Золоуловители с трубой Вентури типа МВ

Рис. 13. Зависимость неполноты улавливания  золы в каплеуловителе ?"_i от его диаметра D для различных золовых фракций на входе в каплеуловитель

3.2.3. Общая  эффективность золоуловителя определяется  по формуле

? = 1 - ?'?". (7)

3.3. Общее  аэродинамическое сопротивление  золоуловителя складывается из  сопротивления собственно трубы  Вентури и сопротивления каплеуловителя.

3.3.1. Аэродинамическое  сопротивление собственно трубы  Вентури определяется по формуле  (Па)

?H_тв = (?_с + ?_ор)?'_г?_г²/2, (8)

где ?_c - коэффициент сопротивления неорошаемой трубы Вентури (для облицованных труб равен 0,2);

?_ор - экспериментальный коэффициент, суммарно учитывающий влияние орошения на сопротивление трубы Вентури;

?_г - скорость газов в горловине, отнесенная к условиям на входе в трубу Вентури, м/с;

?'_г - плотность дымовых газов на входе в золоуловитель, кг/м³.

Коэффициент ?_ор для принятой системы форсуночного орошения определяется по графику (рис. 14) в зависимости от произведения удельного расхода воды на орошение трубыВентури и скорости газа в горловине.

3.3.2. Аэродинамическое  сопротивление каплеуловителя рассчитывается  по формуле (Па)

?H_ку = ?_к?'_г?_вх²/2, (9)

где ?_к - коэффициент сопротивления каплеуловителя;

?_вх - скорость газов во входном патрубке каплеуловителя, отнесенная к условиям на входе в трубу Вентури, м/с.

Коэффициент сопротивления каплеуловителя определяется по графику (рис. 15).

3.4. При  проектировании и эксплуатации  мокрых золоуловителей типа МВ  должен обеспечиваться приемлемый  уровень охлаждения дымовых газов.  При этом одним из основных  требований является обеспечение  превышения температуры охлажденных  газов над их точкой росы, которая в мокрых золоуловителях определяется парциальным давлением водяных паров, поскольку серный ангидрид улавливается практически полностью. Чтобы предотвратить коррозию последующего газового тракта, температурная разность принята равной 15 °С и должна обеспечиваться при любых режимах работы котла. Поскольку при уменьшении нагрузки котла наблюдается некоторое снижение температуры охлажденных газов после золоуловителя при неизменном его орошении (примерно на 4 - 6 %), упомянутый запас по температуре увеличен для большей надежности на 5 °С и составляет, таким образом, 20 °С.

Рис. 14. Зависимость коэффициента ?_ор от q_тв?_г

Рис. 15. Зависимость коэффициента сопротивления  каплеуловителя ?_к от его диаметра D

Так как  исходное влагосодержание уходящих газов за котлом различается главным  образом в зависимости от сорта  сжигаемого топлива, соответственно должны отличаться друг от друга минимально допустимые температуры охлажденных очищенных газов. Следовательно, требования к допустимому охлаждению газов оказывают заметное влияние на выбор параметров, определяющих эффективность золоуловителей.

Охлаждение  дымовых газов происходит более интенсивно в трубе Вентури, чем в каплеуловителе. Это объясняется отличием механизма теплообмена в аппаратах. По опытным данным, снижение температуры газов в каплеуловителе весьма незначительно, поэтому расчет ведется для условий охлаждения газов только в трубе Вентури.

3.4.1. Степень  охлаждения газов в золоуловителе  определяется по полуэмпирической  формуле:

 (10)

где К_э - коэффициент, зависящий от режимных параметров, кг/м²·с;

H_тв - длина участка трубы Вентури с наиболее интенсивным теплообменом, м;

?_го - плотность дымовых газов, взятых при нормальных условиях, кг/м³;

 - средняя скорость  капель орошающей воды в трубе  Вентури, м/с.

Коэффициент К_э определяется по графику (рис. 16).

Длина участка трубы Вентури с наиболее интенсивным теплообменом H_твпринимается равной суммарной длине горловины l₂ и диффузора l₃ (см. рис. 2).

Рис. 16. Зависимость коэффициента К_э от скорости дымовых газов в горловине труб Вентури ?_г при различном удельном расходе воды на орошение

Плотность дымовых газов при нормальных условиях в зависимости от сорта  топлива принимается по табл. 5.

Средний диаметр капель распыленной орошающей воды принимается по графику (см. рис. 12).

Средняя скорость капель определяется по формуле (м/с):

 (11)

где ?^г_к - скорость капель в горловине трубы Вентури, м/с;

?^вх_к - скорость капель во входном патрубке каплеуловителя принимается равной скорости газа в нем, т.е. 20 - 22 м/с.

