Система золоудаления

Золоудаление

Общие сведения

Системой золоудаления называют устройства, обеспечивающие удаление золы и шлака из бункеров котельного агрегата и транспорт их за пределы  территории электростанции. Системы  золоудаления на всех современных электростанциях  выполняют механизированными, так как количество подлежащих удалению золы и шлака в ряде случаев достигает огромной величины. Так, например, на крупнейших современных электростанциях, проектируемых для работы на экибастузском угле, количество подлежащих удалению золы и шлака превышает 600 т/ч. Учитывая связанную с этим необходимость резервирования для организации золоотвалов больших участков земли, золу и шлак приходится транспортировать на расстояние 4 – 6 км.

На электростанциях СССР наибольшее распространение получила система гидравлического золоудаления с багерными и шлаковыми насосами или с центральными гидротранспортами Москалькова. При гидрозолоудалении шлак и зола, смытые из-под бункеров, транспортируются водой по каналам к багерным насосам или центральным гидроаппаратам, которые перекачивают поступающую в них смесь воды, золы и шлака (пульпу) по трубам на золоотвал. Осветленная вода из золоотвала перетекает в ближайший водоем либо возвращается в котельную для повторного использования в системе гидрозолоудаления.

При благоприятном рельефе  местности пульпу из котельной направляют на золоотвал по самотечным каналам. В некоторых случаях золошлаковую смесь подают в отстойные камеры (золоотстойник), расположенные на территории электростанции, а осветленную воду смывными насосами возвращают в котельную.

В тех случаях, когда необходимо золу использовать в сухом виде  или невозможно осуществить гидравлический способ удаления золы и шлака из-за недостатка воды либо из-за отсутствия территории вблизи электростанции для  организации золоотвала, применяют пневматическую систему золоудаления. При этой системе золоудаления раздробленный шлак и зола поступают в трубопровод, в котором создается разрежение. Засасываемый воздух транспортирует золу и шлак по трубам в циклон, где зола и шлак определяются от  воздуха и выпадают в бункер, а воздух после его обеспыливания направляют в дымовую трубу. Пневматические системы являются более сложными и более дорогими по капитальным затратам  и эксплуатационным расходам по сравнению с гидравлическими системами золоудаления.

На электростанциях малой  и средней мощности иногда осуществляют смешанную систему золоудаления – пневмогидравлическую.

Выбор системы и механизмов золоудаления обосновывают в проектном  задании электростанции.

Системы гидрозолоудаления

Общими элементами всех применяемых  систем гидрозолоудаления на электростанциях  являются: смывные устройства для  шлака и золы, система самотечных каналов в пределах главного корпуса  для безнапорного транспорта и золошлакопроводы – для транспорта золы и шлака  на золоотвал. Общая схема устройства гидрозолоудаления показаны на рисунке.

Образующийся в топке  шлак поступает в шлакосмывную шахту 1 в верхней части которой расположено брызгально – оросительное устройство 2 для непрерывного охлаждения водой шлака. Накапливающийся в шахте шлак смывается водой, подаваемой смывным насосом 10 через смывное сопло 3; смесь шлака и воды через решетку поступает в самотечный канал 4 гидрозолоудаления. Для обеспечения надежного транспорта шлака по каналам подается вода через побудительные сопла 5. Устанавливаемые в канале, главным образом в местах, где ожидается выпадение из потока шлака и золы (на поворотах каналов, при увеличении их сечения, под решетками шлакосмывных шахт и т.п.)

Летучая зола, уловленная в  золоуловителе, поступает в золовой  бункер 7, из которого через золосмывные  устройства 8 направляется в канал. Гидрозолошлаковая смесь (пульпа) в  зависимости от способа транспорта ее на золоотвал подается по каналам  к багерной насосной либо к приямку  центрального гидроаппарата Москалькова. На рис. Показана схема с багерными  насосами.

Вследствие быстрого износа рабочих колес багерных насосов (в ряде случаев в течение 5 – 6 дней работы без наплавки) обычно устанавливают  три багерных насоса, из которых  один рабочий, второй резервный, а третий находится в ремонте.

