Золоуловители
Для очистки выбрасываемых в атмосферу продуктов сгорания и защиты рабочих колес дымососов от уноса (летучей золы и частиц несгоревшего топлива) в промышленных и отопительных котельных при сжигании твердого топлива устанавливаются золоуловители. В соответствии со СНиП П-35-76 золоуловители предусматриваются, когда Лр-5>5000 (где Ар - содержание золы в рабочей массе топлива, %; В - максимальный расход топлива, кг/ч).
Качество работы золоуловителя принято характеризовать полным и фракционным КПД. Полным КПД золоуловителя называют отношение массы уноса, уловленного в золоуловителе, к массе входящего в него уноса.
Полный КПД золоуловителя (%) выражается уравнением
где Gул - масса уловленного в золоуловителе уноса, кг; GBX, GBMX - масса уноса, вошедшего в золоуловитель и вышедшего из него, кг. Фракционным КПД золоуловителя называется отношение массы уловленного уноса определенной фракции к массе уноса той же фракции, поступившей в золоуловитель.
Фракционный КПД золоуловителя (%) определяется уравнением
Полный КПД позволяет судить об эффективности очистки продуктов сгорания от уноса определенного фракционного состава в данной конструкции золоуловителя. Очевидно, что при изменении фракционного состава уноса изменится и полный КПД золоуловителя. Фракционный КПД характеризует степень совершенства данной конструкции золоуловителя. Все конструкции золоуловителей, применяемые для улавливания уноса, по принципу их работы можно разбить на следующие группы: сухие инерционные золоуловителя, мокрые золоуловители, электрофильтры и комбинированные золоуловители.
В сухих инерционных золоуловителях отделение частиц уноса от продуктов сгорания происходит за счет центробежных или инерционных сил. В мокрых золоуловителях частицы уноса отделяются путем промывки или орошения продуктов сгорания водой и осаждения частиц на смачиваемую поверхность, а также улавливанием частиц на водяной пленке. В электрофильтрах улавливание частиц происходит путем осаждения их на электроды под действием электрического поля. В комбинированных золоуловителях сочетаются различные методы.
Из различных конструкций инерционных золоуловителей в промышленных и отопительных котельных применяют циклоны и батарейные циклоны. Очистка продуктов сгорания с циклоне прнсходит за счет центробежной силы, развивающейся при сообщении потоку сложного вращательного и поступательного движения.
Схема циклона показана на рис. 14-1. Он состоит из входного патрубка, винтообразной крышки 2, сообщающей потоку вращательно-поступательное движение, центральной трубы 3 для отвода продуктов сгорания, корпуса 4 с цилиндрической и коничсской частями бункера 6 для сбора уловленного уноса, выпускного отверстия 5 и улитки для отвода очищенных продуктовегорання. Поступившие в циклон через винтообразную крышку продукты сгорания получают вращательно-поступательное движение.
Вследствие этого под действием центробежной силы происходит расслоение потока на две части. Одна часть, с высокой концентрацией уноса, вращаясь, прижимается к корпусу циклона и затем, сползая через выпускное отверстие, поступает в бункер. Частички уноса, потеряв скорость, оседают в бункере, а продукты сгорания, поднимаясь из него, входят в центральную трубу. Другая часть продуктов сгорания, с низкой концентрацией уноса, не дойдя до бункера, поворачивает на 180° и входит в центральную трубу. При этом из продуктов сгорания выпадают частички уноса и под действием силы тяжести падают в бункер.
В СССР в результате работ, выполненных НИИОгаз (Государственный научно-исследовательский институт очистки газов) и ЦКТИ имени И. И. Ползунова, были созданы инерционные золоуловители различной конструкции.
Циклопы могут устанавливаться одиночно или группой из 8 штук. Циклоны и блоки циклонов предназначены для очистки продуктов сгорания парогенераторов малой мощности. Для котлов производительностью 2,5-6,5 т/ч разработана шкала типоразмеров и типовые компоновки блоков. Компоновка блока из шести циклонов показана на рис. 14-2.
В НИИОгаз разработаны также компоновки 10-14 циклонов по окружности. КПД циклонов при одиночной или блочной их установке составляет 70-90 % (меньшее значение приведено для агрегатов с пылеугольными топками, а большее - для агрегатов со слоевыми топками). С уменьшением диаметра циклонов КПД их возрастает.
Повышенный КПД, лучшее распределение продуктов сгорания и уноса, лучший отвод уловленного уноса достигается в батарейных циклонах. Батарейный золоуловитель состоит из большого числа параллельно включенных циклонов небольшого диаметра (250- 500 мм), объединенных в общем корпусе. Основными узлами батарейного циклона являются: циклонные элементы, корпус с бункером, опорные решетки и опорный пояс. Принцип работы циклонных элементов батарейных циклонов такой же, как и циклона.
Закрутка потока продуктов сгорания в различных конструкциях циклонных элементов производится закручивающими аппаратами типа «Винт» с двумя винтовыми лопастями, типа «Розетка» с восемью лопатками безударного входа и полуулиточным завихрителем потока.
