Экологический холдинг Электрофильтры, рукавный фильтры Кондор-Эко СФ НИИОГАЗ

ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОТ ЗОЛЫ ЭКИБАСТУЗСКИХ УГЛЕЙ И ДРУГИХ ВЫСОКООМНЫХ ПЫЛЕЙ


 

 

 

 

 

В энергетике с расширением области применения электрофильтров для очистки дымовых газов уже в пятидесятые годы прошлого века существовала проблема эффективного улавливания золы низкосернистых углей, аналогичных экибастузским углям. Особенностью при сжигании этих углей является высокое удельное электрическое сопротивление (УЭС) слоя золы на осадительных электродах электрофильтра (ЭФ), которое является причиной возникновения «обратной короны» в ЭФ. На приборах агрегатов питания отражается суммарный ток коронного разряда и «обратной короны». Если увеличение тока коронного разряда в ЭФ ведет к повышению его эффективности, то увеличение тока «обратной короны» ведет к снижению эффективности ЭФ. Кроме высокого УЭС, при сжигании экибастузских углей, в отходящих газах образуется повышенная концентрация золы (от 40 до 100 г/нм3), такая концентрация золы на входе в ЭФ при медианном диаметре частиц 10-20 мкм вызывает запирание коронного разряда и снижение тока коронного разряда. Поэтому запирание коронного разряда дополнительно снижает эффективность улавливания золы в ЭФ [1]

Поиски путей решения проблемы улавливания золы с высоким УЭС в мировой практике шли разными путями [2]:

  1. Установки высокотемпературных ЭФ перед регенеративными воздухоподогревателями (РВП), например, в США. Но со временем эксплуатации эффективность ЭФ падала из-за появления признаков влияния «обратной короны», хотя и была выше, чем при температуре 160-170 градусов (оптимальная температура для появления «обратной» короны).
  2. В дальнейшем развивались различные виды подготовки дымовых газов: снижение температуры до 100 градусов, кондиционирование дымовых газов паром, водой, впрыскивание или вдувание в газы реагентов. Всё это снижало УЭС слоя на осадительных электродах ЭФ до уровня, когда эффект «обратной короны» исчезает и ЭФ работает также эффективно, как и при улавливании золы с УЭС 108 Ом м.
  3. В 80-90-е годы большое внимание уделялось знакопеременному, импульсному питанию ЭФ и различным способам управления режимами питания и встряхивания электродов ЭФ.

К проблемам ЭФ также следует отнести различные виды уносов золы из ЭФ, которые в 70-80-е годы не позволяли сделать ЭФ с выходной запыленностью ниже 100 мг/м3 при высоте электродной системы до 12 м.

Учитывая, что влияние запирания коронного разряда было недостаточно изучено, считалось, что снижение эффективности при улавливании золы при Zвх более 40 г/нм3 связано с возрастанием уносов с осадительных электродов и ухудшением газораспределения при возрастании запыленности потока газов.

В технических условиях на ЭГБМ, лучший аппарат того времени, записано требование о достижении ЭФ выходной запыленности 100 мг/нм3. Следует отметить, что этот параметр достигался в ЭФ при улавливании золы с УЭС до 108 Ом м и при входной запыленности Zвх в ЭФ до 30 г/нм3.

В настоящее время в ЭФ типа ЭГАВ, ЭГЭС, ЭГВМ влияние увеличения входной запыленности на снижение эффективности ЭФ резко уменьшено за счет разработки и применения в этих ЭФ элементов коронирующих электродов с напряжением зажигания коронного разряда менее или равным 10 кВ на воздухе и улучшение газораспределения в последних полях ЭФ за счет установки газораспределительной решетки на выходе из ЭФ. Эти решения позволили достичь на выходе из ЭФ остаточной запылённости (Zвых) 20 - 30 мг/нм33 с высотой электродной системы до 13,5 м. Объём очищаемых дымовых газов в таких ЭФ может составлять более 1,5 млн нм3 в одном аппарате. Например, на энергоблоке 660 МВт при двухкорпусной компоновке котла в настоящее время установлено четыре ЭФ типа ЭГАВ с активным сечением 362 м2 каждый.

