Шлакозолоудаление. Назначение и классификация схем.- 2 часа

Дымовые газы содержат два основных загрязняющих их компонента — летучую золу (при сжигании твердого топлива) и сернистый ангидрид.

Для очистки дымовых газов от летучей золы применяют золоуло­вители.

По принципу действия различают золоуловители: механические инерционные сухие, в которых для очистки газов используют действие сил инерции на твердые частицы, находящиеся в газах;меха­нические инерционные мокрые, в которых с целью улуч­шения очистки к действию сил инерции добавляют улавливающее действие водяной пленки; электростатические, в которых для улавли­вания твердых частиц используют действие электростатических сил.

Основой подавляющего большинства механических инерционных золо­уловителей является циклон. Циклон отличается той принципиальной особенностью, что он улав­ливает пыль тем более полно, чем меньше его диаметр. Поэтому механи­ческие сухие инерционные золоуловители с целью улучшения очистки газов выполняют в виде батарей или блоков циклонов небольшого диаметра.

Батарейный циклон в настоящее время является наиболее распростра­ненным типом золоуловителя в котельных установках малой и средней мощ­ности. Этот аппарат состоит из корпуса, который двумя гори­зонтальными перегородками разделен на три камеры. Запыленные дымо­вые газы входят в среднюю камеру через входное окно и проходят в ба­тареи циклонов небольшого диаметра (150, 250 или 300 мм), в которых струи этих газов закручиваются спиралями или розетками. В результате зола, содержащаяся в газах, относится к стенкам циклона и, выделившись из потока, ссыпается через отверстия в нижнюю камеру циклона, а за­тем через патрубок удаляется из золоуловителя. Очищенные дымовые газы через внутренние трубы циклонов 8 проходят в верхнюю камеру циклона и далее через выходные патрубки уходят из циклона. Циклонные элементы изготовляют из чугуна. Золоуловитель разделен на две секции. При уменьшении нагрузки на котел одна из них отключается шибером, с тем, чтобы сохранить в норме скорость газов в золоуловителе, так как с ее уменьшением уменьшается степень очистки газов. В батарейном циклоне улавливается 75 — 85% поступившей в него золы. Недо­статком батарейных циклонов является их высокое сопротивление, со­ставляющее 50—90 кГ/м², что приводит к значительному повышению сопротивления газового тракта и соответствующему увеличению расхода электроэнергии на тягу.

Блоки циклонов устанавливают к котельным агрегатам паропроизводительностью 2,5—20 т/ч. Запыленные газы, поступившие в блок, распре­деляются из короба по четырем — восьми параллельно включенным цикло­нам диаметром 400—800 мм. Уловленная в циклонах зола накапливается в золовом бункере, откуда она периодически удаляется. Очищенные газы через сборный короб удаляются из блока. Степень очистки составляет 70— 80%, уменьшаясь с увеличением диаметра циклонов. Сопротивление блока составляет 35—50 кГ/м².

Механические инерционные мокрые золоуловители выполняют в виде скрубберов — вертикальных цилиндров большого диаметра и боль­шой высоты. Запыленные газы вводятся в нижнюю часть цилиндра через входной патрубок тангенциально. В верхней части скруббера размещается оросительная система, которая создает на его внутренних стенках пленку стекающей воды. Частицы пыли, достигшие стенок циклона под действием центробежной силы, созданной тангенциальным вводом газов, смачиваются водой и смываются в донную воронку скруббера, откуда они удаляются вместе с водой.

