Расчет мокрой системы очистки газов Западносибирской ТЭЦ

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Существует неразрывная взаимосвязь и взаимозависимость условий обеспечения теплоэнергопотребления и загрязнения окружающей среды. Взаимодействие этих двух факторов жизнедеятельности человека и развитие производственных сил привлекает постепенное внимание к проблеме взаимодействия теплоэнергетики и окружающей среды.

На ранней стадии развития теплоэнергетики основным проявлением этого внимания был поиск в окружающей среде ресурсов, необходимых для обеспечения теплоэнергопотребления и стабильного теплоэнергоснабжения предприятий и жилых зданий. В дальнейшем границы проблемы охватили возможности более полного использования природных ресурсов путём изыскания и рационализации процессов и технологии, добычи и обогащения, переработки и сжигания топлива, а также совершенствования теплоэнергетических установок.

С ростом единичных мощностей блоков, теплоэнергетических станций и теплоэнергетических систем, удельных и суммарных уровней теплоэнергопотребления, возникла задача ограничения загрязняющих выбросов в воздушный и водный бассейны, а также более полного использования их естественной рассеивающей способности.

На современном этапе проблема взаимодействия теплоэнергетики и окружающей среды приобрела новые черты, распространяя своё влияние на огромные территории, большинство рек и озёр, громадные объемы атмосферы и гидросферы Земли.

Ещё более значительные масштабы развития теплоэнергопотребления в обозримом будущем предопределяют дальнейший интенсивный рост разнообразных воздействий на все компоненты окружающей среды в глобальных масштабах.

Принципиально новые стороны проблемы взаимодействия теплоэнергетики и окружающей среды возникли в связи с развитием ядерной теплоэнергетики.

Важнейшей стороной проблемы взаимодействия теплоэнергетики и окружающей среды в новых условиях является всё более возрастающее обратное влияние определяющая роль условий окружающей среды в решении практических задач теплоэнергетики (выбор типа теплоэнергетических установок, дислокация предприятий, выбор единичных мощностей энергетического оборудования и многое другое)

1. Общая часть

1.1 Технологический процесс «Западносибирской ТЭЦ»

Начинается технологический процесс станций с цеха топливоподачи, в который по железной дороге с шахт и резервов на открытый склад поступает уголь. Разгрузка угля механизирована посредством применения роторных вагоноопрокидывателей. С угольного склада уголь подается бульдозерами в приемный бункер, из которого по ленточному транспортеру в дробильный корпус, где дробится до фракции 5 до 8 мм.

Дробильный уголь по ленточному транспортеру поступает в бункер сырого угля котельного отделения. Размол угля осуществляется в шаровых мельницах, куда он поступает из бункера сырого угля. В мельницу подается предварительно'разогретый в воздухонагревателе воздух, с помощы-о которого угольная пыль транспортируется в сепаратор, где от угольной пыли отделаются крупные фракции, которые возвращаются в мельницу. А угольная пыль пневматически через циклон направляется в бункер пыли, и затем через питатели и пылеугольные горелки поступает в топки котла. Воздух для горения подается дутьевым вентилятором в воздухонагреватель, а затем частично в мельницу и непосредственно к горелкам.

По экранным трубам топочной камеры пароводяная смесь поступает в барабаны котла, где происходит отделение воды от пара. Для сепарации насыщенного пара внутри барабана установлены циклоны. Вода стекает под поддон, а отсепарированный пар проходит промывку с целью снижения солесо держания.

В котельном цехе первой очереди установлено 6 котлов типа БКЗ-210-140. Котлы Барнаульского котельного завода. Паропроизводительность котла 210 т/час, давление пара 140 атм. На второй очереди котельного цеха установлены котлы типа ТП-87. Котлы Таганрогского завода с паропроизводительностью 420 т/час и давлением пара 140 атм.

После барабана насыщенный пар проходит пароперегриватель, где температура его повышается до 560'С. По паропроводам пар подводится к паровой турбине, вращающей ротор электрического генератора. Давление пара при подаче на турбину составляет 140 ати.

Электрический генератор вырабатывает переменный ток 10,5 кВ, который через повышающий трансформатор идет на сборные шины закрытого распределительного устройства (ЗРУ) напряжением 110 кВ. К выводам генератора через трансформатор собственных нужд присоединены шины распределительного устройства КРУ 6 кВ и РУСН-0,4 кВ.

Отработанный пар охлаждается и конденсируется в конденсаторе. Охлажденная вода забирается из оборонной системы водоснабжения циркуляционными насосами, расположенной на береговой насосной. В конденсатор турбины также поступает химически очищенная добавочная вода, выполняющая потери конденсата регулируемых отборов турбины. Добавочная вода получается в результате очистки сырой воды в ионообменных фильтрах химводоочистки. Из обессоленной воды вода подается в конденсатор.

Из конденсатора турбины насосами конденсат перекачивается в поверхностные подогреватели низкого давления - ПНД, а после ПНД подается в деаэратор. В деаэраторе вода доводится до кипения и при этом освобожден от растворенных в ней агрессивных газов - кислорода и углекислого газа, что способствует предотвращению коррозии-в пароводяном тракте.

Питательная вода забирается из деаэратора питательными насосами и нагнетается через подогреватели высокого давления (ПДВ) в водяной экономайзер котла. Для подогрева конденсата и питательной воды используется пар, отбираемый из промежуточных ступней турбины. Часть отработанного в турбине пара используется в сетевых подогревателях и на отопление.

Выходящие из поточной камеры дымовые газы омывают последовательно пароперегреватель, водяной экономайзер и воздухоподогреватель, проходя золоулавливающую установку и дымососом, отправляются в дымовую трубу. Зола сожженного в котле топлива частично вытекает в виде шлака через летку топлива, а частично уносится дымовыми газами из котла, улавливается газоочистными установками. По средством смывных устройств уловленная газоочисткой зола поступает в самотечные каналы гидрозолоулавливания, из которых гидрошлаковая смесь, пройдя предварительно металлоулавливатель и шлаковую дробилку, поступает в багерный насос, транспортирующий ее на золоотвал ОАО «ЗСМК».

1.2 Характеристика «Западносибирской ТЭЦ» как источника выбросов вредных веществ в атмосферу

На «Западносибирской ТЭЦ» установлено 11 котельных агрегатов. Они являются основным источником загрязнения атмосферного воздуха, дымовые газы от которых поступают в атмосферу через 2 источника организованных выбросов - дымовые трубы, а также имеется ряд вспомогательных участков, выбросы вредных веществ от которых попадают в атмосферу как организованным, так и неорганизованным путем. С продуктами сгорания топлива в атмосферу через дымовые трубы «ЗС ТЭЦ» выбрасываются летучая зола, сернистый ангидрид и диоксид азота.

Время работы источников выделения вредных веществ - круглосуточное, непрерывное.

Производственные участки «ЗС ТЭЦ», вредные выбросы от которых попадают в атмосферу организованным путем:

- механический участок (металлообрабатывающие и заготовочные станки) и кузница;

- зарядка аккумуляторов в гараже и зарядка аккумуляторных батарей;

- заводка двигателей автотранспортной техники в гараже;

- пропитка обмоток двигателей;

- мазутное хозяйство и маслохозяйство;

- перекачка кислот и щелочей из цистерн;

- автозаправочная станция;

- деревообрабатывающие станки.

Источниками неорганизованных выбросов «ЗС ТЭЦ» являются:

- сварочные посты;

- участки по отгрузке сухой золы;

- угольный склад и вагоноопрокидыватель;

- окрасочный участок.

Очистка дымовых газов от золы осуществляется в золоуловителях. В качестве золоуловителей на котлах первой очереди установлены мокрые золоуловителями с трубами-коагуляторами Вентури, на котлах второй очереди - электрофильтры.

В таблице 1.1 приведены данные о выбросах в атмосферу из дымовых труб «ЗС ТЭЦ».