В настоящее время наиболее распространены циклонные элементы, имеющие закручивающий аппарат из восьми лопаток безударного входа (батарейные циклоны БЦ) и полуулиточный завихритель потока (батарейные циклоны БЦУ «Энергоуголь»).
На рис. 14-3 в качестве примера приведен батарейный циклон, имеющий закручивающие циклонные аппараты из восьми лопаток безударного входа. Эти батарейные циклоны устанавливаются на котлах производительностью от 25 до 320 т/ч. КПД батарейных циклонов, устанавливаемых на котлах с пылеугольными топками, составляют 82-90 %.
В мокрых золоуловителях улавливание уноса производится путем осаждения его на пленку жидкости, находящейся на внутренней поверхности аппарата. При этом внутренний объем золоуловителя заполнен мелкими капельками жидкости в виде тумана.
Для парогенераторов малой и средней производительности (до 100 т/ч) в настоящее время применяются центробежные скрубберы типа ЦС-ВТИ. Скруббер представляет собой вертикальный прямоточный циклон, внутренняя стенка которого непрерывно орошается водой. Для этого ио окружности на расстоянии 500 мм друг от друга устанавливаются сопла. Продукты сгорания входят в скруббер тангенциально по отношению к боковой поверхности, совершая вращательное движение внутри его корпуса. Соответственно струп воды, выходящие из сопл, направлены в сторону вращения продуктов сгорания. Внутренние поверхности скруббера для предохранения от коррозии и золового износа покрываются кислотоупорной керамической плиткой.
Для периодической очистки входного патрубка от золовых отложений установлены смывные сопла. На рис. 14-4 показан скруббер ЦС-ВТИ. Скорость на входе в скруббер во избежание уноса капель в среднем должна быть около 20 м/с. Чаще всего на парогенератор или водогрейный котел устанавливают несколько параллельно включенных аппаратов. КПД скруббера при сжигании твердого топлива в пылеугольных топках составляет 80-92 %.
Для парогенераторов производительностью 120-600 т/ч основным типом применяемых мокрых золоуловителей является золоуловитель с турбулентными коагуляторами Вентури. Он состоит из скруббера каплеуловителя типа ЦС п трубы Вентури. КПД золоуловителей составляет 92-97 %.
Основным недостатком мокрых золоуловителей является влияние их па работу дымососа. Надежность высокоэкономичных дымососов с лопатками, загнутыми назад, резко понижается из-за отложений мокрой золы на тыльной стороне рабочих лопаток, что приводит к разбалансу ротора и вынужденной остановке дымососа. Дымососы с лопатками, загнутыми вперед, также работают с пониженной надежностью.
Очистка продуктов сгорания в электрофильтрах наиболее эффективна. КПД электрофильтров составляет примерно 96%. Принцип работы электрофильтра заключается в том, что в камере электрофильтра создается электрическое поле постоянного тока высокого напряжения. К коронирующему электроду подается электрический ток отрицательной полярности, а осадительный электрод заземляется. Частички уноса, попадая в поле высокого напряжения, начинают перемещаться в направлении от коронирующих электродов к осадительным, осаждаясь на них.
В зависимости от направления продуктов сгорания различают вертикальные и горизонтальные электрофильтры, а по способу удаления осаждающихся частиц уноса - сухие и мокрые. Удаление осевших частиц уноса в сухих электрофильтрах производится путем встряхивания электродов. В результателого частички уноса под действием силы тяжести выпадают н золовон бункер. В мокрых электрофильтрах частички уноса смываются с электродов водой.
В настоящее время для котлов средней мощности в основном применяются фильтры с горизонтальным ходом продуктов сгорания. В случае недостатка площади для размещения горизонтальных электрофильтров при установке парогенераторов производительностью до 220 т/ч могут применяться вертикальные фильтры типа ДВПН (дымовой вертикальный пластинчатым наружной установки), которые устанавливаются вне здания.
Скорость продуктов сгорания в камере электрофильтров различной конструкции в зависимости от вида сжигаемого топлива принимается в пределах 0,8-1,5 м/с. Максимальная допустимая температура продуктов сгорания на выходе в электрофильтры УВ и УГ 250 °С, а в ДВПН 150-170 °С. Рабочая температура продуктов сгорания в электрофильтрах должна превышать сернокислотную точку росы не менее чем на 15 К.
Существенное влияние на работу электрофильтров оказывает равномерность распределения продуктов сгорания в поперечном сечении. Поэтому при входе продуктов сгорания в электрофильтр устанавливают газораспределительное устройство в виде плоских или объемных решеток.
Для получения высокой степени очистки продуктов сгорания применяются комбинированные золоуловители, состоящие нз двух ступеней. Наиболее часто в качестве первой ступени применяются батарейные циклоны, а в качестве второй - электрофильтры. При двухступенчатой компоновке золоуловителей КПД достигает 98-99 %.