автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Разработка экономичной технологии удаления и пневмотранспорта золы от бункеров электрофильтров ТЭС

003476666

На правах рукописи

Коновалов Виктор Клавдиевич

Разработка экономичной технологии удаления и пневмотранспорта золы от бункеров электрофильтров ТЭС

Специальность 05.14.14 - «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2009

17 сен да

003476666

Работа выполнена на кафедре Котельных установок и экологии энергетики «Московский энергетический институт (Технический университет)»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Прохоров Вадим Борисович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Гаврилов Анатолий Филиппович кандидат технических наук, доцент Чернов Сергей Львович

Ведущая организация: ОАО «Инженерный центр ЕЭС» филиал

«Институт Теплоэлектропроект»

Защита состоится « ^ » 2009г. в ^^ часов в МАЗе на заседании

диссертационного совета Д 212.157.07 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу: г.Москва, Красноказарменная ул., д.14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим присылать по адресу: г.Москва, Красноказарменная ул., д.И. Ученый совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан « ^ » 2009г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., проф.

Лавыгин В.М.

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

В 50-60 годы в период развития электроэнергетики большинство ТЭС проектировалось с использованием системы ГЗУ с оборудованием под завышенные запасы мощности. Это определило достаточно высокую стоимость затрат на удаление и транспорт золы на золоотвал. Сжигание твердого топлива на ТЭС определяет необходимость удаления золы из бункеров в значительных объемах (более 100 тыс. т в год), причем, в зависимости от типа сжигаемых углей и нагрузки блоков эта величина может изменяться в 1,5-2 раза, Кроме того, на золоотвалах, общей площадью около 22,0 тыс. га накоплено 1,3 млрд. т отходов с уровнем утилизации -4,3%. Уменьшить эту негативную тенденцию возможно при использовании (утилизации) сухой золы непосредственно из бункеров ТЭС, это обеспечивается сухим удалением золы из бункеров электрофильтра и ее пневмотранспортом к месту отгрузки потребителю. Существующие способы сухого удаления золы обладает значительным энергопотреблением, низким ресурсом работы узлов или высокой стоимостью внедрения на ТЭС. Это определяет необходимость разработки новых способов удаления и пневмотранспорта сухой золы, функционально связанных с работой системы узлов электрофильтра и ее отгрузкой потребителю.

Цель работы.

Целью настоящей работы явилась разработка экономичной технологии удаления и пневмотранспорта золы от бункеров электрофильтров ТЭС к месту утилизации и отгрузки потребителю. Работа выполнена и внедрена на Каширской ГРЭС.

Основные задачи исследования.

1. Разработка теоретической модели пневмотранспорта, обеспечивающей минимизацию потерь на трение, простоту конструктивной реализации устройства, надежность эксплуатации.

2. Разработка метода отделения и выброса транспортирующего воздуха в емкостях для временного хранения золы для исключения вредных выбросов в атмосферу.

3. Исследование влияния кажущейся вязкости, плотности и других параметров для оптимизации режима пневмотранспорта.

4. Исследование механизма гравитационного истечения золы из бункера для оптимизации конструкции узла удаления золы из бункера электрофильтра в транспортный трубопровод.

Научная новизна и значимость работы.

Научная новизна заключается в разработке теоретической модели пневмотранспорта, обеспечивающей минимизацию потерь на трение, простоту конструктивной реализации системы пневмотранспорта, ее надежность эксплуатации; метода отделения и выброса транспортирующего воздуха в емкостях для временного хранения золы для исключения вредных выбросов в атмосферу; в исследовании влияния кажущейся вязкости, плотности, механизма гравитационного истечения золы из бункера, анализа полученных экспериментальных данных и обобщения их в виде эмпирических зависимостей для оптимизации конструкции узла удаления золы из бункера электрофильтра в транспортный трубопровод, режимов работы системы пневмотранспорта; в разработке принципов построения схемы удаления и режима пневмотранспорта золы одновременно от нескольких бункеров электрофильтров, измерения динамических параметров работы созданной системы импульсного пневмотранспорта золы; разработке алгоритма работы блока автоматического регулирования системы импульсного пневмотранспорта золы; в разработке методики определения конструктивных и динамических параметров работы системы импульсного пневмотранспорта золы, определяющих ее оптимальную работу.

Научная новизна работы защищена патентом на изобретение № 2324638. Устройство для пневмотранспорта порошкообразной среды из бункеров золоуловителей. 23.08.2006 г.

Практическое значение выполненной диссертационной работы состоит в разработке новой системы импульсного пневмотранспорта золы от бункеров золоуловителей, основные принципы которой могут быть применены на ТЭС, сжигающих твердое топливо. Внедрение этой системы на Каширской ГРЭС позволило бо-

лее, чем в 50 раз снизить расход электроэнергии на удаление золы, обеспечить утилизацию сухой золы в промышленности, уменьшить негативную тенденцию накопления золы на золоотвале.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждаются хорошей сходимостью результатов исследований с теоретическим расчетом и успешным опытом эксплуатации системы импульсного пневмотранспорта золы, внедренной на Каширской ГРЭС.

Личный вклад автора выразился в непосредственном руководстве и участии в постановке и проведении основных исследований, конструкторских разработок узлов системы импульсного пневмотранспорта золы. Автором разработаны обобщающие эмпирические зависимости, представленные в диссертации, даны основные режимные и конструктивные решения. Им выполнен анализ экспериментальных данных, на основе которого разработаны схема построения системы импульсного пневмотранспорта золы, алгоритм работы блока автоматического регулирования.

Автор защищает:

1. Разработку модели пневмотранспорта золы в импульсно-поршневом режиме, обеспечивающей минимизацию потерь на трение, простоту конструктивной реализации системы пневмотранспорта, ее надежность эксплуатации.

2. Алгоритм работы блока автоматического регулирования системы импульсного пневмотранспорта золы, определяющего коммутацию измерительных элементов на бункерах электрофильтров и силосов в зависимости от режимов работы элементов системы импульсного пневмотранспорта золы.

