БАТАРЕЙНЫЕ ЭМУЛЬГАТОРЫ II ПОКОЛЕНИЯ

Реконструкция существующих золоулавливающих установок котлов с переходом на батарейные эмульгаторы IIпоколения

Сжигание котлами электростанций твердого топлива требует производить очистку дымовых газов от золы. В связи с увеличением доли твердого топлива в структуре топливного баланса, постоянном ужесточении норм выбросов, на большинстве электростанций имеются серьезные проблемы по обеспечению этих норм.

Сложность решения поставленных задач потребовало уделение серьезного внимания к реконструкции и модернизации установленного парка золоулавливающих установок. Весь путь такой модернизации можно вкратце проследить на примере бывшего ОАО «Свердловэнерго», где практически все (около 60) угольные котлы (исключая Рефтинскую ГРЭС) оснащены «мокрыми» золоуловителями – трубами Вентури со скрубберами, эффективность которых (hЗУУ< 96 %) не удовлетворяет современным требованиям.

На сегодняшний день накоплен широкий опыт по реконструкции золоулавливающих установок с использованием аппаратов нового типа – т.н. «эмульгаторов». «Свердловэнерго» прошло все стадии установки эмульгаторов – пластиковых батарейных эмульгаторов Iпоколения, кольцевых эмульгаторов «КОЧ», батарейных эмульгаторов IIпоколения.

По предложению «Южмашзавода» (г. Днепропетроск) и ПО «Пластик» (г. Дзержинск) в 1992÷94 годах на шести котлах ПК-14 (Д=230 т/ч, экибастузский уголь; Верхнетагильская и Серовская ГРЭС) традиционные трубы Вентури со скрубберами были заменены на батарейные эмульгаторы Iпоколения, выполненные из композитных стеклопластиковых материалов. Обеспечив неплохие показатели по золоочистке (hЗУУ> 99 %; Dh£140 мм.в.ст.), настоящие эмульгаторы оказались крайне ненадежными в эксплуатации и ремонте (забивание элементов золой, снижающее нагрузку котла; постоянный брызгоунос; разрушение пластиковых конструкций и т.д.) и через несколько лет работы были полностью заменены на батарейные эмульгаторы IIпоколения (см. ниже).

Следующим шагом стало внедрение титановых кольцевых эмульгаторов «КОЧ», работающих в настоящее время на 4 котлах БКЗ-50-1,4-250 Артемовской отопительной котельной (кузнецкий уголь). Эти эмульгаторы показали высокую степень золоочистки – > 99,2 %; но в связи с возникновением конфликтных ситуаций между «Свердловэнерго» и фирмой «КОЧ» дальнейшее сотрудничество было прекращено. Тем более, в это же время (конец 90х), на ряде электростанций России и Казахстана, где были установлены кольцевые эмульгаторы, возникли проблемы с надежностью их работы – значительный эррозионно-коррозионный износ через 1÷3 года эксплуатации (Южно-Уральская ГРЭС, Жезказганская ТЭЦ, Павлодарская ТЭЦ, ТЭЦ ПВС ОАО «Миталл Стил» (Темиртау), Карагандинская ТЭЦ-3 и др.), приводящий к постоянным ремонтам и полным заменам этих эмульгаторов.

Прогрессирующий износ кассет эмульгаторов Iпоколения (из пластика), расположенных в корпусах квадратного сечения, потребовал их скорейшей замены на более надежные аппараты. В качестве таких аппаратов нашли применение батарейные эмульгаторы IIпоколения разработки инженера Панарина Ю.А. (КазНИИЭ), с кем у ООО «ОП «Свердловэнергоремонт» заключен исключительный лицензионный договор.

В 1999г. на двух котлах ПК-14 «Свердловэнерго» (Серовская ГРЭС и Нижне-Туринская ГРЭС), а в 2000÷03 г.г. ещё на пяти таких же котлах (Серовской и Верхнетагильской ГРЭС) проведена реконструкция золоулавливающих установок с монтажом батарейных эмульгаторов IIпоколения. Все внутренние элементы (завихрители и каплеуловители) выполнены новой конструкции из титана. На Серовской и Верхнетагильской ГРЭС новые эмульгаторы смонтированы в корпуса ранее установленных батарейных эмульгаторов Iпоколения, а на Нижнетуринской ГРЭС – в новых корпусах, размещенных на месте демонтированных изношенных скрубберов.

