Очистка отходящих газов тепловых электростанций от летучей золы

Федеральное агентство по образованию РФ 

ГОУ ВПО  «Уральский государственный технический  университет – УПИ» 

Кафедра безопасности жизнедеятельности 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа 

Очистка отходящих газов  тепловых электростанций

от  летучей золы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                        Студент: Лизунов С.Л.

                                        Группа: Э-4261

                                        Преподаватель: Легкий Д.М. 
 
 
 
 
 
 

Екатеринбург 2006 г.

Содержание:

1. Введение…………………………………………………………….3

2. Технология производства электроэнергии на ТЭС……….4

3. Очистка отходящих газов на ТЭС……………………………..14

    - Электрофильтры………………………………………………..14

    - Многопольный  электрофильтр типа ДГП-42-3…………..23

4. Заключение………………………………………………………...25

5. Список литературы……………………………………………….26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Введение. 

 

      Производство электроэнергии является самой важной отраслью народного хозяйства. Так как ни одна из остальных отраслей производства не обходится без нее. На данном этапе развития технологий существует три источника получения электрической энергии: энергия ядерного распада, энергия движения воды и энергия, высвобождающаяся при сжигании горючих полезных ископаемых. Станции, на которых происходит превращение этих видов энергии в электрическую, называются, соответственно,

атомными, гидро-  и теплоэлектростанциями. В своей курсовой работе я рассмотрю технологию производства электроэнергии на тепловых электростанциях и наиболее эффективные способы очистки отходящих газов. Эта технология является не только самой распространенной в нашей стране, но и самой «грязной».  В качестве топлива на  теплоэлектростанциях могут быть использованы природный газ, нефтепродукты (например, мазут), каменный уголь и другие горючие материалы. Рассмотрим производство электроэнергии на тепловых электростанциях, работающих на твердом топливе. В частности рассмотрим станции, на которых в качестве топлива используется экибастузский уголь.       

    Для обеспечения санитарных норм очистки  атмосферного воздуха от летучей  золы мощных электростанций последние  необходимо оборудовать высокоэффективными золоулавливающими аппаратами.

    Наиболее перспективным из применяемых в настоящее время методов золоулавливания является электрогазоочистка.

    Электрогазоочистка  – это процесс, при котором  твердые и жидкие частицы удаляются  из газообразной среды путем воздействия  на них электрического поля коронного разряда. 
 

    Технология  производства электроэнергии на ТЭС. 

    Технология  производства электроэнергии на  тепловых электростанциях, работающих на твердом  топливе, достаточно сложна и включает в себя множество технологических  процессов:

       - добыча топлива (угля);

       - его транспортировка;

       - разогрев и сушка;

       - размол;

       - сжигание;

       - утилизация отходов (золы);

       - нагрев воды до состояния  пара;

       - подача пара на турбину;

       - выработка электроэнергии генератором;

       - повышение напряжения для дальнейшей ее передачи.

        Начнем рассматривать эту технологию  с процесса разогрева и сушки  топлива на электростанциях.

        Отечественные электростанции и  предприятия, добывающие уголь,  во многих случаях расположены  в районах с суровой и продолжительной  зимой; топливо часто приходится транспортировать на значительные расстояния, превышающие тысячу километров. На электростанциях в значительных количествах используются угли мокрого обогащения с теплотой сгорания

    1700—3500 ккал/кг. При таких условиях топливо продолжительное время года поступает на электростанции смерзшимся и с сильно меняющейся влажностью. Такое топливо необходимо для начала разогреть. Для этой цели используются специальные устройства для разогрева вагонов с топливом, так называемые тепляки. 
 
 
 

      

                          Рис. 1.  

    Конструкция тепляка (рис. 1) представляет собой  помещение (1) со сквозным движением  вагонов, в котором на стенках  установлены излучатели (2)  в виде панелей (с температурой поверхности 150—200° С ) из обогреваемых паром труб (3), для разогрева вагонов с сильно смерзшимся топливом предусматривается установка панелей на потолке и в нижней части тепляка. По всей длине помещения, кроме того, установлены сопла (4), через которые подается подогретый в паровых калориферах воздух, забираемый из тепляка вентилятором, затем воздух проходит через калориферы, подается в сопла и после этого снова забирается вентилятором (5) и осуществляется его циркуляция. Тепляк разделен на отдельные секции, в которых путем изменения давления пара в трубах-излучателях и калориферах осуществляются различные режимы разогрева. Вагоны с топливом последовательно проходят через все его секции, и, таким образом, разогрев происходит при переменном режиме с убывающей интенсивностью передачи тепла. Время разогрева:

    t=Q/q,

    где Q - расход тепла на нагрев слоя топлива  до требуемой температуры, отнесенный к 1 м^2 стенки вагона, ккал/м^2 , q - удельный тепловой поток, ккал/(м^2 ч).

        Эксплуатация электростанции, и  в первую очередь котельного  агрегата, значительно осложняется при колебаниях качества топлива, в частности при изменении его влажности, так как в этом случае приходится изменять количество газов или воздуха, подаваемых в мельницы для подсушки топлива. В зависимости от системы пылеприготовления и начальной влажности топлива количество газов, затраченных на его сушку, может составлять 15_100% расхода газов на котел. Меняющийся отбор газов для сушки топлива нарушает режим работы котла, так как при этом изменяются количество газов, проходящих через мельницы и их сепараторы, тонкость размола топлива и количество охлажденных и забалластированных уходящими из мельниц водяными парами газов.  
    Наиболее эффективным средством ликвидации всех указанных затруднений является предварительная подсушка топлива. Практика показывает, что достаточно подсушить топливо на 2—4% (в зависимости от марки угля и начальной влажности), как оно приобретает нормальные сыпучие свойства.                         

         Даже при самой неглубокой  подсушке оно нагревается до 50—60°  С и 

    при этом растаивает вся смерзшаяся влага. После этого Топливо беспрепятственно проходит по механизмам топливоподачи, не застревает в бункерах и течках, не налипает на ленты транспортеров, производительность мельниц увеличивается  и пыль выдается с нужной влажностью и необходимой тонкостью помола. «Сушенку» можно получать с очень небольшими колебаниями влажности и практически полностью стабилизировать влажность пыли. При подсушке топлива также увеличивается теплота сгорания и поэтому изменения приведенной влажности пыли становятся незначительными, так как именно эта величина определяет часовой расход газов, проходящих через котел.  
    Рассмотрим трубчатую сушилку, как наиболее распространенный тип сушилок. Трубчатая сушилка представляет собой вращающийся наклонный барабан, в днища которого ввальцованы трубы внутренним диаметром 100 мм. Через них проходит топливо, а в межтрубное пространство подается пар через полую переднюю цапфу. Пар, отдавая тепло топливу, конденсируется. Конденсат удаляется через заднюю цапфу. Для интенсификации процесса передачи тепла внутри труб установлены винтовые вставки, свернутые из стальной полосы сечением (20 - ЗО) *3 мм с шагом 200—400 мм. Через трубы вместе с топливом проходит воздух, который нагревается от соприкосновения с горячей поверхностью труб и поглощает испаренную влагу. Воздух после сушилки направляется в пылеулавливающие устройства, чаще всего в электрофильтр, в котором улавливаются частицы топлива, унесенные из сушилки воздухом.

    Количество  тепла, переданного от нагретой поверхности труб находящемуся в них материалу, равно: 
Q=Fa(t - C),ккал/ч,  
где

    t - температура насыщения пара при давлении перед сушилкой °С;         

    С - средняя температура топлива, °С, изменяющаяся в пределах от начальной  температуры (5—15°С) до 70—95°С;

    a - коэффициент теплоотдачи от  горячей поверхности труб к  слою топлива, ккал/(м2 ч град); 

    F – поверхность соприкосновения  топлива с трубой.

        К котлоагрегатам энергоблоков  в зависимости от вида топлива  устанавливаются шаровые барабанные (ШБМ) или молотковые мельницы (ММ). Первые применяются для размола твердых топлив или каменных углей с выходом летучих на гоючую массу менее 28%. Вторые - для размола бурых и каменных углей с выходом летучих более 28%.

        Шаровые барабанные мельницы  представляют собой конструкцию, состоящую из цилиндра, в который засыпается топливо. Внутри цилиндра (барабана) находятся металлические шары, которые при быстром вращении барабана перемалывают топливо в пыль.   

        Молотковая мельница представлена  на рис. 2:

      Рис. 2.

     1-била;

     2-топливо;

     3-пыль.

        Наибольшее значение в нашей  энергетике имеют мельницы производительностью  50 и 70 т/ч, используемые в системах  пылеприготовления блоков, работающих  на экибастузском угле.

       Экибастузский уголь в настоящее  время применяется на блоках мощностью 300 Мвт с двухкорпусными котельными агрегатами. В ближайшие годы широкое распространение получили блоки мощностью 500—800 Мет с однокорпусными котельными агрегатами. Уголь отличается высокой зольностью, достигающей 4З% на сухую массу. Характерным является значительное содержание первичной золы, составляющее до 30% на сухую массу. Зола этого угля состоит на 90% из SiО2 и А12О3, очень тугоплавка (температура начала плавления достигает 1650 – 1700 °С, хотя изредка встречаются партии угля и более легкоплавкие). Вязкость шлака 250 пз достигается при температуре около 1800 °С. Летучая зола экибастузского угля отличается повышенной абразивностью. Реакционные свойства горючей массы экибастузского угля благоприятны для процесса горения. Однако горение частиц натурального угля имеет свои особенности. На стадии выхода и горения летучих происходит выделение смолистых компонентов с последующим их ококсовыванием и образованием на поверхности частиц пека в виде бахромы. При этом горение газообразных летучих сопровождается воспламенением и горением образовавшегося пека, что задерживает воспламенение коксового остатка. Вследствие большого содержания материнской золы и ее тугоплавкости золовой остаток частиц угля представляет собой пористую массу, сохраняя, как правило, первоначальную форму и размер частиц. Кокс - порошкообразный и слабоспекшийся. Свойства горючей и минеральной массы экибастузского угля создают благоприятные условия для его сжигания в однокамерных топочных устройствах с твердым шлакоудалением. Из-за высокой зольности, приводящей к снижению выхода горючих компонентов летучих на рабочую массу топлива, а также указанных выше особенностей воспламенения и горения коксового остатка частиц стабилизация воспламенения факела экибастузского угля затягивается. Поэтому на практике для экономичного сжигания экибастуаского угля применяют средства интенсификации воспламенения и горения пыли: более тонкий помол, чем для других каменных углей с меньшей зольностью, но с таким же выходом летучих на горючую массу; подачу пыли горячим воздухом (в схемах с промежуточным бункером); пониженную скорость выхода аэросмеси из горелки. Для создания надежных условий воспламенения пыли экибастузского угля температура газов в корне факела должна быть выше 900—1000 °С.

        Рассмотрим устройство для сжигания экибастузского угля на примере котла марки ПК-39.   

        Прямоточный котел ПК-39 блока  мощностью 300 Мвт  закритического  давления состоит из двух симметричных  корпусов с Т-образной компоновкой  (рис. 3). Топочная камера с твердым удалением шлака. Тепловое напряжение объема н поперечного сечения топки при номинальной нагрузке соответственно составляет 148*10^3 ккал/(м^3*.ч) и 4,1*10^6 ккал/(м^2*.ч). На боковых стенах топки в два яруса расположены встречно вихревые горелки (мощностью по 26*10^6 ккал/ч) с поворотными лопатками и регулируемой круткой потока вторичного воздуха с прямоточными мундштуками,

    

                     Рис. 3.

    имеющими  конические насадки для первичного воздуха. На каждом корпусе котла  установлено 12 горелок. Котел оборудован тремя пылесистемами с шаровыми барабанными мельницами Ш-50, с сушкой топлива горячим воздухом, двумя промбункерами и подачей пыли в горелки горячим воздухом четырьмя вентиляторами горячего дутья. Поступление пыли из промежуточного бункера в пылепроводы осуществляется 24 пылепитателями. Сбросные горелки прямоугольного сечения 560х200 мм установлены на боковых стенах топки над основными горелками с наклоном вниз на 15°.  
    Расчетные и режимные данные этого котла приведены ниже:

    Паропроизводительность - 495 т/час

    Давление  первичного пара - 140 кгс/см2

    Температура - 5700С 

    Расход  вторичного пара - 540 т/час

    Температура вторичного пара – 570 0С 

    Температура уходящих газов – 138 0С

    КПД котла ( брутто ) - 92,14%

    Часовой расход угля ( Экибастузского ) - 130 т/час

    Теплотворная  способность угля - 3900 - 4200 ккал/кг

        Изнутри топочная камера покрыта  сетью труб диаметром в несколько  сантиметров. По этим трубам  подается специально очищенная  вода, которая прямо в них превращается  в пар. Далее при температуре 570 0С и давлении 130 кгс/см^2 пар подается на лопатки турбины. Турбина представляет собой вал, установленный на опорных подшипниках, с закрепленными на нем под определенным углом на роторах лопатками. Как правило турбина имеет четыре ротора: высокого (1), среднего (2) и два ротора низкого давления (3) (рис. 4).