3. Принцип построения схемы удаления и режима пневмотранспорта золы одновременно от нескольких бункеров электрофильтра.

4. Эмпирические зависимости, полученные при исследовании влияния кажущейся вязкости, плотности, механизма гравитационного истечения золы из бункера.

5. Методику определения конструктивных и динамических параметров работы системы импульсного пневмотранспорта золы, определяющих ее оптимальную работу.

Публикации по работе. По результатам выполненных работ, рассматриваемы в диссертации, автором опубликовано 5 статей и описание к патенту на изобрете ние. В публикациях отражены основные положения диссертации.

Апробация работы. Положения, изложенные в настоящей диссертации, представлялись и обсуждались на технических заседаниях Каширской ГРЭС, Всероссийском совещании по вопросам переработки и использования золошлаковых материалов тепловых электростанций. г.Новосибирск. 10-11 июня 2008г.

Ниже изложены сущность и основные результаты выполненных автором работ.

1. Анализ существующих методов удаления и пневмотранспорта золы

(сыпучих сред)

Для удаления и пневмотранспорта золы от бункеров электрофильтров можно выделить схемы с использованием механического и пневматического методов.

Механической системой золоудаления является конвейер с погружаемыми скребками КПС, недостатком этой системы, который ограничил ее использование на ТЭС, является низкий ресурс работы узлов, контактирующих с абразивной средой - золой.

Способ низкоплотной транспортировки в среде сравнительно низкого давления используется для пневмотранспорта в струйных насосах, которые отличаются высоким расходом энергии, затрачиваемой на разгон частиц. Минимальная скорость пневмотранспорта в этих случаях - 12 м/с, для некоторых случаев достигает 22 м/с, что определяет высокий износ трубопроводов.

Примером использования напорных систем в энергетике для пневмотранспорта золы является конструкция фирмы «Р1Ш: Берак». Конструкция рассматриваемой системы достаточно сложная, что определяет ее высокую стоимость. Кроме того, в абразивной среде эксплуатируются три запорных элемента, что также увеличивает стоимость эксплуатации системы.

Фирмой «Е1ШЕМАМ1ч[» выпускается система удаления и пневмотранспорта золы, основанная на способе, в которой пневмотранспорт осуществляется со скоростью 1,5-10 м/с с низкими энергозатратами в плотном поршневом потоке. Подача

б

золы из бункеров электрофильтров осуществляется через промежуточный бункер и дозирующий купольный клапан в транспортный трубопровод, общий для 4-х бункеров электрофильтров. Конструкция этой системы определяет ее высокую стоимость.

Расход воздуха в известных системах пневмотранспорта, используемых в России, значителен, например, для камерного насоса отношение расхода золы к расходу воздуха соответствует 1/25. В зарубежных системах «ERGEMANN» и «Flakt Depak» почти в 20 раз меньше потребление воздуха, что и определило широкое распространение этих систем за рубежом, несмотря на относительно высокую стоимость. Все это вызывает необходимость создания отечественной системы пневмотранспорта, технические характеристики которой не уступали бы известной зарубежной системе, при выполнении требований высокой надежности эксплуатации, сравнительно низкой стоимостью изготовления, технологичностью конструкции. Для внедрения в промышленность этой системы был проведен комплекс работ по разработке и исследованию её узлов, испытаниям в реальных условиях работы ТЭС.

2. Разработка теоретической модели метода пневмотранспорта золы и метода отделения транспортирующего воздуха в емкостях для временного хранения

золы

Показано, что одним из перспективных вариантов пневмотранспорта золы на значительные расстояния является ее перемещение при импульсном воздействии воздуха, когда происходит вытеснение слоя золы из ограниченной полости воздушным поршнем с поршневым проскоком слоя золы по транспортному трубопроводу. При этом возникают значительные силы взаимодействия между частицами золы, тангенциальные напряжения у стенок трубопровода, а также высокие давления в основании поршня, определяющие его уплотнение при перемещении и, очевидно, снижение процесса фильтрации. Действительно, если сравнить этот вариант со способом пневмотранспорта после псевдоожижения в непрерывном режиме, то коэффициент трения в последнем должны быть значительно выше, чем при поршневом истечении золы. В псевдоожиженном слое воздух истекает между частицами примерно также, как и в неподвижном слое при единственном отличии - в псевдоожи-

7

женном воздухом слое частицы не фиксированы относительно друг друга, хаотиче ское движение частиц приводит к увеличению коэффициента сопротивления трения

Для расчета основных параметров, характеризующих движение потока, воспользу емся уравнением перепада давлений на двух концах транспортного трубопровода который определяется как сумма потерь напора на трение (без учета потерь на тре ние воздуха о стенки трубопровода):

где: ДР - перепад давлений, кг/см2-, Ь - длина трубопровода, см\ е - порозность потока золы; ру - объемная плотность слоя зилы, г/см\ g - ускорение свободного падения, см/с2; /„ — коэффициент трения потока золы о стенки трубопровода; ит -скорость частиц золы, см/с; О - гидравлический диаметр трубопровода, см; рТ -плотность частиц золы, г/см3.

Проведем анализ модели пневмотранспорта золы в плотном потоке. Поток золы насыпной плотностью при ламинарном истечении поступает в трубопровод под давлением Р[. Пневмотранспорт золы при фильтрации воздуха через слой вдоль трубопровода осуществляется за счет взаимодействия потока воздуха с частицами. Чем больше глубина слоя, тем значительнее неравномерность его структуры по длине трубопровода. Поэтому, целесообразно использовать вариант пневмотранспорта при перемещении потока золы пневмоимпульсами, так как в этом случае по длине трубопровода формируется прямоток дискретной и непрерывной фаз, сопровождающихся межфазным обменом в случаях изменений режимов пневмотранспорта. Взаимодействие воздушных струй с частицами золы вызывает их перемещение с минимальной относительной скоростью скольжения. Однородность структуры слоя при поршневых образованиях золы повышает устойчивость фронта слоя частиц.

