Газовоздушный тракт

Газовоздушный тракт является важной составной частью тепловой электрической станции, сооружение которого связано с большими трудностями и большим расходом материалов. Этот тракт в значительной мере определяют размеры ТЭС, и на транспортировку по нему дымовых газов и воздуха тратится большое количество энергии, от его работы зависит надёжность работы ТЭС в целом.

Тепловая электрическая станция, потребляя огромное количество топлива и воздуха, выбрасывает полученные в результате сгорания вредные вещества в окружающую среду. Поэтому в газовоздушном тракте наряду с парогенератором, тягодутьевыми машинами и газовоздухопроводами всё большее значение приобретают газоочистные устройства и дымовые трубы, которые рассеивают дымовые газы в атмосфере.

Принципиальная схема газовоздушного тракта зависит от вида топлива, от принятой по проекту схемы топливоприготовления, от типа топочного устройства котлов, от способа подогрева воздуха и т.д.

Через дымовые трубы электростанции в атмосферу поступают: летучая зола и частицы несгоревшего пылевидного топлива, сернистый и серный ангидрид, окислы азота и газообразные продукты неполного сгорания. При сжигании мазута, кроме перечисленных, ― соединения ванадия, соли натрия, частицы сажи. В золе некоторых видов топлива содержатся также мышьяк, свободная двуокись кремния, свободная окись кальция и другие. При сжигании природного газа выброс окислов азота является единственным, но весьма существенным загрязнителем атмосферы.

Примеси, содержащиеся в дымовых газах, загрязняя атмосферу, оказывают вредное влияние на организм человека, растительный и животный мир. Для защиты населения от вредных выбросов по правилам, предписываемым санитарными нормами, при проектировании электростанций должно предусматриваться отделение их от жилых районов санитарно-защитными зонами, протяжённость которых определяется количеством выбросов золы, окислов серы и азота и розой ветров так, чтобы концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе не превышала предельно допустимой концентрации (ПДК).

Это обеспечивается на электростанциях, сжигающих пылевидное топливо, установкой эффективных золоуловителей и сооружением дымовых труб большой высоты, создающих более благоприятные условия для рассеивания дымовых газов, включая и рассеивание окислов серы и азота. На электростанциях, работающих на жидком топливе, основным мероприятием является сооружение высоких дымовых труб.

Тип золоуловителей и высоту дымовых труб выбирают в соответствии с расчётом рассеивания в атмосфере выбросов из дымовых труб.

На работу золоулавливающих установок оказывают влияние следующие характеристики золы: слипаемость, то есть способность золы слипаться и налипать на стенки золоулавливающих аппаратов и газоходов; сыпучесть; плотность; абразивность; удельное электрическое сопротивление и т.д.

Рассмотрим некоторые типы золоуловителей.

Мокропрутковые золоуловители. Процессу улавливания золы в золоуловителях этой группы способствует укрупнение частиц вследствие увлажнения их тончайшими фракциями воды, подаваемой в запылённый поток газов. Осаждение улавливаемых частиц происходит на плёнку жидкости, стекающей по внутренней стенке аппарата, чем предотвращается вторичный унос уловленной золы, нередко происходящий в сухих золоуловителях.

Для защиты от коррозии и золового износа внутренние поверхности корпуса и входного патрубка облицованы кислотоупорными керамическими плитами.

Рис.7 Мокрый золоуловитель с коагулятором Вентури:

1 ―вход запылённых газов; 2 ―выход очищенных газов; 3 ―сопла для подачи воды в горловину трубы Вентури; 4 - 6 ―конфузор, горловина и диффузор коагулятора Вентури; 7 ―корпус каплеуловителя; 8 ―подача воды для орошения стенок каплеуловителя; 9 ―бункер каплеуловителя; 10 ―гидрозатвор; 11 ―подача пульпы в канал гидрозолоудаления.

При проходе запылённых дымовых газов через прутковую решётку содержащиеся в них частицы золы осаждаются на смоченных прутках и выносятся водой в нижнюю часть аппарата, где под действием центробежной силы отжимаются к орошаемой стенке цилиндра, осаждаются на ней, а затем уносятся стекающей водой в коническое днище, затем через гидрозатвор образовавшаяся пульпа направляется в канал гидрозолоудаления.

В цилиндрической части аппарата под действием центробежной силы также происходит осаждение на стенках мелких частиц золы, которые не были уловлены на прутковой решётке. Очищенные дымовые газы выходят из аппарата и направляются к дымососу.

Степень очистки мокропруткового золоуловителя зависит от скорости газов во входном патрубке, плотности золы, её фракционного и химического состава и т.д. С увеличением крупности частиц золы степень очистки возрастает.

Положительные стороны мокропруткового золоуловителя такие: высокая эффективность, относительно невысокая стоимость, умеренные габариты, простота обслуживания.

Недостатки следующие: при значительном содержании в топливе окиси калия весьма затрудняется их эксплуатация вследствие образования во входных патрубка, на прутковых решётках твёрдых отложений сульфатов и карбонатов железа; при большой слипаемости золы происходит налипание шлака на прутки (это явление происходит на Приморской ГРЭС, где используются бурые местные угли с большим содержанием глины).

КПД мокропрутковых золоуловителей колеблется от 88 до 94%.

Электрофильтры. Установка электрической очистки дымовых газов включает собственно электрофильтр и агрегат его питания. Электрофильтр представляет собой металлический или железобетонный корпус, внутри которого размещены осадительные и коронирующие (излучающие) электроды, оборудованные механизмами для удаления с них уловленной золы.

Очистка дымовых газов от уноса в электрофильтре основана на создании неравномерного электрического поля высокого напряжения и образовании коронного разряда при атмосферном давлении между электродами, расположенными в корпусе (проще говоря, создаётся что-то похожее на местную молнию). Коронным называется самостоятельный электрический разряд в газе, характерный для системы электродов с резко неоднородным полем.

На излучающие электроды подаётся от агрегата электропитания выпрямленный пульсирующий электрический ток высокого напряжения (до 80 кВ) отрицательного знака, так как отрицательные ионы более подвижны, чем положительные.

Рис.8 Горизонтальный трёхпольный электрофильтр:

1 ―вход запылённого газа; 2 ―выход очищенного газа; 3 ―газораспределительная решётка;

4 ―защитная решётка для подвода электрического тока высокого напряжения; 5 ―рама коронирующих электродов; 6 ―осадительный электрод; 7 ―механизм встряхивания коронирующих электродов; 8 ―механизм встряхивания осадительных электродов; 9 ―корпус электрофильтра; 10 ―золовой бункер; 11 ―газоотражательные перегородки бункеров; 12 ―подъёмная шахта; 13 ―газораспределительные подъёмные элементы; 14 ―конфузор за электрофильтром.

Частицы золы, встречая на своём пути ионы, поглощают их, заряжаются и под действием сил поля также двигаются к осадительным электродам, где осаждаются под действием сил электрического поля. Периодически автоматически осадительные электроды встряхиваются, и частицы золы выпадают вниз в специальный бункер, а затем удаляются.

Степень очистки электрофильтров достигает 99÷99,8%.

Достоинствами электрофильтров являются: малый расход электроэнергии и малое аэродинамическое их сопротивление, высокая степень очистки. Недостатки этих аппаратов ― громоздкость, высокая стоимость, снижение степени очистки в эксплуатации при неудовлетворительном отряхивании уловленной пыли с осадительных электродов и т.д.

Дымовые трубы. Одним из основных средств уменьшения загрязнения атмосферы вредными примесями, выбрасываемыми через дымовые трубы тепловых электрических станций, является улучшение рассеивания дымовых газов. Этому способствует уменьшение числа дымовых труб на электростанции как источников выброса и увеличение их высоты, а также скорости газов на выходе из устья трубы, что препятствует отклонению потока дымовых газов вниз. При большой высоте трубы дымовые газы, вынесенные в высокие слои атмосферы, продолжают распространяться в них, вследствие чего резко снижается концентрация вредных примесей в приземном слое воздуха.

Авария или выход из работы дымовых труб для ремонта вызывает существенный экономический ущерб, вследствие чего резко возросли требования к повышению надёжности и долговечности труб большой высоты. В РФ дымовые трубы стандартизированы. Высота дымовых труб выбирается с шагом 30 м из следующего ряда: 120, 150, 180, 210, 240, 300, 330, 360, 390, 420, 450, 500 м. Внутренние диаметры устья дымовых труб D₀ имеют следующие значения: 6,0; 7,2; 8,4; 9,6; 10,8; 12,0; 13,8 м.

Дымовые трубы работают в тяжёлых условиях. Как высотные сооружения, они подвержены мощному воздействию ветровой нагрузки и собственного веса. Кроме того, они являются замыкающим звеном газовоздушного технологического тракта ТЭС и подвергаются воздействию агрессивных нагретых дымовых газов, содержащих влагу, остаточную золу и т.д.

Для надёжной длительной работы современные конструкции дымовых труб состоят из оболочки, воспринимающей ветровые и весовые нагрузки и передающей их на фундамент. Оболочка дымовой трубы ― это монолитный железобетонный ствол (кольцевой) конической формы с уменьшающейся снизу вверх толщиной стенки. Опирается дымовая труба на железобетонный фундамент.

Число труб на тепловой электрической станции должно быть минимальным, но по условиям надёжности работы ― не менее двух. Исключение составляют многоствольные трубы (обычно 3÷4), которые могут устанавливаться по одной на ТЭС.

В железобетонной оболочке дымовой трубы могут устанавливаться несколько отделённых от футеровки металлических стволов, покрытых тепловой изоляцией. Такие трубы называются многоствольными.

Стволы выполняются из обычной или слаболегированной стали 10ХНДП толщиной 10÷12 мм. Стволы разделяют по высоте на участки и подвешиваются к оболочке металлическими тягами. Каждый ствол обслуживает свою группу паровых или водогрейных котлов. Между трубами и оболочкой образуется большое обслуживаемое пространство, где установлены лестницы и площадки. В этом пространстве могут свободно перемещаться люди, осуществляя осмотр или ремонт отключённого ствола.