Файл: Природа ВЕЧЕРНИКИ.doc

1.2. Золоулавливание на тэс

1. Золоулавливание и нормативы выбросов золовых частиц на тэс

Эффективность работы золоуловителей характеризуется следующими показателями:

= (1)

где - степень улавливания золы в золоуловителе; G, G- количество золы на входе и на выходе из золоуловителя в единицу времени; с, с- концентрация золы на входе и на выходе из золоуловителя. Иногда удобней использовать величину проскока золы P через золоуловитель:

P== (2)

Степень улавливания золы и ее проскок связаны следующим соотношением:

P=1- (3)

При сжигании твердого топлива на ТЭС в обязательном порядке устанавливаются золоуловители. В зависимости от необходимой степени улавливания золы, мощности котла и характеристик золы могут применяться следующие типы золоуловителей: инерционные, мокрые, электрофильтры и тканевые. Вывод общего уравнения золоулавливания, справедливого для всех типов золоуловителей при любых геометрических формах, приведен в работе [1]. Из уравнения золоулавливания следует, что для мелких частиц золы (менее 30 мкм), которые участвуют в турбулентных пульсациях потока, проскок золы через золоуловитель определяется из выражения:

P= exp (- П) (4)

а для крупных частиц золы:

P= 1- П, или = П (5)

где П – параметр золоулавливания.

П =(6)

где v- скорость движения частиц золы под действием сил осаждения к поверхности осаждения (скорость дрейфа), м/с; А- поверхность осаждения, м;V- объемный расход дымовых газов, м/с.

На рис.1. приведена зависимость проскока золы от параметра золоулавливания для мелких и крупных частиц золы.

Рис.1. Теоретические соотношения для золоулавливания

а – принципиальная схема золоулавливания; б – изменение степени проскока и улавливания от параметра золоулавливания; 1 – для крупных частиц, не участвующих в пульсациях (>30 мкм); 2 – для мелких частиц (<10 мкм).

Из рис.1. следует, что для крупных частиц золы улавливание идет более интенсивно и полностью заканчивается при П=1. Мелкие частицы золы улавливаются в золоуловителях не столь интенсивно, и полное улавливание золы имеет место при П . Во всех случаях степень улавливания золы возрастает с ростом параметра золоулавливания П.

Заменим объемный расход газов выражением

V= u (7)

где u- скорость газов в сечении золоуловителя, м/с; - поперечное сечение для прохода газа, м. Тогда параметр золоулавливания можно представить в виде:

П=КФ (8)

где Ф= А/- геометрический параметр (параметр формы) золоуловителя, представляющий собой отношение поверхности осаждения к поперечному сечению для прохода газов; К= v/u – кинематический параметр, равный отношению скорости дрейфа частиц золы к скорости газов в золоуловителе.

Эффективность улавливания золы тем выше, чем больше произведение этих параметров. Параметр формы зависит от геометрических соотношений в самом золоуловителе, а кинематический параметр определяется характером сил, действующих на частицу золы, ее размерами, физическими свойствами частиц и газового потока, аэродинамическими характеристиками потока.

Выражения (5) и (6) были получены при принятии ряда допущений: отсутствует вторичный унос уловленной золы; все частицы золы имеют одинаковую скорость дрейфа; равномерное распределение скоростей газа по сечению золоуловителя. Поэтому при реальных расчетах золоуловителей приходится вводить эмпирические поправки.

Частицы различных размеров имеют разную скорость дрейфа, поэтому точные расчеты степени улавливания золы необходимо проводить для каждой фракции отдельно. По данным рассевки золы выделяют фракции, внутри которых диаметр, а следовательно, и скорость дрейфа, меняются не сильно. Для каждой фракции Фподсчитывается скорость дрейфаv и по ней определяется фракционный проскок золы P. Общий проскок золы определяется по формуле

P= (9)

где n- число фракций.

Если последовательно установлено несколько ступеней золоулавливания, то проскок некоторой фракции через все ступени определяется по выражению

P= PPP…, (10)

где P, P, P - проскок некоторой фракции через первую, вторую и другие ступени золоулавливания.

В настоящее время установлены нормативы по удельным выбросам золы из котлов ТЭС [2], которые приведены в табл.1.

Таблица 1. Нормативы по выбросам твердых частиц с дымовыми газами котлов

2. Технологии золоулавливания на тэс

1.2.2.1. Инерционные золоуловители

В качестве инерционных золоуловителей на ТЭС получили применение циклоны, в которых осаждение золы происходит за счет центробежных сил при вращательном движении потока. Схема циклона представлена на рис.2.а.

Газ поступает в циклон тангенциально и движется по окружности в канале, образованном наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями циклона. Под действием центробежных сил зола оттесняется к наружной стенке циклона и под действием силы тяжести ссыпается вниз в коническую воронку и далее в общий бункер. Очищенный газ удаляется через внутренний цилиндр вверх.

Рис.2. Циклонные золоуловители

а– принципиальная схема циклона; 1 – входной патрубок для запыленного газа; 2 – корпус циклона (поверхность золоулавливания); 3 – выходной патрубок очищенного газа; 4 – бункер для золы;б– элемент батарейного циклона БЦУ типа «Энергоуголь»;в– батарейный циклон; 1 – входной патрубок для запыленного газа; 2 – циклонный элемент; 3 – трубные доски; 4 - выходной патрубок очищенного газа;5 – бункер для золы

Параметр золоулавливания для циклонов определяется из выражения [1]:

(11)

где - время релаксации, с (время разгона частицы от нулевого значения до скорости дрейфа);- плотность частицы, кг/м;d – диаметр частицы; R- радиус циклона; - коэффициент динамической вязкости газа, Пас; u –скорость газа, м/с; h- высота потока в циклоне, м; D- диаметр внутреннего цилиндра циклона, ;n- число оборотов потока газов до выхода из циклона.

Из формулы (11) следует, что параметр золоулавливания, а, следовательно, и степень улавливания золы в циклоне, возрастают при увеличении времени релаксации (размеров частиц золы и их плотности), скорости газов и снижением радиуса циклона. Причем наблюдается квадратичная зависимость параметра золоулавливания от диаметра частичек золы, т.е. степень улавливания золы в циклоне резко снижается с уменьшением размеров частичек золы. Вторая дробь в формуле (11) определяется формой циклона - относительным диаметром выходного отверстия, глубиной погружения трубы и углом установки подводящего патрубка к циклону. Для повышения эффективности работы циклонов в настоящее время на ТЭС применяются, как правило, батарейные циклоны, когда внутри одного корпуса установлено большое число циклонов малого диаметра.

Формула (11) позволяет оценить влияние различных факторов на эффективность работы циклона. Практические расчеты степени улавливания в циклонах проводятся по эмпирической формуле (12), полученной в экспериментальных исследованиях работающих циклонов.

, (12)

где k- коэффициент, учитывающий тип циклона: k= 0,3 для батарейных циклонов с циклонами типа розетки БЦ, k= 0,5 для циклонов с улиточным подводом типа БЦУ; u – скорость газов, отнесенная к поперечному сечению циклона, м/с. Рекомендуется принимать u= 4,5 м/с.

Степень улавливания золы в батарейных циклонах не превышает 0,92, поэтому они применяются на ТЭС на котлах малой и средней паропроизводительности. Гидравлическое сопротивление батарейных циклонов может составлять 500-700 Па. Батарейный циклон состоит из корпуса с бункером, циклонов, нижней опорной решетки, верхней трубной доски и тракта выгрузки пыли рис.2.б. Типоразмеры батарейных циклонов стандартизированы. Корпус батарейного циклона, как правило, выполняется секционированным. На ТЭС наибольшее распространение получили батарейные циклоны с тангенциальным улиточным подводом газа типа «Энергоуголь» с внутренним диаметром 231 мм. Батарейные циклоны не рекомендуется применять при высокой слипаемости золы, что может приводить к их забиванию.