Для возможности подачи потока гидрозолошлаковой смеси к одному из этих насосов подводящий канал  приходится разделять на соответствующее  число ветвей с установкой переключающего устройства 9, за которым имеется отключающий шибер (шандора) 17, посредством которого можно отключить багерный насос 14 от потока.

Перед поступлением к багерному  насосу гидрозолошлаковая смесь  проходит через предварительный металлоуловитель 17 и затем через решетку 19. Крупный шлак, не прошедший через эту решетку, направляется в шлакодробилку 20 для измельчения его до кусков размером не больше 25 мм, что обеспечивает надежную работу насоса и возможность подачи им шлака по золошлакопроводу 15 на золоотвал.

Перед поступлением в багерный насос пульпа проходит через вторичный металлоуловитель 13. Для монтажа и ремонта оборудования в багерной насосной устанавливают подъемный кран 18.

Если для транспорта золы и шлака на золоотвал применяют  не багерные насосы, а центральные  эжекторные гидроаппараты Москалькова, то описанная выше схема гидрозолоудаления в пределах котельной в основном сохраняется. Шлаковая и золовая пульпа по смывным каналам поступает в общий приемный бункер, из которого центральным гидроаппаратом Москалькова шлакозоловая пульпа по общему золошлакопроводу перекачивается на золошлакоотвал.

С целью использования  шлака или золы на ряде электростанций осуществлено раздельное удаление золы и шлака на золоотвал.

Если для электростанций принимается раздельное удаление золы и шлака, то транспорт золы всегда осуществляется шламовыми насосами, а шлака – багерными насосами, гидроаппаратами Москалькова либо по самотечным каналам (при наличии близко расположенного отвала).

Раздельное удаление шлака  и золы приводит к значительному  снижению расхода электроэнергии на гидротранспорт и во многих случаях  целесообразно.

Снижение расхода электроэнергии обуславливается тем, что для  гидротранспорта золы допустимо  снижение скорости в золопроводе до 0,01 – 1,2 м/с, в то время как при гидротранспорте шлака скорость в золошлакопроводе должна быть не менее 1,7 м/с. Это позволяет снизить напор, создаваемый шламовым насосом, и соответственно потребляемую им мощность. Кроме того, для перекачки золовой пульпы вместо багерных насосов с КПД  50% применяют шламовые насосы с КПД 65%. В соответствии с местными условиями на электростанциях осуществляют совместное или раздельное удаление золы и шлака из котельной на отвал.

При раздельном удалении золы и шлака в каждом насосном помещении  устанавливают два багреных и  два шламовых насоса, из которых один багерный и один шламовые насосы являются резервными. Третий багерный насос предусматривается как ремонтный; в насосной его не устанавливают, и в готовом для работы виде он хранится на электростанции.

При невозможности организации  золоотвала вблизи электростанции в  некоторых случаях применяют  систему гидрозолоудаления с  золоотстойником. В такой системе  гидрошлакозоловая смесь поступает  в камеры золоотстойника, расположенного на территории электростанции. Шлак и зола осаждаются в камерах золоотстойника, а осветленная в нем вода насосами подается в котельную для повторного смыва золы и шлаков. Золу и шлак из золоотстойника грейферным краном перегружают в ж/д-е вагоны дл отвозки на золоотвал. Ввиду большой длительности отстоя тонких фракций золы размеры золоотсойника получаются весьма большими, а транспорт сильно увлаженной золы представляет большие неудобства и очень осложняется в зимних условиях.

Из всех рассмотренных  схем гидрозолоудаления в настоящее  время на мощных электростанциях  СССР проектируют совместную или  раздельную систему гидрозолоудаления  с использованием для перекачки  гидрозоловой пульпы шламовых насосов, а гидрошлаковой пульпы – багерных насосов. Основанием для выбора системы  служит неоднократно производившиеся  Теплоэлектропроектом сопоставление  расчетных данных и технико –  экономических показателей различных  систем. Так, например, при выборе системы золоудаления для электростанции мощностью 1300 МВт, состоящей из двух блоков по 200 МВт с котлами 640т/ч и трех блоков по 300 МВт с котлами 950 т/ч, работающей на каменном угле с зольностью 18,6 %, были рассмотрены следующие три схемы: удаление шлака багерными насосами, удаление золы и шлака гидроаппаратами Москалькова, удаление золы и шлака по модернизированной схеме Москалькова (схема КБР). Результаты сопоставления расчетных данных и технико- экономических показателей этих трех схем приведены в таблице.