Перепад давлений в этом случае будет определяться: АР„=/тк1Ц^(\-е)Рг-, (2.2)

где: Ь - длина поршневого образования золы.

В результате подачи поршневых образований золы в емкость для временного хранения, необходимо отделение воздушной фазы и ее выброс в атмосферу. Ввиду того, что при пневмотранспорте в импульсно-поршневом режиме не осуществляется смешение фаз воздух - зола, процесс отделения и выброса воздуха значительно упрощается, что позволяет использовать более простые устройства, чем, например, циклон, фильтр. В работе экспериментальными исследованиями установлено, что при ограничении высоты трубы ~ 10 калибрами трубопровода можно получить достаточно однородную структуру слоя частиц, что позволяет минимизировать унос легких частиц в атмосферу. Для исключения уноса частиц из верхней полости емкости необходима установка вертикального трубопровода длиной, соответствующей критической высоте сепарационного пространства - высоте надслоевого пространства, необходимой для возврата частиц в слой, т.е. отделения частиц от восходящего газового потока. Согласно проведенным испытаниям при использовании вертикальной трубы диаметром 86 мм и длиной 6-10 калибров трубы, практически исключаются выбросы твердых частиц в атмосферу. Отсюда определяются конструктивные параметры вертикальной трубы для выброса воздуха из емкости с накопленной и поступающей золой, причем диаметр трубы должен выбираться из условия исключения повышения давления в емкости при поступлении, например, двухфазной среды зола-воздух по нескольким трубопроводам.

Таким образом, выбранная модель пневмотранспорта золы в импульсно-поршневом режиме должна минимизировать потери на трение и обеспечить простоту конструктивной реализации устройства, а также надежность эксплуатации. Предложенная методика расчета и выбора конструкции узлов отделения и выброса воздуха в емкостях для временного хранения золы при импульсном режиме ее подачи, позволяет упростить конструкцию золоулавливающего узла и снизить выбросы твердых частиц в атмосферу.

3. Исследование некоторых физических свойств сыпучих сред для оптимизации режимов пневмотранспорта золы и конструкции узлов системы, обеспечивающей удаление и пневмотранспорт золы от бункеров электрофильтров

Для оптимизации метода пневмотранспорта золы были проведены испытания, программа которых включала определение усилий сдвига при плавном и импульсном воздействии. Сила необходимая для сдвига зависит от площади внешней поверхности поршневого образования (поршня), абразивных свойств частиц сыпучей среды (размер частиц, форма), плотности слоя сыпучей среды. Для минимизации требуемой величины упомянутого усилия проведены работы по исследованию влияния на усилие сдвига поршня сыпучей среды длины и плотности его слоя. Усилие на сдвиг поршня сыпучей среды создавалось подачей пневмоимпульса воздуха с известной длительностью и амплитудой. Создаваемое усилие F определялось: Р = 8-Р, где: 5 - поперечное сечение поршня сыпучей среды, ом2; Я-импульсное давление воздуха.

Согласно расчету в трубе с внутренним диаметром 200 мм можно создать в зависимости от давления импульсное усилие на поршень сыпучей среды 300-1500 кг. В этом диапазоне и производилось импульсное воздействие на поршневые образования сыпучей среды различной длины и плотностью слоя. Импульсное воздействие осуществлялось сжатым воздухом установленного давления из ресивера через прерыватель, причем время воздействия импульса давления поддерживалось постоянным для каждого опыта. Из полученных зависимостей можно выбрать оптимальную длину поршня, которая должна составлять 2-4 м, в зависимости от гидравлического диаметра трубопровода. Повысить надежность сдвига поршня сыпучей среды и ее перемещения в трубопроводе возможно двумя вариантами, увеличением рабочего давления или уменьшением длины формируемого поршня. Первый вариант ограничивается рабочим давлением компрессора и условиями эксплуатации, поэтому более предпочтителен второй вариант - уменьшения длины формируемого поршня и, соответствующим увеличением его сечения для сохранения расчетного объема

напорной камеры. Для оптимизации процессов при формировании поршней золы и конструкции узлов были проведены исследования зависимости порозности (доли пустот) е от усилия сдвига слоя золы с использованием установки, корпусы которой выполнялись из трубопроводов диаметрами £>,,50 и Д. 80.

Из полученных зависимостей (рис. 3.1) видно, что: при значениях £ = 0,7 + 0,55 необходимо дополнительное импульсное воздействие на сдвиг слоя золы (для уплотнения слоя); после уплотнения слоя золы до значений е = 0,45 ч- 0,5 на сдвиг слоя золы требуется усилие в несколько раз меньшее.

е

Рис. 3.1. Экспериментальные зависимости порозности е от перемещения поршня Ь; (рис. а) и от необходимого усилия воздействия Р(рис. б).

Из этого следует, что узел подачи золы должен обеспечивать формирование уплотненной структуры слоя золы для последующего его импульсного вытеснения, а также о необходимости пневмотранспорта достаточно длинных поршневых образований в трубопроводе, так как основные затраты энергии зависят от усилия сдвига слоя золы.

Подача золы по транспортному трубопроводу определяется величиной ее поступления из бункера электрофильтра через входной блок в транспортный трубопровод. Для оптимизация конструкции входного блока необходимо выбрать значен

ние внутреннего диаметра входного патрубка, а также место его введения в стенк бункера электрофильтра, обеспечивающего гравитационное заполнение полост транспортного трубопровода, соответствующей подачи системы пневмотранспорт даже при минимальной высоте слоя золы в бункере.

Для исключения влияния на характер истечения сыпучего материала (золы перечисленных факторов было предложено ввести вертикальный отрезок трубы (на садку) над отверстием бункера с зазором, сечением, превышающим эффективно сечение входного патрубка. В вертикальной насадке при поступлении золы в бунке формируются поршневые образования длиной, соответствующей длине (высоте) на садки, Истечение этого образования через входной патрубок должно происходить постоянными динамическими параметрами за счет гравитационных сил.

По результатам проведенных исследований определено, что конструкция узл входного патрубка, обеспечивающая гравитационное заполнение полости транспортного трубопровода, соответствующей подачи системы пневмотранспорта даже при минимальной высоте слоя золы в бункере, должна включать вертикальную насадку с выше приведенными конструктивными параметрами, размещенную на одной оси с отверстием входного патрубка и закрепленную через гибкие элементы к стенке бункера.

4. Разработка схемы удаления и режима пневмотранспорта золы одновременно от нескольких бункеров электрофильтров, измерение динамических параметров работы созданной системы импульсного пневмотранспорта золы, анализ

результатов измерений

С учетом полученных экспериментальных материалов, на энергоблоке №1 Каширской ГРЭС была создана система импульсного удаления и пневмотранспорта золы от 4-х бункеров 1-го поля. В этой системе удаление из бункеров и формирование поршней золы осуществляется за счет гравитационного истечения одновременно от 4-х бункеров в суммирующем трубопроводе через патрубки и входные блоки. После прохождения периода заполнения золой соединительного трубопровода осуществляется, практически одновременно, импульсное продольное воздействие для

разделения слоя золы в этом трубопроводе на поршневые образования и их уплотнения, что минимизирует суммарное усилие сдвига. Этот эффект был реализован в схеме импульсного регулирования и распределения воздуха электронного блока управления.

Система импульсного пневмотранспорта золы состоит из ряда пневмоим-пульсных насосов (ПИН-3), обеспечивающих удаление из бункеров электрофильтров в суммирующий трубопровод и пневмотранспорт золы по суммирующему и транспортному трубопроводам к силосу (месту отгрузки потребителю), или, при временном отсутствии потребителя, - на золоотвал по отдельному суммирующему трубопроводу с ПИН-3. Для пневмотранспорта по транспортному трубопроводу в силос используется маршевый пневмоимпульсный насос ПИН-4. Для загрузки железнодорожных вагонов из силосов, в схему СИПЗ введены пневмоимпульсные насосы с повышенной подачей золы (до 100 мъ в час) - ПИНСС-1.

Принципиальная схема СИПЗ изображена на рис. 4.1. Каждый пневмоимпульсный насос 2 (ПИН-3) осуществляет удаление золы от 4-х бункеров / в суммирующий трубопровод 7 соответственно 1-го поля, 2-го поля, 3-го поля и 4-го поля электрофильтра. Из каждого суммирующего трубопровода 7 зола перемещается в транспортный трубопровод 9, в начальном участке которого осуществляется импульсная «подпитка» сжатым воздухом порции (поршня) золы, что обусловливает возможность пневмотранспорта на значительные расстояние и высоту. Указанная «подпитка» производится маршевым пневмоимпульсным насосом 5 (ПИН-4), управляемым электронным блоком БУС-02М. На выходном патрубке каждого бункера электрофильтра устанавливают входной узел (блок) 3, управление которым осуществляется электронным блоком БУС-02М через вспомогательный трубопровод 6. Работа СИПЗ осуществляется в автоматическом режиме после подачи электропитания 220 В на схему управления через пускатель. При превышении рабочего уровня золы в бункере электрофильтра, сигнализатор нижнего уровня формирует управляющий сигнал на подачу питающего напряжения на блоки БУС-02М. Это обеспечивает удаление и пневмотранспорт золы. После снижения уровня золы в бункере электрофильтра ниже рабочего значения автоматически отключается пода-

ча управляющего сигнала с БУС-02М и процесс пневмотранспорта золы прекраща ется. При реализации приведенной последовательности операций логической схе мой блока автоматического управления БУС-02М осуществляется регулировани процессом работы системы импульсного пневмотранспорта золы в зависимости о уровня заполнения и поступления золы в бункеры электрофильтра и в силосы, причем в логической схеме предусмотрена последовательность операций при аварийном переполнении бункеров электрофильтра.

Подача (производительность) системы импульсного пневмотранспорта рассчитывается из выражения:

У,=Р.Ущ", (4.1.)

где: - производительность (подача) СИПЗ, т/ч; Ущ, - объем трубопровода, заполняемый золой за один цикл, мг\ п - число циклов за 1 час, 1/час.

Например, можно рассчитать, что при измеренном объеме трубопровода, заполняемого золой за один цикл 0,13 мг, длительности цикла 7 с (« = 514), = 66,8м3/ч или 57 т/ч (при /э,. =0,86 г/см3). Для проверки расчетных данных были проведены следующие измерения по средней подаче золы системой импульсного пневмотранспорта: - осуществлялось заполнение четырех бункеров электрофильтров золой до достижения объемов 4-5 м3; - коммутировалась подача электропитания на систему импульсного пневмотранспорта, с одновременным измерением времени пневмотранспорта золы; пневмотранспорт золы осуществлялся в автотранспорт; - по измеренным времени опорожнения бункеров и весу золы в автотранспорте определялась величина средней подачи золы системой пневмотранспорта. Результаты измерений показали совпадение с расчетными данными, что позволяет предположить возможность контроля величины подачи золы системой импульсного пневмотранспорта по числу импульсов. Этот эффект может значительно расширить функциональные возможности разработанной системы, например, осуществлять загрузку авто и железнодорожного транспорта, согласно показаниям электронного счетчика импульсов, устанавливаемого на выходе электронного блока управления БУС-02М.

Расход воздуха на удаление и пневмотранспорт золы (сыпучей среды) можно рассчитать, используя уравнение адиабаты, из которого после упрощения получим:

где: V* - объем рабочего ресивера, м3\ Р - давление до цикла выброса воздуха, МПсг, Р' - давление после цикла выброса воздуха, МПа.

Экспериментально установлено, что при объеме рабочего ресивера 0,19л<3, среднее изменение давления в рабочем ресивере при подаче золы составляет: Р = 0,52МПа, Р' =0,3МПа, отсюда расход воздуха в одном цикле выброса золы: (3 = 0,19 V -0,43 = 0,08 м3 за 1,5 с, т.е. за один цикл (остальная часть цикла определяет время поступления золы из бункера). Установленная длительность цикла 5с, расход воздуха при установленном числе циклов 90 за один час: С = 0,075 м3 ■ 90 = 5,8 м3/ч.

Для проверки рассмотренной методики расчета расхода воздуха на пневмотранспорт проводились измерения расхода воздуха при помощи измерительной диафрагмы, установленной в трубопроводе воздуха перед ресивером. Было установлено, что при максимальной подаче золы от 4-х бункеров 10 т/ч, расход воздуха на пневмотранспорт не превышает 6 м3/ч. Отсюда удельный расход воздуха не превышает 0,6, что более, чем на порядок ниже зарубежных и российских аналогов. Для оценки влияния на режим пневмотранспорта коэффициента трения /Т и перепада давления АР, были проведены испытания созданной системы пневмотранспорта. Во время испытаний осуществлялись измерения АР на участке трубопровода, время прохождения поршней золы расчетного участка, время загрузки бункера золой. При использовании информации о величинах АР и скорости на участках трубопровода определялся коэффициент трения согласно выражению (1.2.). Полученное значение /т = 0,83'10"* в 30 раз меньше, чем при скоростях 4-6 м/с и пневмотранспорте в импульсном режиме из напорной камеры. Это означает, что за счет использования операции формирования поршней золы непосредственно в трубопроводе с последующим импульсным вытеснением достигается более чем 30-кратное уменьшение требуемой энергии пневмоимпульса на транспорт золы или другой сыпучей среды.

15

Схема удаления и пневмотоаноповта золы & силос с отгрузкой потоевите-лю. Блок N3.

Рис. 4.1

Минимальные потери давления, измеренные на прямолинейном (-20 м) и поворотном (180°) участках, не превышающие 0,05 кг/см2, подтверждают полученное более, чем 30-кратное снижение коэффициента трения и, следовательно, соответствующее снижение абразивного износа стенок трубопровода и увеличение дальности пневмотранспорта согласно расчету более 200 м. При загрузке автоцементовозов были получены результаты по величине подачи золы, которые практически совпадали с расчетными. При D, =100лш, VJ"' =0,1ju3, ру = 0,86т/м3, п = 514, отсюда 23 = 44,2 т/час.

После 2-х годовой эксплуатации системы импульсного пневмотранспорта была проведена дефектация узлов транспортного трубопровода. Выявлено следующее,

что визуально на прямолинейных и поворотных участках (30-90°) внутренних стенок трубопровода абразивный износ отсутствует. Это подтверждает достоверность разработанных методик по определению динамических параметров разработанной системы импульсного пневмотранспорта золы. Действительно, если в известных системах пневмотранспорт осуществляется после предварительного «разбавления» воздухом слоя золы (псевдоожижения), получая при этом поток с высоким содержанием воздуха, то в рассматриваемой системе уплотняют дозу золы и транспортируют в импульсном режиме при околозвуковых скоростях, исключая просачивание воздуха между частицами, что и определяет экономию воздуха и снижение энергозатрат. При останове процесса пневмотранспорта в уплотненном слое не- нарушается его структура, это позволяет возобновлять режим пневмотранспорта в штатном режиме, что повышает надежность работы и упрощает эксплуатацию системы.

Методика, объем и время измерений состава золы

Измерение содержания горючих в золе-уноса осуществлялись согласно методике, изложенной в ГОСТ 11022-95. Измерение дисперсного состава золы-уноса производились ситовым анализом, который заключался в рассеве материала на ситах и определении выходов частиц определенной крупности. По результатам измерений содержания горючих можно отметить, что их максимальное содержание находится в золе, отобранной с 3-его поля электрофильтров. При рентгенофазовом анализе в золе с 4-го поля обнаружен свободный оксид кальция, содержание которого приблизительно от 2,0 до 3,0 %. Из анализа зависимостей, полученных по распределению дисперсного состава частиц золы-уноса по 1, 2, 3 и 4 полям электрофильтров, можно выделить следующее: практическое отсутствие частиц золы-уноса более 130 мкм на 3 и 4 полях электрофильтров; содержание мелких частиц (менее 60 мкм) в золе-уносе 1, 2 полей электрофильтра в 1,5-2 раза меньшее, чем в золе-уносе 3,4 полей.

Из анализа химического состава золы, с помощью достаточно простых устройств известными методами сепарации можно выделить ее магнитную фракцию. Действительно, для золы различных углей процентное содержание магнитной фракции изменяется в пределе 5-11%, иначе говоря, при сепарировании магнитной

17

фракции гарантировано достигается утилизация золы более, чем 5% от общего об ема.

Оценка технико-экономической эффективности разработанной системы сбор

и пневмотранспорта золы.

Эффективность внедрения на ТЭС разработанной системы золоудаления ос ществлялась по результатам сравнительного технико-экономического анализа сл дующих систем золоудаления: гидрозолоудаления (ГЗУ); камерных насосов; разр ботанной системы импульсного пневмотранспорта золы.

Результаты анализа показали, что затраты электроэнергии в разработанно системе импульсного удаления и пневмотранспорта золы одновременно от нескол ких бункеров в 50 раз ниже, чем при использовании камерных насосов и в сотни р ниже, чем в системе гидрозолоудаления.

Выводы по диссертационной работе.

1. Разработана теоретическая модель пневмотранспорта золы угольных ТЭС в им пульсно-поршневом режиме с околозвуковыми скоростями пневмотранспорта, по казано, что такой режим характеризуется значительно меньшим коэффициенте трения, сравнительно с существующими системами пневмотранспорта, следова тельно, требует меньше энергозатрат на транспорт золы.

2. Проведены исследования по определению основных параметров системы им пульсно-поршневого режима пневмотраспорта золы обеспечивающих надежную экономичную транспортировку золы: величины давления, диаметра транспортног трубопровода, длины и необходимой порозности поршневых формирований золы, скорости пневмотранспорта в околозвуковом диапазоне.

3. Проведены исследования процесса гравитационного истечения золы из бункера электрофильтра, позволившие рекомендовать конструктивное выполнение узла вывода золы в транспортный трубопровод, обеспечившее стабильность выхода золы при всех режимах работы котла.

4. Разработан алгоритм построения электронного блока автоматического регулирования работы системой импульсного пневмотранспорта в зависимости от уровней

18

золы в бункерах электрофильтров и силосах с альтернативной подачей золы в сило-сы или в промежуточный бункер багерной.

5. Анализ состава золы, улавливаемой разными полями электрофильтра, показал целесообразность объединения отбора золы полями 1 и 2, а также 3 и 4, золы которых отличаются своим фракционным и химическим составами. Показано также, что повышенное содержание горючих в золе наблюдается при отборе из 3-го поля, а при отборе золы, улавливаемой 4-ым полем, основная ее масса характеризуется размером менее бОмкм и имеет наименьшее содержание горючих в уносе ~ 10-12%.

6. Проведена оценка технико-экономической эффективности систем сбора и транспорта золы, согласно которой затраты электроэнергии в разработанной системе импульсного удаления и пневмотранспорта золы одновременно от нескольких бункеров в 50 раз ниже, чем при использовании камерных насосов и в сотни раз ниже, чем в системе гидрозолоудаления.

7. Разработана и реализована на блоке мощностью 300МВт Каширской ГРЭС система импульсного удаления одновременно из нескольких бункеров электрофильтров с последующим пневмотранспортом золы в автоматическом режиме с регулированием подачи золы в силосы, либо в промежуточный бункер багерной. Двухлетний опыт эксплуатации показал надежную и экономичную работу системы.

Основное содержание выполненных автором работ, обобщенных в научном докладе, изложено в нижеследующих публикациях:

1. В.К.Коновалов.О.В.Яшкин,В.В.Ермаков. Оптимизация метода импульсного удаления и пневмотранспорта золы из бункеров электрофильтра.Энергетик. 2007 г. №6. с. 34-35.

2. В.К. Коновалов и др. Патент на изобретение № 2324638. Устройство для пневмотранспорта порошкообразной среды из бункеров золоуловителей. 23.08.2006 г.

3. Коновалов В.К., Яшкин О.В., Ермаков В.В. Автоматизированная система удаления и пневмотранспорта золы из бункеров электрофильтров, решение задач по утилизации сухой золы. Электрические станции. 2008г. №2. с.34-35.

19

1-2,

4. Коновалов В.К. Разработка новой технологии пневмотранспорта золы и о пуска ее потребителю на Каширской ГРЭС. Энергетик. 2008 г. №7.

5. Коновалов В.К., Яшкин О.В., Ермаков В.В. Оптимизация параметров и вн дрение системы импульсного пневмотранспорта золы электрофильтров тепл вых электростанций. Теплоэнергетика. 2009г. №5. с.48-50.

6. Прохоров В.Б., Коновалов В.К., Ермаков В.В. Исследование механизма гра витационного истечения золы из бункера для оптимизации конструкции узл удаления золы из бункера электрофильтра в транспортный трубопровод в сис теме импульсного пневмотранспорта золы. «Энергосбережение и Водоподго

________ »" л '»плп ;

TOBi4.awjiat.iVJU»! . С. 11-1 Л.

Подписано к печати « 0§ »_0%_2009г. Л

Печ.л.

ш

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13

Введение

1. Анализ существующих методов удаления и пневмотранспорта золы (сыпучих сред)

2. Разработка теоретической модели метода пневмотранспорта золы и метода отделения транспортирующего воздуха в емкостях для временного хранения золы

2.1. Разработка теоретической модели пневмотранспорта, обеспечивающей минимизацию потерь на трение, простоту конструктивной реализации устройства, надежность эксплуатации

2.2. Разработка метода отделения и выброса транспортирующего воздуха в емкостях для временного хранения золы

Выводы

3. Исследование некоторых физических свойств золы с целью оптимизации режимов ее пневмотранспорта и конструкции узлов системы импульсно-поршневого пневмотранспорта

3.1. Исследование влияния кажущейся вязкости, плотности и других параметров на режим пневмотранспорта

3.2. Исследование механизма гравитационного истечения золы из бункера для оптимизации конструкции узла удаления золы из бункера электрофильтра в транспортный трубопровод

Выводы

4. Разработка схемы удаления и режима пневмотранспорта золы от нескольких бункеров электрофильтров и измерение динамических параметров ее 51 работы

4.1. Принципиальная схема, состав оборудования системы импульсного пневмотранспорта золы и краткое описание ее работы

4.2. Разработка алгоритма работы блока автоматического регулирования системы импульсного пневмотранспорта золы

4.3. Разработка методики определения конструктивных и динамических параметров работы системы импульсного пневмотранспорта золы, определяющих ее оптимальную работу

4.4. Разработка единого технологического процесса (ЕТП) отбора, пневмотранспорта, временного хранения, погрузки сухой золы в авто- и железнодорожный транспорт. Результаты измерений и анализа состава золы-уноса электрофильтров Каширской ГРЭС

4.4.1. Методика измерений состава золы

4.4.2. Результаты измерений

4.4.3. Анализ результатов измерений

4.4.4. Оценка технико-экономической эффективности разработанной системы сбора и пневмотранспорта золы 85 Выводы по главе 88 Выводы по работе 89 Список использованных источников

В 50-60 годы большинство ТЭС России проектировалось с использованием системы ГЗУ. Это определило высокую стоимость затрат на удаление золы на золоотвал.

Сжигание твердого топлива на ТЭС определяет необходимость удаления золы из бункеров в значительных объемах (—300 тыс. т в год), причем, в зависимости от типа сжигаемых углей и нагрузки блоков их величина может изменяться в 1,5-2 раза. Уменьшить эту негативную тенденцию возможно при использовании (утилизации) сухой золы непосредственно из бункеров ТЭС, это обеспечивается сухим удалением золы из бункеров электрофильтра и ее пневмотранспортом к месту отгрузки потребителю.