Скрубберы более простого типа, устанавливаемые к котельным агрега­там малой и средней паропроизводительности, выполняют диаметром 0,5— 1,6 и высотой 4—10 м, причем на котел можно поставить два, три и более параллельно включенных аппарата. Размеры и число устанавливаемых скрубберов выбирают из расчета, чтобы скорость подъема газов в их попе­речном сечении не превышала 5 м/сек, а скорость движения газов во вход­ном патрубке составляла приблизительно 20 м/сек. К крупным котельным агрегатам устанавливают скрубберы больших размеров диаметром 2,3— 3,3 и высотой 8—11 м, во входном патрубке которых для улучшения очистки газов размещают решетку из горизонтально расположенных металличе­ских прутьев, омываемых водой (так называемые мокропрутковые скрубберы). На котельный агрегат устанавливают параллельно несколь­ко таких скрубберов, причем размеры и число их определяют, исходя из того, чтобы скорость подъема газов в скруббере не превышала 4,5 м/сек, скорость движения газов во входном патрубке составляла приблизительно 12 м/сек, а в живом сечении между прутками приблизительно 25 м/сек.

Сопротивление скрубберов невелико. Степень очистки газов в них до­ходит до 85—90%. Расход воды на создание пленки составляет приблизи­тельно 0,1—0,25 м² на 1 000 м³ очищаемого газа, уменьшаясь с повышением пропускной способности скруббера. Скрубберы не рекомендуют ставить в тех случаях, когда температура дымовых газов ниже 130° С, когда жест­кость воды превышает 20 мг-экв/кг и когда в золе топлива содержится более 20% свободной извести. При сжигании топлива с приведенным содержанием серы выше 1,2% -кг/1 000 ккал следует предусматривать нейтрализацию золоводяной пульпы.

Электрические фильтры устанавливают к котельным агрегатам средней и большой паропроизводительности. Работа электрофильтров основана на свойствах заряженных электрическим зарядом твердых тел притягиваться к полюсу обратного знака. Отечественная промышленность выпускает пла­стинчатые электрофильтры двух различных типов: с горизонтальным и вер­тикальным потоком газов. Применяют преимущественно электрофильтры с горизонтальным потоком газов. Вертикальные электрофильтры устанавли­вают при недостатке места.

Электрофильтр состоит из камер, в которых размещены осадительные и коронирующие (излучающие) электроды. Осадительные электроды присоединены к положительному, а коронирующие — к отрицательному полюсу источника питания (питание электрофильтра производит­ся выпрямленным током высокого напряжения). Для удаления осевшей золы электроды автоматически встряхивают ударами особых устройств (молотков). Дымовые газы, подлежащие очистке от взвешенных частиц золы, про­ходят через щелевые каналы, образуемые пластинами, в горизонталь­ном направлении или снизу вверх. Опавшая зола собирается в бункерах, откуда она попадает в систему золоудаления. Коронирующие электроды выполняют из стальной проволоки квадратного сечения, а осадительные набирают из отдельных пластин коробчатого сечения. Для более равномер­ного распределения очищаемых газов по каналам, что важно для хорошей очистки их, устанавливают особую газораспределительную решетку. Разность потенциалов, необходимая для создания достаточного электро­статического поля, составляет 50—70 кв.Для получения выпрямленного тока столь высокого напряжения служит специальная выпрямляющая установка.

Электрофильтры дают высокую степень очистки, составляющую 90— 95%, причем степень очистки в электрофильтрах с горизонтальным движе­нием газов на 2 -4% выше, чем в электрофильтрах с восходящим потоком газов. Малая скорость движения газов в электрофильтре, не превышающая 2—3 м/сек,приводит к тому, что аэродинамическое сопротивление электро­фильтров невелико: 10—20 кГ/м².Расход электроэнергии на выпрямитель невелик, не превышая 0,25 квт-ч на 1 т пара, производимого котлом. Недо­статками электрофильтров являются их высокие вес и стоимость из-за большого расхода металла и сложности оборудования, а также большие габа­риты из-за необходимости ограничивать скорость газов, проходящих через фильтр.

Если требуется особо тщательная очистка дымовых газов от золы, уста­навливают комбинированные золоуловители. Первичная, грубая очистка газов происходит в батарейном циклоне, а окончательная, тонкая — в элек­трофильтре. Степень очистки в такой установке может составить 98—99%.Устанавливают золоуловители на открытом воздухе.