На основе имеющихся данных можно считать, что из-за крайне низкой экономичности гидроаппаратов, КПД  которых не превышает 10 %, а также  большого расхода воды и соответственно повышенного расхода металла  на золошлакопроводы система совместного  шлакозолоудаления гидроаппаратами  Москалькова является, как правило, менее рентабельной по сравнению  с системой с багерными насосами.

Раздельное удаление шлака  и холлы с применением шламовых насосов для транспорта золы по самостоятельным  золопроводам приводит к значительному снижению расходов электроэнергии на гидротранспорт по сравнению с совместным гидротранспортом шлака и золы по общим шлакозолопроводам и во многих случаях целесообразно независимо от промышленного использования.

Как правило, системы с  багерными и шламовыми насосами при раздельном транспорте шлака  и золы оказывается более экономичными чем системы с гидроаппаратами и шламовыми насосами. При благоприятных условиях – малой длине трассы и малой геодезической высоте подъема пульпы возможно применение гидроаппаратов для транспорта шлака, если перерасход электроэнергии, воды и металла для труб компенсируются снижением расходов на ремонт.

Основные элементы систем гидрозолоудаления

Основными элементами систем гидрозолоудаления являются: смывные  устройства для шлака и золы, шлакозоловые каналы и побудительные сопла, багерные насосы, центральные гидроаппараты  Москалькова, насосы смывной и эжектирующей воды, контрольно –измерительные приборы.

Смывные устройства для шлака и золы

Чтобы избежать накопления шлака в бункерах топки и облегчить  операцию его удаления, под шлаковым бункером до последнего времени устанавливали  шлакосмывную шахту двустороннего  или одностороннего смыва. Шлаковая шахта представляет собой сварную стальную камеру, установленную на опоры и обмурованную изнутри шамотом; ее наклонный под выложен облицовочными плитами. Шлак, выпадая в камеру, проходит через охлаждающую водяную завесу, создаваемую расположенным в ее верхней части брызгально – оросительным устройством. При этом происходит резкое охлаждение шлака и он растрескивается.

Под шахты выполняют с  уклоном 15° для обеспечения надежного  смыва с него шлака. Для обеспечения  плотности между шахтой и бункером устанавливают компенсатор. Смыв производят периодически сильной струей воды, подаваемой через сопло, приводимое в качательное движение при закрытой дверцей. Смытые из шахты через решетку поступает в канал. Крупные куски шлака, оставшиеся на решетки, после их измельчения также сбрасывают в тот же канал. Шахта имеет затвор с гидравлическим приводом и люки.

Котлы большой производительности оборудуют устройствами для непрерывного механизированного спуска и удаления шлака в без мешательства персонала с применением скребковых транспортеров и расположенных за ними шлакодробилок(рис.)

Чтобы предохранить золовой  бункер от подсоса воздуха, смочить  золу и направить ее в каналы системы гидрозолоудаления, устанавливают золосмывные устройства. На электростанциях в эксплуатации находятся ряд типов золосмывных устройств. Наиболее надежным оказалось комбинированное золоспускное устройство, имеющее мигалку ВТИ для предотвращения подсоса воздуха в золовой бункер и смачивающий золу аппарат («чайник»), предохраняющий от пыления при спуске золы в золовой канал гидрозолоудаления.

Шлакозоловые  каналы и побудительные сопла

Гидротранспорт золы и  шлака от золосмывных шахт до приемных устройств багерных и шламовых насосов  или гидроаппаратов Москалькова  осуществляется в большинстве случаев по открытым каналам. При выполнении этих каналов предусматривается использование для гидротранспорта живой силы потока пульпы. В пределах котельной шлаковые и золовые самотечные каналы выполняют раздельными, причем  на один шлаковой канал допускается не более пяти котлов производительности до 500 т/ч.

