Золоуловители с трубой Вентури типа МВ

ВВЕДЕНИЕ

Развитие  теплоэнергетики, а также непрерывное  ужесточение санитарных требований к чистоте атмосферного воздуха  приводит к обострению проблемы защиты воздушного бассейна от выбросов летучей  золы. Доля тепловых электростанций в  суммарном выбросе твердых аэрозолей промышленными предприятиями весьма значительна. Это обуславливает, в частности, резкое повышение требований на электростанциях, сжигающих твердое топливо, к очистке дымовых газов от золы, осуществляемой в СССР и за рубежом в основном с помощью двух типов золоуловителей - электрофильтров и мокрых аппаратов.

При выборе типа золоулавливающих установок для данной электростанции учитывают совокупность ряда факторов, таких, например, как сорт топлива, мощность котельного агрегата, уровень капитальных и эксплуатационных затрат на газоочистку, а в некоторых случаях также и экономическую целесообразность использования уловленной золы в народнохозяйственных целях. С учетом всех этих факторов область применения мокрых золоуловителей на тепловых электростанцияхдостаточно обширна.

Большинство отечественных  котельных агрегатов единичной  мощностью до 200 МВт включительно оборудовано такими аппаратами. Степень  очистки дымовых газов в них  должна удовлетворять как действующим  нормативным требованиям с учетом санитарного законодательства, так и условиям надежной работы дымососов с точки зрения предотвращения их золового износа. При этом в зависимости от сорта топлива требуемая степень очистки может быть различной и в ряде случаев может достигать весьма высоких значений. Так, например, при очистке продуктов сгорания некоторых многозольных топлив эффективность улавливания должна быть не ниже 97 %. Другим важным требованием к таким аппаратам является обеспечение длительной эксплуатационной надежности при минимальных ремонтно-эксплуатационных затратах.

Среди мокрых золоулавливающих аппаратов перечисленным требованиям  в наибольшей мере удовлетворяют  золоуловители с трубой Вентури  типа МВ^*.

^* Далее золоуловитель типа МВ.

1. ОБЩИЕ  ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие  Указания распространяются на золоуловитель типа МВ, предназначенный для улавливания золы из дымовых газов котлов тепловых электростанций, сжигающих твердое топливо с содержанием окиси кальция в золе не более 15 %.

1.2. Принятые типоразмеры  позволяют применять золоуловитель типа МВ для очистки газов в пределах их расхода 45 - 280 тыс. м³/ч.

В зависимости от объема дымовых газов, отходящих  от котла, золоулавливающая установка  может состоять из двух и более  золоуловителей, параллельно включенных по ходу дымовых газов.

1.3. Золоуловитель характеризуется простотой конструкции, компактностью, надежностью в работе и стабильной эксплуатационной эффективностью очистки в пределах 96,0 - 97,5 %. Существенным достоинством его является возможность использования для улавливания золы весьма различной по дисперсному и физико-химическому составу.

2. КРАТКОЕ  ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ

2.1. Золоуловитель  типа МВ (рис. 1) состоит из двух  основных элементов: трубы Вентури  1 и каплеуловителя 2, последовательно  включенных по газу.

Соединение основных элементов золоуловителя осуществляется поворотным коленом 3 с переходом 4 при вертикальной компоновке труб Вентури и переходом 5 при горизонтальной компоновке.

Орошение труб Вентури  осуществляется центробежной механической форсункой 6.

Рис. 1. Золоуловитель  типа МВ

а и б - соответственно вертикальная и горизонтальная компоновки трубы Вентури

2.2. Труба  Вентури (рис. 2) служит для коагуляции (укрупнения) золовых частиц путем  их осаждения на каплях орошающей  воды и состоит из трех частей: конфузора 1, горловины 2 и диффузора  3. Жесткость их соединения обеспечивается  косынками 4.

Труба Вентури круглого сечения с углом сужения конфузора ?, равным 40 и 60°, и углом раскрытия  диффузора ? равным 8 и 9°.

Рис. 2. Труба Вентури

Основной  конструктивный параметр трубы Вентури - диаметр горловины d₂, диапазон применения которого следующий (мм): 450; 500; 550; 600; 650; 700; 750; 800; 850; 900; 1000; 1100; 1200; 1300.

Конструктивные  параметры трубы Вентури в  зависимости от расхода дымовых  газов через золоуловитель V'_г и скорости газов в горловине трубы Вентури для всего диапазона применения d₂, ? и ? представлены в табл. 1.

Основным  технологическим параметром трубы Вентури является скорость дымовых газов в горловине; она принимается равной 50 - 75 м/с и уточняется расчетом в зависимости от допустимого аэродинамического сопротивления установки и требуемой степени очистки газов. Скорость газов на входе в трубу и выходе из нее равна 20 м/с. Расход орошающей воды при избыточном давлении 294 - 392 кПа (3,0 - 4,0 кгс/см²) принимается равным 0,14 - 0,16 кг на 1 м³ газа при нормальных условиях.

2.3. Каплеуловитель (рис. 3, см. вклейку) служит для  сепарации загрязненных капель из потока газа и частичного улавливания золы, не осевшей на каплях в трубе Вентури. В качестве каплеуловителя используется прямоточный циклон с тангенциальным или улиточным подводом газов и пленочным орошением внутренней поверхности цилиндра. Каплеуловитель состоит из корпуса 1, в нижней части которогорасположен гидрозатвор 2.

Рис. 3. Каплеуловитель

Ввод  газов в каплеуловитель осуществляется через входной патрубок 3. Для  смыва осаждающихся на внутренней поверхности  капель и золовых частиц каплеуловитель оборудован системой орошения 4. Гидрозатвор (рис. 4, см. вклейку) служит для непрерывного удаления из каплеуловителя взвеси уловленной золы в орошающей воде (пульпы) и обеспечения при этом воздушной плотности золоуловителя.

Для предупреждения брызгоуноса каплеуловитель оборудован лотком шириной 200 мм, расположенным над входным патрубком, и козырьком шириной 200 - 250 мм, установленным над соплами орошения.

В верхней части  каплеуловителя расположены гляделки для контроля за работой сопл орошения.

Каплеуловитель  выполнен с отношением высоты h к внутреннему диаметру D3:1, входной патрубок каплеуловителя - с отношением высоты а к ширине b 2:1 и расположен под углом 8° к горизонту. Основной конструктивный параметр каплеуловителя - внутренний диаметр цилиндрической части (в свету), диапазон применения которого следующий (мм): 2000; 2300; 2500; 3000; 3200; 3500; 3700; 4000; 4500; 5000.

Рис. 4. Гидрозатвор:

1 - корпус; 2 - сливной патрубок; 3 - перегородка; 4, 5 - крышки; 6 - смывное сопло; 7 - лючок

Конструктивные  параметры каплеуловителя (см. рис. 3) в зависимости от расхода дымовых  газов через каплеуловитель V'_г представлены в табл. 2.

Режим каплеуловителя характеризуется:

- скоростью  дымовых газов в сечении входного  патрубка 20 - 22 м/с;

- условной  скоростью дымовых газов в  сечении цилиндрической части  каплеуловителя 3,5 - 4,0 м/с;

- удельным  расходом орошающей воды при избыточном давлении 9,8 - 14,7 кПа (0,10 - 0,15 кгс/см²) равным 0,05 - 0,07 кг на 1 м³ газа при нормальных условиях.

2.4. Поворотное  колено с переходом, примененноепри  вертикальном расположении труб  Вентури, служит для изменения  направления газа свертикального на соосное с входным патрубкомкаплеуловителя и частичной сепарации скоагулированной золовойпыли и капель из газового потока.

Таблица 1

Конструктивные  параметры трубы Вентури

Таблица 2

Конструктивные  параметры каплеуловителей

Переход, примененный при горизонтальном расположении труб Вентури, служит для  обеспечения плавного ввода газа в прямоугольный входной патрубок из круглой трубы Вентури.

2.5. Защита внутренних  поверхностей трубы Вентури, каплеуловителя  и связующих их конструктивных элементов от абразивного износа и коррозии обеспечивается специальным противокоррозионным покрытием, выполненным с применением кислотоупорной плитки (керамической иликаменного литья) толщиной не менее 35 мм, уложенной на силикатную замазку или замазку арзамит.

Защита внутренней поверхности сборного короба, каплеуловителя осуществляется эпоксидной шпатлевкой ЭП-0010, газоходов очищенного газа - кислотостойкими  лакокрасочными покрытиями.

2.6. Наружная поверхность  подводящих и отводящих газоходов  для предупреждения ожогов обслуживающего персонала, а также с целью снижения теплопотерь и предупреждения конденсации влаги из дымовых газов на внутреннейповерхности изолируется матами толщиной 60 мм из минеральной ваты соответственно в два и один слой.

Рис. 5. Система орошения золоуловителя:

I - на остальные  каплеуловители; II - на остальные трубы Вентури; III - на остальные гидрозатворы; IV - в дренаж

2.7. Система  орошения золоуловителя служит  для бесперебойного инепрерывного  питания установки в необходимом  количестве водой, очищенной от  грубых механических примесей.

Система орошенияустановки (рис. 5) состоит из:

- двух гравийных  фильтров 1;

- регулятора давления 2;

- напорного бака  орошения каплеуловителей 3;

- центробежных механических  форсунок орошения труб Вентури  4;

- системы орошения  каплеуловителей 5;

- смывных сопел 6 гидрозатворов;

- коммуникаций трубопроводов  с арматурой.

2.7.1. Гравийный фильтр (рис. 6) служит для очистки воды  от грубых механических примесей. Максимальная производительность  фильтра 150 м³/ч воды, максимально допустимое гидравлическое сопротивление 196 кПа(2,0 кгс/см²).

Фильтр представляет собой металлический корпус 1 диаметром 720 мм с крышкой 2, штуцерами 3 и 4, промывочным  устройством 5 и фильтрующим элементом 6. Фильтрующим элементом является слой гравия толщиной 220 - 250 мм с размером частиц 5 - 20 мм, уложенных на решетку 7 с отверстиями диаметром4 мм.

Рис. 6. Гравийный фильтр

2.7.2. Регулятор  давления служит для стабилизации  давления орошающей воды после  гравийных фильтров на уровне 393,0 ± 24,5 кПа^* (4,00 ± 0,25 кгс/см²). В качестве регулятора может быть применен любой серийно выпускаемый гидравлический регулятор давления прямого действия «после себя» (РД-3А в комплекте с клапанами РД-1 или УРРД, РДЖТ-1 и др.), пропускная способность, пределы регулирования и зона нечувствительности которого соответствуют гидравлическим характеристикам системы орошения установки.

^* Здесь и далее приводится избыточное давление.

2.7.3. Напорный  бак (рис. 7) служит для обеспечения  постоянного давления воды, подаваемой  в коллектор орошения каплеуловителей,  в пределах 9,8 - 14,7 кПа (0,10 - 0,15 кгс/см²). Бак атмосферного типа, металлический, вместимостью 2,45 м³, максимальная производительность 60 м³/ч, максимальное давление воды перед регулятором уровня 0,393 кПа (4,0 кгс/см²).

Бак имеет  регулятор уровня 1, две фильтр-сетки 2, штуцеры 3 - 6 (соответственно перелива, отвода, дренажа и подвода воды).

Регулятор уровня поплавкового типа служит для  поддерживания постоянного уровня воды в баке вне зависимости от изменения давления (в допустимых пределах) подаваемой в бак воды.

Латунные  фильтр-сетки с ячейкой 1,0?1,0 мм² служат для тонкой очистки воды, подаваемой в сопла каплеуловителей.

