Основна частина мінеральної складової палива переходить в процесі спалювання в летючу золу, що буря димовими газами. Зольність вітчизняного вугілля коливається в широких межах (10-55%). Відповідно змінюється і запиленість димових газів,
яка для високозольного вугілля стає рівною 60-70 г / м 3.
Хімічний склад золи твердого палива досить різноманітний. Зазвичай зола складається з оксидів кремнію, алюмінію, титану, калію, натрію, заліза, кальцію і магнію. Кальцій в золі може перебувати у вигляді вільного оксиду, а також у складі силікатів, сульфатів та інших сполук. Залежно від вмісту оксиду кальцію в золі твердого палива змінюється її токсичність.
Фізико-хімічні властивості золи (щільність, дисперсійний склад, хімічний склад, електричний опір, злипання, абразивність) визначають ефективність роботи газоочисних пристроїв. Наприклад, при підвищеному вмісті оксидів кальцію в золі стає неможливою робота мокрих золоуловителей через цементації золи. А для інерційних золоуловителей істотне значення має властивість злипання золи.
Масштаб забруднення навколишнього середовища викидами попелу твердого палива значний. Так, для електростанції потужністю
2400 Мвт при середній зольності палива А г = 17-20% масовий викид летючої золи через димові труби становить близько 700 г / с (2,5 т / год). На відміну від газових компонентів, які в процесі дифузії поширюються як на нижні, так і на верхні шари атмосфери, внаслідок чого їх концентрація в приземному шарі значно знижується, зольні частки в основному осідають на землю.
Тверді частинки, що мають розмір більше 2-5 мкм, відокремлюються в верхніх дихальних шляхах і, отже, не надто небезпечні. Однак іноді ці частинки можуть чинити більший руйнівну дію, ніж дрібні. При попаданні в очі великі частки можуть викликати сильне роздратування і навіть опік. Частинки меншого розміру надходять всередину дихального тракту, накопичуються в лімфатичних вузлах і можуть привести до відкладень пилу в легенях. Крім загального негативного ефекту забруднення приземного повітря і поверхні землі твердими частинками, шкідливими для дихальних шляхів, в золі палив містяться в малих дозах домішки металів, що мають високу токсичність, наприклад миш'як, свинець, ртуть і ін.
Теплові електростанції істотно впливають на стан повітряного басейну в районі їх розташування. На рис. 9.1. показані основні джерела викидів шкідливих речовин ТЕС, що впливають на стан атмосфери в районі її розташування.
Нормативи питомих викидів в атмосферу твердих частинок котельнями установками для твердого палива всіх видів (ГОСТ Р 50831-95)
Теплова потужність котла Q, МВт (паропроізво- дітельность котла D, т / год)
Масовий викид твердих часток на одиницю теплової енергії, г / МДж
Масовий викид твер-дих частинок, кг / т у.п.
Масова * кон-центрація частинок в димових газах при # 945; = 1,4, мг / м 3
Масовий викид твердих часток на одиницю теплової енергії, г / МДж
Масовий викид твер-дих частинок, кг / т у.п.
Масова * кон-центрація частинок в димових газах при # 945; = 1,4, мг / м 3
* За нормальних умов (температура 0 ° С, тиск 101,3 кПа).
1. Механічні інерційні золоуловители, в яких частинки виносу відокремлюються від газів під впливом сил інерції при обертальному вихровому русі потоку газів.
2. різні конструкції циклонів, в тому числі з омиваються водою стінками і гратами.
3. електрофільтри, очищення газів в яких заснована на іонізації газового середовища і тяжінні заряджених частинок виносу до електродів.
4. Комбіновані золоуловители, що складаються з послідовно встановлених золоуловителей різної конструкції, наприклад циклон і електрофільтр.
Мал. 9.1. Схема взаємодії ТЕС з атмосферою
Основною характеристикою золоуловителей є коефіцієнти очищення (коефіцієнти знепилювання) газів, загальний і фракційний:
де Gул. . Gвx. - загальна маса уловлених частинок виносу, маса даної його фракції, загальна маса частинок виносу, що входять в золоуловітель, і маса даної його фракції відповідно.
Коефіцієнти знепилювання залежать від характеристик віднесення і режимів роботи парогенератора.