Таблица 1.1 - Выбросы загрязняющих веществ за 2011 год

Наименование ингредиентов	Валовые выбросы, т/г
1. Зола твердого топлива	7248,52
2. Зола мазутная	0,1545
3. Сернистый ангидрид	13742,6243
4. Диоксид азота	8821,3938
5. Моноокись азота	1915
6. Оксид углерода	795,4
Всего	32523,0926
В т.ч. твердые	7248,6745
В т.ч. газообразные	25274,4181

Из таблицы 1.1 видно, что с продуктами сгорания топлива в атмосферу выбрасывается большое количество золы твердого топлива, оксидов азота и сернистого ангидрида.

«Западносибирская ТЭЦ» сжигает бурые угли различных месторождений с резко меняющимися характеристиками совместно с буферными сбросами доменного и коксового газа металлургического цикла ОАО "ЕВРАЗ ЗСМК" на первой очереди станции (котлоагрегаты БКЗ-210-140 ст. №№1-6) и преимущественно твёрдое топливо (уголь) на второй очереди ТЭЦ (к/а ст.№№7 -Ч 1), использую щей мазут в качестве растопочного топлива. Подача газа в течение года происходит неравномерно, поэтому доля сжигаемого угля постоянно колеблется на уровне 90 до 93 %. Качественные характеристики сжигаемых марок углей колеблются: калорийность от 4300 до 5600 ккал/кг ° зольность от 16 до 25%:

- содержание серы от 0,25 до 0,38%%,

- содержание азота от 1,8 до 2,7%%,

- влажность от 10 до 18%%.

Котлы ст. № 1,2,5,6 оборудованы мокрыми золоуловителями М-ВТИ с вертикальными трубами Вентури круглого сечения с компоновкой 2 трубы на 4 каплеуловителя на каждом котле установленных параллельно. Среднеэксплутационная степень очистки дымовых газов от золы каменных углей составляет 98,3 %, от окислов серы 4%.

На котлах ст. № 3,4 установлены мокрые золоуловители того же типа (4 шт. и 1 котел) с вертикальными трубами Вентури круглого сечения (4 на каждый котел), имеющие аналогичную степень очистки от золы и 6% по диоксиду серы из-за повышенного (в сравнении с вышеприведенной группой котельных агрегатов в 1,5 раза) расхода орошающей воды на трубы Вентури.

Для интенсификации золоулавливания все золоулавливающие установки котлов I очереди "ЗС ТЭЦ” оснащены акустической системой, разработанной СП "Энергогазоочистка" г.Кишинев, в результате чего степень очистки дымовых газов от золы выросла до 98,3% при номинальной нагрузке катлоагрегата.

Дымовые газы от сожженного в котлах I очереди ТЭЦ (ст. № 1*6) топлива отводятся в дымовую трубу №1 высотой Н равной 100м и диаметром устья трубы 6 м.

Котельные агрегаты № 7,8 оборудовании электрофильтрами типа ПГДС-4*70 (по два на каждый котел), изготовленными на Каширском электромеханическом заводе по проекту "Ленгипрогазоочистки". Эксплутациатационная степень очистки дымовых газов от золы 97,5%.

На котлах ст. Лг5 9,10,11 установлены электрофильтры типа УГ2-4*74 - 04 (по два на каждый котел), изготовленными Каширским заводом металлоконструкций по проекту "Ленгипрогазоочистки", имеющие ту же степень очистки уходящих дымовых газов от золы.

Дымовые газы от котлов II очереди "ЗС ТЭЦ" отводятся в дымовую трубу № 2 высотой, равной 250 м и диаметром устья трубы 8м.

С дымовым газами из труб ном. 1,2 в атмосферу выбрасываются: зола, сернистый ангидрид, двуокись и оксид азота, зола мазутная и оксид углерода.

1.3 Характеристика котла БКЗ 210-140 № 3

Котельный агрегат типа БКЗ 210-140 № 3 предназначен для работы на торфе, каменных и бурых углях ГРОК1, ГРОК2, ДГ, ГР, сжигаемых в пылевидном состоянии. Паровой котел БКЗ 210-140 однобарабанный, радиационный, с естественной циркуляцией ,выполнен по П-образной схеме. Технические характеристики котла:

- паропроизводительность до 210 т/ч;

- расход топлива до 30 т/ч;

- давление пара до 140 ати.;

- температура газов от 155 до 165'С;

- разряжение после котла 3688 Па.

Топочная камера образована экранами из труб 60 на 55 мм, ширина топки 9536 мм, глубина топки 6656 мм

Таблица 1.2 - Основные характеристики котла БКЗ-210-140 №3

Наименование	Единица измерения	Котел №3
1. 2. 3. 4. 5.	Объем топочной камеры Водяной объем котла Паровой объем Радиационная поверхность топки Конвективная поверхность отводящих труб заднего экрана	м3 м3 м3 м3 -	992 64 34 655 31,6
6.	Поверхность «горячего» пакета	-	732
	пароперегревателя
7.	Поверхность «холодного» пакета	-	740
	пароперегревателя
8. Поверхность нагрева ширм	-	506
пароперегревателя 9. Поверхность нагрева водяного экономайзера а) нижней части б) верхней части 10. Поверхность нагрева воздухоподогревателя	-
	- - -	1482 1360 13072

В топке котла происходит U- образное трёхступенчатое сжигание.

Модельные исследования показали что с увеличением угла наклона горелок (в данном случае 70°), с принятием более высоких скоростей истечения горячего воздуха (особенно третичного), а также с увеличением горизонтальных простенков между горелками и соплами вихревой характер движения струй первичного, вторичного и третичного воздуха становится более выраженным.

На рис. 1.1, а, в и г можно видеть, что часть «догорающего» факела совершает второй оборот, смещаясь по спирали в межструйные пространства, где он контактирует с попадающей сюда частью третичного воздуха, т.е. данная технология имеет значительную внутреннюю рециркуляцию газов и удлиненную траекторию турбулизированного факела.

Эти особенности топочной аэродинамики предопределили комплексную эффективность трехступенчатого сжигания кузнецкого угля в U-образном прямоточно-вихревом факеле.

Рисунок 1.1 - Характер аэродинамики в оптимальном варианте модели U-образным факелом на котле БКЗ-210-140Ф №3: а - горелочной струи; б ~ струи вторичного воздуха; в и г - струй, вытекающих из нижнего и верхнего отсеков сопла третичного воздуха

Шлакоудаление сухое. Шлак в твердом состоянии выпадает йз воронки топки в шлаковый бункер откуда периодически удаляется через затвор. Дальнейшее его транспортирование осуществляется обычно совместно с летучей золой, собираемой в газоочистных устройствах.

Входные (по воздуху) секции ВП выполнены съемными; подвешены к раме каркаса конвективного газохода, конструктивно выполненного по бесприсосной системе.

Предусмотрена защита труб водяного экономайзера от золового износа и дробевого накипа.

Для очистки золовых отложений поверхностей нагрева предусмотрены обдувочные приборы, виброочистка ширм, дробеочистка конвективного газохода.

Котел снабжен необходимой арматурой, устройствами для отбора пара и воды, а также контрольно-измерительными приборами.

С продуктами сгорания топлива из котла в атмосферу выбрасывается большое количество вредных выбросов: зола твердого топлива, зола мазутная, сернистый ангидрид, диоксид азота, моноокись азота, оксид углерода и др.

2. Расчетная часть

2.1 Расчет скруббера Вентури

1. Определим объемный расход V и плотность газа при рабочих условиях на входе в трубу.

где объемный расход газа при нормальных условиях, ,

так как компоновка золоуловителя МВ-ВТИ включает в себя 4орошальные трубы Вентури на 4 каплеуловителя, установленных параллельно. Тогда объемный расход должен делиться на 4.

начальная температура газа,

C;

Примем

где плотность газа при нормальных условиях,

При заданном составе газа рассчитываем по выражению:

где процентное содержание того компонента газа,

плотность того компонента газа при нормальных условиях.

CO2 1,976

N2 1,251

O2 1,430

H2O 0,804

SO2 2,927

2. Выбираем стандартный золоуловитель типа МВ-ВТИ.

Таблица 2.1 - Характеристика трубы Вентури

Наименование	Единица измерения	Величина
Диаметр горловины	мм	600
Длина горловины	мм	180
Длина конфузора	мм	825
Длина диффузора	мм	3935
Количество труб Вентури	шт.	4
Количество форсунок на 1 трубу	шт.	1

Таблица 2.2 - Характеристика пылеуловителя

Наименование	Единица измерения	Величина
Внутренний диаметр	мм	2800
Высота орошаемой части	мм	8400
Количество каплеуловителей	шт.	4
Количество сопел орошения	шт.	20

3. Рассчитываем площадь горловины трубы.



где радиус горловины трубы, м.

4. Определяем скорость газа в горловине.

5. Определим коэффициент сопротивления трубы Вентури, обусловленный вводом жидкости в поток.

Коэффициент сопротивления сухой трубы Вентури принимаем

где А 0,63;

при центральном подводе орошения, [1,c. 39],

удельный расход жидкости на орошение, м3/м3,

6. Рассчитываем статическое давление в горловине трубы Вентури, Па.

где статическое давление на входе в трубу, Па,

плотность жидкости,

температура газа в горловине трубы, C,

Примем C.

7. Определим объемный расход плотность газа при рабочих условиях в горловине трубы Вентури.

8. Рассчитываем гидравлическое сопротивление скруббера Вентури, Па.

где гидравлическое сопротивление трубы Вентури, Па,

гидравлическое сопротивление каплеуловителя, Па.

где плотность газа на выходе из трубы Вентури,

скорость газа в каплеуловителе,

коэффициент гидравлического сопротивления каплеуловителя,

где температура газа на выходе из трубы Вентури, C,

Скорость газа в каплеуловителе ( определим из выражения:

где

Определим давление газа после скруббера Вентури.



9. Рассчитываем коэффициент очистки газа в скруббере Вентури.

Общий коэффициент очистки определяется по формуле:

где доля фракции в общей массе пыли, %,

фракционный коэффициент очистки фракции, %,

где число Стокса для фракции пыли,

удельный расход жидкости,

Число Стокса рассчитывается по выражению:

где плотность частиц пыли,

,

скорость газа в горловине, ,

динамический коэффициент вязкости газа, Паc,

средний диаметр капель воды, получающийся в результате дробления ее газовым потоком, мкм,

средний диаметр частиц фракции, м.

Так как очищаемый газ по своим характеристикам к воздуху, принимаем:

вязкость при нормальных условиях,

,

C=124.

Определим динамический коэффициент вязкости при рабочих условиях.

Определим конечную запыленность газа по выражению:

По существующим санитарным нормам конечная запыленность газа после газоочистки для нетоксичной пыли должна быть не более 0,1 В нашем случае , т.е численное значение больше нормы. Данная газоочистка является недостаточно эффективной и требуется дополнительная установка пылеулавливающего оборудования. В существующей схеме газы рассеиваются через дымовую трубу высотой 100 м. И по этим условиям необходимо произвести расчёт с определением величины максимальной приземной концентрацией вредных веществ в атмосферном воздухе, без дополнительной газоочистки.

2.2 Расчет гидравлических сопротивлений газового тракта

В данном расчете определяются суммарные потери давления на пути движения от газового экономайзера до дымовой трубы с целью последующего выбора побудителя движения (дымососы).

Гидравлическое сопротивление всего газового тракта будет равно:

вихревой каплеуловитель газовый вентури

где

гидравлическое сопротивление газоходов.

Складывается из потерь энергии за счет трения о стенки каналов (линейных) на местные сопротивления и геометрические потери на восходящих и нисходящих участках тракта.

Сопротивление дымовой трубы рассчитывается при условии, что через нее удаляются дымовые газы от всех котлов ТЭЦ одной очереди с расходом 90

Параметры существующей трубы:

При этом скорость продуктов сгорания у основания трубы будет ровна:

Рассчитываем скорость в устье трубы:

Определим среднюю скорость газа по высоте дымовой трубы:

Местное сопротивление при входе в трубу будет равно:

где коэффициент местного сопротивления на входе в трубу,

плотность газа на входе в трубу. Принимаем

Потери давления газа на выходе из дымовой трубы в атмосферу будут равны:



где

Принимаем

Потери давления в трубе составят:

где коэффициент гидравлического сопротивления на трение,

средний диаметр дымовой трубы.