Теплоэлектропроект разработал унифицированный профиль каналов облицовкой из стандартовых базальтовых плит.  
Золовые каналы выполняют с минимальным числом поворотов и с уклоном 1%; шлаковые каналы проектируют прямые с уклоном 1,5%. Недостатком конструкции каналов является фильтрация через их стенки агрессивных вод гидрозолоудаления.

Для обеспечения надежного  транспорта золошлаковой пульпы, устанавливают  побудительные сопла, располагая их в местах торможения потока: в начальных  участках каналов, в узлах сопряжения, у шлаковых шахт и перед смывными устройствами. Пример установки побудительного сопла в золовом канале показан  на рисунке. Сопла устанавливают  на высоте 200 – 300 мм от дна облицовки  под углом 5- 6° к оси канала. При совместном транспорте золы и  шлака напор воды перед соплами  принимают не менее 80 – 100 м. вод. ст.

Побудительные сопла не только обеспечивают транспорт шлака, но и  способствуют некоторому его измельчению, что особенно важно в установках с гидроаппаратами Москалькова.

Золошлакопроводы

Для перекачки гидрозоловой и гидрошлаковой пульпы на отвал, осуществляемой багерными и шламовыми  насосами либо центральными гидроаппаратами, применяют металлические трубопроводы диаметром 250 – 400 мм, уложенные на опорах с уклоном в сторону отвала. Для компенсации температурных  удлинений на золошлакопроводах устанавливают сальниковые компенсаторы одно- или двустороннего типа соотвественно через 200 и 400 м.

Скорость пульпы в золошлакопроводах при проектировании принимают в таких пределах, при которых обеспечивается предотвращение выпадения шлака (или золы) из потока (заиление золошлакопроводов), износа труб и чрезмерного увеличения сопротивления, а соответственно и расхода электроэнергии на гидротранспорт.

При перекачке гидрозолошлаковой  пульпы багерными насосами скорость принимают 1,7 – 1,8 м/сек, и гидроаппаратами  Москалькова, работающими с подсосом воздуха (без учета объема, занимаемого  воздухом), - 1,4 – 1,6 м/сек; при перекачке гидрозоловой пульпы шламовым насосами скорость принимается равной 1,1 – 1,3 м/сек.

Трубопроводы для перекачки шлака и золы на отвал принимают с одной резервной линией; рекомендуется устройство общего резервного трубопровода для шлака и золы. Допускается укладка дополнительной резервной линии трубопроводов при возможности значительных отложений. Для обеспечения длительной и надежной работы золошлакопроводов трубы или их защитную облицовку выполняют из износоустойчивых материалов. Золошлакопроводы укладывают на сборных железобетонных опорах без катков. Опорожнение золошлакопроводов предусматривается в приямки котельной и в отвалы. При неблагоприятном профиле трассы допускается опорожнение золошлакопроводов в пониженных точках профиля.

При транспорте золы, содержащей свободную известь, в золошлакопроводах образуются кристаллические отложения, которые постепенно увеличиваются, в связи с чем производительность системы гидрозолоудаления снижается и золошлакопроводы необходимо отключать на очистку; до настоящего времени еще не разработаны механизированные способы очистки, а также и методы предотвращения образования отложений на трубах.

Багерные  и шламовые насосы; шлакодробилки

Основными элементами багерного  насоса, представляющего собой одноступенчатый  центробежный насос, являются: чугунный корпус, рабочее колесо из марганцовистой стали с четырьмя лопастями, крышка, всасывающий и нагнетательный патрубки, вал, опорная стойка и броня, защищающая корпус насоса, всасывающую крышку и нагнетательный патрубок(рис). Для предохранения шейки вала багерного насоса от истирания ее золой к сальнику подается чистая вода под давлением 55 – 60 м вод. ст. Багерные насосы, предназначенные для перекачки шлаковой пульпы, могущей содержать куски размером до 50 мм, весьма быстро изнашиваются и требуют частой разборки для ремонта. Наблюдениями за работой багерных насосов установлена следующая продолжительность работы их основных деталей: рабочее колесо – 600 – 720 ч, корпус – 1440 – 1680 ч.

Для перекачки гидрозоловой пульпы используют шламовые (песковые) насосы с напором 45 м вод. ст., которые по конструкции и к. п. д. не отличаются от багерных насосов, либо землесосы с напором до 26 м. вод. ст.

Для надежной работы багерного  насоса поступающий в него шлак подвергается дроблению до 25 мм в дробилках, устанавливаемых  перед насосом. На рис. 23-7 показана одновалковая дробилка производительностью 12 т/ч, состоящая  из барабана с зубьями (шипами) 1 и  дробильной зубчатой плиты 2, расположенных в корпусе 3. Вверху имеется решетка 5, через которую шлак поступает  в корпус дробилки. Для предохранения дробилки от поломки при случайном попадании в нее металлических или других твердых предметов имеется предохраняющая пружина 4.

Для обеспечения минимальной  длины пути движения пульпы от места  ее выхода до багерного насоса целесообразно  багерные насосы размещать в самой  котельной, располагая их между котлами, что способствует также уменьшению их заглубления. На рис. 23 – 8 показан вариант такого размещения багерной с тремя насосами с шлакодробилками (один рабочий, один резервный и один ремонтный) для совместного удаления золы и шлака. Вариант расположения багерной насосной вне здания с перекачкой шлаковой пульпы багерными насосами, а золовой  пульпы шламовыми насосами показан на рис. 23-9.

Центральный гидроаппарат Москалькова

По конструкции и принципу действия гидроаппарат представляет собой горизонтальный водоструйный эжектор, предназначенный для создания напора, обеспечивающего принудительный транспорт гидрозолошлаковой смеси из котельной до золоотвала.

Гидроаппарат (рис. 23 - 10) состоит из сварной рамы 1, на которой установлен литой чугунный корпус, с одной стороны которого находится сопловой патрубок 14 с присоединенным к нему дистанционным патрубком 16, а с другой стороны – стальной сварной корпус диффузора 19. Вверху корпуса имеется пирамидальная приемная воронка 8, оканчивающаяся фланцем, присоединяемым к бункеру шлакоприемника; внутренняя поверхность воронки и корпуса защищена стальной броней 9 – 12. К выходной части соплового патрубка присоединяют корпус напорного насадка 2 и сопло 3; дистанционный патрубок снабжен сальниковым компенсатором 15. Корпус диффузора состоит из четырех чугунных элементов 4 – 7.

Работа этого аппарата происходит следующим образом. Из шлакоприемного бункера через приемную воронку 8 гидрозолошлаковая смесь поступает  в смесительную камеру 20 гидроаппарата, в которую также направляется выходящая из сопла 3 струя эжектирующей воды, обладающая большой скоростью. Благодаря этому в начальном сечении диффузора весь , шлака, воды и засосанного воздуха, обладает запасом скоростного напора, который в процессе движения потока через диффузор преобразуется в статический напор, величина которого обусловливается сопротивлением золошлакопровода. Под этим давлением пульпа транспортируется до золоотвала.

Быстроизнашивающимися деталями этого аппарата являются: броня, крышка, элементы диффузора, корпус сопла и  сопловой насадок. Особенно быстро изнашиваются горловина первого элемента диффузора, второй его элемент и входная  часть третьего элемента.

Для средних условий работы длительность службы частей гидроаппарата, изготовленных из отбеленного чугуна (первый и второй элементы) и из серого чугуна (третий и четвертый элементы), характеризуется следующими данными (табл. 23 - 2):

Таблица 23 – 2

Износ диффузора сверх  допустимого предела приводит к  снижению производительности гидроаппарата, а иногда к полному прекращению  его работы.

Оптимальный диаметр рабочего сопла гидроаппарата определяют по расходу  напору эжектирующей вода при максимальном к. п. д. насоса.

Компоновка центральных гидроаппаратов для транспорта шлаковой пульпы и шламовых насосов для транспорта золовой пульпы показана на рис. 23 – 11.

Пневматическое  и пневмогидравлическое золоудаление .

Пневмозолоудаление можно осуществить всасывающими и нагнетательным. В СССР на электростанциях малой и средней мощности распространение получила всасывающая система с паровым эжектором (рис.23 - 12). Всасывающие системы в некоторых случаях применяют с вакуум – насосом или высоконапорным вентилятором.

При пневматической системе  золоудаления с паровым эжектором  зола и шлак удаляются воздухом, засасываемым из котельной за счет разрежения, создаваемого паровым эжектором. Очищенный воздух через напорный воздухопровод сбрасывают в дымовую  трубу.

На сборных бункерах и  циклонах – осадителях пневмозолоудаления устанавливают предохранительные  клапаны.

По данным испытаний систем пневмозолоудаления на пяти электростанциях, произведенных ОРГРЭС, выявлены следующие основные недостатки оборудования этих систем золоудаления: ненадежная работа шлаковых дробилок, часто входящих из строя; трудность обеспечения стабильной неэкономичность работы паровых эжекторов и быстрый износ их диффузоров; интенсивный износ золопроводов; периодичность работы и связанное с этим большое число переключений.

По данным испытаний ориентировочная  длительность службы отдельных элементов  систем пневмозолоудаления составляет, ч: шлаковых трехвалковых дробилок 600- 800,золопроводов 3000 – 5000, колен 1000 – 1500, диффузоров эжекторов 50 – 500*, водокольцевых насосов 3000 – 5000.

Пневмогидравлическое золоудаление с эрлифт – насосами применяют на электростанциях в случаях расположения их золоотвалов на небольшом расстоянии. В этой системе схема золоудаления внутри котельной аналогична обычным системам гидрозолоудаления, а внешний транспорт пульпы обеспечивается эрлифт – насосами.

Схема работы такой системы  золоудаления показана на рис. 23 – 13.

В случаях, когда расчетная  глубина колодца, требующаяся для  обеспечения необходимой высоты  подъема пульпы от свободного уровня в смывном канале котельной до отметки выпуска ее в золоотвал (с учетом геодезической высоты), окажется слишком большой, устанавливают  двухступенчатый эрлифт – насос.

Достоинствами описанной  системы золоудаления являются: использование в пределах котельной освоенного гидравлического золоудаления, отсутствие вращающихся деталей, подверженных износу, простота оборудования и удобство его обслуживания. Однако, несмотря на это, пневмогидравлическое золоудаление до сих пор применяется весьма редко, и возможности его применения используются недостаточно.

Расчет золошлакопроводов.

При расчете золошлакопроводов  в системах со шламовыми и багерными  насосами, гидроаппаратами Москалькова, при раздельном и совместном транспортировании  золы и шлака можно пользоваться опубликованной методикой, разработанной  ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева.

Гидравлическое сопротивление  золошлакопровода H_Д при транспортировании шлака определяется по формуле:

H_Д = (1+ζ) λ + h+ΔH_ɑ, м вод. ст., (23 - 1)

Где    ζ – коэффициент местных сопротивлений золошлакопровода;

         L и D – длина и диаметр золошлакопровода, м;

         γ_п и γ_в – соответственно объемный вес пульпы и удельный вес воды,               т/м³;  

       h – геометрический подъем от оси насоса или гидроаппарата до оси золошлакопровода в месте выпуска пульпы, м;

      ΔH_ɑ - суммарное дополнительное сопротивление в наклонных участках золошлакопровода, м вод. ст.

Коэффициент сопротивления:

 λ = λ_ω + λ_s,

где коэффициент гидравлического  сопротивления λ_ω не зависит от свойств твердого материала и определяется в зависимости от диаметра золошлакопровода по данным табл. 23 – 3, а коэффициент дополнительного сопротивления λ_s в зависимости от консистенции С – по данным табл. 23 – 4.

 Таблица 23 – 3 

Таблица 23 – 4