автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Научно-технические основы и эффективные способы защиты атмосферы от загрязнения твердыми выбросами тепловых электростанций

Актуальность. Партия и Правительство уделяют особое внимание проблемам охраны окружающей среды. Важным свидетельством этого внимания является статья 18 Конституции СССР. На ее основе разработана и развита широкая законодательная система, обеспечивающая эффективную защиту всех элементов биосферы и проникнутая коммунистической заботой о нынешнем и будущих поколениях советских людей.

Этот государственный подход в полной мере относится и к теплоэнергетике, обеспечивающей в настоящее время около 80% общей выработки электроэнергии в стране. Обоснованное повышение экологических требований и уникальный масштаб воздействия энергетического производства, использующего органическое топливо, на воздушный бассейн, природные водоемы, земельные угодья в существенной мере определяют, а в ряде случаев ограничивают развитие теплоэнергетики. Это обусловолено огромными выбросами сернистого ангидрида, золы и частиц несгоревшего топлива, окислов азота, фторвдов, тяжелых металлов, различными видами других неблагоприятных воздействий.

Одной из крупных проблем, приобретающей в последние годы все большую экологическую роль и отраслевую значимость, является защита атмосферного воздуха от загрязнения твердыми продуктами сгорания органических топлив. Народнохозяйственная острота проблемы обусловлена, в первую очередь, тем, что на долю теплоэнергетики приходится около 30$ валового выброса твердых частиц,поступаю- / щих в атмосферу от всех промышленных предприятий страны. U <.

Чтобы удовлетворить требованиям Закона СССР об охране атмосферного воздуха и системы ограничения выбросов (ЦЦВ) в качественно новых условиях развития отрасли, необходимо, в первую очередь, исследовать и реализовать возможности существенного повышения эффективности и стабильности основных способов золоулавливания, используемых в теплоэнергетике на действующих и сооружаемых ТЭС, электрогазоочистки, мокрых и сухих инерционных методов, а также • / обосновать и регламентировать необходимый уровень очистки дымовых ч/ газов с учетом возросших экологических требований.

Между тем практика теплоэнергетики свидетельствует о несоответствии фактической эффективности золоулавливания проектным показателям и реальным возможностям газоочистки. Это обусловлено не только очевидными причинами - пока еще невысоким качеством некоторых узлов золоуловителей, недостаточным уровнем его эксплуатации. Серьезной причиной такого несоответствия является слабая изученность и поэтому недостаточный учет при разработке газоочистного оборудования таких специфических условий ТЭС, как свойства тошшв и продуктов их сгорания, возможности обоснованного согласования параметров котла и золоуловителя, особенности оборотного водоснабжения и др.

Разработка научных основ и рациональных способов решения этой сложной проблемы с учетом технологической специфики ТЭС, . чрезвычайного разнообразия свойств энергетических тошшв и тенденций санитарно-гигиенического нормирования, являющаяся темой данной диссертации, представляет собой, таким образом, новое научное и народнохозяйственное направление. Исследования в этом актуальном для отрасли направлении были поставлены в виде цикла работ в 1969-1983 гг. в порядке выполнения ряда заданий ГКНТ по проблеме 085.03, заданий Комплексных планов важнейших научно-технических работ Минэнерго СССР по охране атмосферы, ряда директивных указаний. Возглавляя исследования по этим заданиям, автор не только разработал их теоретическую и идейную основу, но также был непосредственным участником их выполнения.

Дели и задачи. Разработка основных направлений интенсификации способов золоулавливания на базе их экспериментального исследования и теоретического анализа при максимальном учете производственной специфики ТЭС, свойств топлив, экологических требований; создание в результате этих исследований новых методов, технологических схем, устройств очистки газов для проектируемых и сооружаемых энергоблоков, а также способов малозатратной модернизации действующего оборудования с целью существенного сокращения выброса в атмосферу летучей золы и содержащихся в ней токсических примесей, включая тяжелые металлы; разработка методов расчета и проектирования этих систем очистки, их внедрение в практику теплоэнергетики; обоснование и регламентирование повышенных требований к эффективности золоулавливания. /

Научная новизна. При наличии ряда участников исследований, 0 обобщенных в диссертации и выполненйых под руководством автора, ли ему принадлежат следующие существенно новые результаты.

С использованием положений механики аэрозолей разработаны матедатшческая модель и основы расчета осаждения частиц золы на каплях о учетом скорости их относительного движения в потоке газов в канале переменного сечения и обосновано применение этого ка- О нала в качестве предвключенного коагулятора в новой зол ©улавливающей установке. Выявлена и реализована возможность эффективного осаждения на каплях в таком коагуляторе сравнительно тонких фракций золы размером 3-10 мкм, обогащенных тяжелыми металлами. Обосновано использование абразивного износа крупной золой минеральных отложений, образующихся на границе сухой и мокрой зон ал- , парата. Предложены профиль и конструктивные схемы новых, значи- . ' ./ таяьно более эффективных и надежных золоуловителей мокрого типа, способных работать в условиях оборотного водоснабжения и определена область их рационального применения.

Выдвинута гипотеза и предложена физическая модель, связываю- . щие удельную проводимость слоя золы, осажденной в электрофильтре, (/ с содержанием в,.зрле и параметром, характеризующим относительную влажность уходящих дымовых газов. Показано, что результаты расче- и^ та по этой модели удовлетворительно коррелируются с данными измерений электрического сопротивления золы. Выявлена на этой основе ( -Q для ряда топлив возможность выбора такой температуры уходящих газов, т.е. профиля котла, при которой обеспечивается наиболее эффективный процесс электрогазоочистки.

Показана и экспериментально подтверждена возможность предотвращения обратного коронирования в электрофильтрах и радикального повышения эффективности улавливания золы, малосернистых каменных углей, особенно тонких фракций, обогащенных тяжелыми металлами, путем испарительного охлаждения до 363-383 К уходящих дымовых > газов. В результате этих исследований обоснованы принципы темпера-турно-влажностного кондиционирования и предложены различные его технологические схемы, отвечающие условиям работы крупных ТЭО, сжигающих угли типа экибастузских, кузнецких марки СС, куучекин-ских, нерюнгринских.

Показана возможность повышения эффективности горизонтальных электрофильтров при отсутствии обратного коронирования путем учета экспериментально обнаруженного резкого возрастания концентрации золы в нижней части аппарата по мередвижения пылегазового потока; на этой основе предложены и проходят стадию отработки способы целенаправленного перераспределения эмиссии коронного разряда по высоте аппарата, соответствующего изменения его аэродинамики.

4 Г у v

Выявлена зависимость показателей эффективности батарейных циклонов от неравномерности межэлементного распределения летучей / золы по ее массе и дисперсному составу; в результате предложены конструктивные схемы новых, более эффективных батарейных пыле-и золоуловителей для ТЭС. С учетом гигиенических требований и вредных свойств золы обоснован выбор необходимой эффективности золоулавливания в зависимости от зольности топлива и мощности ТЭС.

В исследованиях, обобщенных в данном докладе, участвовали сотрудники ВТИ, Союзтехэнерго и ЭЕИН: по разделу I - Н.Г.Залогин, Л.П.Яновский, В.Е.Чмовж; по разделу П - М.С.Харьковский, Л.Р.Богданов, А.И.&ебрут, И.Я.Винник, Е.Н.Медик; по разделу Ш - И.Н.Шми-голь, Д.П.Яновский, А.М.Зыков; по разделу 1У - О.П.Потапов,С.С.Новоселов.

Практическая ценность и внедрение результатов. Внесен крупный вклад в решение отраслевой и народнохозяйственной проблемы . защиты атмосферы от загрязнения твердыми продуктами сгорания топ-лив на ТЭС. Разработаны, утверждены и рекомендованы Минэнерго СССР в виде новых типовых решений к серийному внедрению для действующих и сооружаемых ТЭС нормальные ряды золоуловителей с пред-включенными коагуляторами типа MB и МС, батарейных циклонов типа ЩУ и ЕЦУ-М, комбинированных золоуловителей типа УЗК ВТИ-500-I и УЗК ВТИ-500-2, модернизированных электрофильтров. Эти проекты, а также отдельные рекомендации диссертационной работы внедрены на 122 электростанциях, сжигающих большинство видов энергетических тошшв. Среди объектов внедрения - ГРЭС Экибастузского и Канско-Ачинского топливно-энергетических комплексов, Бурштынская,Прибалтийская, Эстонская, Верхне-Тагильская, Беловская, Красноярская ГРЭС, ГРЭС-4, ГРЭС-5, ТЭЦ-12 и ТЭЦ-22 Мосэнерго. Годовой экономический эффект в теплоэнергетике - более 20 млн.руб. Общее сокращение выброса летучей золы в атмосферу составляет более 1,5 млн. тонн в год, что имеет важное экологическое и социальное значение.

Автор защищает: основные теоретические положения, экспериментальные результаты, технологические схемы, способы и конструкции в электрогазоочистке, мокром и сухом инерционном золоулавливании, обеспечивающие существенное повышение эффективности и стабильности их работы, значительное сокращение вредных выбросов в атмосферу; результаты внедрения выполненного комплекса работ в практику теплоэнергетики.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались автором на Всесоюзных научно-технических совещаниях по проблеме охраны окружающей среды от выбросов электростанций в 1971 г. (г.Алма-Ата), в 1971, 1974, 1977, 1979, 1983 гг. (г.Москва); международном научном симпозиуме по проблемам окружающей среды, 1971 г. (г.Прага, ЧССР); симпозиуме стран-членов СЭВ и СФРЮ по малоотходной и безотходной технологии, 1976 г. (г.Дрезден, ГДР); советско-американском симпозиуме по золоулавливанию, 1976 г. : (г.Кишинев); I Всесоюзной конференции ГКНТ, АН СССР по малоотходной технологий, 1978 г. (Москва-Черноголовка); заседании Научного совета по горению АН СССР и Научного совета по теплофизике ГКНТ, 1979 г. (г.Ташкент); Всесоюзных природоохранных конференциях ГКНТ, АН СССР й Минэнерго СССР, I98G г. (г.Минск) и 1982 г. (г.Бурштын); в НТС Минэнерго СССР в 1973,1975, 1976, 1978, 1979, 1980 гг.

Основное содержание работы отражено в 46 печатных трудах, из которых книг - 3, публикаций в журнале "Теплоэнергетика" - 14, в других научно-технических журналах, сборниках, брошюрах - 14, в ведущем журнале США по охране атмосферы - I, авторских свидетельств - 14.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

I. Экологические условия развития теплоэнергетики и требования к золоулавливанию /1-12/х^

В ближайшей перспективе, несмотря на быстрое развитие атомной энергетики, будет увеличиваться выработка электроэнергии и на тепловых электростанциях, главным образом, за счет расширения использования твердого топлива. Этот рост мощностей, а также функционирование действующих ГРЭС и ТЭЦ должны обеспечиваться в условиях значительно более жестких, чем в прошлом, санитарно-гигие-ническщ: и экологических требований /1,2,6,9/.

Необходимую для электростанции эффективность золоулавливания можно рассчитать по известным методикам СН-369-74 и CH-245-7I, ^ что выполнимо лишь для конкретной ТЭС с учетом структуры ее мощности, параметров выбросов, местных условий и многих других фак- Va торов. Однако такой подход затрудняет проведение обобщенного ана- и лиза ■.:требований к золоулавливанию, что возможно на осно- $ ве характеристик топлива и технологии его сжигания /5, 7, 8.2/.

Для этого предложено использовать показатель суммарной вредности

X) гаооты, оооощенные в данном разделе, в значительной мере отражены в двух

главах коллективной монографии (см. 1.8.1, 8.2). продуктов сгорания энергетических топлив П , который выражается суммой частных показателей вредности П[. . Эти показатели приведены к безразмерному виду, пересчитаны на условное топливо, а токсичность той или иной примеси учтена сопоставлением ее ПДК^ и ПДКН для нейтральной (нетоксической) пыли* В зависимости от их происхождения, вредные вещества, выделяемые в атмосферу при работе ТЭС, разбиты на две группы, частный показатель вредности для которых представлен соответственно формулами (I), (I'). К первой группе веществ относятся двуокись серы, летучая зоЯа, соединения тяжелых металлов и другие примеси, количество которых определяется составом топлива и сравнительно мало зависит от технологии его сжигания» Ко второй - вещества, образование которых обусловлено в большей мере технологией сжигания топлива (окислы азота, окись углерода и др.)

MSTi-FdOO-^Mr пя f,45CrVr0 00-19)

Qi-пдк-/' (I>) ще ("i. - содержание примеси в рабочей массе топлива, степень удаления данной примеси из дымовых газов, %; F - безразмерный коэффициент, учитывающий согласно СН-369-74 скорость осаждения в атмосфере вредных примесей; 0ц - низшая теплота сгорания топлива, Щд/кг; Мт и Мг- молекулярные массы примеси в топливе и продуктах его сгорания; Ci - концентрация примеси в I м3 дымовых газов при н.у., г/м3; Vr- объем газов , образующихся при сжигании I кг топлива при н.у., м3/кг.

Несмотря на известную условность, принцип вычисления и суммирования частных показателей вредности достаточно объективно отображает экологический индекс топлива. На основе такого методического подхода осуществлена своего рода экологическая классификация основных энергетических топлив СССР с учетом золы, сернистого ангидрида, двуокиси азота и соединений ванадия. Будучи базой для экологического совершенствования топливораспрёделения в теплоэнергетике, ценообразования топлив, эта система показателей позволяет вместе с тем сравнительно просто определять вклад в загрязнение атмосферы каждой учитываемой примеси или ряда примесей при их суммации, определять условия, обеспечивающие любое требуемое соотношение частных показателей вредности, рассчитывать условия сопоставимости вариантов и т.п. Например, весьма просто определяются формально допустимые относительный £ и абсолютный М выбросы золы для различных ТЭО в условиях одновременного соблюдения ЦЦК в атмосфере по всем примесям; так, при учете суммации действия окислов серы и азота: = 100-I^bi-lO2, % (2)

Мя0,295*1 Щ^ь ■ № Ьгг ■ V™ (3) ще ^ - степень очистки газов от золы, %; П$ог » Пцо^- частные показатели вредности соответствующих окислов; - то же для золы при J7 = в формуле (I); N - мощность конденсационной станции, МВт; А^- приведенная зольность топлива, %.кт/Щд;

Ьт - удельный расход условного топлива, кг/кВт.ч; Т- число ча-f сов работы оборудования, ч/год /12/.

Анализ показывает, что роль летучей золы весьма ощутима. Так, для экибастузского угля частный показатель П3 для всей образующейся золы, т.е. при £ = 0 в формуле (I), составляет 1,51, а для двуокиси серы - 0,03. Чтобы уравнять эти показатели, необходимо, следовательно, уловить 98% золы.

Рис. I иллюстрирует результаты расчета величины М по b формуле (3) для основных видов твердого топлива. Там же представлены' результаты аналогичного расчета, но без выполнения правила о суммации действия окислов серы и азота, т.е. при подстановке в числитель формулы (3) лишь большего из показателей Пэд^ или Пыо2 •

Как следует из рис. I, при таком подходе формально-допустимые выбросы золы растут линейно с увеличением мощности ТЭС,причем абсолютная величина выброса тем больше, чем выше сернистость топлива и выброс окислов азота. При этом обнаружено, что правил ло суммации - своеобразной формы ужесточения санитарно-гигиенических требований по газообразным компонентам, вынуждая при отсутствии приемлемых средств их очистки, идти на увеличение высоты дымовых труб, оборачивается на практике предоставлением^^ возможности значительного увеличения выбросов летучей золы.' Так, при сжигании донецкого газового угля учет правила суммации позволяет дополнительно увеличить выброс золы на 70% /12/.

Линейность этих графиков означает независимость от мощности I ТЭС требующейся эффективности золоулавливания. Характерно, что в других прошышенно-развитых странах регламентация золоулавливания строится либо по принципу установления весьма высокой степени очистки для всех крупных ТЭС (Англия: ^ 99,3$), либо на ограничении удельного выброса золы (США: 13 мг/ЩЩ; ФРГ: 150 мг/м3)., В последнем случае степень очистки определяется только приведенной зольностью топлива. Все эти требования намного строже,чем необходимость поддержания ПДК золы в зоне дыхания. Результаты расчетов степени очистки по формуле (2) и на основе зарубежных нормативов для основных энергетических тошшв приведены в табл.1 /3,7/,

Таблица I

-т--■—

Отношение выб-}росов ;золы

Ц00-^/ср

Топливо

Расчет по ф-ле (2) согласно СН-369-74 и CH-245-7I

Конечная i запыленность jгазов,

Расчет по зарубежным нормам J7 S

Березовский Б

Назаровский Б

Донецкий А

Донецкий Г

Подмосковный Б

Кузнецкий СС

Сланец эстонский

Экибастузский

1,9 2,3 4,

7.1 6,

2.2 3,6 2,

97,8 98,7 99,4 99,

99.7 99,

99.8 99,

98,2 99,0 99,

99.8 99,

99.9 99,

99,3 99,3 99,3 99,3 99,3 99,3 99,3 99,

Как видно из данных табл.1, существующая нормативная база предоставляет при сооружении и расширении ТЭС формальное право выбрасывать в атмосферу в 8-30 раз больше золы по сравнению с зарубежными нормами /4,6,7,9/. На практике эффективность золоулавливания принимается существенно выше формально допустимых ^значений) указанных в табл. I, что отвечает также интересам самого энергетического производства, обеспечивая, например, снижение золового износа лопаточного аппарата дымососов, уменьшение образования отложений золы на оборудовании высоковольтных подстанций и т.п. /8.2, II/. Тем не менее очевидна необходимость более обоснованной регламентации степени улавливания летучей золы путем углубленного анализа проблемы.