На ряде ТЭС делались попытки сухого удаления золы. Однако, существующие способы сухого удаления золы обладают значительным энергопотреблением, низким ресурсом работы узлов или высокой стоимостью внедрения на ТЭС. Это определяет необходимость разработки новых способов удаления и пневмотранспорта сухой золы, функционально связанных с работой системы узлов электрофильтра и ее отгрузкой потребителю.

Для интенсификации процесса утилизации золы, например, в США создана Национальная золовая ассоциация, объединяющая различные государственные и частные фирмы, занимающиеся утилизацией золы. Работа этой ассоциации координируется Агентством по охране окружающей среды. Одной из функций указанного агентства является поиск рынков сбыта и расширение ассортимента изделий из золы. Программа исследований, проводимая в США научно-исследовательским электроэнергетическим институтом, предусматривает три направления использования летучей золы:

- извлечение из золы ценных составляющих и производство теплоизоляционных материалов;

- в качестве добавки при производстве цемента, бетона и других строительных материалов;

- использование больших объемов летучей золы при проведении земляных работ при подсыпке территорий и планировке площадок.

В соответствии с этой программой предусматривается широкое использование золы в дорожном строительстве, сельском хозяйстве для обработки полей. С этой целью регистрируются все предприятия, обобщается опыт их работы, разрабатываются и рекламируются методы и направления использования золы.

В нашей стране разработан ряд комплексов по приготовлению гидроудаленной золы ТЭС, стоимость реализации и эксплуатации которых высока, что тормозит проведение работ по утилизации золы. Высокий уровень утилизации золы можно получить при наличии значительного количества ее потребителей в непосредственной близости от ТЭС, или при технологической переработке золы, которая обеспечит получение фракций золы со свойствами, определяющими широкое использование в промышленности. Поэтому в настоящей работе вопрос разработки системы удаления сухой золы из бункеров электрофильтра рассматривался совместно с возможностью ее утилизации в-промышленности, разработкой узлов, реализующих эту задачу.

Выводы по работе

1. Разработана теоретическая модель пневмотранспорта золы угольных ТЭС в импульсно-поршневом режиме с околозвуковыми скоростями пневмотранспорта, показано, что такой режим характеризуется значительно меньшим коэффициентом трения, сравнительно с существующими системами пневмотранспорта, следовательно, требует меньше энергозатрат на транспорт золы.

2. Проведены исследования по определению основных параметров системы импульсно-поршневого режима пневмотраспорта золы обеспечивающих надежную и экономичную транспортировку золы: величины давления, диаметра транспортного трубопровода, длины и необходимой порозности поршневых формирований золы, скорости пневмотранспорта в околозвуковом диапазоне.

3. Проведены исследования процесса гравитационного истечения золы из бункера электрофильтра, позволившие рекомендовать конструктивное выполнение узла вывода золы в транспортный трубопровод, обеспечившее стабильность выхода золы при всех режимах работы котла.

4. Разработан алгоритм построения электронного блока автоматического регулирования работы системой импульсного пневмотранспорта в зависимости от уровней золы в бункерах электрофильтров и силосах с альтернативной подачей золы в силосы или в промежуточный бункер багерной.

5. Анализ состава золы, улавливаемой разными полями электрофильтра, показал целесообразность объединения отбора золы полями 1 и 2, а также 3 и 4, золы которых отличаются своим фракционным и химическим составами. Показано также, что повышенное содержание горючих в золы из под 3-го поля, а при отборе золы, улавливаемой 4-ым полем, основная масса золы характеризуется размером менее бОмкм и имеет наименьшее содержание горючих в уносе ~ 10-12%.

6. Проведена оценка технико-экономической эффективности некоторых систем сбора и транспорта золы, согласно которой затраты электроэнергии в разработанной системе импульсного удаления и пневмотранспорта золы одновременно от нескольких бункеров в 50 раз ниже, чем при использовании камерных насосов и в сотни раз ниже, чем в системе гидрозолоудаления.

7. Разработана и реализована на блоке мощностью 300МВт Каширской ГРЭС система импульсного удаления одновременно из нескольких бункеров электрофильтров с последующим пневмотранспортом золы в автоматическом режиме с регулированием подачи золы в силосы, либо в промежуточный бункер багерной. Двухлетний опыт эксплуатации показал надежную и экономичную работу системы.

1. Бергер М.И. и др. Справочник по пыле- и золоулавливанию. М., Энергоиздат. 1983. 261 с.

2. Способ пневмотранспорта порошкообразной среды. Патент РФ №2115611. МКИ3 B65G53/40.1998г. Шумилов Т.Н. и др.

3. Струйный насос для пневматического транспортирования сыпучих материалов. Авт. св. № 471263. МКИ3 B65G53/40. Гаврилов Г.Н. и др.

4. Установка для непрерывного пневмотранспорта сыпучих материалов. Авт. св. № 919960. МКИ3 B65G53/40. Кривой В.Г. и др.

5. Камерный питатель пневмотранспортной установки. Авт. св. № 735525. МКИ3 B65G53/40. Глотов В.Н. и др.

6. Камерный питатель пневмотранспортной установки. Авт. св. № 787308. МКИ3 B65G53/40. Куприянов ИГ. и др.

7. Камерный насос для пневматического транспортирования порошкообразных материалов. Авт. св. № 831693. МКИ3 B65G53/40. Пчелинцев В.Н. и ДР

8. Устройство для пневматического транспортирования сыпучих материалов. Авт. св. № 1344707. МКИ3 B65G53/40. Сажин В.П. и др.

9. Камерный питатель пневмотранспортной установки непрерывного действия. Авт. св. № 1131795. МКИ3 B65G53/40. Акинин Н.В. и др.

10. Установка для пневмотранспорта сыпучих материалов. Авт. св. № 893754. МКИ3 B65G53/40. Горвид A.A. и др.11 .Гаврилов Е.И. Топливно-транспортное хозяйство и золошлакоудале-ние на ТЭС. М. Энергоатомиздат. 1987. с. 154-156.

11. Устройство для загрузки сыпучего материала в пневмотранспортную установку. Авт. св. № 1416403. МКИ3 B65G53/40. Чальцов М.Н. и др.

