Экологический холдинг Электрофильтры, рукавный фильтры Кондор-Эко СФ НИИОГАЗ

Обоснование очистки дымовых газов энергоблоков выше 150 МВт от золы экибастузских углей и других высокоомных пылей рукавным фильтром с электрической предочисткой


 

 

 

В энергетике с расширением области применения электрофильтров для очистки дымовых газов уже в пятидесятые годы прошлого века появилась проблема улавливания золы низкосернистых углей, аналогичных экибастузским углям [3]. Особенностью сжигания этих углей является высокое удельное электрическое сопротивление (УЭС выше 108 Ом.м) слоя золы на осадительных электродах электрофильтра (Э.Ф.), которое является причиной возникновения «обратной короны» в Э.Ф. и ведет к резкому снижению эффективности улавливания золы. Кроме высокого УЭС при сжигании экибастузских углей в мощных блоках образуется большая концентрация золы в отходящих газах (от 40 до 100 г/м3). Такая концентрация золы на входе в Э.Ф. при медианном диаметре частиц d50 = 10-20 мкм вызывает запирание коронного разряда и дополнительное уменьшение степени очистки.

Для решения проблемы улавливания высокоомной золы экибастузских углей потребовались дополнительные меры. Таким средством является дополнение Э.Ф. рукавным фильтром. В 50-70 годы прошлого века еще не существовало хороших фильтроматериалов и метод фильтрации для очистки больших объемов газов не применялся.

В мировой практике поиски путей решения проблемы улавливания высокоомной золы шли разными путями:

 

1.Применение высокотемпературных Э.Ф. перед регенерационными воздухо-подогревателями (РВП) (например, в США), что обеспечивало снижение УЭС золы. Но со временем эксплуатации эффективность этих Э.Ф. падала и хотя оставалась выше, чем при температуре 160-170° влияние «обратной короны» полностью не устранялось.

2.Различные виды подготовки дымовых газов (путем снижения температуры до 100° или кондиционирования дымовых газов паром, водой, впрыскивание или вдувание в них реагентов) и другие способы подготовки газов, которые снижали УЭС слоя золы на электродах в Э.Ф. до уровня, когда эффект «обратной короны» исчезает и Э.Ф. работает также эффективно, как и при улавливании золы с УЭС до 108 Ом.м

3.ругим возможным способом снижения УЭС являлось знакопеременное питание, импульсное питание Э.Ф. и различные способы управления режимами питания и встряхивания электродов Э.Ф.

 

Оставались проблемы применения Э.Ф. при больших значениях входной запыленности, которые в 80 годы не позволяли сделать Э.Ф. с выходной запыленностью ниже 100 мг/м3 при высоте электродной системы до 12 метров.

Лучшим аппаратом конца XX века был Э.Ф. типа ЭГБМ. В технических условиях на ЭГБМ записано требование о достижении Э.Ф. выходной запыленности 100 мг/м3. Следует отметить, что этот параметр достигался в Э.Ф. при улавливании золы с УЭС до 108 Ом.м и при входной запыленности в Э.Ф. до 30 г/м3. Работа Э.Ф. на входной запыленности выше 40 г/м3 ухудшалась, что связано с возрастанием уносов с осадительных электродов и снижением токов короны.

В современных Э.Ф. типа ЭГАВ, ЭГСЭ, ЭГВМ влияние увеличения входной запыленности на снижение эффективности Э.Ф. резко уменьшено за счет разработки и применения в Э.Ф. коронирующих электродов с напряжением зажигания коронного разряда U0≤10 кВ на воздухе и улучшения газораспределения в последних полях Э.Ф. за счет установки газораспределительной решетки на выходе или в конфузоре Э.Ф. Эти решения позволили достичь на выходе из Э.Ф. 20-30 мг/нм3, для Э.Ф. с высотой электродной системы до 12 метров, и до 50 мг/нм3 для Э.Ф. с высотой электродной системы 13,5 метров, когда в нем очищается объем дымовых газов более 1,5 млн. м3/ч в одном аппарате. Это случай очень большого Э.Ф., когда на энергоблоке 600 МВт при двухкорпусной компоновке котла установлено 2 Э.Ф. типа ЭГВМ с активным сечением 314 м2 каждый (УЭС 108 — 1010 Ом.м).

По результатам применения Э.Ф., улавливающих высокоомные золы на электростанциях в Индии [7], авторами сделан вывод, что для достижения выходной запыленности 100 мг/нм3 необходимы очень большие Э.Ф. При выборе Э.Ф. рекомендуется учитывать увеличение удельной площади осаждения в десятки раз. В журнале «Электрические станции» № 10 за 2010 год приведены методики выбора Э.Ф. разработанных и освоенных в серийное производство в 70-80 годы. Показано, что для достижения выходной запыленности 400, 150 и 50 мг/нм3 необходимо применение 5-7-польных Э.Ф.

