Курс лекций «Основы экологии и охрана воздушного бассейна» Содержание (стр. 6 из 20)
Содержание золы в уносе (остальная зола удаляется со шлаком) составляет для пылеугольных топок с сухим шлакоудалением 85-93%, с жидким шлакоудалением 60- 70%, для циклонных топок 10-15%, цепных решеток 20-30%.
Зависимость для годового выброса частиц Мтв, т/год:
(3.1)где В - расход топлива, т/год; Ар - зольность на рабочую массу, %; аун - доля золы в уносе; q4ун - потери теплоты от механической неполноты сгорания с уносом; Qнр - низшая теплота сгорания, кДж/кг; η3-КПД золоулавливания.
Унос частиц золы и несгоревшего топлива в газоходы с потоком продуктов сгорания зависит от кинетической энергии движения основного потока, размеров и формы частиц топлива.
Определения максимального диаметра уносимых частиц зависимости от wг - скорости потока продуктов сгорания,
и 
– соответственно плотности продуктов сгорания и частиц топлива:dтmax = ƒ ( γг, γт, wг). (3.2)
Вредное действие пыли на организм человека зависит от ряда факторов (концентрация в воздухе, химический состав, размеры частиц, дисперсность, твердость, электрозаряженность пылинок).
Дисперсность твердых частиц имеет большое значение также в связи с худшим улавливанием более мелких частиц. Имеются различные данные о гранулометрическом составе золы твердых топлив. Средние значения для золы отечественных топлив находятся в пределах 4-125 мкм. В таблице 3 приводятся усредненные данные для разных топочных устройств.
Таблица 3 – Фракционный состав летучей золы в дымовых газах котельных установок, %.
| Размер частиц золы, мкм | Цепные решетки | Пылеугольные топки с сухим шлакоудалением | Циклонные топки |
| 0-20 10-20 20-30 30-40 40-74 74-149 >149 | - 11 - - 12 30 47 | 25 24 16 14 13 6 2 | 72 15 6 2 - 5 - |
| Итого: | 100 | 100 | 100 |
Наряду с дисперсностью пыли весьма существенное значение имеет и ее химический состав. Например, содержание оксидов кремния в пыли более 10 % делает ее опасной для здоровья человека.
При отсутствии средств пылеулавливания в котельных установках малой производительности со слоевыми топками, выброс твердых частиц в атмосферу соизмерим с выбросом их на ТЭЦ. Однако при слоевом сжигании только 3% выбрасываемых частиц имеет d<10 мкм, а при пылеугольном - не менее 20-45 %. Выбросы твердых частиц в атмосферу все еще являются одним из наиболее серьезных видов загрязнений, вносимых процессами горения в атмосферу городов.
Если для крупных котельных установок совершенствование системы пылеулавливания и строительство высоких труб позволяют в значительной мере уменьшить остроту проблемы, то для малых отопительных и промышленных котельных установок со слоевыми топками практически единственным радикальным решением является перевод их на мазут или природный газ. При отсутствии систем пылеулавливания твердое топливо (уголь) поставляет в атмосферу в 100-200 раз больше твердых частиц, чем жидкое топливо.
При сжигании жидкого топлива выделяется значительное количество мелкодисперсной сажи, обладающей большей токсичностью, чем обычная пыль, и оказывающей неблагоприятное влияние на прозрачность атмосферы.
Максимальные концентрации твердых частиц в продуктах сгорания мазута в котлах ТП-170, БКЗ-210 и ПК-10 составляли 0,073- 0,076 г/м3. С возрастанием тепловых напряжений топочного объема отмечалась тенденция к росту количества твердых частиц.
При коэффициенте избытка воздуха в топке с αт<1,06 значения q4и соответствующие концентрации твердых частиц могут в 3-5 раз превышать средние значения. Если принять потери q4в случае жидкого топлива 0,10-0,12%, то и тогда количество твердых частиц, выбрасываемых в атмосферу, соответствует 0,17-0,20% от массы топлива.
Высокие концентрации твердых частиц в продуктах сгорания жидкого топлива (до 2,6 кг/т) в малых котлах объясняются, по-видимому, наличием значительного количества не догоревших в зонах горения, обедненных кислородом, коксосажевых частиц.
При сжигании мазута в малых установках концентрация твердых частиц может быть той же, что и при сжигании угля с применением системы пылеулавливания, а при сжигании газа - в среднем на два порядка ниже.
Рисунок 1 - Зависимость обеспечивающей одинаковую концентрацию в воздухе степени очистки от мощности ТЭС и приведенной зольности топлива. Приведенная зольность, кг* %/МДж.
1-0.48
2-0,72
3 - 1,2
4 - 2,41
5 - 4.6 кг* %/МДж.
В качестве системы золоулавливания применяются электрофильтры, а также мокрые золоуловители (центробежные и мокропрутковые скрубберы), позволяющие довести эффективность системы пылеулавливания до 98-99 % (рис. 1).
Выпускаются 2-, 3- и 4-польные электрофильтры типа УГ с высотой коронирующих электродов 4,2; 7,5 и 12 м, площадью активного сечения от 10 до 74 м2. Электрофильтры УГ при скорости газов 1,5 м/с обеспечивают ηз =95-98 %. Разработаны электрофильтры, обеспечивающие ηз до 99,5 %.
Средние эксплуатационные значения ηз пылеочистных устройств с учетом размеров частиц приведены в табл. 4.
Таблица 4 – Эффективность очистки газообразных выбросов от взвешенных частиц.
| Устройство | Размер частицы, мкм | Эффективность очистки η3, % |
| Осадительная камера Циклон Мультициклон Тканевый фильтр Скруббер Электрофильтр | 100 30 10-15 0,5 0,5 0,1 | 40-50 50-60 90-95 до 99 75-85 96-99 |
На ряде ТЭЦ, широко применяются золоуловители типа МП-ВТИ (мокропрутковые), а также ПВ УОРГРЭС (с трубой Вентури) и др. Они применимы для улавливания золы с содержанием СаО+МgO<20% (при большем содержании золы прутковая решетка быстро забивается и выходит из строя). КПД золоуловителя МП-ВТИ 90 – 97%. При девятирядных двухступенчатых решетках степень очистки в скруббере диаметром 3100 мм достигает 97%.
Одной из основных характеристик, определяющих возможность применения мокрых золоуловителей, является расход воды, который в различных аппаратах изменяется от 0,1 до 1 л на 1 м3 очищаемых газов. Мокрые золоуловители имеют несколько меньший КПД, чем лучшие электрофильтры, но широко применяются на электростанциях ввиду меньшей стоимости и значительно меньших размеров.
Если расчетные значения ηз составляют для новых станций 98-99,5%, то реальные эксплуатационные показатели их часто не выше 95-97 %.
В связи с широким использованием газомазутных котлов на ГРЭС, а особенно на ТЭЦ, размещенных вблизи жилых кварталов, достаточно остро стоит вопрос о резком снижении (в конечном итоге о полной ликвидации) выбросов твердых частиц (сажи) при сжигании жидких топлив.
Разрабатываются горелочные устройства и режимы сжигания жидкого топлива, при работе которых не образуются сажистые частицы (без увеличения выброса оксидов азота и других токсичных веществ), а также - системы пылеулавливания.
На ряде мазутных котлов паропроизводительностью более 480 т/ч применялись механические золоуловители и электрофильтры. Так, фирма «ЗАМ» (США) разработала недорогой механический золоуловитель для мазутных котлов с ηз==85-88%. Конструкция аппарата позволяет быстро очищать его во время остановки котельного агрегата. Поскольку уловленные частицы состоят на 91% из углерода, их можно дожигать в топке. Для котлов малой производительности применяют рукавные фильтры из стеклоткани или тефлона. Как отечественные, так и зарубежные аппараты для очистки дымовых газов мазутных котлов от сажи нуждаются в дальнейшем совершенствовании.
Одной из наиболее значительных групп токсичных веществ, попадающих в атмосферный воздух, являются продукты неполного сгорания топлива: оксид углерода (СО), альдегиды (главным образом, HCHO), органические кислоты (уксусная кислота (CH3COOH) и др.) и углеводороды. В этой группе наибольшее значение имеет оксид углерода. Если содержание пыли, оксидов серы и оксидов азота в атмосферном воздухе городов определяется уровнем выброса токсичных веществ с продуктами сгорания топлива, сжигаемого в топках котлов и печах, то содержание оксида углерода на улицах больших городов на 75 - 97 % определяется автотранспортом.