Значительный вред приносит человеку, животному и растительному миру содержащийся в дымовых газах сернистый ангидрид. Очистка дымо­вых газов от SO₂ до настоящего времени не получила удовлетворительного технического и экономического разрешения. Единственным средством умень­шения причиняемого им ущерба является увеличение высоты дымовых труб для отвода дымовых газов в более высокие слои атмосферы.

Удаление из котельной уловленной летучей золы производится раз­ными способами. В небольших котельных летучую золу после смачивания во избежание пыления при спуске и транспорте ссыпают в самосвалы и от­возят в отвал. Удаление шлака в таких котельных при слоевом сжигании топлива чаще всего осуществляют скреперами. Под топ­ками котлов вдоль всей котельной делают шлаковую канаву, в которую ссыпается шлак из шлаковых бункеров котлов. Отсюда шлак скреперомвыдается в сборный шлаковый бункер, из которого он через шиберссыпается в самосвал для удаления в отвал. Скрепер приводится в движение лебедкой через систему канатов. Недостатком описанной системы яв­ляется ее громоздкость. Кроме того, когда канава сухая, спуск шлака со­провождается сильным пылением. Когда же канаву заполняют водой, тяго­вые канаты скрепера быстро изнашиваются.

В крупных котельных обычно используют общую для удаления летучей золы и шлака гидравлическую систему шлакозолоудаления. Наи­более распространенной является система с багерными насосами, применяе­мая в котельных со сжиганием пылевидного топлива. Вдоль всей котельной под шлакосмывными шахтами, зольными воронками и золоуло­вителями устраивают смывные каналысдовольно большим уклоном, по которым самотеком протекает вода, подаваемая насосом. В эти каналы через золосмывные аппаратыподаются летучая зола из сборных бункеров золоуловителейи бункеров летучей золы котлоагрегата, атакже гра­нулированный шлак из шлакосмывных шахт. Поток воды, идущей в ка­налах, смывает спущенные золу и шлак к багерной насосной. Чтобы избежать оседания золы и шлака в каналах, в местах, где опасность оседа­ния велика, устанавливают побудительные водяные сопла, также питае­мые от насоса. В багерной насосной гидрозолошлаковая смесь проходит металлоуловительи неподвижный грохот. Крупные куски шлака, не прошедшие через грохот, поступают в дробилку, откуда образовавшаяся пульпа пере­качивается багерным насосом в золоотвал.

Кроме гидравлических систем шлакозолоудаления, применяют также системы пневматического шлакозолоудаления, в которых транс­портирующим агентом является не вода, а воздух.

Лекция 13

Тягодутьевые устройства, общие положения, классификация. – 2 часа

Тяга и дутье

Чтобы в топке котельного агрегата могло происходить горение топлива, в нее необходимо подавать воздух. Для удаления из топки газо­образных продуктов сгорания и перемещения их через систему поверхно­стей нагрева котельного агрегата должна быть осуществлена тяга. Подача воздуха в топку и тяга могут быть естественными, когда тяга создается дымовой трубой, а воздух поступает в топку вследствие разре­жения, создаваемого в топке тягой дымовой трубы, и искусственным и, когда воздух в топку подается дутьевыми вентиляторами, а тяга осу­ществляется дымососами.

Усложнение профиля котельного агрегата привело к повышению его общего аэродинамического сопротивления, а снижение температуры отхо­дящих газов — к уменьшению силы тяги, создаваемой трубой данной вы­соты. В результате влияния обоих этих факторов в установках с котлами паропроизводительностью 2,5 т/ч и выше естественная тяга почти полно­стью уступила место искусственным тяге и дутью.

Дымовая труба сохраняется и при искусственной тяге, но основным, назначением ее становится вывод дымовых газов в более высокие слои ат­мосферы, с тем, чтобы улучшить условия рассеяния их в пространстве, что особенно важно в случаях, когда дымовые газы содержат повышенное коли­чество вредных примесей — летучей золы и SO₂.