В 90-е годы, на мировом рынке появились новые качественные фильтро-материалы и рукавные фильтры с импульсной продувкой, позволяющие очищать дымовые газы объемом до 1 млн.м3/ч в одном аппарате при выходной запыленности менее 20 мг/нм3, эксплуатирующиеся уже длительное время. Работа рукавных фильтров не зависит от УЭС золы.

Хотя применение рукавных фильтров для очистки дымовых газов, например, экибастузских углей решают проблему улавливания высокоомной золы, но реальный срок службы рукавов 2-2.5 года и эксплуатационные затраты, в связи с этим, большие. Одна из проблем улавливания экибастузской золы рукавными фильтрами, которая снижает срок службы рукавов, связана с высокой абразивностью золы (до 1,98×1011 м2/кг). Вторая проблема – это высокая концентрация золы в дымовых газах на входе в рукавный фильтр до (90-100 г/нм). Эти проблемы требуют подготовки дымовых газов для рукавных фильтров, с целью получения надежной и эффективной их работы. Чтобы увеличить срок службы рукавов и снизить их механический износ, периодическая очистка рукава от уловленной пыли должна проводиться как можно реже и как можно мягче. Более подходящим является специальное устройство импульсной продувки воздуха при достижении определенного гидравлического сопротивления рукава, например 2000 Па. Существует и другой метод очистки рукавов - продувка обратным потоком воздуха. После продувки слой частиц с фильтроматериала удаляется, гидравлическое сопротивление рукава снижается. Важным параметром является удельная нагрузка q (расход газа на единицу поверхности фильтровального материала). Установлено, что фильтры с импульсной продувкой работают при q≤1,5 м32.мин, а фильтры с обратной продувкой при q≤0,4 м32.мин. Это значит, что фильтр с обратной продувкой больше в 3-4 раза, чем фильтр с импульсной продувкой.

Для улучшения работы рукавных фильтров нужно снижать входную запыленность. Применяя предочистку, входную запыленность можно снизить в десятки раз. Механический износ рукавов при прочих равных условиях выгоднее уменьшить, применяя электрическую предочистку. Увеличение срока службы рукавов для фильтров с обратной продувкой будет достигаться в основном за счет снижения нагрузки до q=0,4 м32.мин по сравнению с q=1,5 м32.мин для фильтра с импульсной продувкой. Механический износ при высокой абразивности золы определяет ограниченное число продувок до выхода из строя рукавов как для импульсных фильтров, так для фильтров с обратной продувкой, хотя и при большем числе регенераций. Чем больше входная запыленность, тем чаще нужна регенерация или продувки, тем быстрее достигается заданное число продувок, при которых происходит механический износ рукавов. Габариты ячейки энергоблока, в которой размещается установка золоулавливания, будут ограничивать размеры аппарата. Предпочтение следует отдавать фильтру с импульсной продувкой, если в нем достигается требуемый срок службы рукавов. Значительное снижение входной запыленности возможно получить с помощью циклонов. Пусть с помощью циклонов входная запыленность 100 г/нм3 снижается до 5 г/нм3. Тогда рукавный фильтр будет иметь комфортный режим 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, гумированием.

Электрическая предварительная очистка является предпочтительной. Для электрической предочистки рассмотрим два типа Э.Ф. с U0≥20-25 кВ на воздухе и разработанные в последнее время Э.Ф. с электродной системой, где U0≤10 кВ. Если в первом случае при указанной входной запыленности 100 г/нм3 будет эффект запирания коронного разряда [10] и согласно [6] степень очистки 95% будет достигнута в 3-польном Э.Ф., то во втором случае, когда U0≤10 кВ при входной запыленности 100 г/нм3 влияние запирания коронного разряда не будет и в 2 полях [6] может быть достигнута степень очистки значительно больше 95 %. и, соответственно, в зону очистки рукавными фильтрами 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 U0<10 кВ, то последняя является предпочтительной, особенно с учетом того, что циклоны, обеспечивают минимальную запыленность газов 5 г/нм3 на входе в зону рукавов при гидравлическом сопротивлении более 1000 Па. Гидравлическое сопротивление электрической предочистки составляет менее 200 Па при обеспечении запыленности газа на входе в зону рукавов 700-800мг/нм3 и менее.

