БЛОК ЗАВИХРИТЕЛЯ БАТАРЕЙНОГО ЭМУЛЬГАТОРА

Полезная модель относится к технике «мокрой» очистки дымовых газов от твердых, жидких и токсичных включений, а, именно, к батарейному эмульгатору, который используется в энергетике, металлургии и других отраслях промышленности.
Принцип работы батарейного эмульгатора основан на высокоэффективном тепломассообмене между восходящими потоками дымовых газов, закрученных в лопастных аппаратах орошаемых насадок блока завихрителя, и подаваемой противотоком жидкостью с образованием вихревого эмульсионного слоя, в котором и происходит очистка дымовых газов от примесей.
Более конкретно, полезная модель предлагает усовершенствование конструкции основного элемента батарейного эмульгатора - блока завихрителя, выполненного по патентам на полезную модель № 155708 RU и № 189122 RU, и направлена на более эффективную работу блока завихрителя с точки зрения очистки дымовых газов от золы при сжигании на электростанциях твердого топлива.
Упоминаемый ниже термин «завихритель» равнозначен термину «блок завихрителя».
Согласно полезной модели №155708 RU (МПК B01D 47/06, B01D 47/14, опубл. 20.10.2015), завихритель батарейного эмульгатора состоит из орошаемых насадок в виде параллелепипедов с установленным в нижней части каждого из них лопастным аппаратом, причем стенки орошаемых насадок внутри завихрителя выполнены разорванными над лопастными аппаратами с образованием свободного пространства высотой не менее 1/3 от высоты лопастных аппаратов, при этом завихритель снабжен водораспределительными стаканами, врезанными в верхнюю часть каждых четырех насадок на пересечении их граней, и имеющими отверстия в каждую насадку. Завихритель установлен в корпус, содержащий патрубок ввода газов, патрубок вывода газов, узел орошения, включающий установленный по всему периметру замкнутый коллектор, каплеуловитель, отбойное кольцо, сборный бункер и золосмывной аппарат с гидрозатвором. Лопастной аппарат состоит из четырех лопастей в виде прямоугольных треугольников, длина меньшего из катетов которых равна половине диагонали сечения параллелепипеда, при этом треугольники установлены под углом друг к другу таким образом, что их гипотенузы располагаются на гранях параллелепипеда, а прямые углы соприкасаются в одной точке, лежащей на его оси.
Полезная модель № 189122 RU (МПК B01D 45/14, B01D 47/06, B01F 7/18, B01J 19/18 опубл. 13.05.2019) решает проблемы естественного физического износа в процессе эксплуатации орошаемых насадок блока завихрителя батарейного эмульгатора, выполненного по патенту на полезную модель №155708 RU.
Согласно полезной модели № 189122 RU, блок завихрителя батарейного эмульгатора содержит орошаемые насадки, выполненные в виде параллелепипедов с установленным в нижней части каждого из них лопастным аппаратом, причем стенки орошаемых насадок внутри завихрителя выполнены разорванными над лопастным аппаратом с образованием свободного пространства, при этом блок завихрителя выполнен в виде двух частей: стационарной верхней части, включающей орошаемые насадки, неподвижно установленные на опорные элементы корпуса батарейного эмульгатора, и съемной нижней части, выполненной в виде съемных секций, каждая из которых является продолжением соответствующего ряда орошаемых насадок верхней части, при этом нижняя часть присоединена к верхней с помощью фланцевого соединения, а высота каждой съемной секции определяется фактической высотой зоны износа титановых элементов. Лопастной аппарат состоит из четырех лопастей в виде прямоугольных треугольников, а блок завихрителя может быть выполнен с водораспределительными стаканами, врезанными в верхнюю часть каждой из четырех насадок на пересечении их граней и имеющими круглые отверстия в каждую насадку.
В соответствии с описанием полезной модели № 189122 RU, лопастной аппарат состоит из 4-х лопастей в виде прямоугольных треугольников, длина меньшего из катетов которых равна половине диагонали сечения параллелепипеда, при этом треугольники установлены под углом друг к другу таким образом, что их гипотенузы располагаются на гранях параллелепипеда, а прямые углы соприкасаются в одной точке, лежащей на его оси.
На сегодняшний день батарейные эмульгаторы эксплуатируются более чем на 160 котельных агрегатах различных электростанций стран СНГ. За период эксплуатации определились основные технические показатели их работы (по основным параметрам):
- запыленность дымовых газов после очистки в батарейном эмульгаторе для:
3
а) низкозольных углей - ≤ 200 мг/нм;
3
б) высокозольных углей - ≤ 400 мг/нм;
- аэродинамическое сопротивление батарейного эмульгатора - ≤ 180 мм в.ст.
- температура дымовых газов после их очистки в батарейном эмульгаторе - ~ 60°С.
В последние годы, в связи с ужесточением экологических требований, повсеместно поднимается вопрос о необходимости более глубокого снижения уровня выброса вредных веществ. Касательно батарейных эмульгаторов - это снижение выбросов золы после сжигания котлами электростанций твердого топлива.
Задачей предлагаемой полезной модели является изменение конструкции блока завихрителя батарейного эмульгатора, направленное на решение этой проблемы.
Технический результат - снижение запыленности дымовых газов после очистки в батарейном эмульгаторе в 1,5÷2 раза.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата в блоке завихрителя батарейного эмульгатора, включающем орошаемые насадки, выполненные в виде параллелепипедов с установленным в нижней части каждого из них лопастным аппаратом, который состоит из четырех лопастей, выполненных в виде прямоугольных треугольников, длина меньшего из катетов которых равна половине диагонали сечения параллелепипеда, при этом треугольники установлены под углом друг к другу таким образом, что их гипотенузы располагаются на гранях параллелепипеда, а прямые углы соприкасаются в одной точке, лежащей на его оси, причем стенки орошаемых насадок внутри блока завихрителя выполнены разорванными над лопастным аппаратом с образованием свободного пространства, согласно полезной модели, в средней части каждой орошаемой насадки установлен дополнительно лопастной аппарат описанной выше конструкции.
Кроме того:
- блок завихрителя может быть выполнен в виде двух частей: стационарной верхней части, включающей орошаемые насадки, неподвижно установленные на опорные элементы корпуса батарейного эмульгатора, и съемной нижней части, выполненной в виде съемных секций с насадками, каждая из которых является продолжением соответствующего ряда орошаемых насадок верхней части, при этом нижняя часть присоединена к верхней с помощью фланцевого соединения;
- блок завихрителя может быть снабжен водораспределительными стаканами, врезанными в верхнюю часть каждой из четырех насадок на пересечении их граней и имеющими отверстия в каждую насадку.
Сущность полезной модели поясняется фигурами:
фиг. 1 - общий вид батарейного эмульгатора с блоком завихрителя, в средней части каждой орошаемой насадки которого установлен дополнительно лопастной аппарат;
фиг. 2 - общий виднеразборного блока завихрителя (выполненного по патенту №155708 RU), в средней части каждой орошаемой насадки которого установлен дополнительно лопастной аппарат. Количество орошаемых насадок показано условно;
фиг. 3 - общий вид блока завихрителя батарейного эмульгатора со съемной нижней частью(выполненного по патенту № 189122 RU), в средней части каждой орошаемой насадки которого установлен дополнительно лопастной аппарат. Количество орошаемых насадок показано условно;
фиг. 4 - лопастной аппарат, установленный в нижней и средней частях каждой орошаемой насадки.
Блок завихрителя 1 установлен в корпусе 10 батарейного эмульгатора (фиг. 1), который также содержит патрубок 11 ввода газов, патрубок 12 вывода газов, узел орошения, состоящий из замкнутого коллектора 13, водораспределительных труб 14 и водораспределительных стаканов 9, каплеуловитель 15, отбойное кольцо 16, сборный бункер 17, золосмывной аппарат 18 с гидрозатвором.
Блок завихрителя 1 (фиг. 1-3) состоит из орошаемых насадок 2 в виде параллелепипедов. В нижней и средней части каждой орошаемой насадки 2 установлен лопастной аппарат 3, состоящий из четырех лопастей 4 (фиг. 4), выполненных в виде прямоугольных треугольников, длина меньшего из катетов которых равна половине диагонали сечения параллелепипеда, при этом треугольники установлены под углом друг к другу таким образом, что их гипотенузы располагаются на гранях параллелепипеда, а прямые углы соприкасаются в одной точке, лежащей на его оси.
Предпочтительным материалом для изготовления орошаемых насадок 2 и лопастных аппаратов 3 является титан.
Крепление лопастного аппарата 3 в орошаемой насадке 2 осуществляют, например, при помощи сварки или болтовых соединений.
Высота установки лопастного аппарата 3 в средней части орошаемой насадки 2 определяется конструкцией конкретного батарейного эмульгатора и зависит от площади сечения насадки 2.
Таким образом, блок завихрителя 1 содержит по высоте два ряда лопастных аппаратов 3.
Установка в каждой орошаемой насадке 2 дополнительно второго по высоте лопастного аппарата 3 предназначена для двойной очистки дымовых газов в пределах каждой орошаемой насадки. Дымовые газы, заходя в блок завихрителя 1 батарейного эмульгатора, последовательно очищаются сначала в лопастном аппарате 3, установленном в нижней части каждой орошаемой насадки 2, а затем в лопастном аппарате 3 средней части насадки 2.
Стенки орошаемых насадок 2 блока завихрителя 1 батарейного эмульгатора выполнены, за исключением его наружного контура, разорванными над лопастными аппаратами 3 нижнего ряда с образованием внутри блока завихрителя свободного пространства 5. Наличие над лопастными аппаратами нижнего ряда 3 пространства 5, свободного от препятствий для прохождения дымовых газов, приводит к выравниванию давления этих газов по всему сечению блока завихрителя и к последующему равномерному их распределению по всем орошаемым насадкам 2 блока завихрителя 1, включая лопастные аппараты 3 верхнего ряда.
Установка второго по высоте ряда лопастных аппаратов 3 может быть осуществлена как в неразборном блоке завихрителя (фиг. 2) - в соответствии с патентом № 155708 RU, так и в блоке 1, выполненном в соответствии с патентом № 189122 RU в виде двух частей (фиг. 3): стационарной верхней частью 6 и съемной нижней частью 7, соединенных с помощью фланцевого соединения 8. Орошаемые насадки нижней съемной части 7 являются продолжением насадок стационарной верхней части 6 и объединены в съемные секции.
Блок завихрителя 1, выполненный из двух частей, имеет полноценную конструкцию, эксплуатационные показатели которой, включая аэродинамическое сопротивление и степень золоочистки, полностью соответствуют эксплуатационным показателям конструкции по патенту №155708 RU.
Разъемная конструкция блока завихрителя обеспечивает продление срока его эксплуатации, простоту и сокращение сроков выполнения ремонта.
Блок завихрителя 1 батарейного эмульгатора может быть снабжен водораспределительными стаканами 9, врезанными в верхнюю часть каждой из четырех насадок 2 на пресечении их граней. Наличие (или отсутствие) водораспределительных стаканов 9 определяется наличием (или отсутствием) примесей в орошающей воде: при большом количестве примесей стаканы устанавливаются, при отсутствии (или незначительном количестве) примесей - орошение происходит непосредственно через отверстия распределительных труб 14 (т.е. без стаканов).
Принцип работы батарейного эмульгатора, содержащего блок завихрителя с двумя (по высоте) рядами лопастных аппаратов, такой же, как и у эмульгатора, блок завихрителя которого имеет только один ряд лопастных аппаратов, за исключением образования двойного вихревого эмульсионного слоя в пределах высоты орошающей насадки.
Батарейный эмульгатор работает следующим образом.
Дымовые газы поступают через патрубок 11 ввода газов в нижнюю часть корпуса 10 и входят в параллельно расположенные орошаемые насадки 2 блока завихрителя 1, где они интенсивно закручиваются первоначально лопастными аппаратами 3 нижнего ряда. В свободном пространстве 5 происходит выравнивание давления газов по всему сечению блока завихрителя 1, после чего они равномерно распределяются, по всем орошаемым насадками повторно закручиваются лопастными аппаратами 3 верхнего ряда. Вода в качестве орошающей жидкости подается в коллектор 13, откуда она поступает в водораспределительные трубы 14, затем в водораспределительные стаканы 9, и далее через отверстия в стаканах в каждую насадку 2.
При взаимодействии воды с вращающимся газовым потоком происходит образование пенного вращающегося слоя, который накапливается над лопастными аппаратами 3. Вращение этого слоя способствует его турболизации, при этом повышается межфазная контактная поверхность и ее обновляемость. В слое пены с высокоразвитой поверхностью улавливаются мелкие частицы золы, оставшиеся после прохождения газового потока через лопастные аппараты 3 блока завихрителя 1.
Отработанная жидкость с уловленной золой сливается через лопастные аппараты 3 орошаемых насадок 2 в сборный бункер 17 и далее в золосмывной аппарат 18 с гидрозатвором.
Дымовые газы после очистки в двух эмульсионных слоях поступают в лопастной каплеуловитель 15, где потерявшие вращательную скорость газы дополнительно закручиваются для сепарации водяных капель из дымовых газов на стенках корпуса 10 батарейного эмульгатора над каплеуловителем, а оставшиеся на выходе из каплеуловителя несепарированные водяные капли собираются под отбойным кольцом 16 и сливаются через зазор между каплеуловителем 15 и стенкой корпуса 10 для дальнейшего участия в процессе очистки газов.
Промышленные испытания батарейного эмульгатора с двумя рядами лопастных аппаратов блока завихрителя выполнены в период «ноябрь 2018 ÷ март 2019» на паровом котле БКЗ-75-39 ФБ Экибастузской ТЭЦ и водогрейном котле КВ-Т-139, 5-150 ТЭЦ-2 АО «Астана-Энергия». Топливо для указанных котлов - высокозольный экибастузский уголь.
3
3
Для обоих объектов батарейный эмульгатор с предлагаемым блоком завихрителя позволил снизить концентрацию золы в дымовых газах в 1,7÷2 раза (с 370÷400 мг/нм у эмульгатора с одним рядом лопастных аппаратов в блоке завихрителя до 200÷230 мг/нм у эмульгатора с двумя рядами лопастных аппаратов), т.е. поднять КПД золоочистки на 0,2÷0,25%.
При этом (при прочих равных условиях: нагрузка котла, расход топлива, расход воды, уровень температур и т.д.):
увеличилось общее аэродинамическое сопротивление батарейного эмульгатора на 30÷50 мм в. ст.;
из-за более интенсивного тепломассообмена (двойная последовательная закрутка дымовых газов вместо одинарной) снизилась температура очищенных дымовых газов на 5÷10°С (50÷55°С вместо 60°С у завихрителя с одинарным закручиванием дымовых газов).
Увеличение аэродинамического сопротивления и снижение температуры очищенных дымовых газов удовлетворяют пределам штатной работы котельного агрегата и электростанции в целом.
Изменение этих величин, а также востребованность и необходимость снижения концентрации золы в дымовых газах (путем двойной очистки дымовых газов в пределах одного блока завихрителя) должны определяться конкретно для каждой электростанции с учетом всех сопутствующих факторов (нормы установленных выбросов, штрафы за превышение, стоимость электроэнергии и топлива и т.д.).
Таким образом, предлагаемая конструкция блока завихрителя с установленными по высоте двумя рядами лопастных аппаратов выполняет поставленную задачу и позволяет при незначительных конструктивных изменениях добиться снижения запыленности дымовых газов после очистки в 1,5÷2 раза по сравнению с блоком завихрителя с одинарным рядом лопастных аппаратов (патенты № 155708 RU и № 189122 RU).