Прочие инерционные пылеуловители

Не так широко, как циклоны или батарейные циклоны применяются на ТЭС другие типы инерционных золоуловителей. Однако, в промышленной теплоэнергетике, металлургии, нефтегазовой промышленности, деревообрабатывающем производстве и некоторых других семейство циклонных пылеуловители представлено достаточно разнообразно. К ним относят:

· жалюзийные пылеуловители;

· вихревые пылеуловители;

· отражательные инерционные пылеуловители;

· ротационные пылеуловители.

Кроме того, для улавливания частиц размером от 100 до 1000 мкм применяют также осадительные камеры.

Жалюзийные пылеуловители

Жалюзийные пылеуловители - это аппараты для очистки газов от пыли инерционного действия. Движущийся в газопроводе запыленный поток встречается с жалюзийной решеткой, состоящей из ряда наклонно установленных пластин, рис.5.

Рис. 5. Схема действия жалюзийного пылеуловителя

Огибая пластины, струи газа резко меняют направление движения, проходят на другую сторону решетки и движутся в прежнем направлении. Частицы пыли, встречаясь с пластинами решетки, стремятся по инерции сохранить первоначальное направление движения, не огибают пластину, а ударяются о ее поверхность и отражаются в сторону, противоположную движению газов. Затем опять поворачивают по направлению газового потока, ударяются о следующую по ходу газов пластину и т.д. В результате газы, прошедшие через решетку, очищаются, а газы, оставшиеся по другую сторону решетки, обогащаются пылью. Эта часть газового потока (около 10% газов) направляется для окончательной очистки в другой пылеуловитель - циклон.

Жалюзийный пылеуловитель применяют для улавливания пыли размером >20 мкм.

Вихревые пылеуловители

Вихревые пылеуловители (ВПУ) - это аппараты центробежного действия для очистки газов от пыли. Отличительная особенность ВПУ - высокая степень очистки газов от тончайших фракций (<3...5 мкм) пыли. Существует две основные разновидности ВПУ: сопловой (рис.6, а) и лопаточный (рис.6, б).

Процесс обеспыливания в ВПУ происходит следующим образом: запыленный газ поступает в камеру 5 через изогнутый патрубок 4. Для предварительного закручивания запыленного газа в камеру 5 встроен лопаточный завихритель типа розетки 2. Двигаясь вверх к выходному патрубку 6, газовый поток подвергается воздействию вытекающих из завихрителя 1 (наклонные сопла в ВПУ соплового типа, наклонные лопатки в ВПУ лопаточного типа) струй вторичного воздуха, которые придают потоку вращательное движение. Под действием центробежных сил, возникающих при закручивании потока, частицы пыли устремляются к периферии, откуда спиральными струями вторичного потока перемещаются вниз аппарата, в кольцевое межтрубное пространство. Безвозвратный спуск пыли в бункер обеспечивается подпорной шайбой 3. Вторичный воздух в ходе спирального обтекания потока очищаемого газа постепенно проникает в него.

Отражательные инерционные пылеуловители

Отражательные инерционные пылеуловители - это аппараты для выделения пыли из газового потока, в которых происходит изменение направления газового потока. Сталкиваясь с каким-нибудь телом, обтекая его, частицы пыли или капли, обладающие большей инерцией, ударяются о поверхность тела и оседают на ней. Некоторые типы отражательных пылеуловителей приведены на рис.7.

Рис.6. Вихревые пылеуловители: сопловой (а) и лопаточный (б)

Рис.7. Отражательные инерционные пылеуловители:

а - с перегородкой; б - с плавным поворотом газового потока; в - с расширяющимся конусом; г - с боковым подводом газа;

 

Ротационные пылеуловители

Ротационные пылеуловители - это аппараты для очистки газов от пыли, центробежного действия, которые одновременно с перемещением газов очищают его от фракций пыли крупнее 5 мкм. Конструктивная схема простейшего пылеуловителя ротационного типа представлена на рис.8.

При работе вентиляторного колеса 1 частицы пыли за счет центробежных сил отбрасываются к стенке спиралеобразного кожуха 2 и двигаются по ней в направлении выходного отверстия 3. Газ, обогащенный пылью, через специальное пылеприемное отверстие 3 отводится в пылевой бункер, а очищенный газ поступает в пылевую трубу 4.

Рис.8. Пылеуловитель ротационного типа:

1 - вентиляторное колесо; 2 - кожух; 3 - пылеприемное отверстие; 4 - выхлопной патрубок

 

МОКРЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ

Простейшим типом мокрого золоуловителя является центробежный скруббер (рис.9, а). Главным отличием его от сухого инерционного золоуловителя является наличие на внутренней стенке стекающей пленки воды. Отсепарированная за счет центробежных сил зола лучше отводится из скруббера в бункер, при этом уменьшается вторичный захват зольных частиц со стенки газовым потоком. Характер зависимостей описывается такими же теоретическими формулами, как и для сухих инерционных золоуловителей.

Золоуловитель тина МП-ВТИ (мокропрутковый конструкции Всесоюзного теплотехнического института им. Ф. Э. Дзержинского) во входном патрубке 1 (рис.9, а) имеет шахматный пучок горизонтальных прутков диаметром 20 мм. Прутковые решетки орошаются водой, распыливаемой механическими форсунками, установленными но ходу очищаемых газов перед решетками. Улавливание золы в аппарате МП-ВТИ проходит две ступени: на орошаемых решетках за счет осаждения частиц золы и на внутренней орошаемой поверхности скруббера. Эффективность золоулавливания составляет 88...90%.

Недостатками золоуловителей МП-ВТИ кроме низкой эффективности золоулавливания являются следующие:

· возникновение отложений золы в прутковых пучках, что приводит к увеличению аэродинамического сопротивления и снижению нагрузки котла;

· повышенный расход воды для обеспечения нормального функционирования золоуловителя.

Уральским отделением Союзтехэнерго совместно с ВТИ разработаны и внедрены на многих электростанциях более эффективные мокрые золоуловители с коагуляторами Вентури (рис.9, б). Основными достоинствами этих аппаратов являются стабильная степень очистки газов от золы, составляющая 94...96% при умеренном аэродинамическом сопротивлении (1100 -1300 Па), относительно небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, а также возможность работы на оборотной воде. Попытки осуществить питание аппаратов типа МП-ВТИ оборотной осветленной водой с золоотвала, чтобы избежать ее сброса в водоемы общего пользования, приводили к образованию в прутковых пучках трудноудаляемых минеральных отложений, серьезно нарушающих работу золоуловителя. При этом наблюдалось:

· падение степени очистки газов;

· возрастание аэродинамического сопротивления;

· появление интенсивного брызгоуноса.

Коагуляторы Вентури могут устанавливаться как вертикально, так и горизонтально с небольшим уклоном.

Принцип работы мокрого золоуловителя с коагулятором Вентури заключается в следующем, рис.9, б. В конфузор 3 коагулятора через форсунки подается орошающая вода, которая дополнительно диспергируется (распыляется) скоростным газовым потоком на мелкие капли. Летучая зола при прохождении с дымовыми газами через коагулятор частично осаждается на каплях и на его орошаемых стенках. Далее капли и неуловленные частицы золы поступают в корпус аппарата - центробежный скруббер, где дымовые газы освобождаются от капель и дополнительно очищаются от золы, после чего дымососом выбрасываются в атмосферу. Гидрозоловая пульпа сбрасывается через гидрозатвор в канал системы гидрозолоудаления (ГЗУ).

Рис.9. Мокрые золоуловители:

а - центробежный скруббер; 1 - входной патрубок запыленного газа; 2 - корпус золоуловителя; 3 - оросительные сопла; 4 - выход очищенного газа; 5 - бункер; б - золоуловитель с коагулятором Вентури; 1 - входной патрубок запыленного газа; 2 - подача воды через оросительные сопла; 3, 4, 5 - конфузор, горловина и диффузор коагулятора Вентури; 6 - скруббер-каплеуловитель

 

В конфузоре пылегазовый поток разгоняется от 4...7 до 50...70 м/с. Дополнительное дробление капель воды осуществляется в горловине 4. В диффузоре 5 происходит столкновение частиц золы с каплями воды (кинематическая коагуляция) и снижение скорости пылегазового потока, который, в свою очередь, тангенциально вводится в скруббер.