К потере обусловленного действия геометрического давления будут равны:

где плотность воздуха, кг/м3,

Общее гидравлическое сопротивление дымовой трубы:

Общие геометрические суммарные потери будут равны:

2.3 Выбор дымососа

Дымосос выбирают на основании расчета дымового тракта по суммарным потерям давления и по расходу подходящих продуктов сгорания, при этом по производительности дымососа выбирают с запасом на 10%, а по созданному давлению с запасом на 20% от суммарных потерь энергии.

Создаваемое дымососом давление, приведенное к условию каталога, определяется по выражению:

где коэффициент перерасчета.

где

температура, которая отнесена к каталожным данным для дымососа,

С.

Требуемую производительность дымососа принимаем с запасом 10% по отношению к расчетному количеству газов дымососа с поправкой на барометрическое давление, так как за скруббером Вентури установлено по компоновке системы газоочистки параллельно 2 дымососа, величина при рабочих условиях составит:

Принимаем установку 2 мельничных вентиляторов марки ВМ19А с производительностью 130 тыс. и полным давлением 11600 Па.

Характеристика с производительностью 1000 :

1. Полное давление P = 11600 Па,

2. Потребляемая мощность, при скорости вращения rpm = 1500 , P = 500 кВт,

3. Максимальная допустимая температура, T = ,

4. Максимальное значение КПД,

2.4 Расчет рассеивания газов дымовой трубы

Величина максимальной приземной концентрации вредных веществ рассчитывается по формуле:

где коэффициент, зависящий от температурного градиента в низших слоях атмосферы в данной местности при неблагоприятных метеорологических условиях.

количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу с учетом рассчитанных коэффициентов очистки газов в газоочистных установках, , безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в воздухе.

безразмерные коэффициенты, учитывающие условие выхода газовоздушной смеси из устья.

объем газовоздушной смеси, выбрасываемой в атмосферу, ,

разность между температурой газа, выбрасываемой из дымовой трубы и средней температуры атмосферного воздуха наиболее жаркого месяца года,, (. коэффициент, учитывающий рельеф местности.

При условии, что учитываются объемы дымовых газов от всех 6 котлов, ТЭЦ на первой очереди:

1. Для пыли:



2. Для оксида серы SO2:

где

Определим значение коэффициента m по формуле:

где

при

1. Максимальная приземная концентрация для пыли:

ПДК = 0,5

2. Максимальная приземная концентрация для оксида серы SO2:

ПДК = 0,5

Сравнивая значения максимальной приземной концентрации вредных веществ с их предельно-допустимыми значениями, можно сделать вывод о том, что рассматриваемая система газоочистки, с учётом условий рассеивания по средством дымовой трубы, является эффективной.

Заключение

Выполненный расчёт мокрой системы очистки газов позволяет сделать следующие выводы:

1) Эффективность пылеулавливания золоуловителей МВ-ВТИ составляет 98,5% с конечной запыленностью газа 0,285 г/м3.

2) Расчет рассеивания газов через дымовую трубу для вредных компонентов в их составе в приземном слое показал ПДК = 0,5 , для SO2 ПДК = 0,5 .

Сравнение значения максимально приземных концентраций вредных веществ с их предельно-допустимыми значениями, показало, что все они не превышают максимально разовых значений в приземном слое атмосферного воздуха, газ безопасен для окружающей среды после рассеивания.

3) Комплекс мероприятий, включающий в себя мокрую очистку газов и последующее рассеивание через дымовую трубу, обеспечивает защиту атмосферного воздуха.

Литература

1. Оборудование для очистки газов промышленных печей: Учебное пособие / В.И. Ливинец, С.Г. Коротков. - Новокузнецк: ГОУ ВПО «СибГИУ», 2009. - 102с.

2. Сборник примеров решения задач по механике жидкости и газов / Н.И. Трофимов, Г.И. Черныш, Ю.Е. Михайленко. - Новокузнецк: изд. СибГИУ, 1998 г. - 144с.

3. Пылеулавливание и очистка газов в металлургии. Старк С.Б. М.: «Металлургия», 1977. - 328с.

Размещено на Allbest.ru