Рис. 7. Напорный бак

2.7.4. Центробежные  механические форсунки орошения  труб Вентури (рис. 8) служат для  эффективного орошения водой  запыленных дымовых газов, поступающих  в трубы Вентури, и установлены  по одной на трубу в зоне  конфузора вдоль оси на расстоянии (1,25 - 1,45)d₂ от горловины (d₂ - диаметр горловины трубы Вентури из рис. 2). Факел форсунки направлен по ходу дымовых газов.

Форсунка  состоит из корпуса 1, шестизаходного завихрителя 2 и перехода 3. Корпус и  завихритель бронзовые.

На рис. 9 приведены расходные характеристики форсунок. Типоразмер форсунки выбирается на основе принятого значения расхода воды на орошение одной трубы Вентури G и известного значения давления орошающей воды перед форсункой Р.

2.7.5. Система  орошения каплеуловителя (рис. 10) служит  для равномерного орошения его  внутренней поверхности и состоит  из коллектора 1, сопл 2, направляющих  гильз 3, соединительных резинотканевых  рукавов 4, патрубков подвода 5 и дренажа 6 воды.

Коллектор диаметром 108 мм служит для равномерного распределения воды между соплами каплеуловителя.

Рис. 8. Форсунка

Рис. 9. Расходные характеристики форсунок

Сопла выполнены из стальной нержавеющей  либо медной трубки диаметром 10 мм и  установлены в направляющих гильзах  таким образом, чтобы струя орошающей  воды вытекала тангенциально к вращающемуся газовому потоку по ходу его вращения под углом 10° вниз к горизонту.

2.7.6. Сопла  гидрозатворов (см. рис. 4) служат  для предупрежденияпоявления отложений  золы в гидрозатворах, повышениянадежности  их работы.

2.7.7. Коммуникации  трубопроводов и арматуры (см. рис. 5) служат для подачи и распределения орошающей воды между золоуловителями, удаления воды из коллекторов, гравийных фильтров и напорного бака припромывках, длительных остановах и перед выводом установки в ремонт.

Вода  удаляется через дренажный трубопровод. С ним же соединена переливная труба напорного бака, служащая для предупреждения его переполнения при выходе из строя регулятора уровня.

Система орошения установки оборудована  запорной арматурой, служащей для отключения системы орошения установки, а также  отдельных ее элементов при остановах и ремонтах.

Рис. 10. Система орошения каплеуловителя

2.8. Система  контрольно-измерительных приборов  служит для обеспечениянепрерывного  контроля работы и состояния  золоуловителя и поддержания  оптимального режима его эксплуатации  и включает (рис. 11) приборы замера:

- расхода  воды на орошение труб Вентури;

- расхода  воды на орошение каплеуловителей;

- аэродинамического  сопротивления установки;

- температуры  очищенных газов;

- давления  воды до и после гравийных  фильтров, перед форсунками и  в коллекторах орошения каплеуловителей.

Тип примененного прибора определяется возможностями электростанции при соблюдении условия установки вторичных показывающих приборов (за исключением приборов замера давления воды) на главном щите котла; вторичные приборы замера расхода воды рекомендуется выполнить самопишущими. Класс примененных приборов должен быть не ниже 2,5.

Рис. 11. Установка контрольно-измерительных приборов

2.9. Принцип  улавливания в золоуловителях  типа МВ основан на коагуляции (укрупнении) золовых частиц путем  осаждения их на капляхорошающей  воды в трубе Вентури и последующей  сепарации их, атакже крупнофракционных нескоагулированных золовых частиц в каплеуловителе.

Запыленные  дымовые газы поступают в трубу  Вентури, в конфузоре которой  орошаются водой и ускоряются до скоростей 50 - 75 м/ч. Капли орошающей  воды, вместе с газом поступающие  в трубу Вентури, дробятся скоростным газовым потоком до значений среднего диаметра 140 - 210 мкм и ускоряются. В связи с тем, что плотность воды значительно (на три порядка) выше плотности газа, капли воды приобретают в конфузоре и горловине трубы Вентури меньшие (на 15 - 25 м/с) скорости, вследствие чего происходит своеобразная фильтрация запыленного газового потока через движущийся водяной мелкозернистый фильтр, на зернах (каплях) которого происходит инерционное осаждение золовых частиц, содержащихся в газе.

Скоагулированная  и крупнофракционная сухая золовая пыль выделяется в каплеуловителе за счет тангенциального (улиточного) ввода газов, вызывающего его закручивание в каплеуловителе и инерционное осаждение частиц на смоченной внутренней поверхности. Уловленные золовые частицы смываются с внутренней поверхности каплеуловителя орошающей водой через гидрозатвор в канал ГЗУ.

3. РАСЧЕТ  ЗОЛОУЛОВИТЕЛЯ

3.1. Метод  расчета основан на обобщении  обширныхэкспериментальных материалов, полученных в результате исследований  промышленных золоуловителейтипа МВ котлов ряда электростанций, сжигающихразличные виды твердого топлива.

В объем  расчета золоуловителя входит определение:

- эффективности  очистки дымовых газов;

- охлаждения  дымовых газов;

- аэродинамического  сопротивления установки.

3.2. В  основу расчета эффективности очистки газов от золы положено раздельное определение неполноты улавливания(осаждения) золы каплями в собственно трубе Вентури и неполноты улавливания «проскока» (золы, не осевшей на каплях в трубе Вентури) в каплеуловителе.

3.2.1. Неполнота улавливания i-й фракции золы в трубе Вентури:

?'_i = exp{-N_чi}, (1)

lg ?'_i = 0,4343N_чi, (2)

где N_чi - число единиц переноса.

Значение  числа единиц переноса с достаточным  приближением к действительным условиям и при определенных допущениях может  быть определено по формуле

 (3)

где q_тв - удельный расход воды на орошение трубы Вентури, кг/м³ газа при нормальных условиях;

?_в - плотность воды, подаваемой на орошение, кг/м³;

D₀ - средний диаметр капель в трубе Вентури, м;

Э_i - коэффициент вероятности осаждения на каплях частиц фракции золы;

L - полная длина трубы Вентури, м;

 - среднее значение  скоростного члена.

Средний диаметр  капель D₀ определяется по графику (рис. 12) в зависимости от скорости газов в горловине трубы Вентури ?_г и известной ее производительности по газу V'_г.

Рис. 12. Зависимость  среднего диаметра капель и максимальной разности скоростей газа и капель от скорости газа в горловине трубы Вентури

Значения q_тв = 0,14 ? 0,16 кг на 1 м³ газа при нормальных условиях и ?_г = 50 ? 75 м/с принимаются, исходя из обеспечения необходимой эффективности и надежности золоулавливания.

Полная длина  трубы Вентури L определяется из табл. 1 по известным ?_г и V'_г.

Значение Э_i для всех используемых в расчете значений фракций золы с достаточной точностью принимается равной 1,0.

Среднее значение скоростного члена для каждой фракции золы определяется из табл. 3 по известным V'_г и ?_г (таблица составлена для трех значений V'_г и трех значений ?_г; для промежуточных значений скоростной член определяется интерполяцией).

Таблица 3

Значения  скоростного члена 

Общая неполнота улавливания золы в  трубе Вентури:

 (4)

где Ф'_i - относительное содержание i-й фракции золы после котла задается заказчиком или принимается по табл. 4.

Дисперсный  состав сухой золы на входе в каплеуловитель вычисляется по формуле

 (5)

3.2.2. Степень  неполноты улавливания «проскока»  золы в каплеуловителе ?" определяют  для каждой фракции золы по  графику (рис. 13).

Общая неполнота улавливания «проскока» сухой золы в каплеуловителе определяется по формуле.

 (6)

Таблица 4

Фракционный состав золы твердого топлива, сжигаемого в камерных топках котлов (%)