По результатам применения ЭФ, улавливающих высокоомные золы на электростанциях в Индии, сделан вывод, что для достижения выходной запыленности 100 мг/м3 необходимы очень большие ЭФ. Ранее при выборе ЭФ рекомендовалось учитывать увеличение удельной площади осаждения в несколько раз. Так в журнале «Электрические станции» №10 за 2010 год приведены методики выбора ЭФ, которые были разработаны и освоены в серийное производство в 70-80-е годы. Показано, что для достижения выходной запыленности 400, 150 и 50 мг/нм3 достаточно применение ЭФ с 5-ю ...7-ю полями по ходу газа.

Одним из путей решения проблемы улавливания золы с высоким УЭС может стать применение рукавных фильтров (РФ) вместо ЭФ.

Однако в 50-70-е годы прошлого века еще не существовало подходящих фильтровальных материалов и аппаратов фильтрации для очистки больших объемов газов, что может быть востребовано теперь на ТЭЦ и ГРЭС.

В 80-е и особенно 90-е годы на мировом рынке появились требуемые фильтровальные материалы и РФ с импульсной продувкой, что позволило очищать дымовые газы объёмом до 1-1,5 млн нм3/час в одном аппарате при выходной запыленности до 20 мг/нм3. Такие РФ эксплуатируются уже длительное время.

Работа РФ не зависит от УЭС золы. Применение РФ для очистки дымовых газов, например, при сжигании экибастузских углей, позволяет решать проблему улавливания высокоомной золы, но реальный срок службы рукавов составляет 2-2,5 года и эксплуатационные затраты в связи с этим резко возрастают по сравнению с ЭФ.

Низкий срок службы рукавов связан с высокой абразивностью золы экибастузских углей (до 1,98х10-11 м2/кг) и повышенной её концентрацией (до 90-100 г/нм3) перед входом в РФ. Поэтому для обеспечения надёжной и эффективной очистки требуется их подготовка перед РФ с целью снижения входной концентрации. Это позволит увеличить период очистки рукавов при достижении определённого гидравлического сопротивления, например, 500-700 Па, и, соответственно, повысить срок службы по критерию механического износа.

Механический износ также зависит от способа очистки рукавов и от их исполнения: с каркасом или без него. В первом случае очистка рукавов осуществляется через специальное устройство импульсной струей воздуха, во втором - продувкой обратным потоком. В обоих случаях после очистки гидравлическое сопротивление рукава снижается, и при восстановлении процесса фильтрации на поверхности фильтровального материала нарастает новый слой частиц золы и гидравлическое сопротивление также растет.

Наличие металлического каркаса в конструкции фильтров с импульсной продувкой в большей степени влияет на эффект механического износа, так как рукава для фильтра с обратной продувкой вместо каркаса имеют вшитые металлические кольца. В основном увеличение срока службы рукавов для фильтров с обратной продувкой будет достигаться за счет снижения удельной нагрузки до 0,4 м32/мин по сравнению с 1,5 м32/мин для фильтра с импульсной продувкой. Механический износ при высокой абразивности золы определяет заданное число продувок для импульсных фильтров и большее число продувок для фильтров с обратной продувкой.

Однако, практически установлено, что для рукавных фильтров с импульсной регенерацией удельная газовая нагрузка находится в пределах 1,5-2,0 м32/мин, а для фильтров с обратной продувкой - 0,4-0,7м32/мин. Отсюда, для одинаковой производительности, фильтры с обратной продувкой имеют площадь фильтрования в 3-4 раза больше и, соответственно, их габариты существенно больше РФ с импульсной продувкой. Это практически исключает возможность использования фильтров с обратной продувкой, несмотря на преимущества по механическому износу рукавов.

Учитывая, что снижение входной запыленности приводит к сокращению числа продувок, при подготовке дымовых газов для очистки в РФ в первую очередь необходимо добиваться максимального снижения запыленности на входе в зону фильтрации и выбирать возможность работы РФ с меньшей удельной нагрузкой. Габариты ячейки энергоблока, в которой размещается установка золоулавливания, будут ограничивать размеры аппарата и поэтому предпочтение будет отдаваться фильтру с импульсной продувкой, если в нем достигается требуемый срок службы рукавов. Возможность работы с меньшей удельной нагрузкой РФ с импульсной продувкой реализуется при применении гофрированного фильтровального материала МФ-3D.

Применяя предварительную очистку, входную запыленность в РФ можно снизить в десятки раз. Предварительная очистка газов может быть механической или электрической.