Сравнение электрической и механической подготовки газа показывает преимущество электрического метода, при котором достигается возможность дополнительного увеличения срока службы рукавов и снижение гидравлического сопротивления. Все это вместе ведет к существенному снижению эксплуатационных затрат. В последних отечественных работах [6] показано, что стоимость гибридного аппарата составляет 72,6 % от стоимости Э.Ф., обеспечивающего остаточную запыленность газа 50 мг/м3 и на 8,6 % меньше стоимости чистого рукавного фильтра. Рукавный фильтр с механической предочисткой будет дороже на величину стоимости высокоэффективных циклонов. Кроме того, надо учитывать меньшие эксплуатационные затраты на гибридный фильтр по сравнению с рукавным фильтром. С учетом всего вышеизложенного для улавливания золы экибастузских углей наиболее рациональным является применение последней разработки гибридного горизонтального Э.Ф. типа ГГЭФ, мех. оборудование которого размещается в корпусах 5-польного или 4-польного Э.Ф., установленного на существующих энергоблоках 500 МВт.

Далее в таблице приведены сравнительные данные гибридного аппарата ГГЭФ с аналогами:

• российский первый аналог — Э.Ф. типа ЭГА;

• второй аналог — рукавный фильтр с механической предочисткой;

• зарубежный аналог — гибридный аппарат фирмы «ELEX».

 

Сравнительные характеристики аппаратов газоочистки для улавливания высокоомной золы тепловых электростанций

Наименование Размерность Электрофильтр типа ЭГА 5 полей [1, 6, 9] Рукавный фильтр ФРИР-9000 2шт + мех. пред. очистка [2, 8] Гибридный горизонтальный электрический фильтр [5, 9] Гибридный фильтр ELEX AG типа АНРС [3, 4, 7, 11]
Объём очищаемых газов м3 1500000 1500000 1500000 1500000
Температура °С 147 147 147 143
Входная запыленность г/нм3 60 60 60 30
Выходная запыленность мг/нм3 800 (3) 20 (2) 5 (1) 5 (1)
Эффективность очистки % 98,67 (4) 99,97 (3) 99,99 (1) 99,98 (2)
Площадь, занимаемая газоочисткой м2 1000 (3) 850 (2) 830 (1) -
Масса кг 1210000 (3) 750000 (2) 725000 (1) -
Удельная масса к объёму очищаемого газа кг/м3 0,8 (3) 0,5 (2) 0,48 (1) -
Гидравлическое сопротивление Па 200 (1) 2500 (3) 1500 (2) 1500 (2)
Срок службы до кап ремонта Лет 8 (1) 2 (3) 5 (2) 5 (2)
Энергозатраты на 1000 м3/час Квт.ч 0,66 (3) 0,59 (1) 0,61 (2) -
Приведенный показатель, К* пр К* 2,62 2,25 1,37 1,75
Занимаемое место 4 3 1 2

 

В таблице приводится перечень основных показателей аппаратов очистки дымовых газов от высокоомной золы. Сравнение аналогов по каждому из показателей позволяет распределить места каждого из аппаратов и выделить итоговый показатель назначения. Лучший показатель у комбинированного аппарата.

Рис. 1

 

 

Рис. 2

 

 

Рис. 3

 

 

На рисунке 1 приведена схема общего дизайна аппарата ГГЭФ, рассчитанная и разработанная для блока 500 МВт с размещением механического оборудования в корпусе 4-польного Э.Ф. УГ3-4-265, когда сохранены два поля существующего Э.Ф., а вместо оборудования 3 и 4 полей размещено оборудование серийно выпускаемого рукавного фильтра типа ФРМИ с возможностью подогрева в ресиверах воздуха для регенерации рукавов. Подогрев дает возможность исключить конденсацию при инжектировании воздуха в рукав, следовательно, улучшить условия работы рукавов и уменьшить коррозию корпуса (рукавный фильтр ФРМИ).

Для энергоблоков, где существует мокрая очистка газов или применяют батарейные циклоны (обычно это энергоблоки до 100 МВт, построенные в 40-60 годы прошлого века) может успешно применяться механическая предочистка, перед рукавными фильтрами, например, прямоточные циклоны, имеющие минимальное гидравлическое сопротивление среды циклонов. В тех случаях, когда запыленность дымовых газов на выходе из котла ниже 20 г/нм3 возможно применение рукавных фильтров рис. 2 без предочистки (установка из 2-х рукавных фильтров на один котел) с возможностью временной работы с нагрузкой до 2 м32мин. В этом случае на период замены рукавов в одном аппарате весь объем газа будет проходить через второй аппарат. На рис. 2 предложена габаритная проработка установки рукавных фильтров на место мокрой очистки газа. На рис. 3 приведены проработки установки рукавного фильтра на место батарейного циклона. Во всех случаях применяется рукавный фильтр ФРМИ с гладкими рукавами. В случае применения рукавов объемных или из объемного фильтматериала, например, МФ-3D, габариты рукавного фильтра могут быть уменьшены в 1,5-2 раза.

 

Доктор технических наук, профессор
Верещагин Игорь Петрович

 

Доктор технических наук,
президент экологического холдинга
"Кондор Эко–СФ НИИОГАЗ"
Чекалов Лев Валентинович

 

Статьи

 

Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru