Впрыск воды и введение пара в реакционную зону факела

Влияние добавки воды в зону горения изучалось в связи с проблемой сжигания водотопливных суспензий - обводненного мазута и водоугольных суспензий (ВУС), а также в связи с проблемой снижения выброса оксидов азота. При использовании жидкого топлива в виде водотопливных эмульсий содержание Мод в дымовых газах обычно снижается на 20-30%, значительно также снижается содержание сажи. Однако при добавке к мазуту 10% воды КПД котла снижается.

Выводы о влиянии ввода воды или водяного пара, полученные в нескольких проведенных исследованиях, можно разделить на две группы. Часть исследователей утверждает, что даже значительное количество водяных паров не оказывает существенного влияния на выход оксидов азота, другие, наоборот, указывают на эффективность этого метода. Очевидно, что когда водяной пар или вода вводятся за зоной образования оксидов азота, они вообще не должны оказывать влияния на образование МО. Известно, что водяные пары влияют на скорость распространения пламени в углеводородных пламенах, следовательно, они могут оказывать влияние на кинетику образования оксида азота и даже при подаче в ядро зоны горения в малом количестве заметно влиять на выход оксидов.

Исследования Л. Сингха [228], выполненные на опытной камере сгорания газовой турбины, показали, что впрыск воды в ядро зоны горения жидкого топлива позволяет снизить образование оксида азота и сажи, а добавление пара к дутьевому воздуху снижает образование оксида азота, но увеличивает выброс оксида углерода и углеводородов

. Таким образом, введение водяного пара и воды с точки зрения снижения выхода оксида азота является перспективным. Однако следует иметь в виду, что ввод воды или пара в количестве более 5-6 % от массы подаваемого в горелки воздуха может оказать отрицательное влияние на полноту сгорания топлива и показатели работы котла.

К настоящему времени практически все работы направлены на использование пара и воды для снижения выхода оксидов азота в газомазутных котлах..

Из материалов таблицы видно, что подача пара является перспективным методом снижения образования и выброса оксидов азота при сжигании каменного угля. Вопрос о целесообразности подачи пара и воды для снижения выхода МОэс в котлах должен решаться в каждом конкретном случае с учетом влияния на КПД котла.

Гравитационные пылеуловители

В гравитационных пылеуловителях выделение взвешенных частиц из газообразной среды происходит главным образом под действием силы тяжести.

Размеры полых пылеосадочных камер определяют, исходя из заданного расхода газа и минимального седиментационного диаметра частиц пыли, которые вместе с более крупными частицами должны выпасть из потока.

Из соотношения (1) видно, что чем меньше скорость газа и высота камеры и больше ее длина, тем меньшую скорость оседания можно получить, т.е. тем более мелкие частицы пыли можно выделить из запыленного потока.

Резкое снижение высоты оседания дают так называемые полочные камеры. Для удобства сбора пыли полки делают наклонными; по оси камеры расположен шнек для выгрузки осевшей пыли. Для более эффективного удаления пыли с наклонных полок применяют вибраторы или другие стряхивающие устройства периодического действия а для горизонтальных можно применять механизм, периодически наклоняющий их к центру бункера.

При конструировании пылеосадочной камеры весьма важно обеспечить равномерный подвод запыленного газа. Для этой цели устанавливают газораспределительные решетки или применяют диффузоры с рассечками, располагая их под углом 10-12° друг к другу.

Недостатками пылеосадочных камер по сравнению с другими пылеулавливающими устройствами являются их большой объем и малая эффективность, а преимуществами - малое гидравлическое сопротивление, простота и надежность конструкции и возможность удалять из газового потока фракции крупных частиц, обладающих повышенной абразивностью. Благодаря этому целесообразно использовать их в качестве первой ступени очистки перед более эффективными пылеуловителями.

Жалюзийные пылеуловители

Принцип действия жалюзийных пылеуловителей основан на резком (150 °) изменении направления узких струек газового потока, проходящих через зазоры между лопастями жалюзи, и отражении ударяющихся о поверхности лопастей частиц пыли в направлении щели (отверстия), через которую удаляется часть газового потока, обогащенного пылью.

Конические инерционные пылеосадители (ИПы) собраны из большого числа конических колец, закрепленных в каркасе с просветами между кольцами 4,2 м. Скорость выхода воздуха в первое, самое большое кольцо принимается 15 - 25 м/с.

Небольшая часть воздуха вместе с концентрированной пылью отводится из отверстия наименьшего кольца в вершине конуса и поступает в циклончик, рассчитанный на 5 - 7 % от общего расхода установки. Схема установки ИПа показана на рис. Потеря давления в циклончике при заданном расходе воздуха не должна быть больше потери давления в сети в месте присоединения рециркуляционного воздухопровода. В случае установки ИПа на всасывающей стороне вентилятора для надежной работы циклончика следует устанавливать вспомогательный вентилятор.

Основным достоинством ИПов являются малое гидравлическое сопротивление и значительно меньшие по сравнению с любыми другими пылеуловителями габариты. Так, конус ИПа №9, рассчитанный на расход воздуха 15 м³/ч, имеет габаритные размеры 106 х 515 х 1615 мм. К недостаткам этого пылеуловителя следует отнести малую надежность в условиях недостаточно квалифицированной эксплуатации. Малейшая негерметичность бункера под циклончиком приводит к резкому, а иногда и к полному нарушению процесса пылеулавливания. Воздуховод соединяющий ИП с циклончиком, нподвержен быстрому износу. Циклончик по тем же соображениям целесообразно делать литым или обкладывать изнутри листовой резиной.

Жалюзийные пылеуловители можно рекомендовать в качестве первой ступени очистки с целью предотвращения абразивного износа следующей ступени.

Одиночные осевые противоточные циклоны

Циклоны начали применять в промышленности с 80-х годов прошлого столетия. В настоящее время благодаря простоте конструкции, малым габаритам и надежности в работе это одно из наиболее широко распространенных устройств пылеочистной техники.

В этих циклонах воздух входит в циклон через тангенциальный патрубок 1, и приобретая вращательное движение, опускается винтообразно вдоль внутренних стенок цилиндра 2 и конуса 3. В центральной зоне вращающийся воздушный поток, освобожденный от пыли, двигается снизу вверх и удаляется через коаксиально расположенную выхлопную трубу 7 и улитку 8 из циклона. Небольшая часть этого потока, в котором сконцентрирована основная масса выделяющейся пыли, поступает через пылеотводящее отверстие 4 в бункер 5, где происходит окончательное осаждение частиц. Эта часть потока, освободившись от сконцентрированных в нем частиц, выходит из бункера через центральную зону того же отверстия 4. Уловленная пыль выгружается из бункера 5 через пылеспускной патрубок 6 и разгрузочное устройство.

Следует особо отметить, что в период работы циклона разгрузочное устройство должно обеспечивать полную герметичность.

Принцип действия циклона основан на выделении частиц пыли из газового потока под воздействием центробежных сил, возникающих вследствие вращения потока в корпусе аппарата.

Наибольшее распространение в технике получили циклоны с изменением основного направления потока газа, называемые противоточными.

Вследствие интенсивного вращения газа в корпусе циклона статическое давление понижается от его периферии к центру. Такая же картина наблюдается и в пылесборном бункере. Отсюда следует, что герметичность бункера должна быть полностью обеспечена не только при установке циклона на всасывающей, но и на нагнетающей стороне вентилятора. Несоблюдение этого условия приводит к резкому снижению пылеотделения в циклоне и даже полному его нарушению.

Своеобразный смерч (см. Рис.), образующийся в циклоне, пятой опирается в дно пылесборного бункера. При этом в центре смерча винтообразное движение газа направлено вверх. Нарушение вращательного движения газа в бункере неизбежно приводит к заметному снижению степени очистки. В частности, именно поэтому степень очистки в группе циклонов с общим бункером несколько ниже, чем в одиночном циклоне.

В отечественной пылеочистной технике применяются различные типы циклонов одного назначения. Причиной такого чрезмерного разнообразия является то обстоятельство, что разработкой этих устройств на протяжении десятилетий занималось множество организаций, не координировавших свою деятельность. Несмотря на большое число статей, посвященных результатам испытания циклонов, не представляется возможным сравнить их эффективность, в первую очередь из-за отсутствия сведений о дисперсном составе пыли и о методе дисперсного анализа. В то же время доказано, что результаты определения дисперсного состава пыли различными методами не совпадают, а способов их пересчета не существует.

С увеличением диаметра циклона при постоянной тангенциальной скорости потока центробежная сила, воздействующая на пылевые частицы, уменьшается, и эффективность пылеулавливания снижается. Кроме того, установка одного высокопроизводительного циклона вызывает затруднения при его размещении вследствие его большой высоты. В связи с этим в технике пылеулавливания широкое применение нашли групповые и батарейные циклоны.

Степень очистки в группе циклонов принимается равной степени очистки в одиночном циклоне, входящем в эту же группу, хотя экспериментально это не доказано. Есть некоторые основания полагать, что она несколько ниже степени очистки, достигаемой в одиночном циклоне.

Групповые циклоны

Батарейные циклоны

Батарейные циклоны, называемые также мультициклонами, состоят из нескольких десятков и даже сотен параллельно включенных циклончиков. В отечественных конструкциях в одном аппарате насчитывается до 792 циклонных элементов при расходе газа до 650 000 м³/ч.

В циклонных элементах применяются закручивающие поток устройства: двухходовой винт с лопастями, установленными под углом 25° к горизонту; розетка из восьми лопастей, устанавливаемых под углом 25 или 30°; розетка с загнутыми вверх лопастями для безударного входа потока газа; патрубок для тангенциального подвода газа.

Ось циклонных элементов может располагаться вертикально и с наклоном. Диаметр циклончиков в отечественных аппаратах принимается в пределах 150 - 200 мм.

Конфигурация камер подвода запыленного и отвода очищенного газа чаще всего бывает клиновидная, как, например, у батарейного циклона БЦ-2.

Запыленный газ через патрубок 1 входит в клиновидную входную камеру 2 и, проходя через пространство между выхлопными трубами 5, поступает в закручивающие устройства, расположенные в кольцевой щели циклонных элементов 6. Выделившаяся пыль поступает в пылесборный бункер 7. Очищенный газ через выхлопные трубы 5 проходит в сборную камеру 4 и выходит из аппарата. В крышке аппарата установлены патрубки с взрывными клапанами 3, причем численное значение их общей площади (в м²) должно составлять не менее 5% численного значения объема аппарата (в м³). Весь аппарат разделен перегородкой 9 на две параллельно работающие секции, чтобы при понижении расхода воздуха одну можно было отключить.

Техническая характеристика этих циклонов приведена в табл. Корпуса циклонных элементов изготавливаются из серого чугуна, выхлопные трубы и корпус аппарата - из углеродистой стали. Допустимая запыленность газа для слабослипающихся пылей 75 г/м³, для среднеслипающихся - 35 г/м³. Допустимая температура газа до 400 °С. Коэффициент гидравлического сопротивления, отнесенный к горизонтальному сечению циклонных элементов, равен 65. Эффективность очистки газа от золы при d₅₀=10 мкм составляет 80 %. Циклоны БЦ-2 могут быть использованы в технологических установках на любой неволокнистой и неслипающейся пыли.

Прямоточные осевые циклоны.

Циклоны, в которых вращающийся поток газа не изменяет направления своего основного движения по оси аппарата, называется прямоточным. Вследствие их малой по сравнению с противоточными циклонами степени очистки и меньшими гидравлическими потерями они находят применение в качестве первой ступени очистки перед более эффективными пылеуловителями - тканевыми или электрофильтрами. На рис показан циклонный элемент в винтовым направляющим аппаратом прямоточного батарейного циклона. Ввиду интенсивного абразивного износа "винта" начинают находить применение элементы с тангенциальным входом из чугуна

Ротационные пылеуловители.

К этой подгруппе относятся аппараты, в которых сепарация пыли происходит вследствие вращения ротора. Различают два типа таких пылеуловителей. Принадлежащие к первому типу имеют ротор в виде вентиляторного колеса особой конструкции, который отбрасывает частицы пыли к периферии и одновременно заставляет их двигаться в радиальном направлении к кольцевой щели пылесборной улитки и далее через циклонный элемент или непосредственно в бункер. В качестве пример можно привести кориолисовый пылеотделитель ПВК, изготовлявшийся на Крюковском вентиляторном заводе. Эффективность ПВК на грубой кварцевой пыли равна 77%.

Для сравнения укажем, что простой циклон ЦН-11 обеспечивает степень очистки от такой пыли более 90%. Поэтому рекомендовать эти аппараты для улавливания пыли не представляется возможным.

Аппараты второго типа имеют ротор с отверстиями, через которые запыленный газ просасывается в радиальном направлении к оси ротора. Частицы пыли вследствие действия центробежной и кориолисовой сил не могут пройти через отверстия ротора в центральную зону аппарата, отбрасываются на периферию и оседают в пылесборном бункере. К таким аппаратам относятся центробежные пылеотделители Грищенко, Розенкранца и Пречистенского.

Рисунок - Запыленный газ через патрубок 11 поступает в спиральный пылеуловитель 5. В результате криволинейного движения пыль концентрируется в периферийной зоне улитки, откуда через поперечную щель и патрубок 8 отводится вместе с 15-19% газа в выносной циклон 9, где окончательно улавливается и скапливается в бункере 10. Из циклона очищенный газ возвращается во входной патрубок 7 крыльчатки 6, установленный для обеспечения необходимого расхода рециркулируемого газа. Перед рабочим колесом 2 дымососа 3 находится радиальное направляющее устройство 4. Крыльчатка 6 и рабочее колесо дымососа установлены на одном валу 1. Регулировка производительности дымососа осуществляется односторонним клапаном 12, смонтированным во входном патрубке 11.

К ротационным аппаратам условно можно отнести вентилятор пылеуловитель с очисткой газов в спиральной камере (рис.) предназначенный для сухой очистки воздуха от пыли с d₅₀>15 мкм. Его также называют дымосос - золоуловитель, так как он находит применение для очистки отходящих газов малых котельных.При реконструкции стандартного вентилятора или дымососа под вентилятор - пылеуловитель рабочее колесо и улитку сохраняют без изменения. Заменяют только вал рабочего колеса консольного исполнения на двухопорный.

Поиск по сайту: