Улавливание твердых веществ из дымовых газов

4. Потери давления (аэродинамическое  сопротивление) в батарейном циклоне,  Па:

,

где x - коэффициент гидравлического сопротивления, принимается по табл.4.

5. Необходимая площадь сечения  батарейного циклона определяется  по выражению:

,

где Z – число батарейных циклонов на котел;

V – количество очищаемого газа при нормальной нагрузке котла, м³/с.

6. Параметр улавливания определяется  по приближенному выражению:

,

где d_i – средний диаметр фракции, мкм;

u_Д – скорость газов м/с.

6. По параметру П_i определяется степень уноса каждой фракции (по выражению e_i=exp(-П_i)), а затем общая степень уноса золоуловителя:

,

где k – число фракций.

Положительный опыт длительной эксплуатации батарейных циклонов на многих электростанциях  позволяет рекомендовать их для  ряда случаев, в частности для очистки:

• дымовых газов от золы при сжигании малозольных топлив, главным образом – бурых углей;
• рециркуляционых газов котлов от золы с целью защиты дымососов системы рециркуляции от износа;
• сушильного агента от невзрывоопасной угольной пыли, например марок АШ, в системах подготовки топлива.

3.1. Прочие инерционные  золоуловители

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.

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.

 

Рис. 5. Схема  действия жалюзийного пылеуловителя

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).

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

Рис.8. Пылеуловитель  ротационного типа:

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

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.

4. Мокрые золоуловители

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
3	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
4	13,61	11,93	3	0,50´2	1
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.