Зола экибастузских углей с d50 равном 10-20 мкм может улавливаться, например, высокоэффективными циклонами со степенью очистки до 95%. Следовательно, при входной запыленности в циклон 100 г/нм3 на входе в РФ будет 5 г/нм3. Для РФ это будет комфортным режимом работы и можно предполагать срок службы до 5 лет, но учитывая абразивность золы экибастузских углей высокоэффективные циклоны будут постоянно и быстро изнашиваться и потребуют защиты от абразивного износа, например, гуммированием. Следует отметить, что гидравлическое сопротивление высокоэффективных циклонов, обеспечивающих минимальную запыленность газов на входе в зону фильтрации, составляет более 1000 Па. Поэтому механический износ рукавов при прочих равных условиях выгоднее уменьшить, применяя электрическую предочистку.

Для электрической предочистки рассмотрим два типа ЭФ - с напряжением зажигания коронного разряда U0 = 20-25кВ на воздухе и разработанные в последнее время ЭФ с электродной системой, где U0 = 8-10 кВ на воздухе. Если в первом случае при указанной входной запыленности 100 г/нм3 будет эффект запирания коронного разряда и, соответственно, степень очистки 95% будет достигнута в 4-х польном ЭФ, то во втором случае, когда U0 = 8-10 кВ при этой входной запыленности влияние запирания коронного разряда не будет, а в 3-х полях ЭФ может быть достигнута степень очистки 99,3% [3]. В этом случае в зону фильтрации будет поступать поток газов в несколько раз меньшей запыленности.

Таким образом, если сравнивать механическую предочистку и электрическую, в которой применена электродная система с напряжением зажигания 10 кВ, то преимущества электрической предочистки по снижению запыленности существенны.

Гидравлическое сопротивление электрической предочистки менее 200 Па при обеспечении запыленности газа на входе в зону фильтрации 700-800 мг/нм3, учитывая приведенные результаты, суммарное гидравлическое сопротивление зоны фильтрации с механической предочисткой может оказаться выше 3000 Па. Суммарное сопротивление аппарата с электрической предочисткой составит менее 2200 Па, а с учетом результатов исследований фильтрации заряженных частиц, может быть значительно меньше. Сравнение этих методов подготовки газа показывает преимущество электрического метода, при котором достигается возможность увеличения дополнительного срока службы рукавов и снижение гидравлического сопротивления. Все это вместе ведет к существенному снижению эксплуатационных затрат.

В литературе [4] показано, что стоимость гибридного аппарата, состоящего из электрической части и рукавной части, при прочих равных условиях составляет 72,6% от стоимости ЭФ для обеспечения остаточной запыленности газа 50 мг/нм3 и на 8,6% меньше стоимости чисто рукавного фильтра. А фильтр с механической предочисткой будет дороже на стоимость высокоэффективных циклонов. Кроме того, к этой экономике надо добавить еще меньшие эксплуатационные затраты на гибридный фильтр по сравнению с РФ.

С учетом всего вышеизложенного для улавливания золы, образованной при сжигании экибастузских углей, наиболее рациональным является метод очистки, реализованный в гибридном аппарате, механическое оборудование которого размещается в корпусах 5-4-3-польных ЭФ, установленных на существующих энергоблоках 500 и 300 МВт.

 

Заключение

Для очистки газов от высокоомных золы и пыли наиболее рациональным является метод очистки, реализованный в гибридном аппарате, особенно для мощных энергоблоков, имеющих большие объемы отходящих газов для очистки. Гидравлическое сопротивление в этом случае будет менее 2000 Па, выходная запыленность менее 20 мг/нм3. Стоимость гибридного аппарата с зоной фильтрации из фильтровального материала МФ-3D будет меньше стоимости рукавного фильтра.

 

Список литературы

1. Дымовые электрофильтры / Левитов В.И., Решидов И.К., Ткаченко В.М. и др. М.: Энергия, 1980.

2. Экотехника. Защита атмосферного воздуха от выбросов пыли, аэрозолей и туманов / Под редакцией Чекалова Л.В. Ярославль: Русь, 2004.

3. Верещагин И.П., Ткаченко В.М., Чекалова Л.В. К обоснованию применения дымовых электрофильтров с увеличенным межэлектродным расстоянием. - Электричество, 2009, №2.

4. Верещагин И.П., Ткаченко В.М., Чекалова Л.В. и др. Очистка дымовых газов от угольной золы с высоким удельным электрическим сопротивлением. - Электрические станции, 2010, №10.

 

Доктор технических наук Чекалов Лев Валентинович
Кандидат технических наук Гузаев Виталий Александрович

 

Статьи

 

Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru