КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Угольная пыль и ее характеристики

Основным ^элементом любой пылесистемы является углеразмольная мельница (рис. 1.6). В табл. 3.2 приведены некоторые характеристики наи­более распространенных мельниц для размола топлива. Они различаются п° принципу измельчения топлива и по частоте вращения подвижной части ^ельницы. Наиболее широкое распространение получили шаровые бара­банные (ШБМ) и молотковые (ММ) мельницы. На их долю приходится Свыше 80% всех размалываемых твердых топлив.

Размол ос по со бн ость топлива. Механические (прочностные) свойства различных твердых топлив не одинаковы. Одна и та же мель - I, nUa при их размоле будет иметь разную производительность по гото - К()й пыли. Для характеристики топлив по их способности к размолу вве-

Дено понятие о лабораторном относительном коэффициенте размолоспо - собности Кл,0. Значение Кл.0 определяется по результатам размола оди­наковой начальной порции дробленого топлива в лабораторной мельнице строго определенное время путем сравнения тонкости полученной пыли с тонкостью аналогичной пыли эталонного очень твердого при размоле топлива. При значениях Кп>0 ^ 1,1 топлива имеют высокую твердость, а при Кп_о > 1,5 — относятся к мягким топливам, легко разрушающим­ся при ударе или раздавливании. Остальные — являются топливами сред­ней твердости.

После размола топлива в мельнице получается полидисперсный уголь­ный порошок, т. е. смееь частиц различных размеров, примерно от 0,1 до 300-500 мкм, а при грубом размоле бурых углей — до 1 000 мкм. Практи­чески в топочных камерах неполноту сгорания в зависимости от выхода летучих веществ создают частицы размером более-200 мкм, которые отно­сят к крупным фракциям пыли (грубые фракции).

Тонкость размола пыли. Ее определяют по рассеву взятой пор­ции полученного порошка на ситах (рис. 3.7). Отобранную порцию пыли просеивают через 4-5 сит с постепенно убывающим размером ячеек сита. Рассев производят на вибрационной машине. Сита нумеруют по размеру отверстия в' свету. т, выраженному в микрометрах.

По принятой методике ситового анализа пыли за суммарный остаток, на сите заданного размера принимают общее количество частиц с размером больше, чем размер ячейки сита х, мкм, и выражают его в процентах перво­начальной массы. Этот остаток обозначают через R, r. Так, значение /?-юоо

(см. рис. 3.7) представляет долю остатка на сите 1 000 мкм в процентах от начальной порции пыли, а значение R200 будет составлять общую долю от суммы остатков на ситах 200, 500 и 1 000 мкм. Поэтому суммарные остатки на ситах Rx называют интегральными.

По данным рассева строят зерновую характеристику, т. е. зависимость остатков Rx от размера частиц х (рис. 3.8, а).

Рчс. 3.8. Зерновые характеристики угольной пыли: а — интегральная при размоле 1оплива в разных мельницах; б —дифференциальная при разных коэффициентах по - Л11Дисперсности п; 1 — размол в молотковой мельнице (ММ); 2 — размол в шаровой барабанной мельнице (ШБМ); 3 — область гонких фракций; 4 — го же грубых.

Из рис. 3.8 следует, что чем круче зерновая характеристика, тем в пыли больше мелких частиц, легко сгорающих в топках котлов, и уменьшается масса крупных частиц (размером более 200 мкм), ведущих к недогоранию топлива. Вместе с тем, на получение тонкой пыли затрачивается больше энергии в процессе размола. Анализ многочисленных зерновых характери­стик размола различных видов топлива показал, что все кривые описывают­ся уравнением Розина-Раммлера (устанавливающее распределение частиц по фракциям)

Rx = 100 е~Ьх", (3.17)

В котором b и /г — постоянные коэффициенты, характеризующие соответ­ственно тонкость измельчения и равномерность зернового состава; е — осно­вание натуральных логарифмов.

Значение коэффициента b изменяется в пределах 0,0025-0,1; чем тонь­ше пыль, тем меньше коэффициент Ь. Коэффициент п характеризует струк­туру пыли, распределение частиц по размерам и может быть больше или меньше единицы. Значения коэффициентов b и п для данного топлива и сит стемы пылеприготовления (типа сепаратора и мельницы) определяют, сде­лав рассев порции полученной пыли на двух ситах, чаще всего размером ячейки х = 90 и 200 мкм (т. е. получают два опытных значения Rx).

Структуру пыли по фракциям можно проанализировать, если продиф­ференцировать уравнение (3.17) по х:

У = = l00bnxn~le~bv" = Rxbnxn~l. (3.18)

Ах

Тогда ордината у, %/мкм, на графике (рис. 3.8,6) характеризует про­центное содержание пылинок размером х. При п > 1 кривая имеет макси­мум в зоне х — 15 - г 25 мкм. В такой пыли оказывается относительно мало мельчайших фракций, и она характеризуется как более грубая. При п — 1 и п < 1, наоборот, наибольшее количество фракций пыли приходится на очень мелкие фракции. Это пыль более тонкая по размолу.

В эксплуатации для быстрой (оперативной) оценки качества угольной пыли пользуются обычно ситом 90 мкм, дающим четкое представление о ха­рактере пыли (тонкая или грубая), то есть интегральным остатком R, qq. При известных для данной пылесистемы значений b и п по полученному Rqq легко рассчитать полную зерновую характеристику, а также оценить ка­чество пыли: при значениях Rqo < 15% пыль относится к тонкой, при i?90 > 40% является грубой, в диапазоне Rqo = 15 - і - 40% пыль считается среднего состава.

Для каждого сорта топлива типа пылеприготовительного и топочного устройства имеется'наивыгоднейшая, так называемая экономическая, оп­тимальная тонкость размола, 7?^ , соответствующая минимуму суммарных затрат на размол и потерь при сжигании. Экономическую тонкость размола устанавливают испытаниями в процессе эксплуатации. Основным факто­ром, влияющим на экономическую тонкость размола, является выход лету­чих Vjf. Чем он больше, тем меньше коксовый остаток, легче горит топливо, тем грубее может быть размол. Так, для антрацита — 7 - 8%, для пыли каменных углей — 20-30%, пыли бурых углей — 40-55%.

В зависимости от выхода летучих и фракционного состава пыли эко­номически оправданную тонкость размола можно оценить по формуле

Д™т = 4 + 0,8п1/лг. (3.19)

Затраты энергии на размол топлива. Энергия, затраченная на измельчение исходного топлива до состояния пыли пропорциональна размеру вновь полученной поверхности [кВт-ч/кг пыли]:

Э м = ^=Ж/пл-/др), (3.20)

Где NM, Вм — мощность мельницы, кВт, и ее производительность по пыли, кг/ч; А — удельный расход электроэнергии на измельчение материала, при котором обнажается 1 м2 новой поверхности, кВт-ч/м2; /др, /пл — перво­начальная поверхность 1 кг топлива (дробленки) и конечная поверхность полученного 1 кг пыли, м2/кг. При размоле топлива в углеразмольных мель­ницах поверхность /пл ^ /др, и в выражении (3.20) можно не учитывать /др.

Поверхность пыли. Теоретическую поверхность пыли, состоящей из пылинок различных размеров, согласно кривой распределения по фрак­циям (рис. 3.8, а), но имеющих форму куба, можно определить по следую­щей упрощенной формуле:

Где ртл — удельная плотность размалываемого топлива, кг/м3; обычно р1П = = 1 700- 1 840 кг/м3. Однако частицы пыли никогда не имеют точной формы куба. Для определения действительной поверхности в расчет вводится ко­эффициент формы частиц А'ф, величина которого зависит от размера частиц. Он

Больше для крупных фракций (Аф = 2 - г 2,5) и близок к единице для мелких. Среднее значение коэффициента формы для угольной пыли прини­мают Кф — 1,75. Тогда действительная поверхность пыли /11Л — А'ф /г-

Влажность пыли. Важной характеристикой пыли является ее влаж­ность W"a9 % Она оказывает большое влияние на производительность мель­ниц и сепараторов, бесперебойность подачи готовой пыли, безопасность работы пылесистемы. Определяющей величиной для выбора допустимой влажности пыли принята гигроскопическая влажность топлива W™.

Допустимая по условиям взрывобезопасности и транспортировки влажность пыли после мельницы должна находиться в следующих пре­делах: 1

- для топлив марок А, ПА, Т V7™ + 1 >РГЛ > И^ги;

- для каменных углей и сланцев Wгм ^ Wnn > 0,5 Wru;

- для бурых углей W™ + 8 >ЇУПЛ > W™.

Повышение влажности пыли сверх допустимых значений ведет к за­труднениям транспорта пыли: потеря текучести и слеживание пыли в бун­керах. Вместе с тем, пересушенная пыль бурых и каменных углей склонна к самовозгоранию при доступе воздуха в местах ее хранения или скопления, а пылевоздушная смесь взрывоопасна.

Взрываемость пыли. Взрыв в объеме, заполненном взвешенной в воздухе угольной пылью, будет тем интенсивнее, чем больше удельная по­верхность пыли (чем мельче фракции) и чем выше выход летучих веществ. Существенное значение имеет температура смеси. Наиболее опасными яв­ляются концентрации пыли от 0,3 до 0,6 кг на 1м[1] воздуха. Именно такие концентрации обычно имеют место при эксплуатации пылесистем. Поэто­му жестко ограничивается температура сушильного агента на выходе из мельницы — не выше 80-100°С при ниличии бункеров пыли и до 130°С в пылесистемах с прямым вдуванием пыли в топку.

Воспламенение объема аэропыли сопровождается резким ростом тем­пературы и давления. Для уменьшения силы взрыва служат предохрани­тельные клапаны, которые при росте давления выбрасывают часть смеси из системы. При недостатке кислорода в смеси возникновение взрыва невоз­можно. Это имеет место при содержании О2 в сушильном агенте не более 16-19% для различных видов топлив. Поэтому использование в качестве первичного потока смеси горячего воздуха с топочными газами способ­ствует надежности работы пылесистемы.

Такое же влияние на предотвращение взрыва пыли оказывает повышен­ная зольность топлива. Так, экибастузский каменный уголь не относится к взрывоопасным при содержании минеральной части АР > 40%.