Испытания батарейного эмульгатора IIпоколения котла №12 Верхнетагильской ГРЭС при сжигании экибастузского угля выявили их высокую эффективность, составляющую 99,5 ÷ 99,6 %; степень очистки газов в эмульгаторах котла №7 Нижне-Туринской ГРЭС при сжигании богословского угля составила 99,14 ÷ 99,56 % (в зависимости от паровой нагрузки котла). Аэродинамическое сопротивление – < 150 мм.в.ст.

Таким образом, положительный эффект от внедрения батарейных эмульгаторов IIпоколения (как с точки зрения золоочистки, так и надежности работы оборудования) позволил распространить этот опыт на другие регионы как России, так и СНГ.

С 2001 года «Свердловэнергоремонт» начал плотно работать с Казахстаном, и на конец 2011г. батарейные эмульгаторы II поколения конструкции Ю.А. Панарина, как альтернатива другим типам эмульгаторов и традиционным методам золоочистки, введены в промышленную эксплуатацию на 105 котлах:

—         семь котлов ПК-14 в бывшем ОАО «Свердловэнерго»: Серовская ГРЭС, Верхнетагильская ГРЭС, Нижнетуринская ГРЭС;

—         два котла (БКЗ-420) на Карагандинской ТЭЦ-3;

—         пять котлов (БКЗ-160) на Алматинской ТЭЦ-1;

—         девять котлов (БКЗ-320, ТПЕ-430А, ЦКТИ-75) на Усть-Каменогорской ТЭЦ;

—         одиннадцать котлов (ТП-46А, БКЗ-220) на Петропавловской ТЭЦ-2;

—         два котла (КВТК-110, Е-65) на Астанинской ТЭЦ-1;

—         восемь котлов (БКЗ-420, КВ-Т-139,6-150) на Астанинской ТЭЦ-2;

—         один котел (ПК-14) на Южно-Уральской ГРЭС;

—         три котла (ТП-10, ТП-13Б) на Жезказганской ТЭЦ ТОО «Корпорация Казахмыс»;

—         четыре котла (ПТВП-100) на водогрейной котельной ТОО «Корпорация Казахмыс» (г. Сатпаев);

—         два котла (ТП-81) на Новосибирской ТЭЦ-4;

—         один котел (БКЗ-160) на Алматинской ТЭЦ-3;

—         девять котлов (ПК-10) на Карагандинской ГРЭС-2 (г.Топар);

—         шесть котлов (ПК-14) на Троицкой ГРЭС;

—         шесть котлов (БКЗ-420) на Павлодарской ТЭЦ-3;

—         четыре котла (ТП-10) на Добротворской ТЭС (Украина);

—         четыре котла (БКЗ-190) на Павлодарской ТЭЦ-2;

—         три котла (БКЗ-75) на Экибастузской ТЭЦ;

—         четыре котла (ТП-13) на ТЭЦ ПВС АО «Арселор Миттал Темиртау»;

—         один котел (Е-280-9,8-510КТ) на ТЭЦ АО ССГПО (г. Рудный);

—         один котел (ТП-230) на Томской ГРЭС-2;

—         три котла (ПК-10) на Балхашской ТЭЦ;

—         два котла (БКЗ-190) на Степногорской ТЭЦ;

—         три котла (БКЗ-75, БКЗ-220) на Улан-Удэнской ТЭЦ-1;

—         один котел (БКЗ-50) на Карагандинской ТЭЦ-1;

—         один котел (ТП-81) на Новосибирской ТЭЦ-2;

—         один котел (БКЗ-220) на Читинской ТЭЦ-1;

—         один котел (БКЗ-160) на Согринской ТЭЦ.

Топливо для котлов — экибастузский, кузнецкий, челябинский, карагандинский, богословский, борлинский, майкубенский, семипалатинский, львовско-волынский и др. угли.

Промышленная эксплуатация батарейных эмульгаторов II поколения началась с мая 1999 года. За истекший период была выполнена замена эмульгаторов на 10 котлах по причине разрушения их элементов, вызванных следующими причинами:

а) нерасчетный режим работы золоулавливающей установки (реальный объем дымовых газов, поступающих на очистку, гораздо выше объема, указанного в техническом задании, что приводит к повышенным скоростям, вибрации, разрушению сварных швов, большому брызгоуносу) – Карагандинская ТЭЦ-3, Верхнетагильская ГРЭС, Серовская ГРЭС.