12. Устройство для загрузки сыпучего материала в транспортный трубопровод. Авт. св. № 1041460. МКИ3 B65G53/40. Сенцов П.И.

13. Бункерный затвор. Авт. св. № 969610. МКИ3 B65G53/40. Кузнецов O.A. и др.

14. Устройство для ввода сыпучих материалов в трубопровод пнев-мотранспортных установок. Авт. св. № 703447. МКИ3 B65G53/40. Кинин М.Н. и др.

15. Камерный питатель Авт. св. № 874533. МКИ3 B65G53/40. Пичур В.Н. и др.

16. Камерный насос. Авт. св. № 796117. МКИ3 B65G53/40. Соломатин О.М. и др.

17. Способ пневматической выгрузки материала из емкости. Авт. св. №1418220. МКИ3 B65G53/40. Казначеев O.A. и др.

18. Устройство,для загрузки пылевидных материалов в железнодорожные вагоны. Авт. св. № 198217. МКИ3 B65G53/40. Ланин С.А. и др.

19. Питатель для сыпучих материалов. Авт. св. № 1528711. МКИ3 B65G53/40. Алешин МА

20. Способ пневмотранспорта порошкообразной среды из бункера золоуловителя. Пат. РФ № 2171216. МКИ3 B65G53/40. Шумилов Г.И. и др.

21. Устройство для регулирования работы тУ-секционного электрофильтра. Пат. РФ № 2192929. МКИ6 ВОЗСЗ/68. Ермаков В.В. и др.

22. Способ измерения уровня порошкообразной среды. Пат. РФ № 2139504. МКИ3 G01F33/16. Ермаков В.В., Шумилов ГЛ.

23. Дмитриенко Л.П. Приборы контроля и регулирования уровня сыпучих материалов. М. «Энергия». 1978, с. 9.

24. Макаров А.К., Свердлин В.М. Автоматические устройства контроля уровня. M.-JL «Энергия». 1966, с. 184.

25. Способ автоматического управления электрофильтром котлоагре-гата. Пат. РФ № 2192928. МКИ3 B603C3/68. Кунтулов Б.М.

26. Zenz F.A., Othmer D.E. Fluidization and Fluid-Particle Systems. New York, Reinhold, 1960. с. 85, 106.

27. Псевдоожижение (Под ред. Девидсона И.Ф. и др.). М. «Химия». 1974. с. 59,574,550.

28. Альтшулер B.C., Сеченов ГЛ. Процессы в кипящем слое под давлением. М. Изд. АН СССР, 1963, с. 72.

29. Способ определения порозности кипящей порошкообразной среды. Пат. РФ № 2209415, МКИ7 GO INI 5/08. Волков Э.П., Большаков В.П., Ермаков В.В.

30. Волков Э.П., Большаков В.П., Ермаков В.В. Комплексное удаление сухой золы из бункеров электрофильтров и ее накопление для расширения возможностей утилизации. Электрические станции. №3, 2003. с. 25-30.

31. Альтшулер B.C. Новые процессы газификации твердого топлива. М., Недра. 1976. С. 88.

32. Chem. Eng. Sei., 1954, т. 6, №12.

33. Успенский В.А. Пневматический транспорт материалов во взвешенном состоянии. М., 1952. с. 42.4 35. Ребу П. Кипящий слой. М., Изд. АН СССР,1959, с. 142.

34. Е.В. Чернышев, С.Н.Кочуров, В.А.Ильин, В.В.Ермаков. Система импульсного пневмотранспорта золы из бункеров электрофильтров. Электрические станции. 2007 г. №6. с. 17-18.

35. Поршневой пневмотранспорт золы электрофильтров ТЭС.Болынаков В.П., Кунтулов EJVT., Ермаков В.В.Теплоэнергетика. 2004 г. №12, стр.41-44.

36. Результаты исследований метода пневмотранспорта золы из бункеров золоуловителей в импульсном режиме. Большаков В.П., Ермаков В.В., Кунтулов Б.М.Теплоэнергетика 2006г. №5, стр.41-44.

37. Овчинников В.В. и др. Новая экономичная технология подачи цемента с использованием пневмоимпульсного метода. Технологии строительства. 2007 г. №6. с. 110-111.

38. Шустер Я.С. и др. Разработка новой экономичной технологии подачи цемента с использованием пневмоимпульсного метода. Строительный эксперт. 2007 г. №19. с. 8-9.

39. В.К.Коновалов.О.В.Яшкин,В.В.Ермаков. Оптимизация метода импульсного удаления и пневмотранспорта золы из бункеров электрофильтра. Энергетик.2007 г.№6.с.34-35.

40. Алферов К.Н., Зенков Р.Л. Бункерные установки. М., 1955. с. 29.

41. Зенков Р.Л. Механика насыпных грузов. М., 1952 г. с. 55.

42. Кенеман Ф.Е. и др. О механизме свободного истечения сыпучих тел: Инженерно-физический журнал. 1960 г. Т.З №3. с. 69 — 73.

43. В.К. Коновалов и др. Патент на изобретение № 2324638. Устройство для* пневмотранспорта порошкообразной среды из бункеров золоуловителей; 23108:2006 г.

44. Коновалов В.К.^Яшкин О.В., Ермаков В В. Автоматизированная система удаления и пневмотранспорта! золы из бункеров электрофильтров; решение задач по утилизации сухой золы. Электрические станции. 2008г. №2

45. Коновалов В.К. Разработка новой технологии пневмотранспорта золы и отпуска ее потребителю на Каширской ГРЭС. Энергетик. 2008 г. №7 с.

46. Пантелеев В.Г. и др. Состав и свойства золы и шлаков ТЭС. Справочное пособие. JI. Энергоатомиздат, 1985, с. 250.

47. Кизильштейн ЛЛ., Калашников А С. Магнетитовые микрошарикииз золы-зшоса пылезтольного смсигания углей на ТЭС. ХТТ №6, 1991, с. 128:t