Капишников А.В., Конева С.Е.
ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЫ КАК СПОСОБ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ПАРОВЫХ КОТЛОВ ОТ ПРОДУКТОВ НЕПОЛНОГО СГОРАНИЯ *
Аннотация:
в данной статье рассмотрен способ очистки дымовых газов от продуктов неполного сгорания электрофильтром, рассмотрено устройство электрофильтра, приведены графики зависимостей улавливания мелких, твёрдых частиц
Ключевые слова:
электрофильтр, дымовые газы, очистка газов, продукты неполного сгорания, формула Дейча
УДК 621.18
Капишников А.В.
магистр, ст. преподаватель кафедры котло-и реакторостроения
Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова
(г. Барнаул, Россия)
Конева С.Е.
студент гр. ЭМ-91, ФЭАТ.
Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова
(г. Барнаул, Россия)
ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЫ КАК СПОСОБ
ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ПАРОВЫХ КОТЛОВ
ОТ ПРОДУКТОВ НЕПОЛНОГО СГОРАНИЯ
Аннотация: в данной статье рассмотрен способ очистки дымовых газов от продуктов неполного сгорания электрофильтром, рассмотрено устройство электрофильтра, приведены графики зависимостей улавливания мелких, твёрдых частиц.
Ключевые слова: электрофильтр, дымовые газы, очистка газов, продукты неполного сгорания, формула Дейча.
Очистка газовых выбросов в атмосферу от твёрдых частиц неполного сгорания является важнейшей задачей по защите окружающей среды, ввиду специфики российской энергетики, где большую роль в генерации тепла и электричества составляют ТЭЦ. От вида, характеристик топлива, способов пылеприготовления, сжигания и, конструкции топки котла зависит количество частиц золы и несгоревшего топлива в продуктах сгорания. К примеру, при использовании бурых углей удельное содержание в них золы составляет 40-42 г/м3, что превышает допустимую концентрацию твердых частиц в газах, согласно санитарно-техническим нормам [1].
В котельных установках применяют следующие устройства: это электрофильтры, различные мокрые золоуловители, в основном трубы Вентури и механические инерционные золоуловители.
К эффективным золоуловителям на ТЭЦ относятся электрофильтры (ESP), которые имеют степень очистки газов от твердых частиц 99,0 - 99,8% при гидравлическом сопротивлении не более 200 Па. Очистка дымовых газов в электрофильтрах основана на разряде между двух электродов, к которым подведен пульсирующий электрический ток высокого напряжения до 60 кВ. Поток газов, проходя через электрофильтр наполняется отрицательными ионами, движущимися от коронирующего к осадительному электроду под действием сил электрического поля. Отдав заряд, частица падает в карман, а затем в золовый бункер [2].
Унос, накапливающийся на осадительных электродах, периодически стряхивается специальными устройствами в бункере, а затем удаляется. Коронирующие электроды сделаны в виде металлических стержней, штыкового сечения или в виде ленточно-игольчатых стержней. Осадительные электроды выполнены из труб или пластин.
Рисунок 1 - Принципиальная схема электрофильтра
Унос, накапливающийся на осадительных электродах, периодически стряхивается специальными устройствами в бункере, а затем удаляется. Коронирующие электроды сделаны в виде металлических стержней, штыкового сечения или в виде ленточно-игольчатых стержней. Осадительные электроды выполнены из труб или пластин.
Рисунок 2 - Общий вид электрофильтра для ТЭЦ
Эффективность улавливания золы и электропотребление в электрофильтре в определяющей мере зависит от его конструкции и режима работы (поверхность осаждения F, скорость газов wr и равномерность её распределения, напряженность электрического поля Е, конструкция электродов). Она также сильно зависит от свойств топлива (состав и удельное электрическое сопротивление УЭС золы, зольность, содержание влаги и серы в угле) и характеристик котельной установки: температура дымовых газов на входе в электрофильтр, избыток воздуха, величина механического недожога.
Знак влияния отдельных факторов часто противоположный, и получаемый суммарный эффект не однозначный. При фиксированной геометрии и режиме работы электрофильтра эффективность золоулавливания зависит от следующих факторов: удельное электрическое сопротивление (УЭС) золы, фракционный состав золы, температура дымовых газов, объём дымовых газов, температура горения.
Удельное электрическое сопротивление (УЭС) золы, которое определяется составом минеральной части угля и продуктов сжигания топлива (содержание оксидов серы и влаги). Высокое удельное электрическое сопротивление слоя золы, который образуется на осадительных электродах, фактически работает как изолятор. Установлено, что максимум электрического сопротивления золы для большинства углей приходится на температуры 120-160 оС, т.е. одним из способов борьбы с высоким электросопротивлением золы является увеличение или уменьшение температуры уходящих газов. температура дымовых газов на входе в электрофильтр. Эффективность "холодного" электрофильтра повышается при снижении температуры дымовых газов (рисунок 3) как в силу снижения значения удельного электрического сопротивления, так и из-за уменьшения скорости газов [3].
