 и 35 г/м3. Температура газов в циклоне допустима не более 450 °С. Золоулавливание эффективно в батарейном циклоне, в процессе эксплуатации котла и при наличии вторичного уноса отсепарированной пыли из бункера значительно уменьшается при отклонениях скорости газов от расчетной. Потеря давления в батарейном циклоне при обычно принятых скоростях газа 3,5-4,75 м/с и номинальной нагрузке составляет 500-700 Па. При очистке газов в котлах со слоевыми топками ȵоч=80/90%, а при пылеугольном сжигании топлива ȵоч=65/70%.
Батарейные циклоны применяют в котельных установках с производительностью до 320 т/ч. Промышленностью СССР выпускаются батарейные циклоны типа БЦ, состоящие из одной, двух, четырех и шести секций с числом элементов от 25 до 792 шт. Число элементов циклона может быть приближенно определено по формуле
где V- объем газов в единицу времени, м3/с; d - диаметр элемента, м; ξ- общий коэффициент сопротивления, для элемента d = 250 мм с винтовым направляющим аппаратом ξ = 85; Ар - сопротивление элемента циклона, Па; рг - плотность газа, кг/м3.
С целью повышения коэффициента улавливания пыли применяют «мокрые» циклонные золоуловители, в которых орошаются водой стенки циклона и поток газов.
На рис. 26.4, а показана схема центробежного скруббера-золоуловителя ЦС-ВТИ, в котором орошаются водой его стенки. Такие золоуловители изготовляют диаметром от 600-1700 мм и производительностью 1,1-11 м3/с. Расход воды на орошение стенок составляет 0,2-0,9, на промывку бункера 0,85 кг/с. Перепад давлений в золоуловителе 650.
На рис. 26.4, б показана схема мокропруткового золоуловителя МП-ВТИ, в котором на входе газов в золоуловитель имеется прутковая орошаемая водой решетка. Золоуловители применяют диаметром от 2300 до 3300 мм, производительностью от 18 до 38,2 м3/с. Расход воды составляет 2,9-4,1 кг/с, перепад давлений 650-800 Па. В усовершенствованных золоуловителях вместо трубной решетки применены трубы Вентури, служащие для коагуляции частиц золы. Степень очистки в мокропрутковом золоуловителе достигает т)0ч=92%. Мокрые золоуловители могут использоваться при содержании серы в топливе менее 0,3 % на 1 МДж/кг и содержании свободной щелочи в золе менее 12 %. Жесткость воды, подаваемой на орошение, должна быть не выше 15 мг-экв/кг Основным преимуществом мокрых золоуловителей является исключение вторичного уноса уловленной пыли, что повышает их КПД. Мокрые золоуловители в эксплуатации сложнее и менее надежны, чем батарейные циклоны, и их применение ограничивается предельным содержанием серы в топливе и щелочностью золы Помимо этого при применении таких золоуловителей необходима очистка загрязненной воды.
В процессе очистки газов в мокрых золоуловителях происходят их насыщение парами воды, увеличение объема и частичное охлаждение. Влагосодержание газов при полном их насыщении водяными парами в золоуловителе, г/м3, определяется по формуле
где рг - плотность продуктов сгорания при 0°С; рн - парциальное давление водяного пара в газе при полном его насыщении, Па; р - полное давление влажного газа, Па. Относительное увеличение объема продуктов сгорания в золоуловителе составляет
где V'г - объем продуктов сгорания до золоуловителя, м3/кг; dн и dг - влагосодержание газов после и до золоуловителя, г/м3. Температура продуктов сгорания после золоуловителя может быть определена из уравнения теплового баланса продуктов сгорания до и после золоуловителя:
где V'г - объем продуктов сгорания до золоуловителя, м3/кг; с' и с" - теплоемкости продуктов сгорания до золоуловителя и после него, кДж/м-К; t’r, t"-температуры продуктов сгорания до золоуловителя и после него, °С; r - теплота парообразования, кДж/кг; g - удельный расход воды в золоуловителе, кг/м3.
Золоулавливание и очистка газов в рукавных фильтрах происходит за счет фильтрации газов через ткань и электростатического взаимодействия между частицами уноса и тканью. Газы подаются снаружи рукавов фильтра, проходят через поры ткани и удаляются из внутренней полости рукавов очищенными от уноса. Частицы уноса, осажденные на поверхности ткани, периодически удаляются в золовой бункер путем продувки рукавов сжатым воздухом.
Скорость фильтрации газов составляет 2-3,5 м/мин. Необходимая площадь поверхности ткани рукавов 50- 70 м2 на 1 м3 газов. Тканевые фильтры применяют за рубежом для очистки газов от котлов, работающих на угле производительностью до 90 т/ч.
Золоулавливание и очистка газов в электрофильтрах основана на том, что вследствие коронного разряда между двумя электродами, к которым подведен пульсирующий электрический ток высокого напряжения до 60 кВ, проходящий через электрофильтр поток газов заполняется отрицательными ионами, которые под действием сил электрического поля движутся от коронирующего к осадительному электроду. При этом находящиеся в газе частицы адсорбируются и увлекаются к осадительным электродам. Отдав заряд, частица падает в карман, а затем в золовой бункер. Накапливающийся на осадительных электродах унос периодически стряхивается специальными устройствами в бункере, из которых затем удаляется. Коронирующие электроды выполняют в виде металлических стержней, ленточно-игольчатыми или в виде стержней штыкового сечения. Осадительные электроды делают из труб или пластин. Применяют электрофильтры с горизонтальным и вертикальным потоком газов. Для котельных установок преимущественно используют горизонтальные электрофильтры с пластинчатыми электродами. В зависимости от числа последовательно расположенных электродов различают одно-, двух- и четырехпольные электрофильтры.
Схема конструкции горизонтального двухпольного электрофильтра показана на рис. 26.5. Оптимальная скорость газов в электрофильтре 1,5-1,7 м/с. При этом аэродинамическое сопротивление электрофильтра составляет 200- 300 Па. Расход электроэнергии на очистку газов составляет 0,1-0,15 кВт*ч на 1000 м3 газа. Температура газов перед электрофильтром должна быть не более 200 °С. Степень очистки газов в электрофильтре зависит от скорости газов, длины электродов и расстояния между ними, а также характеристик пыли. В применяемых конструкциях электрофильтров улавливается большая часть пыли с размерами частиц более 10 мкм; коэффициент очистки ȵоч = 96/97 %.
Комбинированный золоуловитель обычно состоит из батарейного циклона в качестве первой ступени очистки и электрофильтра с горизонтальным или вертикальным ходом газов, объединенных в один агрегат. В батарейном циклоне происходит золоулавливание крупных частиц уноса, что улучшает работу электрофильтра. Коэффициент очистки в комбинированных золоуловителях достигает ȵоч = 98%.