Известно, что с увеличением общего выброса вредных веществ-^ возрастает ущерб, связанный с тем, что площадь земельных угодий, подпадающих под влияние дымового факела, пропорциональна квадрату высоты дымовой трубы. Увеличивается и масштаб дальнего, в том числе трансграничного, переноса с воздушными массами газообразных примесей и тонких фракций золы. Приходится считаться с тем, что вредное воздействие золы возрастает не пропорционально росту ее количества, а более резко. Так, летучая зола, как правило, не ассимилируется растительностью. Наконец, ущерб от ослабления солнечной радиации взвешенной в атмосфере пылью определяется ее суммарной поверхностью, то есть величиной выброса, а также -временем пребывания пыли в воздухе /8.2/. Показано, таким образом, что с точки зрения негативных экологических аспектов решающая роль принадлежит абсолютному выбросу золы. Другими словами, чем крупнее ТЭС, тем должна быть эффективней, в отличие от существующего подхода, система золоулавливания.

Необходимость высокоэффективного золоулавливания выявлена также в результате выполненных исследований как макросостава л е- 7 тучей золы, так и содержащихся в ней особо токсичных микроприме-. сей /2,6,8.2,9,10/. Из данных по макросоставу золы различных топ-лив наиболее важное значение, учитывая практикуемый подход гигиенистов к оценке вредных свойств пылей, имеет высокое содержание в золе Si-O^ и СйО, соответственно от 10 до 68% и от 2 до 65%, а также тот факт, что заметная часть этих соединений присутствует в свободном состоянии, наиболее опасном для живых организмов /7,8.2/.

Более подробные анализы минеральной части твердых топлив показали, что в золе энергетических топлив присутствуют в виде микропримесей тяжелые металлы и радиоактивные соединения /2,8.2, 9,10/. Установлено, что содержание большинства микроэлементов в золе углей значительно превышает их содержание в земной коре. К таким элементам относятся мышьяк, ванадий, свинец, цинк, хром, уране, германий и некоторые другие; почти все они обладают чрезвычайно высокой токсичностью /8.2/.

Выявлено, что большинство элементов и их соединений при обычной для ТЭС температуре уходящих газов 403-433 К находится, в основном, в твердом состоянии и в той или иной степени улавливаются вместе с золой в золоуловителях. В качестве иллюстрации, в табл. 2 приведены данные, приближенно характеризующие усредненный диапазон содержания тяжелых металлов в летучей золе, поступающей в золоуловители за пылеугольными котлами /8.2,10/.

Таблица

Содержание в летучей золе, мг/кг донецкие угли ;экибастузские ;канско-ачин

Свинец 170-210 20-40 10

Мышьяк 80-110 15-30 20

Ванадий 120-170 40-120 10

Хром 110-150 20-100 15

Цинк 70-400 60-250 30

Исследования показали,что тяжелые металлы в различных по размерам частиц фракциях летучей золы распределяются неравномерно и обычно их содержание тем больше, чем меньше размеры частиц. \ Поэтому более мелкая зола, не уловленная золоуловителями, поступающая с дымовыми газами ТЭС в атмосферу, содержит на единицу массы больше микропримесей, чем средняя по составу зола исходного топлива /8.2,9,10/.

В результате обобщения экспериментальных данных и анализа процессов золоулавливания в промышленных аппаратах выявлено, что „^ поступление тяжелых металлов в атмосферу определяется поверхно- ( J стью выбрасываемой пыли, которая, как видно из рис. 2, нелинейно зависит от эффективности очистки /12/. По мере углубления очистки ^ сокращается и выброс тяжелых металлов, но не столь быстро, поскольку увеличивается их концентрация в единице массы твердых частиц. Так, при эффективности золоулавливания 90,95 и 99% степень очистки газов от тяжелых металлов или, что то же самое, от тонких фракций составляет соответственно лишь 70,80 и 94,5$ /10/.

С этой точки зрения важное значение имеет также выполненное в данной работе накопление, уточнение и обобщение экспериментальных данных по дисперсному составу золы /8.2/. Показано, в частности, что при молотковом размоле топлив летучая зола характеризуется для экибастузских углей медианным диаметром dso = 22 мкм и коэффициентом полидисперсности & =3,9, для ирша-бородинских углей - соответственно 16 мкм и 3,1, для эстонского сланца -18 мкм и 2,4, для интинского угля - 22 мкм и 2,8; при барабанно-шаровом размоле топлива аналогичные показатели составляют, налример, для кузнецких углей 13 мкм и 2,8 /8.2/.

По результатам этих исследований и с использованием формулы (I) на рис. 3 представлены в качестве примера частные показатели вредности летучей золы и окислов некоторых тяжелых металлов при различной степени очистки продуктов сгорания донецкого угля. Из рис. 3 видно, что хотя роль этих микропримесей в общей токсичности твердых выбросов ТЭС и не является определяющей, она все же достаточно ощутима, чтобы служить аргументом в пользу более глубокой очистки газов. Если учесть весь перечень металлов и уже регламентированную суммацию действия некоторых из них, то токсичность выбросов еще более возрастет. Так, например, для суммы только окислов хрома и ванадия показатель вредности составляет по отношению к золе 28$ при степени очистки 90$ и достигает 38$ при очистке газов на 99$ /10/. Эти результаты указывают также на особую важность изыскания способов интенсификации улавливания тонких фракций золы при решении данной проблемы. у Показано, таким образом, что энергетики вынуждены пересмат- \ ривать свой взгляд на летучую золу как на нетооическую пыль. С учетом требований Минздрава по ЦДК оскдасно списку Л 1892-78, в табл. 3 представлены реально оцениваемые значения максимально разовых ЦЩС для основных энергетических топлив. Как видно из табл. 3, приходится считаться с примерно двукратным ужесточением санитарно-гигиенических нормативов по летучей золе /II, 12/.

С использованием СН-369-74 рассчитаны необходимые степени очистки газов для различных ТЭС, исходя из соблюдения одинаковых концентраций золы в приземном суюе вблизи станции. За основу для такого расчета принята ТЭС мощностью N = 2,4 ГВт, сжигающая уголь с приведенной зольностью А"^ = 2,4 tv.f/Щж при степени очистки от золы 99$. При этом использованы данные о практически применяемых в теплоэнергетике дымовых трубах, высота которых аппроксимирована зависимостью Н =50 (N+2,4). Однако эти расчеты показывают снижение регламентируемой степени очистки с ростом мощности ТЭС, что выражается упрощенной формулой: = 100-078-^^67 > /о (4) rue N - мощность ТЭС, ГВт; А приведенная зольность топлива, кг.$/ВДж. мощность ТЭС, МВт допускаемые сошщценин серн и азота утачка оулн донецкий А| 4.10 -II кузнец

Рис. 2: Характер зависимости выброса от эффективности золоулавливания

I - в долях от начальной мао~ он чаетищ 2 в долях от на» чаяьной поверхности частиц фективноетя «вяоуяааиявания I - дяя трезшоюк хрома; 2 г бвинца; 3- шврйо! 4 - сумма частных I и 3| ^ ^ дяя волы

Таблица

Содержание в золе, % золы, с учетом окись крем- окись кальция свобод- свободных нияной окисей общая свобод- общая свобод- 2Я25™, Ж555 и w^cwi www wu^ w^w^M кремния кальция, ная ная тяжелых металлов табл.2)

Донецкие 40-60 8^32 2

Кузнецкие 50-65 20-35 3

Экибастузский 62-66 24-33 1,

Канско-ачинские 15-47 3-30 26

Подмосковный 40-50 5-15 5,

0,2-0,4 0,3 0,15-0,

0,2-3,0 0,3 0,2-0,

0,1 0,3 0,2-0,

9-23 0,3-0,5 0,25-0,

0,15 0,3-0,5 0,25-0,

Поэтому, учитывая рассмотренные негативные последствия выброса больших количеств золы, принимая во внимание зарубежный опыт и требования Госкомгидромета об ограничении высоты дымовых труб ТЭС величиной, как правило, 250 м* , а также исходя из реальных возможностей современных золоуловителей, предложено для золы ограничить общий ее выброс величиной, которая соответствует расчетной высоте труб 250 м. При этом условии рассмотренные расчеты приводят к существенной зависимости относительного выброса золы как от мощности сооружаемых ТЭС, так и от зольности топлива, что выражается упрощенным соотношением:

Это соотношение, представленное на рис. 4, дает принципиально иную и более логичную методику нормирования эффективности золоулавливания по сравнению с рассмотренным традиционным подходом. Показано, что такая методика выбора золоуловителей обеспечивает.-экологически более обоснованное и экономически приемлемое развих) См., например, Временную методику нормирования промышленных выбросов в атмосферу, госкомгидромет, М., 1981. тие теплоэнергетики даже при расоютренном ужесточении санитарно-гигиенических требований к золе /11,12/. Основные положения этих рекомендаций включены в "Нормы технологического проектирования ТЭС*, ВНТП-81, раздел 5.2. Очевидно, что возможности дальнейшего совершенствования и уточнения данной методики зависят от объема и достоверности данных по народнохозяйственному ущербу, который обусловлен выбросами летучей золы.