Рисунок 3 - Эффективность улавливания фракций летучей золы.
1, 2, 3 при О'эф = 90, 110, 130°С
Фракционная эффективность золоулавливания i-той фракции (т|фр) = (СуЛфр)г 100/(Свхфр)|, % изменяется достаточно в больших пределах для разных размерных фракций (рисунок 3), и, соответственно, золы в целом отдели фракций.
Объём дымовых газов. С ростом объёма дымовых газов растёт скорость в электрофильтре и снижается эффективность улавливания;
Температура горения. С ростом температуры горения увеличивается образование субмикронной фракции золы, эффективность улавливания которой ниже, чем частиц микронного размера;
Для оценки эффективности обычно используется формула Дейча (1),
где ω – скорость дрейфа частиц;
L – длина активной зоны электрофильтра;
Ho – межэлектродное расстояние;
Vг – скорость газов в электрофильтре
Эффективность улавливания золы возрастает при увеличении напряжённости электрического поля Е, которое можно держать выше при увеличении электрической прочности газовой фазы. Электрическая прочность газовой фазы при температуре выше точки росы tp растёт при увеличении концентрации трёх- и четырёх атомных газов (диоксид углерода СО2, водяной пар Н2О, оксиды серы SO2 и SO3) и при снижении температуры дымовых газов [4].
Эффективность улавливания золы в значительной мере определяется скоростью дрейфа заряжённых частиц к осадительным электродам; с уменьшением скорости дрейфа снижается степень улавливания золы (формула Дейча (1)). Значения скорости дрейфа плавно уменьшаются при увеличении в определённом диапазоне удельного электрического сопротивления золы (рисунок 4).
Рисунок 4 - Зависимость эффективной скорости дрейфа
от логарифма удельного сопротивления золы и эффективности
улавливания при высоком УЭС.
Эффективность работы электрофильтра также уменьшается и при высокой проводимости (низкое значение УЭС, в том числе и из-за повышенного недожога) слоя из-за разрядки частиц золы, слабого их удержания вследствие этого на поверхности и возврата в поток газов. Величина удельного электрического сопротивления зависит от состава золы и дымовых газов. Обычно высокое сопротивление имеют угли с низким содержанием натрия и серы.
Электрофильтры широко используются для очистки дымовых газов на ТЭЦ Электрофильтрами оборудованы энергоблоки мощностью более 150 МВт и более мелкие котлы, в которых сжигаются угли с повышенным содержанием щёлочноземельных элементов в золе.
К достоинствам электрофильтров относят возможности достижения высокой степени очистки, обработки больших объемов дымовых газов при низком гидравлическом сопротивлении (менее 0,4 кПа), получение золы в сухом виде, низкие эксплуатационные затраты и применимость для углей с высоким содержанием щёлочноземельных элементов [4].
Недостатки электрофильтров связаны с зависимостью эффективности от свойств топлива и, прежде всего, низкой эффективностью или необходимостью иметь большое количество полей при использовании углей с высокоомной золой, а также с невысокой степенью улавливания экологически наиболее опасных тонких частиц 6=2,5 -10 мкм (рисунок 3).
Переход к безотходному производству, на данный момент, является наиболее надежным и экономичным способом защиты биосферы от вредных газовых выбросов. Под этим подразумевается разработка оптимальных технологических систем с замкнутыми энергетическими и материальными потоками. Создание и внедрение улучшенных технологических процессов и систем, которые будут работать по замкнутому циклу и позволять исключать образование большого количества отходов, является важнейшим направлением. Но на данный момент электрофильтры наиболее эффективны.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Русланов, А.А. Очистка дымовых газов в промышленной энергетике / А. А. Русланов, И. И. Урбах, А. П. Анастаслади. – М.: Энергия, 1969. -456с.
Эстеркин, Р.И. Промышленные котельные установки: учебник для техникумов. – 2–е изд., перераб. и доп. / Р.И. Эстеркин. –СПб.: Энергоатомиздат, 1985. – 400 с.
Задавина Е.С., Рязанова Ю.А., Папин А.В., Игнатова А.Ю. ОБЗОР ИННОВАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ И ОБОРУДОВАНИЯНА ПРЕДПРИЯТИЯХ УГЛЕДОБЫЧИ И УГЛЕПЕРЕРАБОТКИ / Ползуновский вестник. 2018. № 2. С. 102-106.
Ужов В.Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами.-М.: Химия, 1967. – 340 с.
Номер журнала Вестник науки №10 (55) том 4
Ссылка для цитирования:
Капишников А.В., Конева С.Е. ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЫ КАК СПОСОБ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ПАРОВЫХ КОТЛОВ ОТ ПРОДУКТОВ НЕПОЛНОГО СГОРАНИЯ // Вестник науки №10 (55) том 4. С. 130 - 138. 2022 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/6319 (дата обращения: 25.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2022. 16+