Важливими показниками золоуловителей є додатковий витрата електроенергії на тягу, що викликається аеродинамічним опором золоуловітеля, питома витрата води на очистку газів при мокрих золоуловлювачах, а також вартість золоуловітеля.
Інерційні золоуловители-циклони. Інерційні золоуловители застосовуються різної конструкції. На рис. 9.2 показана схема найпростішого циклону. Запилений потік газів підводиться в циклон тангенціально, вихід газів здійснюється через трубу, розташовану в центрі циклону. Під впливом відцентрової сили тверді частинки відкидаються до стінок циклону, втрачають швидкість і випадають в бункер. Ефективність знепилювання в циклоні підвищується при збільшенні окружної швидкості газів wг. збільшенні маси частинки m і зменшенні радіусу циклону rц.
У найпростіших циклони швидкість газів, віднесена до його перетину, приймається приблизно 3,5 м / с, на вході - 20-25 м / с і на виході - 12-15 м / с. Аеродинамічний опір циклону, Па,
де x - сумарний коефіцієнт опору, x = 10-12;
рг - щільність газів, кг / м 3.
Для підвищення ефективності роботи інерційного золоуловітеля, а також для зменшення його габаритів застосовують батарейні циклони, що складаються з великого числа паралельно включених циклонних елементів малого діаметра. Схема батарейного циклону показана на рис. 9.3, а застосовувані конструкції елементів батарейних циклонів - на рис. 9.4. Максимально допустима запиленість газів при вході в батарейний циклон залежить від діаметра і конструкції елемента. При діаметрі елемента 250 мм вона становить 100 г / м 3 при «гвинтовий» насадки і 75 г / м 3 при насадці у вигляді «розетки». При діаметрі елемента 150 мм - відповідно 50 і 35 г / м 3. Температура газів в циклоні допускається не більше 450 ° С.
Мал. 9.3. Схема батарейного циклону: 1 - вхідний патрубок; 2 - розподільна камера; 3 - циклонні елементи; 4 - вихлопні труби; 5 - напрямні апарати; 6 - пилевиводящіе отвори; 7 - збірний бункер; 8 - камера очищеного газу; 9 - опорні решітки; 10 - опорний пояс
Мал. 9.4. Конструкція елементів батарейного циклону: а - з напрямним апаратом типу «гвинт»; б - з напрямним апаратом «розетка»; в - з напрямним апаратом «розетка» і ненаголошених входом
Ефективність пиловловлювання в батарейному циклоні в процесі експлуатації парогенератора і при наявності вторинного виносу отсепарирован пилу з бункера значно зменшується при відхиленнях швидкості газів від розрахункової. Втрата напору в батарейному циклоні при зазвичай прийнятих швидкостях газу 3,5-4,75 м / с і номінальному навантаженні становить 500-700 Па. При очищенні газів в парогенераторах з шаровими топками hоч = 80-90%, а при пиловугільного спалюванні палива hоч = 65-70%.
Батарейні циклони застосовуються в парогенераторна установках з продуктивністю до 320 т / год. Промисловістю випускаються батарейні циклони типу БЦ, що складаються з однієї, двох, чотирьох і шести секцій з числом елементів від 25 до 792 шт. Число елементів циклону може бути наближено визначено за формулою
де V - об'єм газів, м / с; d - діаметр елемента; x- загальний коефіцієнт опору для елемента d = 250 мм з гвинтовим напрямних апаратом x = 85; D р - опір елемента циклону, Па; rг - щільність газу, кг / м 3.
«Мокрі» циклонні золоуловители.
З метою підвищення коефіцієнта уловлювання пилу застосовують «мокрі» циклонні золоуловители, в яких зрошуються водою стінки циклону і потік газів.
На рис. 9.5 показана схема відцентрового скрубера-золоуловітеля ЦС - ОТІ, в якому зрошуються водою його стінки. Такі золоуловители виконують діаметром від 600-1700 мм і продуктивністю 1,1-11 м 3 / с. Витрата води на зрошення стінок становить 0,2-0,9 кг / с; на промивку бункера - 0,85 кг / с. Перепад тисків у золоуловлювачів 650-800 Па.