Скорость  капель в горловине определяется по формуле (м/с):

?^г_к = ?_г - (?_г - ?_к)^макс, (12)

где (?_г - ?_к)^макс - максимальная разность скоростей газа и капель, м/с.

Таблица 5

Данные  для расчета теплообмена в  золоуловителе

Топливо	Минимально допустимая температура дымовых газов после  золоуловителя, °С	Расчетная температура  пульпы, ?", °С	Плотность дымовых газов ?го, кг/м3, при коэффициенте избытка воздуха ?
			1,5	2,0
Донецкий АШ	63	40	1,34	1,32
Донецкий тощий уголь	69	46	1,34	1,32
Челябинский бурый уголь	68	45	1,31	1,30
Богословский бурый  уголь	77	54	1,28	1,26
Черемховский уголь	67	44	1,31	1,30
Фрезерный торф	80	57	1,28	1,26
Карагандинский промпродукт	71	48	1,31	1,30
Кузнецкий уголь	63	40	1,31	1,30
Экибастузский уголь	68	45	1,31	1,30

Максимальная  разность скоростей газа и капель в горловине определяется по графику (см. рис. 12).

Условно допущено, что максимальная разность скоростей газа и капель достигается в пределах горловины.

3.4.2. Средний  температурный напор в трубе  Вентури определяется по формуле  (°С)

 (13)

где t'_г, t"_г - температура дымовых газов перед золоуловителем и после него, °С;

?', ?" - температура орошающей воды и пульпы, °С.

Температура пульпы принимается по табл. 5.

Температура дымовых газов после золоуловителя  принимается (в первом приближении) равной минимально допустимой температуре охлаждения дымовых газов в мокрых золоуловителях (см. табл. 5).

3.4.3. Расчетная  температура дымовых газов после  золоуловителя определяется по  формуле (°С).

t"_г = t'_г - ?  (14)

Расчет  считается законченным, если разница  между принятым и полученным значениями температуры не превышает 2 °С. В  противном случае следует принять  новое значение температуры газов  и повторить расчет.

3.5. В  качестве примера произведем расчет золоуловителя типа МВ для электростанции, сжигающей донецкий уголь марки АШ.

3.5.1. Электростанция  оборудована котлами паропроизводительностью  230 т/ч.

Температура уходящих дымовых газов 135 °С.

Расход  дымовых газов 320 тыс. м³/ч.

Допустимое  аэродинамическое сопротивление золоулавливающей установки 1275 Па (130 кг/м²).

Дисперсный  состав летучей золы:

Фракция, мкм	0 - 10	10 - 20	20 - 30	30 - 40	40 - 50	50 - 60	Более 60
Ф' %	31,5	21,1	8,2	10,8	6,8	4,6	17,0

Требуемая степень очистки - не ниже 97,0 %.

3.5.2. Учитывая  высокое содержание тонкой фракции  в золе и связанную с этим  повышенную сложностьочистки, принимаем  удельный расход воды на орошение  труб Вентури q_тв = 0,16 кг/м³ и скорость газов в горловине ?_г = 70 м/с.

По условиям компоновки каждый котел оборудуется четырьмя золоуловителями типа МВ с производительностью 80 тыс. м³/ч каждый.

Из табл. 1 по принятому значению ?_г и ближайшему значению V'_г выбираем трубу Вентури со следующими геометрическими характеристиками:

? = 40° H_т = 3840 мм

? = 9° d_г = 650 мм

L = 4220 мм

Из табл. 2 по известному значению V'_г выбираем каплеуловитель диаметром 2800 мм.

3.5.3. Выполним  расчет аэродинамического сопротивления  золоуловителя.

Расчетная скорость дымовых газов в горловине  трубы Вентури

?_г = 80000 · 4/(3,14 · 0,650² · 3600) = 67,0 м/с.

Произведение  определяющих параметров

q_тв?_г = 0,16 · 67,0 = 10,75 кг · м/м³ · с.

По графику (см. рис. 14) определяем ?_ор = 0,18.

Аэродинамическое  сопротивление трубы Вентури  по формуле (8):

?H_тв = (0,2 + 0,18) · 67,0² · 0,87/2 = 745 Па (76 кг/м²).

По графику (см. рис. 15) определяем ?_к = 2,9.

Аэродинамическое  сопротивление каплеуловителя по формуле (9):

?H_к = 2,9 · 20,0² · 0,87/2 = 500 Па (51 кг/м²).

Общее аэродинамическое сопротивление золоуловителя:

?H = 745 + 500 = 1245 Па (127 кг/м²).