В последующих разделах доклада изложены основные результаты исследований методов существенного сокращения выбросов золы, особенно ее тонких фракций, и достижения регламентированной степени очистки газов. При этом в условиях введения в отрасли системы ограничения выбросов важную роль приобретает повышение надежности, стабильности процессов золоулавливания, обеспечение их высокого фактического, среднеэксплуатационного уровня.

П. Исследование процессов и разработка эффективных систем мокрого золоулавливания /8.4,13-19,33-

§/х'

В период, предшествовавший исследованиям, обобщенным в данном разделе, около тысячи пылеугольных котлов, преимущественно средней мощности, оборудовались золоуловителшуш типа Ш-ЖЙ. Этот аппарат представляет собой центробежный скруббер, во входном патрубке которого установлен ряд решеток, образующих орошаемый пучок из горизонтально расположенных прутков диаметром 16-20 мм. Улавливание летучей золы происходит, в основном, на поверхности прутковой решетки, покрытой пленкой орошающей жидкости. Эффективность осаадения золы на прутках решетки определяется величиной числа Стокса, пропорционального скорости частиц золы относительно прутков и обратно пропорционального их диаметру. Показано, что общая степень очистки газов от золы, достигаемая с л помощью этих аппаратов, составляет в среднем 85-90^/8.4, '

Попытки повышения эффективности очистки газов путем увеличения числа прутковых решеток или скорости газов перед ними оказались безрезультатными. В первом случае решетки быстро зарастали золовыми отложениями, что приводило к недопустимому росту гидх) Работы, обобщенные в данном разделе, наиболее полно отражены в двух книгах /15,18/. равлического соцротивления газового тракта и ограничению тяги. Во втором случае решетки быстро разрушались вследствие их золового износа. Требовалось разработать процесс мокрого золоулавливания, обеспечивающий не только существенно более глубокую очистку газов, но и ее эксплуатационную стабильность, ориентируясь при / этом на использование для орошения аппаратов не технической, a J оборотной воды, чтобы предотвратить загрязнение природных водоемов сбросами осветленной вода /18/.

Псказано, что этим требованиям в наибольшей мере удовлетво-ряетщюцес^^ на каплях распыленной жидкости при движении дымовых газов в канале переменного сечения.Аэродинамически приемлемая конфигурация такого канала близка к классической трубе Веятури и включает в себя

§и участка - конфузор, горловину и диффузор. При осавдении золы на каплях размер препятствия примерно на два порядка меньше, чем диаметр прута ре-|*шетки^|Предполагалось, что это должно обеспечить существенное увеличение числа Стшса, а следовательно, и вероятности осааде-ния частиц золы /15/. Поэтому в качестве первого этапа разработки профил® нового золоуловителя было исследовано осазвдеяие золы на каплях в таком канале переменного сечения. Этот процесс можно схематически.,, представить следующим--образом. ^—.д

Запыленный газовый"поток поступает в относительно короткий V конфузор, где происходит ускорение движения газов и золовых частиц. При этом чем мельче частицы золы, тем большуюорость они приобретают. В зону конфузора или горловины помощью форсуночных устройств подается в диспергированном виде вода, капельки Cf которой вследствие большей,:массы обладают меньшейоростью, чем » частицы золы/Вследа ие значительной разностиоростей частиц золы и капель воды, на всей длине конфузора, а также в диффузоре происходит интенсивная их коагуляция, вязичем такой канал переменногочения и назван коагулятором. Отработавший газовый поток,держащий и каплиулшленной ими золой, должен посту- ^ пать во вторичное каплеулавливающее устройство} профиль которого также предстояло определить.

Подобная технология очистки ранее в теплоэнергетике не применялась. В других же.отраслях промышленноети, в результате исследований НШОГАЗ, Гинцветмет и рада зарубежных работ, она нашла применение, главным образом, для улавливания весьма тонкодисперсных пылей при больших удельных расходах орошающей воды

- до 0,9*1,0 кг/м3 и значительных гидравлических сопротивлениях

- до 10000 Па, то есть при условиях, неприемлемых для теплоэнергетики /13/. В таких условиях можно было без существенной погрешности не принимать во внимание, например, разность скоростей движения часгиц пыли и газа, не учитывать улавливание части проскока пыли в каплеуловителе, относя весь улов целиком к коагулятору и т.п. /13,14/. Поэтому, как выявил анализ, эти научно-технические материалы оказалось невозможным экстраполировать на качественно отличные условия улавливания в теплоэнергетике сравнительно грубодисперсной золы. Требовалось, таким образом, исследовать эти процессы, разработашь методику расчета улавливания летучей золы, выявить особенности применения такой технологии на ТЭС/15/.

Показано, что очистка газов в коагуляторе от частиц лет^= ~ чей золы ТЭС происходит, в основном, вследствие их осавдения на каплях распыленной воды. Это осавдение может осуществляться в силу различных физических причин: так называемой кинематической коагуляции (инерционного освящения), турбулентных пульс aqj ка, термодиффузии и конденсации водяных пара еяка вклада каждого из этих факторов в осаждение золы в коагуляторе установила, что в условиях ТЭС, характеризующихся, как показано в разделе I, полидисперсной золой с медианным размером 15-25 мкм, необходимостью весьма небольшого удельного расхода воды на орошение золо- ^ уловителей и малого их гидравлического сопротивления, решающую роль играет инерционное осазщение - слипание частиц золы и капель воды, обусловленное различной их скоростью в очищаемых газах /13,15/. Исходя из определяющей роли инерционного осавденда, подтвержденного последующей экспериментальной проверкой, получено дифференциальное уравнение, описывающее процесс осаядения частиц золы на каплях распыленной орошающей жидкости в рассмотренном канале переменного сечения - коагуляторе /13,15/. Интеграл этого уравнения имеет вид:

•<*>) се) где б', 2' ~ соответственно проскок и эффективность осавдедяа частиц золы в коагуляторе; L - длина коагулятора, м; плотность орошения, м3 орошающей жидкости/м3 очищаемого газа; Э -коэффициент инерционного осаждения частиц при потенциальном обтекании ими шара; Дк- размер капель, м; 1/3 , tfK , Vr - скорости соответственно частиц золы, капель и газа в данном сечении коагу-| лятора, м/с.

Уравнение (6) позволяет определить проскок или неполноту осаяденш любой фракции золы в коагуляторе при его орошении монодисперсными кашшми любого диаметра. При получении уравнения (6) сделан ряд допущений, упрощающих этот сложный процесс: принималось, в частности, что частицы золы и капли имеют сферическую форму; их движение происходит под действием только аэродинамической силы. Не учитывалась коагуляция капель между собой,пос-кольну, как показано в работах И.Б.Палатяжа, влияние этого фактора, при характерных для золоулавливания на ТЭС параметрах, нич- VJa^ тожао. Кроме того, сделано допущение о равномерном распределении капель в любом сечении коагулятора. Меяду. тем, как показывают эксперименты, на начальном участке коагулятора это распределение может характеризоваться большей или меньшей степенью неравномерности, в зависимости от типа применяемых форсунок /13,15/. Использование уравнения (6) должно также приводить к погрешности, обусловленной тем, что"размер "действующих" капель принимается одинаковым для всех участков коагулятора, тогда как это условие в действительности нарушается на части длины конфузора.