Размер капель тем меньше, чем больше скорость газа в горловине. Средний диаметр капель d _К, м, можно определить

,

где u _r - скорость газа в горловине, м/с.

Захват частиц золы каплями может происходить по двум причинам:

· быстро несущиеся со скоростью газов частицы золы попадают в капли, которые еще не успели разогнаться потоком газа. Тогда они попадают в каплю за счет разности скоростей (u _r- u _К), где u _К - скорость движения капли;

· за счет турбулентных пульсаций частиц золы, которые попадают в практически мало пульсирующие капли.

Если принять за основу коагуляции второй механизм, то параметр золоулавливания для трубы Вентури определяется из выражения

,

где e_Т - степень турбулентных пульсаций, определяемая как отношение скорости дрейфа к скорости газа в горловине;

q_Ж - удельный расход орошающей жидкое на 1 м³ очищаемого газа, л/м³;

L - расстояние между горловиной трубы и скруббером.

В отличие от других золоуловителей для мокрых золоуловителей с коагулятором Вентури в формулу () для расчета параметра золоулавливания не входит диаметр частиц d. В первом приближении можно принять, что все частицы от мелких до крупных улавливаются одинаково, и их дисперсный состав не учитывать.

В отечественной практике применение получили два тина мокрых золоуловителей с коагулятором Вентури: МВ-УО ОРГРЭС и МС-ВТИ. Первый тип золоуловителя выполняется с вертикальным и горизонтальным расположением коагулятора Вентури круглого сечения, второй только с горизонтальным расположением трубы прямоугольного сечения.

Основные характеристики золоуловителя МС-ВТИ представлены в табл.5.

Типоразмеры золоуловителей МС-ВТИ Таблица 5

Каплеуловитель	Горловина трубы Вентури
Диаметр, м	Высота, м	Активная площадь сечения, м2	Сечение входного патрубка, м2	Размеры, м	Площадь сечения, м2
2,8	9,66	5,72	1,37	0,39´1,17	0,455
	10,32	6,6	1,67	0,43´1,23	0,53
3,2	10,98	7,54	1,95	0,48´1,4	0,644
3,6	12,2	9,62	2,41	0,45´1,8	0,81
	13,61	11,93		0,50´2
4,5	15,25	15,2	3,88	0,57´2,28	1,3

Расчет золоуловителей подобного типа ведется в следующей последовательности.

1. Определяется диаметр каплеуловителя, м, причем скорость газов в его сечении принимается в среднем w=5 м/с:

,

где Q - общий расход газа м³/с.

Затем по табл. 5 подбирают типоразмер аппарата.

2. В зависимости от принятой степени проскока e находят по табл. 3 параметр золоулавливания П и выбирают q_Ж и u _r, таким образом, чтобы соблюдалось равенство

.

Обычно u _r=50...70 м/с, q_Ж =0,12...0,2 кг\м³.

3. Определяют площадь сечения горловины Вентури по выражению

.

По табл.5 подбирают сечение горловины и корректируют соответственно действительную скорость газов.

По выражению уточняют значение П и, затем, по табл.3 степень проскока e.

4. Общее гидравлическое сопротивление коагулятора Вентури и каплеуловителя, Па, рассчитывается по формуле:

,

где r - плотность газа перед золоуловителем, кг/м3;

u_ВХ - скорость газа при входе в каплеуловитель, равная

.

Обычно u_ВХ =20 м/с.

5. Конечная допустимая температура очищенных газов, °С, принимается исходя из известной точки росы водяных паров t’’ _Р из соотношения:

t ³ t’’ _Р +21.

Не рекомендуется применять мокрые золоуловители для топлив, содержащих в составе золы более 15...20% оксида кальция СаО. Приведенная сернистость топлива должна быть не более 0,3 %×кг/МДж. Жесткость орошаемой воды не должна превышать 15 мг-экв/л.

В соответствии с п.5 температуру газов за мокрым золоуловителем следует поддерживать не менее чем на 21 ^ОС выше точки росы для предотвращения коррозии газоходов.

