Котельные установки

ОЧИСТКА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ПЕРЕД ВЫБРОСОМ В АТМОСФЕРУ

Для борьбы с загрязнением воздуха установлены предельно допу­стимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ — выбросов

В атмосферу, измеряемые на уровне дыхания человека, т. е. на высоте

1,5 им от уровня Земли. Так, например, ПДК в районе расположения котельных не должна ^превышать для золы и сернистого газа 0,5 мг/м3, окислов азота 0,06 мг/м3 и т. д.

В силу того, что (котельные являются источником загрязнения воз­душного 'бассейна, выбор места для их размещения регламентирован, а сами котельные должны быть расположены с подветренной стороны ближайших жилых и промышленных объектов и иметь санитарно-за­щитные зоны определенных размеров (от 15 до 200 м), зависящих от вида и качества топлива. При выборе размеро, в санитарно-защитной зоны предполагается, что дымовые газы в значительной степени очище­ны от содержащихся твердых частиц уноса и золы. Установки для очистки дымовых газов от уноса и золы следует иметь при сжигании всех основных и резервных твердых топлив, если произведение Лр%23Макс>5000. В случае невозможности создания санитарно-защит­ной зоны необходимых размеров, например при осуществлении встроен­ных «в общественные и жилые здания котельных установок, их теплопроизво длительность ограничивается величиной, обусловленной качеством топлива; эти данные приведены в табл. 7-3.

Таблица 7-3

Необходимость огр аничения теплопроизводител ьности связ ан а

С тем, что при сухом золоулавливании соединения серы и азота пол­ностью выходят в атмосферу, а мокрое улавливание золы в котельных применяется редко.

При сжигании твердого топлива в слое дымовые газы выносят в среднем около 15% золы, содержащейся в топливе; при камерном сжигании и сухом удалении шлака унос золы достигает 85—95%', и только малая часть (5—15%) золы топлива осаждается в топке <в виде шлака. Кроме золы, дымовые газы выносят и некоторое количество несгоревшего топлива, в основном в виде частиц углерода. Если учиты­вать это, «количество твердых частиц в дымовых газах за котельной установкой, кг/с (кг/ч), может быть определено из выражения

0=0,01Ваун(Л*+з£|й) или 0=0,01*^^+-^), (7-54)

Где все обозначения были даны в гл. 1 и 2. Отнеся полученную вели­чину к объему дымовых газов, м3/е иди м3/ч,

ЕУГ =В [У + (а - 1) V0], (7-55)

Можно найти концентрацию твердых частиц в дымовых газах, мг/м3,

В. 10е

(7-56)

2УГ

И установить необходимость их очистки.

Для улавливания твердых частиц из дымовых газов существуют сухие и мокрые золоуловители. Аппараты для сухой очистки дымовых газов осно. ва. ны «на использовании сил инерции, тяжести и центробежных или на образовании коронного разряда между электро­дами и направленного движения газа, несущего твердые частицы к положительному электроду, на котором - частицы осаждаются.

К сухим золоуловителям относятся жалюзийные золоуло­вители, циклоны различного типа и электрофильтры,

Жалюзийный золоуловитель ВТИ состоит из решетки - жалюзи, бункера и циклона. Поток газов с золой со скоростью 12—

16 м/с входит в жалюзи, изменяет свое направление почти на 180° и разделя­ется на две части: один поток в коли­честве 7—10% поступает в циклон Неочищенный вместе с золой, другой — в газоходы;

Степень очистки газов около 50%, со­противление от 0,3 до 0,9 кПа (от 30 до 90 кгс/м2).

Такие золоуловители применяются при слоевом сжигании твердого топли­ва, так как они не улавливают мелких твердых частиц (с размером примерно до 20 мкм), и при любом способе сжи­гания твердого топлива для временно работающих котельных установок.

Для лучшей очистки дымовых га­зов в тех случаях, когда твердое топ­ливо сжигается в слое и количество дымовых газов не превышает 1,4 м3/с (50-103 м3/ч), т. е. теплопроизводи - тельность котельной не более 3,5 МВт (3 Гкал/ч), применяются циклоны НИИОГАЗ |(рис. 7-21).

