7.4. Очищення продуктівзгоряння від золи та пилу
Ефективність роботи золоуловлювальних пристроїв залежить від фізико-хімічних властивостей золи і димових газів, що її транспортують. Основними параметрами золи є щільність, дисперсний склад, питомий електричний опір, слипання.
Для очищення газів від золи та пилу застосовуються апарати, що розрізняються за конструкцією та принципом осадження частинок (рис. 7.1). Їх поділяють на чотири групи: «сухі» механічні, «мокрі» механічні, фільтри та електрофільтри.
Мал. 7.1. Золо-пиловловлювачі ТЕС та котелень:
а– осадова камера;б- жалюзійний золо-пиловловлювач;в- циклон;г- «мокрий» пило-золоуловлювач;д- рукавний фільтр;е- електрофільтр;
1 –забруднені гази;2– очищені гази;3- тверді частки;4- вода;5– коронуючі електроди;6– осаджувальні електроди
Золо-пиловловлювачі характеризуються ефективністю уловлювання, яка є відношенням маси уловленого пилу до загальної кількості пилу, що надходить в апарат.
До«сухих»механічних апаратівналежать: осаджувальні камери, циклони, інерційні , жалюзійні, вихрові та динамічні пиловловлювачі.
Вони відрізняються простотою виготовлення та експлуатації. Однак ефективність уловлювання пилу в них не завжди достатня, тому їх використовують переважно для попереднього очищення газів.
Осаджувальні камериє пустотілими або з горизонтальними полицями камери (рис. 7.1.а). Вони використовують гравітаційне осадження частинок під час проходження газу через обсяг апарату зі швидкістю 0,2–0,8 м/с.
Жалюзійні золо-пиловловлювачі(рис. 7.1.б) прості за конструкцією і маютьневеликий гідравлічний опір. Вони складаються з жалюзійних ґрат і пиловловлювача (циклону). Призначення жалюзійних ґрат – розділити газовий потік на дві частини: одну – менш запилену, що становить 80–90 % від усього газового потоку, та іншу – відсмоктується в циклон, що становить 10–20 % всього потоку і містить основну масу пилу, що уловлюється в циклоні . Далі очищений у циклоні газ поєднується з основним потоком.
Швидкість газу в жалюзійному пиловловлювачі становить 12-15 м/с; гідравлічний опір ґрат – 100–500 Па. Застосовується для уловлювання частинок більше 20 мкм.
Циклониє найбільш поширеними апаратами для очищення газів від золи та пилу. Вони прості у виготовленні, надійно працюють при високих температурах і тисках газів, мають постійний гідравлічний опір і не змінюють фракційну ефективність зі зростанням запиленості газів.
Підведення газів у циклон може бути спіральним, тангенціальним, тангенціально-гвинтоподібним. Циклони можуть бути циліндричними та конічними. Циліндричні циклони є високопродуктивними апаратами, а конічні – високоефективними.
Принцип дії циклону наступний (рис. 7.1.в). Потік газу, що підводиться тангенціально або спірально, закручується та рухається вниз по спіралі. Тверді домішки, що містяться в газах, під дією відцентрових сил притискаються до стінок корпусу циклону та потрапляють у бункер, а потік очищених газів відводиться з верхньої частини циклону. Ступінь очищення таких апаратів становить до 90%.
Для підвищення ступеня очищення застосовують циклони невеликого діаметру (0,23-0,5 м), що об'єднуються в батареї, так звані батарейні циклони. Поширені три типи елементів батарейних циклонів: з осьовимнапрямним апаратом (БЦР-254), напівулиточним підведенням газу (БЦУ-М) та чотиризахідним підведенням газу (БЦ-512). Більш високий рівень уловлювання мають батарейні циклони типів БЦУ-М та БЦ-512.
Батарейні циклони застосовують для уловлювання золи (пилу) за котлами паропродуктивністю 500 т/год. Рекомендується застосування циклонів з тангенціальним напівулиточним підведенням газу типу БЦУ-М внутрішнім діаметром 231 мм. Ступінь очищення таких циклонів становить 88–92 % при втраті тиску 500–700 Па.
До групи«мокрих»механічних пило-золоуловлювачівналежать: порожнисті, насадкові , тарілчасті, ударно-інерційної дії, відцентрові, швидкісні (скрубери Вентурі) скрубери. Видалення золи (пилу) у них відбувається при безпосередньому контакті рідини із запиленим газом. Принцип їх дії заснований на відокремленні частинок золи (пилу) від потоку інерційними силами та їх прилипанні до плівки води, що омиває стінки або поверхню насадки, що виключає повернення частинок у потік газу. У золоуловлювачах такого типу крім уловлювання золи протікають хімічні процеси поглинання з димових газів оксидів вуглецю та сірки.
Мокрі золоуловлювачі відрізняються високою ефективністю (ступінь очищення досягає 95-97%), відносно невисокою вартістю, помірними габаритами, простотою обслуговування та відносно невеликими експлуатаційними витратами.
Порожні скрубери(рис. 7.1.г) являють собою колони круглого або прямокутного перерізу, в яких здійснюється контакт між газом і краплями води, що розпорошується форсунками. Форсунки встановлюються в колоні в одному або кількох перерізах. Найбільш поширені протиточні скрубери. Швидкість газу змінюється від 0,6 до 1,2 м/с. Якщо робота проводиться пришвидкостях газу до 5-8 м/с, то встановлюються краплевловлювачі.
Гідравлічний опір скрубера без краплеуловлювача становить 250 Па. Висока ефективність скрубера забезпечується при розмірі частинок, що перевищує 10 мкм.
Упиловловлювачах з рухомою насадкоюяк насадку використовують кільця, сідла і кулі з полімерних матеріалів або пористої гуми. Щільність насадки має перевищувати щільності рідини. Оптимальний режим пиловловлення в таких апаратах встановлюється при повному псевдозрідженні.
Процес очищення рекомендується проводити за таких умов: швидкість газу – 5–6 м/с; питома витрата рідини на зрошення – 0,5–0,7 л/м3 газу; вільний переріз решіткиS0= 0,4 м 2 /м 2 при ширині щілини 4-6 мм. Оптимальний діаметр куль – 20–40 мм. Насипна густина – 200–300 кг/м 3 . Мінімальна статична висота шару насадки становить 5-8 діаметрів куль у насадці, а максимальна не повинна перевищувати діаметр скрубера.
Утарілчастих колонахзола (пил) утримується газорідинним (пінним) шаром, що утворюється на контактних тарілках при взаємодії газу та рідини. Найбільш поширені пінні апарати з ситчастими тарілками або з провальними тарілками - дірчастими, гратчастими, трубчастими та колосниковими.
В основі роботи пористих фільтрів всіх видів лежить процес фільтрування газів через пористі перегородки. При фільтруванні тверді та рідкі частинки затримуються на перегородці, а газ повністю проходить через неї. Перегородки, що фільтрують, дуже різноманітні, але в основному вони складаються з волокнистих або зернистих елементів.
Залежно від призначення пористі фільтри умовно поділяють на фільтри тонкого очищення, повітряні фільтри та промислові фільтри.
Фільтри тонкоїочищення призначені для уловлювання в основному субмікронних частинок з газів з низькою початковою концентрацією ( 3 ). Їх застосовують для уловлювання особливо токсичних частинок із високою ефективністю. Для очищення газів на 99% частинок розміром 0,05–0,5 мкм використовують матеріали у вигляді тонких листів або об'ємних шарів з тонких або ультратонких волокон (діаметром менше 2 мкм).
Гідравлічний опір чистих фільтрів 200–300 Па, а забитих пилом – 700–1500 Па.
Фільтри тонкого очищення розраховані терміном роботи 0,5–3 року. Вони не регенеруються, а замінюються на новий.
Повітряні фільтривикористовуються в системах припливної вентиляції та кондиціювання повітря.
Допромислових фільтрівналежать тканинні, зернисті і грубоволокнисті фільтри, що використовуються для очищення промислових газів з концентрацією золи (пилу) до 60 г/м 3 . Найбільш поширені тканинні фільтри, які містять гнучку фільтруючу перегородку, що має форму циліндричних рукавів (рукавні фільтри) (рис. 7.1.д). Ефективність таких фільтрів – понад 99,5 %, а втрати напору становлять 1–1,5 кПа за швидкості фільтрування 0,5–2 м/с.
Тканинні фільтри виготовляють з матеріалу, який повинен витримувати високу температуру газів. Матеріал фільтра повинен бути стійким до підвищеної вологості та дії хімічних сполук. Як матеріал фільтрів використовують вовну, вовняну повсть або лавсан при температурі газів до 130 °C. Для температури близько 260 °C застосовують скловолокно і скловолокно з графітом. Тривалість роботи тканини становить 1-3 роки. Тканинні фільтри зазвичай роблять багатокамерними. Число рукавів в одній камері може становити 100 і більше.
Димові гази надходять знизу всередину рукавів, осадження частинок пилу.відбувається на внутрішній поверхні стінки рукава. При регенерації в одну з камер припиняється подача димових газів, і шари пилу, що прилипли до тканини, видаляються струшуванням або вібрацією рукавів. Відділення пилу сприяє також струмінь стисненого повітря, що направляється проти руху, що здійснюється у процесі фільтрації. Пил, що відокремився, падає в пилозбірник, що знаходиться під рукавами, і видаляється за допомогою шнеків.
Залишкова концентрація золи (пилу) після тканинних фільтрів може становити 15–50 мг/м 3 , що задовольняє найжорсткіші нормативи.
Промисловіелектрофільтри(рис. 7.1.е) використовуються для очищення великих обсягів газу (до 1 млн. м 3 /год) з концентрацією частинок до 50 г/ м2. Вони відбувається уловлювання частинок будь-яких розмірів з ефективністю понад 99 %. Електрофільтри можуть працювати при температурах газів до 400–450 °C як під розрідженням, так і під тиском. Гідравлічний опір їх дорівнює 100-150 Па. Витрати енергії становлять 0,1–0,5 кВт·год на 1000 м 3 газу, що очищається.
Електрофільтри мають такі недоліки: великі габарити, підвищена металомісткість, висока вартість, їх обслуговування необхідний кваліфікований персонал.
Електрофільтри поділяються: за конструкцією – на однозонні та двозонні; за напрямом газового потоку – на горизонтальні та вертикальні; по конструкції осаджувальних електродів - на пластинчасті та трубчасті; за способом видалення пилу з електродів – на «сухі» та «мокрі»; залежно від кількості послідовно розташованих електричних полів – на однопільні та багатопільні; залежно від числа паралельних електрофільтрів – на одно- та багатосекційні.
Основними конструктивними елементами електрофільтрів є: корпус де розміщені електроди; вузлипідведення, розподілу та відведення очищуваних газів; пристрій для видалення уловленого пилу з електродів; пристрій для виведення пилу з електрофільтру; вузли введення електрофільтр струму високої напруги – ізоляторні коробки.
Очищення димових газів в електрофільтрі відбувається внаслідок створення нерівномірного електричного поля високої напруги (приблизно 50 кВ) та утворення коронного розряду між електродами. Іони і електрони, що утворюються в зоні коронного розряду, викликають струм від коронуючих до осаджувальних електродів - струм корони. Частинки золи, перебуваючи між електродами, заряджаються під дією сил електричного поля, рухаються до осадових електродів і осідають на них. При тривалості перебування газів в активній зоні фільтра не менше 8 с та швидкості руху газів 1,2–1,5 м/с ступінь уловлювання становить 99–99,8 %.
Ефективність уловлювання істотно залежить від електричних властивостей газового потоку, насамперед електричного опору золових частинок. З підвищенням питомого електричного опору частинок швидкість осадження знижується. Крім того, ефективність роботи електрофільтрів залежить від режиму струшування електродів, для чого найчастіше використовують ударно-молоткові механізми. Проміжки між струшуваннями повинні бути оптимізовані для кожного поля, так як у кожному наступному полі кількість золи, що осаджується, зменшується.
Ефективність очищення димових газів від золи та пилу значно підвищується при використанні комбінації фільтрів, наприклад, мокрого золоуловлювача та електрофільтра. Збільшення вологості та зниження температури газів у мокрому золоуловлювачі забезпечує ефективне вловлювання золи в електрофільтрі. Загальний ступінь уловлювання золи при цьому досягає 99-99,5%.