Обязательным условием нормальной работы мокрого золоуловителя является предотвращение отложений в его орошающих устройствах. Чтобы обеспечить это условие, прежде всего необходимо очистить орошающую воду от механических примесей, для чего применяются гравийные фильтры.

Основной причиной возникновения отложений является кристаллизация солей кальция из пересыщенной ими орошающей воды или пульпы, а также недостаточное по различным обстоятельствам орошение каких-либо участков стенок золоуловителя. Орошающая вода не должна быть пересыщена сернокислым кальцием (СаSO₄), что можно достигнуть, например, добавкой к оборотной воде некоторого количества свежей воды.

При проектировании мокрых золоуловителей следует учитывать, что SO₂ и SO₃ содержащиеся в дымовых газах, частично растворяются в пульпе. При этом если диоксид серы улавливается в мокром золоуловителе до 25%, то триоксид серы до 85%. В результате рН пульпы снижается до 3,5 и требуется защита стенок золоуловителя от коррозии. Улавливание SO₃ приводит также к изменению точки росы дымовых газов.

 

ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЫ

Одним из хорошо зарекомендовавших себя и перспективным типом золоуловителей для крупных ТЭС являются электрофильтры, которые могут обеспечить высокую степень очистки газов при аэродинамическом сопротивлении не более 150 Па практически без снижения температуры и без увлажнения дымовых газов.

 

Рис.10. Принцип работы электрофильтра:

1 - осадительный электрод; 2 - коронирующий электрод; 3 - частицы золы; 4 - электрическое поле; 5 - слой осевшей золы; 6 - заряженная зола

В электрофильтрах запыленный газ движется в каналах, образованных осадительными электродами 1 (рис.10), между которыми расположены через определенное расстояние коронирующие электроды 2.

Сущность процесса электрической очистки газов заключается в следующем. Запыленный газ проходит через систему, состоящую из заземленных осадительных электродов 7 и размещенных на некотором расстоянии (называемом межэлектродным промежутком) коронирующих электродов 2, к которым подводится выпрямленный электрический ток высокого напряжения с отрицательным знаком.

При достаточно высоком напряжении, приложенном к межэлектродному промежутку, у поверхности коронирующего электрода происходит интенсивная ударная ионизация газов, сопровождающаяся возникновением коронного разряда (ток короны).

Рис.11. Электрофильтр типа УГ:

1 - корпус; 2 - электрод осадительный; 3 - электрод коронирующий; 4 - механизм встряхивания коронирующих электродов; 5 - механизм встряхивания осадительных электродов; 6 - газораспределительная решетка; 7 - бункер для золы; 8 - изолятор

Газовые ионы различной полярности, образующиеся в зоне короны, под действием сил электрического поля движутся к разноименным электродам, вследствие чего в электродном промежутке возникает электрический ток, который и представляет ток короны. Частицы золы из-за адсорбции на их поверхности ионов приобретают в межэлектродном промежутке электрический заряд и под влиянием сил электрического поля движутся к электродам, осаждаясь на них. Основное количество частиц осаждается на развитой поверхности осадительных электродов, меньшая их часть попадает на коронирующие электроды. По мере накопления на электродах осажденные частицы удаляются встряхиванием или промывкой электродов.

 

Процесс электрогазоочистки можно разделить на следующие стадии:

· зарядка взвешенных в газе частиц;

· движение заряженных частиц к электродам;

· осаждение частиц на электродах;

· удаление этих частиц с электродов.

Коронный разряд возникает при достижении определенной напряженности и электрического ноля, называемой критической или начальной, которая, например, для воздуха при атмосферном давлении н температуре 20 ^ОС составляет около 15 кВ/см. При дальнейшем повышении напряженности нарушается электрическая прочность газового промежутка между электродами, наступает искровой или дуговой электрический разряд.

К коронирующим электродам подводится отрицательный заряд, так как подвижность отрицательных ионов выше положительных. Кроме того, при отрицательной короне удается поддержать более высокое напряжение без искрового пробоя между электродами.

Рабочая часть электрофильтра, в которой существует электрическое поле, называется активной зоной. Она разделена на несколько электрических полей, через которые очищаемый газ проходит последовательно. Электрофильтры бывают однопольными и многопольными.

На большинстве электростанций, оснащенных электрофильтрами, применены аппараты тина УГ (унифицированный горизонтальный). Запыленные газы после газораспределительной решетки 6 (рис.11) поступают в коридоры, образованные вертикально висящими широкополосными осадительными электродами С-образной формы. Коронирующие электроды представляют собой профильные ленточные элементы с штампованными иглами, укрепленные в специальной рамке. Для удаления осевшей на электродах золы предусмотрены встряхивающие устройства в виде молотков, ударяющих по наковальням электродов. Осевшая зола попадает в бункера и затем через гидравлические затворы направляется в систему ГЗУ. Расчетная температура газов до 250 ^ОС.

Электрические поля имеют самостоятельное питание и систему встряхивания. На рис.11 показан трехпольный электрофильтр типа УГ. В первом поле оседает наибольшее количество золы, в последнем - минимальное.

Важным условием, определяющим эффективность работы электрофильтра, является агрегат электрического питания. Каждый агрегат обслуживает одно поле (или половину поля), состоит из трех узлов:

· повысительно-выпрямительного блока с высоковольтным распределительным устройством;

· блока магнитных усилителей;

· дросселей и пульта управления.

Для поддержания напряжения в любой момент работы электрофильтра на грани пробивного, когда обеспечивается наилучшая ионизация газов, применена автоматическая схема регулирования. Электрофильтры серии УГ имеют две разновидности: УГ2 - с высотой электрода 7,5 и активной длиной каждого поля 5 м и УГЗ - с высотой электрода 12,2 и длиной поля 4 м.

Число полей n в каждом электрофильтре может быть три и четыре. Поперечные сечения для прохода газов F _r, м², для электрофильтров УГ2 имеют следующие значения: 26, 37, 53, 74; для электрофильтров УГЗ: 88, 115, 177, 230, 265. Параметры золоулавливания электрофильтра рассчитываются по выражению

П =J×f,

где J - скорость дрейфа частиц, м/с (скорость движения частиц золы под действием сил осаждения);

f=A/V - удельная площадь поверхности осаждения на 1 м³/с очищаемого газа. Здесь А - площадь поверхности канала золоулавливания, м²; V - расход газа, м³/с.

Степень осаждения определяется двумя факторами - скоростью дрейфа частиц золы J и удельной поверхностью осаждения f. Увеличивая f, можно получить высокую степень улавливания, однако это связано с большими расходами металла и увеличением габаритов электрофильтров.

Скорость дрейфа J, м/с, определяется в основном электрическими характеристиками электрофильтра и пылегазового потока и выражается как:

,

Рис.12. Влияние удельного сопротивления летучей золы на работу электрофильтра:

а - зависимость удельного сопротивления летучей золы при работе электрофильтра от температуры; б - зависимость скорости осаждения от удельного сопротивления пыли; 1 - цементная пыль; 2 - зола уноса котлов

где e₀ - диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м;

e - относительная диэлектрическая проницаемость вещества частицы;

Е_З - напряженность электрического поля зарядки, В/м;

Е_ОС - напряженность электрического поля осаждения, В/м.

Из приведенного выражения следует, что скорость дрейфа пропорциональна произведению напряженностей полей зарядки и осаждения и диаметру частицы (влияние остальных факторов менее существенно). Однако определить теоретическим путем величины Е_З и Е_ОС затруднительно, из-за чего расчет но приведенному выражению возможен при наличии опытных данных но электрическим характеристикам.

Основными факторами, определяющими скорость дрейфа, являются электрические свойства пылегазового потока и в первую очередь электрическое сопротивление золы. На рис.12, а показана зависимость удельного сопротивления летучей золы r, 0м×м, при работе электрофильтра от температуры. Максимум электрического сопротивления золы соответствует температуре 100...130 ^ОС. Наибольшее r имеет зола углей с малым содержанием горючих в уносе, низким содержанием серы и влаги в топливе. К углям, зола которых имеет наиболее высокое электрическое сопротивление, относятся экибастузский и кузнецкий каменные угли. На рис.12, б показано изменение скорости дрейфа J от удельного сопротивления r. В области r= 10⁸...10⁹ 0м×м происходит резкое падение скорости дрейфа.