Принцип действия циклона осно­ван на закручивании тангенциальным коробом 2 входящего запыленного по­тока дымовых газов с последующим изменением направления движения (резким поворотом). За счет центров бежных сил более тяжелые частицы золы отжимаются к стенкам циклона 1 и по ним скользят вниз в емкость 3; очищенные газы по центрально расположенному патрубку 5 выходят в отводящий короб. Удаление золы из емкости 3 в канал или другое устройство 4 осуществляется через специальную течку и мигалку.

Увеличение диаметра циклона и доли мелких твердых частиц сни­жает эффективность очистки газов, которая в среднем »в одиночном циклоне составляет 85%. Поэтому для одиночных установок предло­жен конический циклон типа СК-ЦН, который позволяет снизить со­держание мелких частиц в выходящих газах в 2—3 раза.

Степень очистки повышается при установке нескольких циклонов малого размера, соединенных блоком, с общими коробами на входе для запыленного и выходе — очищенного газа. Схема установки блока циклонов «показана на рис. 7-22.

Шибер 1 позволяет на малых нагрузках отключить половину цик­лонов и сохранить нужную степень очистки газов. Блоки устанавли­ваются за котлами со слоевыми топками, когда степень очистки может составлять 80—90%’>, но при количестве дымовых газов до 0,85 м8/с (до 30- Ю3 м3/ч).

Степень очистки газов можно повысить, если на входе запыленно­го потока и на выходе газов в центральный патрубок поставить

Устройства, увеличивающие закручивание потока, как это сделано институтом Гипрогазоочистка в циклоне типа ЦМС. Такие циклоны имеют при одинаковых значениях скоростей и температур газов несколько. меньшее газовое сопротивление, что. позволяет их использо­вать при естественной тяге, т. е. в тех случаях, когда сопротивление золоуловителя должно 'быть низким.

При уменьшении диаметра циклона степень улавливания твердых частиц при прочих равных условиях возрастает; при увеличении коли­чества циклонов их компоиовка, естественно, затрудняется.

На рис. 7-23 изображен батарейный циклон, состоящий из боль­шого числа (от 20 до 56) циклонов / с наружным диаметром 254 >мм, скомпонованных внутри общего кожуха 2, покрытого тепловой изоля­цией. Кожух 2 разделен на две секции, каждая из которых имеет свой подводящий патрубок 3 и расположенную за «им распределительную камеру 4. Перед патрубком установлен перекидной шибер 5, позволя­ющий при разных его положениях пропускать запыленные газы через весь, одну или две трети циклона. Выходная камера 9 выполнена общей. Каждый элемент — циклон состоит из чугунного корпуса 1, закрепленного болтами на опорной нижней решетке 6. Газ через за­кручивающие? розетки или другие направляющие аппараты 7 входит в циклон, очищается и по стальному патрубку 8 выходит в выходную камеру 9.

Для закрепления стальных патрубков сваркой низ выходной ка­меры выполнен в виде стальной решетки 10. Верхняя крышка кожуха имеет лаз 11 и взрывной клапан 12. Уловленные твердые частицы попадают в бункера 13, из которых их удаляют тем или иным спо­собом.

Батарейным циклоном можно отделить из дымовых газов при слоевом сжигании топлива 85—92% твердых частиц и при камерном — 83—90%; газовое сопротивление 'батарейного циклона равно при этих условиях 0,4—0,6 кПа (40—60 кгс/м2).

|В сухом виде твердые частицы и зола улавливаются в ткане­вых и электрических фильтрах. В тканевых фильтрах газы могут быть очищены очень глубоко, даже от частиц меньше 5 мкм, но такие фильтры имеют высокое газовое сопротивление — от 0,8 до 2 кПа (от 80 до 200 кгс/м2), чувствительны к механическому воздействию, 332
воздействию щелочей и кислот (особенно три (повышенных темпера­турах). Если точка росы дымовых газов высока, эти фильтры быстро засоряются.

Очистка дымовых газов в электрофильтрах основана на образова­нии коронного разряда 'между электродами, создании направленного движения газа «между ними, захвате твердых частиц отрицательно за­ряженными ионами газа и их движении вместе с газом от электродов, создающих коронный разряд, к осадительным.

Схемы устройства коронирующих 1 и осадительных 2 электродов показаны на рис. 7-24,а. Применяемые типы и профили коронирую-

Ос

А

N

Ф Рис. 7-24. Схемы размещения и действия электродов в электрофильтрах. а — коронирующие электроды; б — осадительные электроды.

Щих 3 и осадительных 4 электродов показаны на рис. 7-24,6. Следует подчеркнуть, что коронный разряд возникает лишь. при определенной напряженности поля, зависящей от состава газов, их температуры и давления. Удаление твердых частиц с осадительных электродов выпол­няется периодически отряхиванием при сухом и смывом »водой при мокром способе. (Последовательным расположением © потоке - газов си­стем электродов и электрических полей получают одно-, двух-, трех - и

Ч етыр ехпольны е электрофильтры.

Для обеспечения хорошей (98—99%) очистки дымовых газов в электрофильтре их скорость должна составлять 1,0—2,0 м/с и тем­пература на входе не превышать 150—200°С. Низкие скорости и тем­пературы дымовых газов предопределяют большие габариты и массу электрофильтров при малом газовом сопротивлении от 0,15 до 0,8 кПа (от 15 до 80 кгс/м2).

Для получения электрически заряженных ионов газа и твердых частиц требуется высокое напряжение электрической энергии — порядка 80 000 В и соответствующие устройства для его повышения с обычных напряжений. Отряхивание или смыв водой твердых частиц с осадитель­ных электродов должны осуществляться автоматически с помощью специальной аппаратуры; поэтому электрофильтры требуют значитель­ных капитальных затрат.

На рис. 7-25 показан общий вид горизонтального электрофильтра лластинчатого типа ДГПН, который содержит корпус 1, собираемый из

Отдельных плит и опирающийся на каркас; бункера для уловленной золы 2, коронирующие электроды 3, осадительные электроды 4, меха­низмы для встряхивания осадительных и коронирующих электродов 5 и устройства для привода в движение этих механизмов 6. Электро­фильтры наиболее хорошо очищают газы от твердых частиц с малыми размерами; вследствие этого для улавливания крупных частиц до элек­трофильтров иногда устанавливаются батарейные циклоны.

Из-за больших габаритов и массы электрофильтры применяются только при производительности котельных агрегатов Q>3,6 МВт (30 Гкал/ч) и iZ>> 1,4 кг/с (50 т/ч).

К мокрым золоуловителям относятся центробежные скруб­беры ЦС-ВТИ, мокропрутковые золоуловители МП-ВТЙ и пенные газоочистители. Процесс улавливания твердых частиц из, дымовых газов в золоуловителях ЦСнВТИ и МП-ВТИ происходит при осаждении частиц на пленке жидкости, текущей по внутренним поверх­ностям аппарата — стенкам и пруткам, и на каплях жидкости, находя­щихся в объеме. Одновременно с твердыми частицами в мокрых золоуловителях вода при контакте с очищаемым газом абсорбирует часть содержащихся в нем соединений серы, азота и других веществ,, образуя кислые растворы. При содержании в золе дымовых газов со­единений СаО больше 20% образуются твердые отложейия, нарушаю­щие работу золоуловителя и примыкающих к нему трубопроводов.

Центробежный скруббер ВТИ, показанный на рис. 7-26, состоит из - цилиндра 1 с коническим дном 2 и подходящим по касательной к ци­линдру патрубкам 3 для ввода дымовых газов (см. сечение А—А). Внутри цилиндр выложен защитным слоем — метлахской плиткой или другим материалом, а в месте отвода золы с водой 5 трубопровод защищен свинцом (см. узел I).

Для улавливания золы по стенкам и дну скруббера создается плен­ка воды, выходящей из сопл 4 по касательной к внутренним стенкам (см. сечение Б—Б рис. 7-26). Газы входят со скоростью около 20 м/с и содержат пыль в количестве 15—30 г/м3; расход воды составляет от 0,1 до 0,6 кг/м3 очищаемого газа. Температура дымовых газов в скруб­бере снижается со 170—200 до 103—110°С, а температура воды повы-
шаетея. Частично вода с золой срывается со стенок, разбрызгивается и уносится из золоуловителя в короба и дымосос, где происходит нали­пание золы на поверхности. Газовое сопротивление скрубберов состав­ляет 0,6—1 кПа (60—100 кгс/м2), а степень очистки от 87 до 92%.

Габариты и другие размеры скрубберов даны в [1Л. 13]; изготавли­ваются скрубберы на расход газа от 0,28 до 2,8 м3/с (от 1 * 103 до 10-103 м3/ч).

При мокрой очистке газов необходимы очистка использованной в скрубберах воды от механических примесей, постоянный напор воды, так как без очистки использовать повторно воду нельзя из-за загряз­нения и окисления.

Мокропрутковый золоуловитель ВТИ, показанный на рис. 7-27,а, состоит из орошаемой водой решетки 1 (см. узел I) с соплами 2, раз­брызгивающими воду на решетку,, устанавливаемую до бхода дымовых газов в скруббер и соплами на стенах цилиндрического корпуса 3, работающего по Принципу центробежного скруббера.

Прутки-решетки для очистки газов изготовляются диаметром 14— 20 мм из специальных материалов — стеклопластика, капрона, резины и т. п. Во время эксплуатации решетки очищают от золы и промывают.

По предложению УО ОРГРЭС с 1967 г. на золоуловителях МП-ВТИ вместо решетки устанавливаются трубы Вентури 4 с центробежной форсункой для воды, что схематично изображено на рис. 7-27,6.

При такой схеме золоуловитель МП-ВТИ работает эффективней, но его газовое сопротивление увеличено в 1,3—1,5 раза.

Вход Мы с Шлепаем/ ЦЗМПа (3к гс/сп2}А$

Дымосос-

Сопла 2

Прутки

Рис. 7-27. Мокропрутковый золоуловитель.

А — с решеткой; б — с трубой Вентури.

Для эффективной работы скорость входа дымовых газов в патрубки перед решеткой должна составлять 12—14 м/с, расход воды — 0,10— 0,12 кг/м3 при запыленности газов 15—25 г/м3, из которого на сопла корпуса и смачивание решетки поступает до 40%; слив пульпы (золы и воды) осуществляется через клапан 5.

В золоуловителях МП-ВТИ дымовые газы при камерном сжигании топлива удается очистить на 85—95% при газовом сопротивлении золо­уловителя 0,6—1,0 кПа (60—>100 кгс/м2), температуре газов на входе 336

До 170°С и содержании СаО меньше 20%. Их обычно устанавливают за котельными агрегатами с Q>5,8 МВт (50 Гкал/ч) и D>21 кг/с (75 т/ч).

Золоуловители и частично короба обкладываются внутри кислото­упорной плиткой на таком же кислотоупорном цементе.

Унос капель воды с золой, поглощение окислов из газов, снижение температуры газов при использовании мокрых золоуловителей способ­ствуют коррозии газоходов и дымососов. При выборе сухих инерцион­ных золоуловителей ЦКТИ рекомендуется при номинальной производи­тельности котельных агрегатов иметь газовое сопротивление золоуловителя 0,5—0,6 кПа (50—60 кгс/м2).

Все типы золоуловителей следует устанавливать до дымососов для защиты «последних от износа. Так как золоуловители дают присос воз­духа в газоход (см. табл. 2-5а), необходимо уплотнять как сами золо­уловители, так и бункера для золы, затворы и мигалки.

Установка золоуловителей выполняется индивидуальной к каждому котлоагрегату. При установке золоуловителей вне здания котельной газоходы, короба и золоуловитель должны быть покрыты тепловой изоляцией, места ввода, трубопроводы для воды и пульпы утеплены.