VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Сжигание котлами электростанций твердого топлива требует производить очистку дымовых газов от золы. В связи с увеличением доли твердого топлива в структуре топливного баланса, постоянном ужесточении норм выбросов, на большинстве электростанций имеются серьезные проблемы по обеспечению этих норм.

Сложность решения поставленных задач потребовала уделить серьезное внимание к реконструкции и модернизации установленного парка золоулавливающих установок. Весь путь такой модернизации можно вкратце проследить на примере бывшего ОАО «Свердловэнерго», где практически все (около 60) угольные котлы (исключая Рефтинскую ГРЭС) оснащены «мокрыми» золоуловителями - трубами Вентури со скрубберами, эффективность которых (h_ЗУУ<96%) не удовлетворяет современным требованиям.

На сегодняшний день накоплен широкий опыт по реконструкции золоулавливающих установок с использованием аппаратов нового типа - т.н. «эмульгаторов». ОАО «Свердловэнерго» прошло все стадии установки эмульгаторов - пластиковых батарейных эмульгаторов первого поколения, кольцевых эмульгаторов «КОЧ», батарейных эмульгаторов второго поколения.

Прогрессирующий износ кассет эмульгаторов первого поколения (из пластика), расположенных в корпусах квадратного сечения, потребовал их скорейшей замены на более надежные аппараты. В качестве таких аппаратов нашли применение батарейные эмульгаторы второго поколения разработки инженера Панарина Ю.А. [1] (КазНИИЭ).

В 1999 г. на двух котлах ПК-14 «Свердловэнерго» (Серовская ГРЭС и Нижне-Туринская ГРЭС), а в 2000...03 г.г. ещё на пяти таких же котлах (Серовской и Верхнетагильской ГРЭС) проведена реконструкция золоулавливающих установок с монтажом батарейных эмульгаторов второго поколения. Все внутренние элементы (завихрители и каплеуловители) выполнены новой конструкции из титана.

Испытания батарейного эмульгатора второго поколения котла №12 Верхнетагильской ГРЭС при сжигании экибастузского угля выявили их высокую эффективность, составляющую 99,5...99,6%; степень очистки газов в эмульгаторах котла №7 Нижне-Туринской ГРЭС при сжигании богословского угля составила 99,14...99,56% (в зависимости от паровой нагрузки котла). Аэродинамическое сопротивление меньше 150 мм.в.ст.

Таким образом, положительный эффект от внедрения батарейных эмульгаторов второго поколения (как с точки зрения золоочистки, так и надежности работы оборудования) позволил распространить этот опыт на другие регионы как России, так и СНГ.

С 2001 года «Свердловэнергоремонт» начал плотно работать с Казахстаном, и на конец 2011г. батарейные эмульгаторы второго поколения конструкции Ю.А. Панарина, как альтернатива другим типам эмульгаторов и традиционным методам золоочистки, введены в промышленную эксплуатацию на 105 котлах [2], в т.ч. на трех котлах (БКЗ-75, БКЗ-220) Улан-Удэнской ТЭЦ-1 и одном котле (БКЗ-220) Читинской ТЭЦ-1.

Промышленная эксплуатация батарейных эмульгаторов второго поколения началась с мая 1999 года. За истекший период была выполнена замена эмульгаторов на 10 котлах по причине разрушения их элементов, вызванных следующими причинами:

а) нерасчетный режим работы золоулавливающей установки (реальный объем дымовых газов, поступающих на очистку, гораздо выше объема, указанного в техническом задании, что приводит к повышенным скоростям, вибрации, разрушению сварных швов, большому брызгоуносу) - Карагандинская ТЭЦ-3, Верхнетагильская ГРЭС, Серовская ГРЭС.

б) периодическая работа эмульгаторов в безводном режиме (чего не должно быть в принципе у системы «мокрой» золоочистки), приводящая к выпадению лопаток, заносу ячеек завихрителей золой, большому износу («сухое» трение), разрушению сварных швов и основного металла (из-за их «перезакалки» при подаче на работающем котле холодной воды на титановые элементы, находящиеся в зоне температуры уходящих газов котла (150...180°С)) - Алматинская ТЭЦ-1, Жезказганская ТЭЦ.

На остальных эксплуатируемых котлах (при соблюдении требований инструкции по эксплуатации) возникающие проблемы (появление брызгоуноса, отложения золы в газоходах, загрязнение орошающей воды, перебои с подачей горячего воздуха и т.д.) легко решаются по месту.

Проект реконструкции на Читинской ТЭЦ-1 ОАО «ТГК-14» предусматривает реконструкцию существующей золоулавливающей установки котла БКЗ-220-100-Ф (ст. №11), состоящей из четырех труб Вентури и четырех скрубберов (МВ УО ОРГРЭС) с переходом на батарейные эмульгаторы второго поколения, устанавливаемые в корпуса скрубберов.

Установка эмульгаторов, состоящих из существующих скрубберов (с внутренней футеровкой) со встроенными элементами из титана (завихрители, каплеуловители, трубы орошения) позволяет говорить о надежной работе такого золоуловителя, при обеспечении необходимых показателей, по степени золоочистки и требуемому эксплуатационному режиму.

Конструкция и способ очистки дымовых газов в эмульгированном потоке защищены патентом №2104752 [1].

Котел БКЗ-220-100-Ф снабжен золоулавливающей установкой мокрого типа МВ УО ОРГРЭС, состоящей из четырех скрубберов Ø3216мм и четырех предвключенных вертикальных труб Вентури. В качестве орошающей воды используется осветленная вода оборотной системы ГЗУ. Труба Вентури служит для коагуляции золовых частиц.

Скруббер служит для полного отделения из потока дымовых газов капель с осевшими на них золовыми частицами, а также для частичного улавливания из очищаемого газа золовых частиц, не осевших на каплях в трубе Вентури. Скруббер центробежного типа, с тангенциальным вводом газа и пленочным орошением внутренней поверхности, для чего в верхней части цилиндра установлен коллектор с сопловыми устройствами. Нижняя часть скруббера заканчивается гидрозатвором, предназначенным для непрерывного удаления из скруббера образующейся в нем пыли и обеспечения при этом воздушной плотности скруббера.

Принцип золоулавливания основан на коагуляции золовых частиц путем осаждения их на каплях орошающей воды, распыленной в трубе Вентури, и последующей сепарацией их, а также крупнофракционных не коагулированных золовых частиц в скруббере.

Таблица 1. Характеристика существующей золоулавливающей установки

№ п/п	Наименование показателей	Ед. изм.	Величина
1	Паропроизводительность котла	т/ч	220
2	Расход топлива (номинальный)	т/ч	38
3	Температура уходящих газов	оС	168
4	Объем дымовых газов (реальный) перед ЗУУ	м3/ч	409х103
5	Объем дымовых газов при НУ (0оС, 760 мм.рт.ст)	нм3/ч	290х103
6	Присосы в ЗУУ	%	17
7	Расход воды на орошение	т/ч	55
8	Температура газов после ЗУУ	оС	86
9	Запыленность до ЗУУ	г/нм3	14,9
10	Запыленность после ЗУУ	г/нм3	0,82
11	КПД ЗУУ	%	94,6
12	Аэродинамическое сопротивление ЗУУ	мм.в. ст	120
13	Разряжение перед ЗУУ	мм.в. ст	260
14	Температура горячего воздуха (после ВП II)	оС	380
15	Давление горячего воздуха	мм.в. ст	120

Таблица 2. Характеристика сжигаемого топлива

Уголь	Харанорский уголь	Татауровский уголь	Уртуйский Уголь
Характеристика
ккал/кг	2063	3550	4020
%	38,4	33,0	29,5
%	11	10,0	8,8
%	0,3	0,2	0,3

Выделение с коагулированной и крупнофракционной золовой пыли осуществляется в скруббере за счет тангенциального ввода газов, вызывающего его закручивание в скруббере и инерционное осаждение частиц на смоченный внутренней поверхности. Уловленные золовые частицы смываются с внутренней поверхности скруббера орашающей водой в сливной патрубок и через гидрозатвор отправляются в канал гидрозолоудаления.

Объём реконструкции золоулавливающей установки котла БКЗ-220-100-Ф ст. № 11 Читинской ТЭЦ-1 с использование батарейных эмульгаторов второго поколения:

1. Демонтируются трубы Вентури; в связи с их демонтажем изменяются ходы перед скрубберами (при этом делается прямой вход в скруббер вместо тангенциального);

2. Устанавливаются новые опорные элементы внутри существующих скрубберов, покрываемые химической защитой;

3. В каждый существующий скруббер устанавливаются (по ходу газов):

 - завихритель эмульгатора, представляющий собой корпус, состоящий из ячеек (параллепипедов) с встроенными в каждую из них закручивающими лопатками треугольной формы. Материал завихрителя - титан марки ВТ-1-0. Автор конструкции Панарин Ю.А. (патент №2104752);

 - система орошения, состоящая из титановых водораспределительных труб, двух новых баков орошения;

- каплеуловитель кольцевого типа, выполненный из титана;

- отбойный козырек.

Для предотвращения низкотемпературной коррозии газового тракта после эмульгаторов предусматривается присадка горячего воздуха в сборочный короб над скрубберами.

Для наблюдения за работой установки в корпусах предусмотрены лючки и лазы; для непрерывного контроля и поддержания оптимального режима установка снабжена контрольно-измерительными приборами и необходимой сигнализацией с выводом на щит.

Для подхода к ремонтному лазу и лючкам предусмотрены лестницы и площадки в соответствии с требованиями НТД.

Все горячие участки газоходов, воздуховодов горячего воздуха и т.д. изолируются в соответствии с требованиями НТД.

Описание работы батарейного эмульгатора второго поколения.

Дымовые газы после котла через газоходы поступают в нижнюю часть корпуса каждого скруббера, и входят в инициатор эмульгирования (параллелепипеды), где происходит их интенсивная закрутка в лопаточном аппарате. Орошающая вода подается по подводящей трубе орошения в каждый параллелепипед. При взаимодействии воды с вращающимся газовым потоком, выходящим из лопаточного аппарата, происходит образование пенного вращающегося слоя, который накапливается над лопатками. Вращение слоя способствует его турбулизации, повышая межфазную контактную поверхность и ее обновляемость.

Повышенное давление во вращающемся пенном слое за счет действия центробежных сил обуславливает устойчивое существование только мелких пузырей пены, что многократно увеличивает поверхность контакта фаз и интенсификацию процессов тепломассообмена, чему также способствует противоточное движение «газ-жидкость».

Замедление вращения пены (эмульсии) в пристенной зоне, а также в верхних слоях на выходе в свободный объем является причиной возникновения интенсивных радиальных вихрей, которые также способствуют интенсификации процессов тепломассообмена, а значит и глубокой очистке дымовых газов.

Отработанная жидкость с уловленной золой (пульпа) сливается через лопаточные аппараты завихрителей в золосмывной аппарат, через который поступает в канал гидрозолоудаления.

Дымовые газы после очистки в эмульсионном слое поступают в каплеуловитель, где потерявшие вращательную скорость газы дополнительно закручиваются для сепарации водяных капель.

Для предотвращения коррозии газового тракта осуществляется подогрев очищенных газов на выходе путем присадки к ним горячего воздуха после воздухоподогревателя котла. После подогрева очищенные газы направляются через выходной газоход на всас дымососа и далее в дымовую трубу.

Преимущества батарейного эмульгатора второго поколения:

- улавливание выбросов золы в атмосферу до уровня выходной запыленности ≤200 мг/нм³ при номинальной нагрузке котла;

- возможное улавливание окислов серы без введения специальных реагентов (определяется по результатам испытаний);

- надежность, обусловленная применением титановых сплавов;

- надежная конструкция кольцевых каплеуловителей, позволяющих полностью исключать брызгоунос на любых нагрузках;

- простота в эксплуатации (установка не требует постоянного контроля и специальных операций);

- простота монтажа (монтаж элементов блоками в существующие корпуса);

- отсутствие специальных сопел и форсунок, требующих настройки и регулировку;

- низкие требования к содержанию твердых примесей в орошающей воде, удовлетворительная работа на осветленной воде с золоотвала.

После реконструкции были получены следующие технические характеристики реконструированной золоулавливающей установки с батарейными эмульгаторами второго поколения котла БКЗ-220-100-Ф ст. №11 Читинской ТЭЦ-1:

Паспортная паропроизводительность котла Д_ном, т/ч                          220

Температура дымовых газов на входе в ЗУУ, ^оС                        168

Температура дымовых газов после ЗУУ, ^оС

         до присадки горячего воздуха                                            55÷60

         после присадки горячего воздуха                                      ≥70

Удельный расход орошающей воды, кг/нм³                               0,2÷0,22

Аэродинамическое сопротивление при Д_ном, мм.в.ст.                          160

Запыленность дымовых газов на входе, г/нм³                             14,9

Запыленность дымовых газов на выходе из ЗУУ, мг/нм³           ≤200

В связи с установкой батарейных эмульгаторов второго поколения происходит уменьшение выбросов золы с ~235...240 кг/ч (при существующей выходной запыленности 0,822 г/нм³) до 55...60 кг/ч (при выходной запыленности ≤200 мг/нм³), что соответствует увеличению КПД золоочистки с 94,4...94,6% (существующей) до 98,5...99% (с эмульгаторами).

При этом возможна очистка дымовых газов от окислов серы 10...15% без введения специальных реагентов (определится данными испытаний).

По опыту эксплуатации батарейных эмульгаторов второго поколения на разных электростанциях СНГ при работе на различных видах угля (экибастузский, югославский, кузнецкий, семипалатинский, майкубенский, карагандинский и т.д.) аварийных и залповых выбросов не происходило.

Список литературы:

1. Устройство для улавливания токсичных веществ из газообразных выбросов. пат. 2104752 Рос. Федерация. № РД0023648; заявл. 02.07.2007; опубл. 10.06.2010, БИ: 16/2010.

2. http://www.opser.ru/category-2.html.

Код для цитирования: Скопировать