Движение потока дымовых газов в газовом тракте котельной установки представляет собой сложный случай турбулентного движения сжимаемой жидкости, так как газовый тракт имеет повороты, поперечное сечение его неоднократно изменяется, а отдельные газоходы заполнены трубными пуч­ками с различными характеристиками. Кроме того, температура и плотность дымовых газов изменяются в процессе движения в результате происходящей отдачи тепла. При сжигании твердого топлива движение газов еще осложняется наличием в них летучей золы, содержание которой изме­няется по длине тракта. Движение потока воздуха в воздушном тракте котельного агрегата отличается теми же особенностями, за исключением того, что воздух не забалластирован пылевидными примесями, т. е. является чистым газом.

Поскольку дымовые газы и воздух являются вязкими газами, движение их в газовоздуховодах котельной установки сопровождается потерей энер­гии, затрачиваемой на преодоление действия сил турбулентного трения. При этом действие вязкости проявляется двояко: во-первых, возникает трение движущегося газа о твердые поверхности; во-вторых, при различ­ных изменениях направления движения газа намного усиливается внутрен­нее трение в потоке. Для преодоления трения необходимо располагать не­которым избыточным давлением газа, которое будет уменьшаться по мере прохождения потока через данный элемент тракта. Падение полного дав­ления дымовых газов или воздуха ∆h^п в элементе тракта определяется урав­нением

∆h^п = ∆h + h_с,

Где ∆h — аэродинамическое сопротивление данного элемента тракта;

h_с — его самотяга.

Величины давления и аэродинамического сопротивления выражают в кГ/м².В системе СИ величины давления и сопротивления выражают в ньютонах на квадратный метр (н/м²),причем 1 н/м² = 0,102 кГ/м². Однако для аэродинамических расчетов в котельных установках можно рекомендовать к использованию кратную величину — деканьютон на квадратный метр (дан/м²),которая приблизительно соответствует 1 кГ/м².

Дымовые трубы

Дымовые трубы выполняют кирпичными, железобетонными и сталь­ными. Из кирпича обычно сооружают трубы высотой до 80 м; более высокие трубы сооружают из железобетона. Стальные трубы устанавливают только на вертикально-цилиндрических котлах и водогрейных котлах большой теплопроизводительности башенного типа. Так как дымовая труба — доро­гостоящее сооружение, то обычно ее выполняют общей для всей котельной или для группы из двух-трех котельных агрегатов. Принцип действия дымовой трубы одинаков как в установках с есте­ственной тягой, так и в установках с искусственной тягой. Разница заклю­чается только в количественной стороне вопроса. При естественной тяге дымовая труба должна преодолеть сопротивление всей котельной уста­новки. При искусственной тяге назначение дымовой трубы сводится к вы­носу дымовых газов в более высокие слои атмосферы, а тяга, которую она создает, становится только добавлением к тяге, создаваемой дымососом. Действие дымовой трубы основано на принципе Самотяги: разность ве­сов столба более горячих дымовых газов в трубе и такой же высоты столба более холодного воздуха в окружающей атмосфере приводит к возникнове­нию движения потока дымовых газов в газоходах котла и соответствующего разрежения в топке. Тяга, создаваемая дымо­вой трубой (самотяга трубы), будет тем больше, чем выше температура ды­мовых газов в трубе, чем ниже температура наружного воздуха и чем выше труба. Однако не вся тяга, создаваемая дымовой трубой, может быть ис­пользована для преодоления сопротивления котельной установки. Неко­торая часть этой тяги затрачивается на преодоление трения дымовых газов о стенки самой трубы и создание динамического давления, необходимого для получения заданной скорости выхода дымовых газов из трубы.

Кирпичнаядымовая труба.

Высоту дымовой трубы при искусственной тяге выбирают, исходя из
санитарных требований отвода газов на необходимую высоту. Из этих же
соображений проверяют и минимально допустимую высоту трубы при есте­ственной тяге. Согласно СНиП высоту дымовых труб котельных,
предназначаемых для работы на твердом топливе при наличии установок
для очистки дымовых газов от золы со степенью улавливания 85—90%, вы­бирают в зависимости от величин приведенной зольности и сернистости
топлива. Согласно данным этой таблицы выбирают
также высоту дымовой трубы для котельных, предназначаемых для сжига­ния мазута. Для котельных, предназначаемых для работы на газообразном
топливе, высоту трубы выбирают по конструктивным соображениям, но не ниже 20м. Если в радиусе 200 м от котельной имеются здания высотой более 15 м, мини­мальная высота дымовой трубы принимается равной 45 м. Часовое количество дымовых газов, проходящих через дымовую трубу, зависит от производительности и числа котельных агрегатов, присоединенных к трубе. Диаметр устья дымовой трубы зависит от количества дымовых газов, проходящих через нее, и от скорости выхода их из трубы. Скорость дымовых газов па выходе из трубы при естественной тяге принимают равной не менее 6—10 м/сек во избежание задувания дымовых газов в трубу при ветре и работе котельной при пониженной производительности. При искусственной тяге ско­рость выхода дымовых газов из трубы определяют из экономических соображений. Экономическая скорость дымовых газов на выходе из кирпичных и железобетонных труб составляет: для котельных большой и средней паропроизводительности - 15—23 м/сек, а для котельных малой производительности (промышленных и отопи­тельных) - 10—20 м/сек.

Дымососы и дутьевые вентиляторы

Дымососы производительностью до 100 000 м³/ч, а также все дутьевые вентиляторы, выпускаемые отечественной промышленностью, выполняют в виде центробежных машин одностороннего всасывания с консольным рас­положением крыльчатки. Дымососы обозначают маркой Д, а дутьевые вен­тиляторы — маркой ВД. Дымососы и дутьевые вентиляторы одного типо­размера имеют одинаковую конструкцию и размеры, за исключением того, что в дымососах детали, непосредственно соприкасающиеся с газами, уси­лены с запасом на золовой износ. Дымососы большей производительности (до 300 000 м^я/ч) выполняют с двусторонним всасом, что упрощает задачу опирания вала дымососа и дает некоторые другие преимущества.

Центробежный дымосос (и вентилятор) консольного типа представляет собой крыльчатку 5, заключенную в улитку 4. Крыльчатка надета на вал, опирающийся на консольный подшипник 3. Вал непосред­ственно соединен с валом электродвигателя 1 муфтой 2. Электродви­гатель и консольный подшипник размещены на раме 6, которая болтами 7 скрепляется с фундаментом. Ко всасывающему патрубку дымососа присое­динен направляющий аппарат. Вращаясь со скоростью 720 — 2 800 об/мин, такой дымосос (или вентилятор) развивает давление 70 — 250 кГ/м².

Дымососы устанавливают за котельным агрегатом, причем в котельных установках, предназначенных для сжигания твердого топлива, — после золоуловителя, чтобы уменьшить количество проходящей через него лету­чей золы и тем самым уменьшить истирание золой крыльчатки. В целях уменьшения объема здания котельной дымососы, как правило, устанав­ливают на открытом воздухе.

В котельной дымососы размещают только в тех районах, где расчетная зимняя температура наружного воздуха для расчета отопления ниже ми­нус 30° С.

Дымосос устанавливают такой производительности, чтобы он полностью удалял из котельной установки все газообразные продукты сгорания топ­лива, имея при этом небольшой запас по производительности. Дымосос выбирают так, чтобы развиваемое им давление с учетом тяги, создаваемой дымовой трубой, обеспечивало с некоторым запасом необходимый перепад полного давления по газовому тракту. При этом учитывают не­обходимость поддержания небольшого разрежения в верхней части топки при работе котельного агрегата для устранения выбивания дымовых газов из топки через неплотности в обмуровке.

Требуемое давление дымососа в небольших котельных установках со­ставляет 100—200 кГ/м², а в круп­ных котельных установках возрастает до 200—250

Дутьевые вентиляторы устанавливают перед воздухоподогревателем, чтобы они подавали неподогретый воздух, так как мощность, требуемая для подачи вентилятором данного массового количества воздуха, уменьшается с понижением его температуры, что приводит к соответствующему уменьшению расхода электроэнергии на дутье. Чтобы повысить к. п. д. котельного агрегата, стараются использовать тепло воздуха, нагревшегося в котельной. Этот воздух как более легкий собирается в верхней части здания котельной, поэтому перед вентилятором выполняют вертикальный всасы­вающий воздуховод, начинающийся несколько ниже перекрытия котельной. Производительность дутьевого вентилятора должна обеспечить подачу в топ­ку количества воздуха, необходимого для горения, с некоторым запасом. Дутьевой вентилятор выбирают так, чтобы развиваемое им давление обеспечивало с некоторым запасом необходимый перепад полного давления по воздушному тракту. Основные характеристики центробежной тяго-дутьевой машины (дымососа и вентилятора) — производительность, развиваемое давление и по­требление мощности определяются размерами машины и ее конструктивными параметрами. В пределах данной машины основные характеристики зависят от числа оборотов. Изменение производительности центробежной тяго-дуть­евой машины прямо пропорционально изменению числа оборотов, изменение давления — квадрату изменения числа оборотов, изменение потребления мощности — кубу числа оборотов. Количество дымовых газов или воздуха, которое подает тягодутьевая машина, работающая на данный тракт, определяется его аэродинами­ческой характеристикой. Эта характеристика выражает величину перепада полного давления в тракте в зависимости от количества проходящих через него дымовых газов или воздуха и приблизительно представ­ляет собой квадратичную параболу, проходящую через начало координат Очевидно, что количество дымовых газов или воздуха, подавае­мое машиной, определится точкой пересечения характеристики машины по давлению и аэродинамической характеристики тракта

Большое значение для экономичной эксплуатации котельных агрегатов имеет рациональное регулирование производительности дымососов и дутьевых вентилято­ров. В эксплуатации котельных агрегатов экономически важно при изменении нагрузки на котел поддерживать постоянные значения коэффициента избытка воздуха в конце топки и разрежения верхней части ее, с тем, чтобы сохранять расчетный к. п. д. котель­ного агрегата. Этого можно достигнуть, если в распоряжении эксплуатационного персо­нала имеются надлежащие средства для гибкого и тонкого регулирования произво­дительности дымососов и дутьевых вентиляторов.

Самым простым, но и самым неэкономичным является регулирование шибером, когда желаемая производительность достигается изменением положения одного из шиберов тракта, что изменяет аэродинамическую характеристику последнего и рабочую точку машины. Например, желая уменьшить производительность машины, прикрывают шибер, создавая тем самым в тракте новое местное сопротивление. Введение в тракт дополнительного местного сопротивления вызывает дополнительную затрату энергий на преодоление его, в результате чего уменьшение производительности машины не сопровождается соответствующим уменьшением мощ­ности, потребной для вращения ее.

Наиболее экономичным является регулирование производительности тягодутьевой машины изменением числа оборотов, так как число оборотов машины сильно влияет на величину требуемой мощности. Недостатком регулирования производительности тягодутьевых машин измене­нием числа оборотов является необходимость применения электродвигателей с регули­руемым числом оборотов, которые более дороги, чем короткозамкнутые. Применение гидромуфт также неэффективно, так как они дороги и сложны в эксплуатации. Поэтому производительность тягодутьевых машин регулируют направляющими ап­паратами.

Лекция 14