3.5.4. Для  оценки температуры дымовых газов  после очистки производим тепловой  расчет.

Из табл. 5 для донецкого угля марки АШ:

- плотность  дымовых газов при нормальных  условиях равна 1,34 кг/м³;

- расчетная  температура пульпы 40 °С;

- минимально  допустимая температура дымовых  газов после очистки 63 °С.

По графику (см. рис. 12) определяем:

- диаметр  капель 153 мкм;

- разность  скоростей газа и капель, достигаемая  в трубе Вентури, 21,7 м/с.

Скорость  капель в горловине по формуле (12):

?^г_к = 67,0 - 21,7 = 45,3 м/с.

Средняя скорость капель в трубе Вентури  по формуле (11):

По графику (см. рис. 16) коэффициент К_э = 13,0 кг/м² · с.

Степень охлаждения по формуле (10):

Задаемся  температурой охлажденных газов 63 °С и по формуле (13) определяем температурный  напор:

Температура охлажденных в золоуловителе  газов по формуле (14):

t" = 135 - 57,1 · 1,20 = 67 °С.

Так как  вычисленная температура отличается от принятой в большую сторону  и превышает минимально допустимую температуру, расчет по оценке охлаждения дымовых газов считаем законченным.

3.5.5. Выполним  расчет эффективности очистки  дымовых газов от золы.

Расчет  неполноты осаждения золы в трубе  Вентури сведен в табл. 6.

Таблица 6

Размер частиц, мкм	Скоростной член по табл. 3	Число единиц переноса по формуле (3)	Неполнота улавливания  по формулам (1) или (2)
0 - 10	0,247	1,64	0,194
10 - 20	0,257	1,57	0,208
20 - 30	0,211	1,40	0,247
30 - 40	0,287	1,20	0,301
40 - 50	0,162	1,07	0,343
50 - 60	0,126	0,83	0,436
Более 60	0,100	0,66	0,517

Общая неполнота улавливания золы в  трубе Вентури по формуле (4):

?' = 0,194 · 0,315 + 0,208 · 0,211 + 0,247 · 0,082 + 0,301 ·  0,108 + 0,343 · 0,068 + 0,436 · 0,46 + 0,517 · 0,170 = 0,2910.

Фракционный состав золы на входе в каплеуловитель Ф" по формуле (5) и неполнота улавливания в нем ?" из графика (см. рис. 13):

Размер частиц, мкм	Фi", %	?"
0 - 10	21,0	0,208
10 - 20	15,1	0,153
20 - 30	7,6	0,100
30 - 40	11,2	0,067
40 - 50	8,0	0,040
50 - 60	6,9	0,023
Более 60	30,2	0,015

Общая неполнота улавливания золы в  каплеуловителе по формуле (6):

?" = 0,208 · 0,210 + 0,153 · 0,151 + 0,100 · 0,076 + 0,067 ·  0,112 + 0,40 · 0,080 + 0,023 · 0,069 + 0,015 · 0,302 = 0,0912.

Общая эффективность золоулавливания по формуле (7):

? = 1 - 0,2910 · 0,0912 = 0,9735,

т.е. эффективность  рассчитываемой установки не ниже требуемой.

3.5.6. Расход  воды на орошение труб Вентури  установки

G = 0,16 · 10^-3 · 320000 · 273/(273 + 135) = 34,2 т/ч.

Расход  воды на орошение каплеуловителей установки

G_к = 0,07 · 10^-3 · 320000 · 273/(273 + 135) = 15,0 т/ч.

Расход  воды на сопла гидрозатворов установки (по 2,0 т/ч на гидрозатвор):

G_г = 2,0 · 4 = 8,0 т/ч.

Рис. 17. Компоновка золоулавливающей установки  с золоуловителями типа МВ котла  паропроизводительностью 230 т/ч:

1 - труба  Вентури; 2 - каплеуловитель; 3 - колено; 4 - переход; 5 - входной патрубок; 6 - подводящие газоходы; 7 - отводящие газоходы; 8 - сборочный короб; 9 - дымосос

Суммарный расход воды на золоулавливание:

G_в = 34,2 + 15,0 + 8,0 = 57,2 т/ч.

3.5.7. Компоновка  рассчитанной золоулавливающей  установки приведена на рис. 17.

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ  ЗОЛОУЛОВИТЕЛЯ

4.1. Для  разработки рабочих чертежей  золоулавливающей установкикотлов  с применением золоуловителя  типа МВ необходима следующая  техническая документация:

- опросный  лист на проектирование установки,  заполненный заказчиком по формам 1 и 2 (приложения 1 и 2 соответственно);