Оцнако и с учетом всех перечисленных допущений практическое применение уравнения (6) затруднено недостаточностью надежных данных по дисперсному составу капель, образующихся в результате дробления жидкости в коагуляторе. Поэтому на полупромышленном стенде Верхне-Тагильской ГРЭС выполнены специальные эксперименты, включавшие, наряду с определением дисперсного состава факела форсуночных устройств, также прямые измерения диаметров капель при двух скоростях газов в трех сечениях по длине скоростного коагулятора -- непосредственно за горловиной, в середине йиффузора и на выходе из него. С помощью сконструированного для этой цели зонда дисперсный состав капель фиксировался на пластинках, покрытых слоем технического вазелина, а время экспозиции регистрировалось электронным миллисекундомером. В результате экспериментов также устанш-лено, что в скоростном коагуляторе формируется ев ой с обеш^енный, ^ существенно отличный от факела форсунки, спектр' капель, определен ^ его состав и показано, что его формирование к концу горловины завершается и по всей длине диффузора этот спектр остается практически неизменным /15/.

На основе полученных экспериментальных данных по дисперсному составу золы и капель, формирующихся в коагуляторе,уравнение (6) позволяет рассчитать на ЭВМ фракционное осаждение золы по. всему спектру капель. Однако такой расчет оказался весьма громоздким, с болышй затратой машинного времени. Поэтому для получения более простой инженерной методики было признано целесообразным заменить реальный полидисперсный состав капель каплями одного эквивалентного размера, в качестве которого для рассматрива- г} емых условий инерционного осаздения выбран среднеквадратичный ди- -аметр До . Значения Д0 определены с учётом известной формулы Нукиямы-Таназавы на основании обработки результатов измерений на упомянутом стецце Верхне-Тагильской ГРЭС и применения этих данных в виде графика к разным типоразмерам таких аппаратов /15/.

Дальнейший анализ уравнения (6) показал, что соотношение величин S-'9/ Яо остается практически постоянным по длине коагу~ лятора и его можно вынести из-под знака интеграла. Оставшийся интеграл может быть вычислен на ЭВМ и его значения затабулированы для различных типоразмеров аппаратов. В практических целях эту функцию удобно представить в виде:

Оз-UKI иг иь-ад Vr % ' \

•Jj (у) cp 4 ' и использовать для расчетов^среднее значение так называемого "скоростного члена" мает окончательный вид:

LHkilii! . Jl ] . Тогда уравнение (6) принизь 17к 1ср

I • / . г Я'Э I / \ = ехр(-1,5• -Ь- .|£р-/,) (8)

Уравнение (8) ши|юко используется в инженерных расчетах для определения при известном дисперсном составе летучей золы эффективности осаждения любой ее фракции в коагуляторе. Средние значения "скоростного члена" определяются по заранее составленным таблицам /15,19/. При их составлении учитывалось, что в реальных условиях ТЭС процесс инерционного осаждения золы на каплях в коагуляторе происходит совместно с процессами тепло- и массообмена, оказывающими некоторое влияние, в частности, на значения величин » U« , U- . Поэтому при.составлении таблиц численно на ЭВМ решалась система уравнений, учитывающая также тепло- и массообмен, и дополненная уравнениями движения частиц золы и капель, уравнением неразрывности и др.

Обеспечивая практическую возможность расчета эффективности осаздения золы в первой ступени золоулавливающей установки -предвключенном к оагуля торе, предложенная модель обладает вместе с тем физической наглядностью, позволяет выявить и целенаправленно использовать особенности процесса в этом устройстве, учитывать их по установке в целом. Так, из уравнения (8) следует, что кривая фракционной эффективности осаядения подидисперсной золы на каплях в коагуляторе имеет весьма необычный в практике пылеулавливания оптимум в области осаадяия сравнительно тонких фракций золы размером 3-10 мкм. С увеличением размера частиц золы снижается разность скоростей между ними и каплями, уменьшается величина "скоростного члена", а следовательно, уменьшается и эффективность осаждения более грубых фракций. I лишь по мере уменьшения размера частиц ниже 2-3 мкм эффективность осаздения также должва, естественно, снижаться в связи с падением числа Стокса и коэффициента инерционного осаждения /13,15/.

Существование этого оптимума подтверждено и экеиерименталь- *f но /15/. На рис. 5 приведены для иллюстрации опытные данные по осаящению различных фракций золы богословского угля в нредвкдю- > ченном коа1уляторе золоулавливающей установки Верхне-Тагильской е^ • ^ ГРЭС при трех значениях удельного расхода воды на орошение коа- С'Т ^ гулятора и близких скоростях газов в его горловине. Рис. 5 показывает, что сравнительно тонкие фракции золы размером 3-10 мкм осавдются в коагуляторе заметно эффективней, чем более крупные частицы* Это важно не только для техники обеспыливания, но и экологически, поскольку, как рассмотрено в разделе I, указанные фракции золы обогащены токсическими микропримесями, в первую очередь тяжелыми металлами.

Из рис. 5 и расчета по уравнению (8) также следует, что вся масса золы, не уловленной в коагуляторе и посыпающей во вторую ступень золоуловителя, имеет в диапазоне фракций 5-50 мкм и выше даже несколько более грубый дисперсный состав, чем исходная лезу-чая зола. Эта обнаруженная особенность процесса предопределила и j позволила обосновать выбор в качестве второй ступени новой золо- / улавливающей установки центробежного скруббера с пленочным ороше- [ нием. Выявлено, что скруббер в такой схеме яе только выполняет обычную функцию капдеуловителя, сепарируя капли из отработавшего в коагуляторе газового потока, но и служит эффективной ступенью очистки газов. Очевидно, что улавливание в ней золы, в отличие ог коагулятора^тем лучше, чем крупнее частицы /15/. Тем самым определена рациональная технологическая схема и разработан профиль нового золоуловителя, состоящего по ходу газов из предвклю-чеяяого скоростного коагулятора и центробежного скруббера.

Чтобы проверить теоретическую, согласно уравнению (8), эффективность осаащения частиц золы в коагуляторе, необходимо было сравнить расчетные значения проскоков с соответствующими им экспериментальными значениями. С этой целью на действующих установках четырех ТЭС, при различных режимах их эксплуатации, в том числе опытах с отключением орошения коагуляторов, были определены экспериментально проскоки различных фракций золы для установ-кд в целом и для скруббера-каплеуловителя бЦ /15/.На основе этих значений и пользуясь известным соотношением: e^el-e- (9) определены б[ - проскоки L -ой фракции золы из предвключённо-го коагулятора, которые рассматривались как экспериментально полученные. Теоретические значения этих проскоков вычислялись на ЭВМ для тех же режимов эксплуатации, что и в реальных опытах.

На рис. 6 показана в полулогарифмических координатах используемая в инженерных расчетах в соответствии с уравнением (8) зависимость дяя определения проскока золы из первой ступени золсн улавливающей установки - скоростного коагулятора. Наблюдаемый разброс экспериментальных точек вполне объясняется погрешностями опытов, особенно при определении дисперсного состава золы на входе и выходе золоулавливающеи установки. Вместе с тем удовлетворительное обобщение опытных данных зависимостью (8) на рис. 6 косвенно указывает на приемлемость тех доцущений и упрощений, которые сделаны при разработке модели процесса осаждения золы в коагуляторе /13,15,8.4/.

Для исследования эффективности улавливания проскока различных фракций летучей золы во второй ступени - скруббере-каплеуло-вителе были поставлены специальные опыты, в которых диаметр аппаратов менялся от I до 4,1 м, а входная скорость газов от II до 22 м/с /13,15/. Кроме того, были использованы обширные материалы предыдущих промышленных и стендовых испытаний центробежных скрубберов типа ЦС-ВТИ. В результате обработки этих экспериментальных данных с использованием методов математической статистики получена эмпирическая зависимость в виде: п

V/^w+wv*-a%%)' Я <ю>

Г"4 I ч? ч

1 ч

1 Г * в а 1 fl э."

D V

D—1 •

V А • - •kV* * 1 • V- • % • 1 • 1 « • • що воагуля-на Верхне-та

- удельный расход воды на орошение коагулятора о « 0,185 кг/ВгГ, скорость газов в горловине V^.« 76t'Ve; 2 - 9 « 0ДВ1Х V^ « 77| а-0,153, I/ « яз^в предвюгшенном ша^ин

60 • JT

ДА. •^ чО Jrm en ■. • у Г '

IT* £ & У 1 5 1С

- r г. г - i i ! ■ 1 *

• ' (D

JEfeo»7: Обронив опнтшд: данных

ЕЕв у^иМУЙННИ 3QXH В щиж мот х =10 -S-W •(%) Ч/а) -Л

Рие.8: Влияние изменения УЭС зол» при тешератдао-мажностном. коэ» где 8", у* - соответственно проскок и эффективность осаяденш частиц золы данной фракции в скруббере-каплеуловителе; 8 - размер частиц, мкм; w - скорость газов на входе в скруббер, м/с;

- отношение высота орошаемой часии скруббера к его диаметру; У а - отношение вертикального размера входного патрубка скруббера к горизонтальному размеру; Д - диаметр скруббера, м.

Насколько корректя© эта эмпирическая зависимость отвечает опытным данным, показывает график на рис, 7, где нанесены экспериментальные точки и по ним методом наименьших квадратов построена зависимость (10). Как видно из рис. 7, обобщающая : прямая выходит практически из начала координат, что свидетельствует о незначительности вклада, вносимого постоянным членом уравнения (10) в суммарный результат осаздения полвдисперсной летучей золы в'центробежном скруббере-каплеулааителе. Косвенно это указывает, что роль неучтенных факторов, например, турбулентных пульсаций, весьма невелика. Показано, таким образом, что уравнения (8) и (10) позволяют учесть влияние различных факторов на процесс улавливания золы в аппаратах с предвключенными коагуляторами, оценить роль первой и второй ступеней очистки газов от золы и создают основу для усовершенствования подобных установок и выбора оптимальных вариантов в зависимости от разнообразных и нередко противоречивых требований инженерной практики /15,19/.

В качестве примера в табл. 4 приведены для сравнения расчетные значения эффективности улавливания различных фракций золы в коагуляторе ^ и в скруббере-каплеуловителе rj* , а также суммарной у для зодоулавливающей установки с диаметром скруббера 4,0 м при типичных конструктивных параметрах и режимах ее экстауаз?ацш- Таблица

Фракции, мкм о-ю 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60t f г 0,79 0,64 0,93 0,784 0,843 0,96 0,76 0,899 0,97 0,735 0,926 0,98 0,638 0,941 0,98 0,647 0,571 0,952 0,959 0,98 0,

Из табл.4 хорошо видна роль двух ступеней очистки в новой золоулавливающей установке. Эффективно очищая газы от мелких частиц золы размером 3-10 мкм, коагулятор значительно хуже осаздает на каплях крупную золу, что непосредственно следует из уравнения (8). В то же время даже крупный центробежный скруббер диаметром

4 м улавливает частицы размером 20 мкм заметно эффективней, чем коагулятор. Выявлено, таким образом, что в основе значительно более эффективной очистки газов, обеспечиваемой новыми золоуловителями по сравнению с прежними конструкциями аппаратов, лежит своеобразное сочетание двух различных механизмов осаждения ленчей золы - на каплях в предвключенном коагуляторе и на пленке в скруб-бере-каплеуловителе /15/.

В результате многочисленных испытаний, включая исследования на моделях, получены экспериментальные материалы и разработана инженерные методики, позволяющие рассчитать как суммарное гидравлическое сопротивление и охлаящение газов в новом золоуловителе, так и ощ>еделить роль каядой ступени в этих процессах /15,18,19/.

Обширный опыт пек а за л, что благодаря отсутствию тесных прутковых решеток и организации осавдения золы яа каплях в объеме скоростного коагулятора новые золоуловители значительно менее подвержены образованию минеральных отложений, чем прежние конструкции аппаратов, что особенно важно при оборотном водоснабжении. Показано, в частности, что для предотвращения образования карбонатных отложений в системе орошения этих золоуловителей оборотная веща должна характеризоваться величиной рН < II, а для некоторых ситуаций предложены и реализованы мероприятия по устранению карбонатных отложений в коммуникациях путем, в частности, их промывки смесью воды и дымовых газов /18,33/. стан^лёно, что стабильная работа золоуловителей возможна лишь при условии предотвращения образования гак называемых граничных отложений, возникающих в мокрых аппаратах любого типа в переходной области мезду сухими и орошаемыми зонами, в данном случае - во входной части к оа гуля г оpaJjKa к показали экспериментальные работы, при использовании оборотной воды образование таких отложений резко интенсифицируется как вследствие большей общей минера-лизованности воды, так и в связи с возрастанием доли вяжущих, цементирующих соединений. Попытки решения этой задачи в условиях 1ЭС известными способами, например, с помощью переливных устройств, оказались бесплодными /18/. В связи с этим предложено использовать абразивные свойства крупных частиц золы для разрушения граничных отложений, образующихся в коагуляторе. На основе расчетного анализа движения частиц золы и опытных работ определены для такого способа "самоочистки" минимальная скорость газов на входе в конфузор коагулятора, необходимый угол его раскрытия и положение, в нем х ^

X * ; орошающих форсунок, при которых автоматически обеспечивается отсутствие опасных эоловых отложений в эксплуатационных условиях /18/. Это новое решение реализовано в типовых конструкциях золоуловителей с предвключенными коагуляторами /35 , 18/.

Сйределен круг топлив, при сжигании которых можно применять новые золоуловители с предвключенными коагуляторами, не опасаясь образования отложений карбоната кальция в аппаратах /18/. Этот круг топлив ограничен неравенством: <90 (ID где ОаОод - общее содержание окиси кальция в летучей золе, %;

- приведенная зольноегь топлива, $.кг/ВДж. Такой подход, по сравнению с ранее практиковавшимся, заметно ограничивает применение мокрых золоуловителей в теплоэнергетике. Вместе с тем их использование становится более обоснованным.

На основе перечисленных исследований, опытно-промышленных проверен и промышленных испытаний разработын при участии автора и рекомендованы Научно-техническим советом Минэнерго СССР к внедрению в отрасли в качестве типовых решений нормальные ряды двух основных, принципиальных схожих, но конструктивно отличающихся модификаций золоуловителей с предвключенными скоростными коагуляторами, удовлетворяющие различным условиям эксплуатацииТЭС. В едной из этих модификаций, получившей название MB и разработанной в Уралтехэнерго, применены вертикально расположенные коагуляторы круглого сечения /15,19/; в другой модификации, разработанной в ВТЙ и получившей обозначение МС, использованы горизонтальные (слабонаклонные) предвключенные коагуляторы в ввде укорочен- 1 ных Целевых патрубков /16,18/.

Стабильность показателей золоуловителей типа MB и МС при их длительной эксплуатации - одно из основных требований системы ограничения выбросов - подтверждается многолетней практикой Шатурской, Молдавской, Верхне-Тагильской, Беловской ГРЭС, ТЭЦ-12 Мосэнерго и многих других ТЭС, где среднеэксплуатационная степень , очистки газов от золы составляет 94-96$ при гидравлическом со- противлении 900-1400 Па и умеренном удельном расходе воды jaag£Q^/ ^ j шение - примерно 0,2 кг/м3.|это^ознНчает/ что по сравнению с pa- s нее применявшимися установками типа МП-ВТИ выброс золы в атмосферу сокраден в 2,5-3 раза. Новые золоуловители широко используют- 1 ся как при проектировании новых ТЭС, так и, в еще большей мере, J / для малозатратной модернизации действующего оборудования. Их внедрение на более чем 100 ТЭС с блоками мощностью до 200 МВт включительно обеспечило в теплоэнергетике, по данным Союзтехэнерго, экономический эффект не менее 7 млн. руб., сокращение выбросов . летучей золы в атмосферу более, чем на I млн. тонн в год. Совершенствование централизованного изготовления этих золоуловителей, осуществляемое в отрасли, будет способствовать улучшению их качества и эксплуатационных показателей.

Наряду с этим показано, что достигнутое сокращение выбросов золы все еще не является техническим пределом новой системы золоулавливания. Одна из таких возможностей повышения эффективности, вытекающая из математического моделирования, основывается,в пер- ) вуго очередь, на перестройке дисперсного состава золы (табл. 4). В опытной модификации золоуловителя (МСД) это достигается выпол- 4' нением коагулятора в виде двух последовательных ступеней с ороше- -нием первой по ходу газов /34/.

Опытная установка такого типа была сооружена и испытана в 1979 г. в масштабе энергоблока мощностью 200 МВт Молдавской ГРЭС, сжигающей донецкие угли,тонко размалываемые в барабанно-шаровых мельницах, т.е. в наиболее трудных условиях, в которых эффективность типовых новых аппаратов не превышает 94-95%. В этих же условиях золоуловители с двухступенчатыми коагуляторами при приемлемом гидравлическом сопротивлении удаляют из газов более 98% золы, что обеспечивает дополнительное сокращение выброса золы и микропримесей в атмосферу в 2-3 раза по сравнению с типовыми конструкциями новых золоуловителей, а по сравнению с аппаратами МП-ВТЙ - почти на порядок /17/.

Вместе с тем при длительной эксплуатации указанной опытной ," установки МСД обнаружено, что примененная защита внутренней по--в ерхности коагуляторов плохо противостоит коррозионно-абразивно-щ износу. Проводимое в настоящее время совершенствование защиты двухступенчатых коа1уляторов является предпосылкой к последующему широкому внедрению золоуловителей этого типа, причем реальные перспективы имеет надежная система защиты аппаратов МСД, разработанная Южтехэнерго.

Проанализирован также механизм улавливания в мокрых золоуло- , вителях окислов серы; показана возможность существенного повышения / сероулавливающей способности этих аппаратов при их орошении щелочной водой в условиях оборотного водоснабжения /18/.

ВЫВОДЫ

I. Показано, что в современных условиях проблема значительного сокращения твердых выбросов ТЭС в атмосферу становится определяющей и представляет собой новое научное и народнохозяйственное направление; с использованием экспериментальных данных по дисперсности, макро- и микросоставу летучих зол, включая со- ' держание в них тяжелых металлов, а также с учетом экологических и санитарно-гигиенических требований обоснована необходимость повышения регламентируемой эффективности золоулавливания; разработана и внесена в Нормы технологического проектирования ВНТП-81 методика выбора этой эффективности в зависимости от приведенной зольности топлива и мощности ТЭС.

2) Показано, что выявить и реализовать имеющиеся резервы сокращения твердых выбросов ТЭС при любом способе улавливания золы можно на основе более полного учета всей технологической специфики ТЭС, в первую очередь котлоагрегата, свойств топлив и условий их'сжигания, характеристик продуктов сгорания.

3. С использованием положений механики аэрозолей получена математическая модель и создана методика расчета фракционного осаждения частиц золы на каплях с учетом скорости их относительного движения в потоке газов в канале переменного сечения и обосновано применение этого канала в качестве предвключенного коагулятора новой золоулавливающей установки. Выявлена и реализована возможность эффективного осаждения на каплях в таком коагуляторе сравнительно тонких фракций золы размером 3-10 мкм, обогащенных соединениями тяжелых металлов. Предложено и обосновано использование эффекта абразивного износа крупной золой минеральных отложений, образующихся на границе сухой и мокрой зон аппарата, и сформулированы аэродинамические и режимные условия реализации этого способа. В результате обработки и обобщения экспериментальных данных получено уравнение, учитывающее влияние конструктивных и режимных факторов на улавливание произвольной фракции золы в центробежных скрубберах с пленочным орошением.Разработаны профиль, конструктивные схемы, методы расчета новых, значительно более эффективных и надежных, мокрых золоуловителей, способных работать на оборотной воде; определена область их рационального применения в теплоэнергетике.

4. С помощью разработанного безразмерного показателя, отражающего состав энергетических топлив, выполнена.их классификация по электрофизическим свойствам продуктов сгорания; тем самым обеспечена возможность предпроектной оценки условий электрогазоочистки, необходимости дополнительных мероприятий по повышению ее эффективности.

5. Предложена физическая модель, ,связывающая удельную проводимость слоя золы, осажденной в электрофильтре, с содержанием натрия в золе и параметром, характерующим относительную влажность дымовых газов. Показано, что расчет по этой модели для ряда топлив удовлетворительно коррелируется с данными прямых измерений УЭС золы на ТЭС. На этой основе выявлена для ряда топлив возможность выбора такой температуры уходящих газов, т.е. профиля котла, при которой.обеспечивается наиболее эффективный процесс электрогазоочистки.

6. Сформулирован и экспериментально подтвержден метод предотвращения обратного коронирования в электрофильтрах и радикального повышения эффективности улавливания, золы малосернистых каменных углей, особенно ее тонких фракций, обогащенных тяжелыми металлами, путем испарительного охлаждения дымовых газов до 363-383 К. Предложены и экспериментально обоснованы новые технологические схемы температурно-влажностного кондиционирования для ТЭС, сжигающих экибастузские, кузнецкие, нерюнгринские, куучекинские угли, в том числе для Экибастузского топливно-энергетического комплекса в виде комбинированных систем золоулавливания.

7. Показана возможность повышения эффективности горизонтальных электрофильтров при отсутствии обратного коронирования путем учета экспериментально обнаруженного резкого возрастания концентрации золы в нижней части аппарата по мере движения пылега-зового потока; на этой основе предложены и проходят стадию oTfa-. ботзш способы целенаправленного перераспределения эмиссии коронного разряда.по высоте аппарата, соответатвующего изменения его аэродинамики.

8. Выявлена зависимость эффективности батарейного циклона от неравномерности межэлементного распределения летучей золы по ее массе и дисперсному составу; на основе этих исследований и анализа эксплуатационного опыта предложены конструктивные схемы новых, значительно более эффективных и надежных, золо- и пылеуло вит ел ей для ТЭС малой и средней мощности, сжигающих угли с умеренной зольностью.

Э. В результате выполненных исследований внесен ощутимый вклад в решение крупной отраслевой и народнохозяйственной проблемы существенного повышения эффективности защиты атмосферы от загрязнения твердыми выбросами ТЭС. Разработаны, утверждены и рекомендованы в виде новых типовых решений к серийному внедрению Научно-техническим советом Минэнерго СССР для действующих и сооружаемых ТЭС нормальные ряды золоуловителей с предвключенными коагуляторами типа 1В и МС, комбинированных золоуловителей типа УЗК ВТИ-500-I и УЗК ВТИ-500-2, батарейных циклонов типа ЩУ и ЩУ-М, модернизированных электрофильтров. Эти проекты, а также ряд рекомендаций, касающихся отдельных узлов золоулавливания, внедрены на 122 электростанциях, сжигающих большинство видов энергетических топлив. Среди объектов внедрения результатов ра-боты - ГРЭС Экибастузского и Канско-Ачинского топливно-энергетических комплексов, Бурштынская, Прибалтийская, Эстонская, ВерхнеТагильская, Ведовская, Назаровская ГРЭС, ГРЭС-4, ГРЭС-5,ТЭЦ-12, ТЭД-16, ТЭЦ-22-Мосэнерго. Разработан также научно-технический, задел по электрической и скрубберной очистке на ближайшую перспективу. Годовой экономический эффект в теплоэнергетике превышает 20 мян. руб. Общее сокращение выброса золы в атмосферу составляет более 1,5 млн. тонн в год.

Основное содержание доклада опубликовано в следующих работах.

1. Залогин Н.Г., Кропп Л.И. Проблемы защиты воздушного бас-., сейна от загрязнения дымовыми газами электростанций. - Теплоэнергетика, 1972, $ 10, о. 2-6.

2. Залогин Н.Г., Кропп Л.И. Работа электростанций и защита окружающей среды. - Теплоэнергетика, 1975, $ 4, с. 5-7.

3. Яновский Л.П., Кропп Л.И., Кригмонт Г.В. Снижение загрязнения атмосферы частицами золы, выбрасываемыми ТЭС (обзор). М., Информэнерго, 1976, 35 с.

4. Залогин Н.Г., Кропп Л.й. 0 необходимой степени очистки дымовых газов от золы-на новых крупных тепловых электростанциях. -Электрические станции, 1977, № 6, с. 2-3.

5. Кропп Л.И., Залогин Н.Г., Яновский Л.П. Показатель суммарной вредности продуктов сгорания энергетических топлив. -Теплоэнергетика, 1978, В 10, с. 47-49.

6. Кропп Л.И., Пути сокращения вредных выбросов ТЭС. - Теплоэнергетика, 1978, Ш II, с. 2-7.

7. Кропп Л.И., Залогин Н.Г., Яновский Л.П. Проблемы защиты окружающей среды при сооружении ТЭС о блокада 500 и 800 МВт. -В кн.: Котельные и турбинные установки энергоблоков мощностью 500 и 800 МВт. Создание и освоение, под ред. В.Е.Дорощука и

B.Б.Рубина, М., Энергия, 1979, с. 33-41.

8. Энергетика и охрана окружающей среды. Под ред. Н.Г.Зало-гина, Л.И.Кропп, Ю.М.Кострикина. М.,Энергия, 1979, 352 с.

8.1. Глава I. Введение в круг проблем защиты окружающей среды от выбросов энергетического производства. С. 13-35. Авторы: Залогин Н.Г., Кропп Л.И.

8.2. Глава 17, Характеристика энергетических топлив и продуктов их сгорания. С. 62-92. Авторы: Залогин Н.Г., Кропп Л.И.

8.3. Глава У. Очистка дымовых газов от золы в электрофильтрах. С. 93-141. Авторы: Кропп Л.И., Яновский Л.П., Залогин Н.Г., Шшголь И.Н.

8.4. Глава У1. Очистка газов в мокрых золоуловителя.

C. I4I-I63. Авторы: Кропп Л.И., Харьковский М.С.

8.5. Глава УЛ. Очистка дымовых газов в батарейных циклонах. С. 163-172. Авторы: Кропп Л.И., Залогин Н.Г., Новоселов С.С.

9. Кропп Л.И. Совершенствование энергетического производства и окружающая среда. - Теплоэнергетика, 1980, Л II, с. 2-6.

10. Чмовж В.Е., Кропп Л.И. Эффективность золоулавливания и выбросы токсичных микроэлементов с дымовыми газами ТЭС. - Теплоэнергетика, 1981, I 7, с. 55-56.

11. Кропп Л.И., Яновский Л.П. Требования к эффективности золоулавливания и перспективы их реализации. - В кн. - сб.П Всесоюзного научно-технического совещания "Энергетика и экология", М., Информэнерго, 1982, с. 33-36.

12. Кропп Л.И., Яновский Л.П. Экологические требования и эффективность золоулавливания на ТЭС. - Теплоэнергетика, 1983, 19, с. 19-22.

13. Кропп Л.И., Акбрут А.И. Рабочие процессы и расчет эффективности золоуловителя с трубой Вентури. - Теплоэнергетика, 1972, № 7, с. 63-67.

14. Харьковский М.С. Кропп Л.И., Ушаков С.Г. Абразивное разрушение золовых отложений во входном патрубке скруббера МС-ВТИ. - Теплоэнергетика, 1975, $ 2, с. 85-88.

15. Кропп Л.И., Акбрут А.И., Золоуловители с трубами Вентури на тепловых электростанциях. М./Энергия, 1977, 160 с.

16. Харьковски! М.С. КроппЛ.И., Письман Б.Я., Крестья-нов Г.Г. Нормальный ряд мокрых скоростных золоуловителей МС-ВТИ. - Промышленная и санитарная очистка газсв,1978, .й 1,с. Ю-Ц.

17. Кропп Л.И., Богданов Л.Р., Письман Б.Я. Опыт применения двухступенчатых коагуляторов Вентури для повышения эффективности золоулавливания (в кн.-сб. Всесоюзной научн.-техн.конференции "Энергетика и окружающая среда", ч.1), Минск,октябрь 1980,-с.74-76.

18. КроппЛ.И., Харьковский М.С. Мокрое золоулавливание в условиях оборотного водоснабжения. - М., Энергия, 1980, 112 с.

19. Акбрут А.И., Кропп Л.И., Винник И.Я., Удачин П.ф., Бобылев А.Ф., Оксенкруг Е.С. Указания по расчету и проектированию золоуловителя с трубой Вентури типа MB при модернизации газоочистного оборудования ТЭС, СПО Союзтехэнерго, М., 1980, 40 с.

20. КроппЛ.И., Шмиголь И.Н. Повышение эффективности работы электрофильтров при улавливании золы экибастузского угля. - Теплоэнергетика, 1977, JS.6, с. 14-18.

21. Залогин Н.Г., Кропп Л.И., Шмиголь И.Н. Критерий оценки поведения золы в электрофильтрах. - Электрические станции, 1978, $ 6, с. 15-16.

22. L.I .Kropp, I.H.Sbmigol, G.S.Chekanov, S.Oglsby,Jr. and R.E.Bickelhaupt. Joint US/USSR test programm for reducing fly ash resistivity. - Journ. of the Air Pollution Control Association, June 1979, vol 29, Ж 6, p. 665-669

23. Кропп Л.И.,Новоселов С.С. Усовершенство вание систем обеспыливания воздуха при централизованной подготовке топлива на ТЭС (в кн.-сб. Всесоюзной научн.-техн.конференции "Энергетика и окружающая среда", ч. I), Минск, октябрь 1980, с. 86-87.

24. Кропп Л.И., Шмиголь Й.Н. Влияние температурной разверки в уходящих газах по ширине энергоблока на работу электрофильтра. В кн.-сб. П Всесоюзного научно-технического совещания "Энергетика и экология". М., Информэнерго, 1982, с. 127-129.

25. Кропп Л.И., Шмиголь Й.Н., Зыков A.M., Зеленрв В.В., Балыкин А.В. Улучшение работы электрофильтров испарением воды в газоходе при сжигании кузнецких углей. - В кн.-сб. П Всесоюзного научно-технического совещания "Энергетика и экология". М., Информэнерго, 1982, с.130-132.

26. Шмиголь И.Н., Кропп Л.И. Эффективность золоулавливания на ТЭС, сжигающих экиб ас ту зские угли. - Теплоэнергетика, X98I, № 6, с. 71-73.

27. Крошх Л.Й., Яновский Л.П. Пути повышения эффективности и стабильности работы электрофильтров в условиях ТЭС. - Теплоэнергетика, 1981, & 6, с. 29-31.

28. Кропп Л.И., Шмиголь И.Н., Письман Б.Я., Зыков A.M., Зеленов В.В., Анания Q.B. Применение комбинированных золоуловителей на блоках мощностью 500 МВт, сжигающих экибастузские угли. В кн.-сб. П Всесоюзного научно-технического совещания "Энергетика и экология11, М., Информэнерго, 1982, с. 173-176.

29. Кропп Л.И., Литвинов А.Т., Долбня Ю.А., Саурина В.П. Ус сев ершенетвование пылеулавливания при подготовке на заровского бурого угля на центральном пылезаводе мощного энергоблока. В кн.-сб. "Вопросы сжигания канско-ачинских углей в мощных парогенераторах", г.Красноярск, 1973, с. 232-241.

30. Кропп Л.И., Потапов 0.П., Певзнер С.С., Письман Б.Я., Крестьянов г.Г. Унификация батарейных циклонов типа БИГ-М.-Промышленная и санитарная очистка газов, 1978, J& I, с. 5-6.

31. Кропп Л.Й., Потапов О.П. Оптимальное расположение элементов в батарейных циклонах. - Теплоэнергетика, 1980, № X, с. 51-55.

32. Кропп Л.Й., Потапов О.П. Учет, эффекта батарейности при разработке механических золоуловителей. - Теплоэнергетика, 1981, В 7, с. 23-26.

33. А.с. 300716 (СССР). Способ очистки элементов гидр©золоудаления электростанцйй. Залогин Н.Г., КроппЛ.И., Чеканов Г.С., Харьковский М.С., Моисеев Г.И., Маграшшш ВЛ. Опубл. 1971,

БИ Jfc 13.

34. А.с. 388764 (СССР). Устройство для очистки газов. КроппЛ.И., Акбрут А.И. Опубл. 1973, БИ Ш 29.

35. А.с. 418203 (СССР). Способ работы скоростного газопромывателя. Кропп Л.Й.,'Харьковский М.С., Дергачев Н.Ф., Залогин Н.Г. Опубл. 1974, БИ № 9.

36. А.с. 360103 (СССР). Электрофильтр. Яновский Л.П., Залогин Н.Г., Кропп Л.Й., Решидов Й.К., Асютин А.В. Опубл. 1972,

БИ № 36. •

37. А.с. 369344 (СССР). Устройство для эвакуации золы, осажденной в золоуловителе. Залогин Н.Г., Кропп Л.И., Семенов А.Н., Майсте Л.А., Меелак Х.О., Матрашшшн В.Л. Опубл. 1973, БИ $ Ю.

38. А.с. 441966 (СССР). Способ работы горизонтального электрофильтра. Яновский Л.П., Залогин Н.Г., КроппЛ.И. Опубл. 1973, БИ № 33.

39. А.с. 553000 (СССР). Способ очистки газов от пыли, Кропп Л.И., Яновский Л.П., Залогин Н.Г. Опубл. 1977, БИ I 13*

40. А.с. 869425 (СССР). Котельный агрегат. Кропп I.И., Залогш Н.Г., Яновский Ж .П., Шмиголь И.Н., Чеканов Г.С., Сенилов Г .Б. Опубл. 19 81, Бй & 36.

41. А.с. 915909 (СССР). Центробежный скруббер. Кропп 1.И., Шмиголь И.Н. Опубл. 1982, БИ № 12.

42. А.с. 956020 (СССР). Пылезолоулавливающая установка. Кропп Д.И., Яновский Л.П. Опубл. 1982, БИ & 33.

43. А.с. 4IX9II (СССР). Батарейный циклон. Кропп Л.И., Литвинов А.Т., Кроил 1.д;, Потапов О.П. Опубл. 1974, БИ № 3.

44. А.с. 723301 (СССР). Способ очистки дымовых газов. Кропп Л.И., Яновский Л.П., Новоселов С.С., Надыров И.И., Петросян Р.А. Опубл. 1980, БИ № II.

45. А.с. 8X7393 (СССР). Способ обработки продуктов сгорания жидкого сернистого топлива. Гаврилов А.Ф., Новоселов С.С., Кропп Л.И., ЧмовжВ.Е., Малиновский Н.Г., Сафонов В.Д. Опубл.

19 81, БИ $ 12.

46. А.с. 954721 (СССР). Установка для нагрева воздуха. Гав-рилов А.Ф., Новоселов С.С., Кропп JI.И., Жабо В.В. Опубл. 1982, БИ J& 32 .