Рис.9.5. Відцентровий скрубер ЦС - ОТІ: 1 - корпус; 2 - вхідний патрубок; 3 - зрошувальні сопла; 4 змивні сопла; 5 - золосмивной апарат
Рис 9.6. Мокропрутковий золоуловітель МП - ОТІ: 1 - корпус; 2 - вхідний патрубок; 3 - зрошувальні сопла; 4 розподільне кільце; 5 - змивні сопла; 6 - пруткова решітка; 7 - зрошувальні форсунки пруткової решітки
В процесі очищення газів відбувається їх насичення парами води, збільшення обсягу і часткове охолодження.
Очищення газів в електрофільтрах заснована на тому, що внаслідок коронного розряду, що відбувається між двома електродами, до яких підведено пульсуючий електричний струм високої напруги до 60 кВ негативного знака, що проходить через електрофільтр потік газів заповнюється негативними іонами, які під дією сил електричного поля рухаються від коронирующего до осадительному електроду. При цьому знаходяться в газі частинки адсорбуються і захоплюються до осаджувальних електродів. Накопичення на осаджувальних електродах винесення періодично струшується спеціальними пристроями в бункери, з яких потім віддаляється. Коронирующим електроди виконуються у вигляді металевих стрижнів, стрічково-голчастими або у вигляді стрижнів штикового перетину. Осаджувальні електроди виготовляються з труб або пластин. Застосовуються електрофільтри з горизонтальним і вертикальним потоком газів. Для парогенераторна установок переважно застосовуються горизонтальні електрофільтри з пластинчастими електродами. Залежно від числа послідовно розташованих електродів розрізняють одно-, дво-, і четирехпольние електрофільтри.
Схема конструкції горизонтального двухпольная електрофільтру показана на рис. 9.7. Оптимальна швидкість газів в електрофільтрі 1,5-1,7 м / с. При цьому аеродинамічний опір електрофільтру становить 200-300 Па. Витрата електроенергії на очистку газів становить 0,1-0,15 кВт × год на 100 м 3 газу. Температура газів перед електрофільтром повинна бути не більше 200 ° С. Ступінь очищення газів в електрофільтрі залежить від швидкості газів, довжини електродів і відстані між ними, а також характеристик пилу.
У застосовуваних конструкціях електрофільтрів вловлюється велика частина пилу з розмірами частинок більше 10 мкм; коефіцієнт очищення становить hоч = 96-97%.
Мал. 9.7. Горизонтальний пластинчастий двухпольная електрофільтр: 1 - газорозподільна решітка; 2 - коронирующим електроди; 3 - осаджувальні електроди; 4 - механізм струшування коронирующих електродів; 5 - механізм струшування осаджувальних електродів
В даний час в енергетиці отримують застосування тканинні фільтри, що застосовувалися раніше в інших галузях промисловості для уловлювання пилу. Фільтрація здійснюється через гнучку тканину, виконувану з тонких ниток (діаметр ниток близько 100-300 мкм). Тканина має циліндричну форму, тому фільтри отримали назву рукавних. За допомогою тканинних фільтрів можна отримати дуже високу ступінь уловлювання - більше 99%. Однак їх використання пов'язане з рядом труднощів і значними капітальними витратами. Швидкість газового потоку через тканину повинна бути дуже низькою - 0,01-0,02 м / с, гідравлічний опір виявляється високим, на рівні 0,5-1,5 кПа. Найбільшу трудність в експлуатації представляє видалення осіла на тканини золи. Для її видалення застосовується або механічне струшування, або продування повітрям тканини в зворотному напрямку, причому на цей час очищається секція повинна от'едінялось від газового потоку відповідними шиберами.
Тканинні фільтри за паровими котлами повинні виконуватися з матеріалу, що витримує роботу при температурі відхідних газів. Зокрема, отримали застосування тканини зі скловолокна (до 300 ° С) або оксалін (до 250 ° С). Тривалість роботи тканини становить зазвичай 1-3 роки.
Комбіновані золоуловители. Комбінований золоуловітель зазвичай складається з батарейного циклону в якості першого ступеня очищення і електрофільтру з горизонтальним або вертикальним ходом газів, об'єднаних в один агрегат. У батарейному циклоні відбувається уловлювання великих частинок виносу, що покращує роботу електрофільтру. Коефіцієнт очищення в комбінованих золоуловлювачах досягає hоч = 98%.