Анализ работы электрофильтров на ТЭС показал, что основная причина менее эффективной очистки заключается в высоком удельном электрическом сопротивлении (УЭС) r слоя золы, образующемся на осадительных электродах электрофильтра. Вследствие высокого УЭС проводимость слоя пыли уменьшается, что приводит к увеличению потенциала поверхности слоя, увеличению падения напряжения в слое при одновременном его уменьшении в газовом промежутке. При увеличении разности потенциалов между поверхностью слоя и заземленным электродом до значения, достаточного для пробоя газов, на некоторых участках поверхности слоя возникают относительно стабильные местные разряды. Это явление, вызывающее образование и выброс в межэлектродное пространство ионов со знаком, обратным знаку ионов, образующихся в основном процессе, принято называть обратной короной. Положительные ионы, образовавшиеся в зоне обратной короны, под действием электрического ноля двигаются к коронирующему электроду, встречают на своем пути частицы золы, заряженные отрицательно, и нейтрализуют их заряды. В результате этого прекращается движение золовых частиц к осадительному электроду и снижается степень очистки газов в электрофильтре. Устойчивая обратная корона характеризуется появлением в слое пыли точек локализованных разрядов голубого цвета.

Высокое УЭС летучей золы обусловлено как параметрами дымовых газов (концентрация серного ангидрида и зависящая от него кислотная точка росы, парциальное давление водяных паров, температура газов и др.), так и химическим составом самой золы, главным образом соотношением в ней алюмосиликатов (Al₂O₃+SiO₂) и щелочных металлов, в первую очередь натрия и лития. При определенной комбинации низких содержании серы, водорода и влаги в угле с низкими концентрациями щелочных металлов в золе при общепринятых в котельной практике температурах уходящих газов 120...150 ^ОС удельное электрическое сопротивление золы вырастает до 10¹⁰...10¹² 0м×м. При таких параметрах обратная корона возникает и развивается в электрофильтре исключительно быстро.

На степень улавливания золы большое влияние также оказывает равномерность распределения поля скоростей дымовых газов по сечению электрофильтра. С целью создания достаточно равномерного поля скоростей газов на входе в электрофильтр устанавливают газораспределительные решетки.

Современные электрофильтры серии ЭГА - горизонтальные, модификации А, изготавливаются в широком диапазоне типоразмеров при глубокой унификации узлов и деталей. Такие фильтры рассчитаны на максимальную температуру газов до 330 ^ОС. Электродная система - система, составленная из широкополосных (ширина элемента 40 мм) элементов открытого профиля и рамных коронирующих электродов с игольчатыми элементами. Шаг между одноименными элементами составляет 300 мм. В электрофильтрах по ширине размещается от 10 до 88 газовых проходов. Номинальная высота электродов принимается из ряда 6; 7,5, 9; 12 м.

В связи с повышением мощности энергоблоков потребовалось создание двухъярусного фильтра. Для энергоблоков 800 МВт Березовской ГРЭС-1 разработан и изготовлен на базе серии ЭГА электрофильтр типа ЭГД (горизонтальный, двухъярусный) (рис.13).

Электрофильтры серии УВ (рис.14) - унифицированные вертикальные пластинчатые сухие для очистки газов с температурой до 250 ^ОС, выпускаются взамен электрофильтров ДВП и ДВПН. Электрофильтры типа УВ имеют одно поле активной длины 7,4 м и разделены по газу на одну - три секции. Осадительные электроды - пластинчатые с нижним молотковым стряхиванием. Коронирующие электроды - рамные с верхним подвесом и молотковым встряхиванием.

Электрофильтры УВ рассчитаны на невысокую запыленность газов и скорость их в активном сечении до 1 м/с.

Расчет электрофильтра для ориентировочного определения его размеров ведется в следующем порядке.

Рис.13. Электрофильтр типа ЭГД:

1 - подводящие газоходы; 2 - газораспределительная решетка; 3 - коронирующий электрод; 4 - осадительный электрод; 5 - механизм встряхивания коронирующих электродов; 6 - механизм встряхивания осадительных электродов; 7 - бункер для пересыпки золы из верхнего яруса

 

 

Рис.14. Электрофильтр УВ

 

1. Определяется активное сечение для прохода газов, м², эктрофильтра:

,

где Z - число параллельно включенных корпусов (рекомендуется устанавливать один-два корпуса на котел, обычно по числу выбранных дымососов);

u - скорость газов в активном сечении, принимается для золы с неблагоприятными характеристиками (r>5×10⁹ 0м×м) в пределах 1,3—1,5 м/с, для остальных топлив ((r<5×10⁹ 0м×м до 1,8 м/с).

Далее подбирается ближайшее поперечное сечение электрофильтра w_Д, выбирается высота электрода и уточняется действительная скорость газов для подобранного сечения.

2. Принимается схема газораспределения электрофильтра и оценивается степень заполнения объема m. По заданной степени уноса e определяется степень уноса при равномерном потоке e_Р, по выражению

.

Степень заполнения m определяется экспериментально на моделях электрофильтра с примыкающими газоходами.

3. По табл.3 определяется по найденной степени уноса при равномерном поле параметр золоулавливания П.

4. Задаваясь скоростью дрейфа J в зависимости от используемого на ТЭС топлива рассчитывается поверхность осаждения

.

 

При расчете электрофильтров можно принимать для различных топлив следующие скорости дрейфа частиц J м/с:

Кузнецкий СС, экибастузский - 5,5×10^-2;

Донецкий промпродукт - 5,5×10^-2;

Канско-ачинский - (6...6,5)×10^-2;

Донецкий:

ГСШ - 7×10^-2;

АШ - (8...9)×10^-2;

Подмосковный (10...12)×10^-2.

5. Число полей электрофильтра при заданной длине поля определяется по выражению

,

где t - расстояние между одноименными электродами (для электрофильтров УГ t =0,275 м);

l - длина поля.

Выбирается действительное число полей электрофильтра n_Д. Уточняется действительное значение параметра золоулавливания П_Д и соответственно e_Р^Д и e_Д.

 

9.1 Особенности улавливания золы с неблагоприятными
электрофизическими свойствами

Решение проблемы эффективной электрической очистки дымовых газов, имеющих неблагоприятные электрофизические свойства, состоит в разработке методов снижения интенсивности или предотвращения образования обратной короны, т. е. создании условий, обеспечивающих стабильную работу электрофильтров. В современных электрофильтрах уже достигнута близкая к максимально возможной равномерность распределения тока короны по поверхности осадительных электродов путем, например, использования игольчатых коронирующих электродов с рациональной геометрией.

Важным направлением в решении проблемы улавливания золы с высоким УЭС является кондиционирование дымовых газов, которое заключается в изменении их свойств при добавлении к ним химических веществ или водяного пара, адсорбирующихся па поверхности частиц золы и увеличивающих их поверхностную проводимость.

Химические методы кондиционирования. В качестве кондиционирующих добавок применяются триоксид серы, водяной пар, аммиак и другие соединения. Сравнительно небольшое количество триоксида серы, добавленное к продуктам сгорания топлив, существенно уменьшает электрическое сопротивление слоя золы, осаждающейся на электродах. При добавке к продуктам сгорания триоксида серы в количестве около 20 миллионных долей но объему (20 РРМ) эффективность улавливания высокоомной золы заметно растет. Дальнейшее увеличение этой добавки, как правило, не сопровождается заметной интенсификацией золоулавливания.

Триоксид серы для целей кондиционирования может быть получен с помощью одного из следующих способов: кипячением серной кислоты, разложением олеума, превращением диоксида серы в триоксид, испарением стабилизированного триоксида серы, сжиганием серы в присутствии катализатора. Применение одного из способов получения триоксида серы определяется в основном экономическими соображениями.

Увеличение содержания водяных паров в очищаемых газах, как известно, не только снижает УЭС золы за счет роста проводимости поверхностной пленки, но также обеспечивает возможность повышения рабочего напряжения на коронирующих электродах благодаря увеличению диэлектрической прочности дымовых газов. Так, например, при работе электрофильтра на чистом воздухе увеличение содержания в нем водяных паров от 30 до 75 г/м³ позволяет повысить пробивное напряжение на 15— 20%. В то же время исследования показали, что влияние влагосодержания на работу электрофильтра может быть существенно различным в зависимости от температуры газов. С ростом температуры для сохранения одинакового эффекта электрической очистки влагосодержание газов может быть более значительным. Эффективность различных кондиционирующих агентов можно сравнить по относительному изменению скорости дрейфа частиц в электрическом поле. На рис.15 показана зависимость этого параметра от содержания в дымовых газах различных кондиционирующих добавок: триоксида серы, аммиака, фосфора и водяного пара, а также диоксида серы.

Температурный метод кондиционирования. Зависимость УЭС золы от температуры носит экстремальный характер (см. рис.12). Такой вид зависимости можно объяснить различиями в протекании электрического тока через слой золы.

 

Рис.15. Влияние ввода различных присадок в дымовые газы на изменение скорости дрейфа частицы золы

Установлено, что сопротивление слоя золы определяется как его поверхностной проводимостью, так и объемной. При низкой температуре УЭС золы определяется поверхностной проводимостью, обусловленной адсорбцией (поглощением) поверхностью золы влаги и различных химических веществ (в первую очередь серного ангидрида) из дымовых газов.

При высоких температурах газов УЭС золы определяется объемной проводимостью, обусловленной механизмом ионной проводимости, при которой главными переносчиками зарядов являются ионы щелочных металлов. Для данного химического состава золы ее объемное сопротивление зависит также от температуры газов и напряженности электрического поля.

Из рассмотрения зависимости удельного электрического сопротивления золы от температуры следует, что преодоление высокого омического сопротивления летучей золы и обратного коронирования в электрофильтре, а также обеспечение высокой степени очистки газов при приемлемых габаритах электрофильтра могут быть достигнуты различными технологическими путями.

Одним из путей является создание котлов, рассчитанных на весьма низкую температуру уходящих газов путем сооружения более развитых, чем обычнее, хвостовых поверхностей нагрева (использование левой ветви зависимости удельного электрического сопротивления от температуры). Исследования показали, что снижение температуры газов до 100 ^ОС приводит к снижению УЭС золы примерно на один порядок. Когда УЭС исходной золы превышает значение 5×10¹¹ 0м×см, необходимо более глубокое охлаждение газов до температуры примерно 80...90 ^ОС. При этом, однако, увеличиваются габариты и стоимость котлов. Могут существенно усложниться их эксплуатация и ремонт в связи с интенсификацией абразивного износа низкотемпературных поверхностей. Поэтому при сжигании топлив, зола которых обладает чрезмерно высоким УЭС, как правило, не идут по пути глубокого охлаждения уходящих газов, хотя в ряде случаев таким способом можно существенно снизить выбросы в атмосферу.

Другой путь снижения омического сопротивления золы заключается в размещении электрофильтров перед воздухоподогревателем в области температур газов около 350...400 ^ОС (использование правой ветви зависимости удельного сопротивления слоя золы от температуры (рис.12, а). Опыт применения таких электрофильтров имеется в США. Преимущество этого направления состоит не только в достижении эффективной и стабильной очистки газов от высокоомной золы, но и в предотвращении загрязнения золой поверхности воздухоподогревателя.

Скорости движения газов в активном сечении «холодных» и «горячих» электрофильтров должны быть примерно одинаковыми, чтобы обеспечить в обоих случаях высокую степень очистки газов. Удельные объемы продуктов сгорания при температуре 350...400 ^ОС примерно в 1,5 раза выше, чем при температуре 140...150 ^ОС. Поэтому требуются большие проходное сечение и габариты горячих электрофильтров, что приводит к увеличению капитальных затрат и затрудняет компоновку аппаратов в заданной ячейке блока.

Необходимые поверхности осаждения для обеспечения одинаковой степени очистки газов при использовании горячих и холодных электрофильтров оказываются одинаковыми. В этих расчетах, однако, не учитывается, что при установке горячих электрофильтров происходят дополнительные п