б) периодическая работа эмульгаторов в безводном режиме (чего не должно быть в принципе у системы «мокрой» золоочистки), приводящая к выпадению лопаток, заносу ячеек завихрителей золой, большому износу («сухое» трение), разрушению сварных швов и основного металла (из-за их «перезакалки» при подаче на работающем котле холодной воды на титановые элементы, находящиеся в зоне температуры уходящих газов котла (150÷180°С)) – Алматинская ТЭЦ-1, Жезказганская ТЭЦ.

На остальных эксплуатируемых котлах (при соблюдении требований инструкции по эксплуатации) возникающие проблемы (появление брызгоуноса, отложения золы в газоходах, загрязнение орошающей воды (например, листвой), перебои с подачей горячего воздуха и т.д.) легко решаются по месту.

Принцип работы батарейных эмульгаторов II поколения – высокоэффективыный тепломассообмен между восходящим потоком закрученных в лопаточных аппаратах завихрителей дымовых газов и подаваемой противотоком жидкостью с образованием вихревого эмульсионного слоя, в котором и происходит эффективная очистка газов (т.н. режим инверсии фаз).

Типовой объем работ при установке батарейных эмульгаторов IIпоколения вместо традиционной схемы (трубы Вентури и скруббера):

1. Демонтируются трубы Вентури; в связи с их демонтажем изменяются газоходы перед скрубберами (при этом делается прямой вход в скруббер вместо тангенциального);

2. Устанавливаются новые опорные элементы внутри существующих скрубберов, покрываемые хим. защитой;

3. В каждый существующий скруббер устанавливаются (по ходу газов):

– завихритель эмульгатора, представляющий собой корпус, состоящий из ячеек (параллелепипедов) с встроенными в каждую из них закручивающими лопатками треугольной формы. Материал завихрителя — титан марки ВТ-1-0. Автор конструкции Панарин Ю.А.;

– система орошения, состоящая из бака орошения (используется существующий или ставится новый бак) и распределительных труб с водораспределительными отверстиями;

– каплеуловитель кольцевого типа, выполненный из титана.

Для предотвращения низкотемпературной коррозии газового тракта после эмульгаторов предусматривается присадка горячего воздуха в сборный короб над скрубберами.

Выходные газоходы, как правило остаются без изменений.

 

Описание работы батарейного  эмульгатора II поколения

Дымовые газы после котла через газоходы поступают в нижнюю часть корпуса каждого скруббера, и входят в инициатор  эмульгирования (параллелепипеды), где происходит их интенсивная закрутка в лопаточном аппарате. Орошающая вода подаётся по подводящей трубе орошения в каждый параллелепипед. При взаимодействии воды с вращающимся газовым потоком, выходящим из лопаточного аппарата, происходит образование пенного вращающегося слоя, который накапливается над лопатками. Вращение слоя способствует его турбулизации, повышая межфазную контактную поверхность и её обновляемость.

Повышенное давление во вращающемся пенном слое за счёт действия центробежных сил обуславливает устойчивое существование только мелких пузырей пены, что многократно увеличивает поверхность контакта фаз и интенсификацию процессов тепло-массообмена, чему также способствует противоточное движение «газ-жидкость».

Замедление вращения пены (эмульсии) в пристенной зоне, а также в верхних слоях на выходе в свободный объём является причиной возникновения интенсивных радиальных вихрей, которые также способствуют интенсификации процессов тепло-массообмена, а, значит, и глубокой очистке дымовых газов.

Отработанная жидкость с уловленной золой (пульпа) сливается через лопаточные аппараты завихрителей в золосмывной аппарат, через который поступает в канал гидрозолоудаления.

Дымовые газы после очистки в эмульсионном слое поступают в каплеуловитель, где потерявшие вращательную скорость газы дополнительно закручиваются  для сепарации водяных капель из дымовых  газов.

Для предотвращения коррозии газового тракта осуществляется подогрев очищенных газов на выходе путем присадки к ним горячего воздуха после воздухоподогревателя котла. После подогрева очищенные газы направляются через выходной газоход на всас дымососа и далее в дымовую трубу.

Технические показатели работы батарейных эмульгаторов II поколения:

—         степень золоочистки при Дном – 99,0÷99,5% (при снижении нагрузки котла до 80% – КПД золоулавливания падает на 0,3¸0,4%) в зависимости от начальной запыленности;

—         аэродинамическое сопротивление эмульгатора  £180 мм.вод.ст.;

—         удельный расход воды »0,2¸0,22л/нм3, используется любая вода, в том числе, осветленная вода из золоотвала;

—         расход горячего воздуха на подогрев очищенных газов (во избежание коррозии на выходных газоходах и дымососах) »3÷8% от расхода газов;

—         подавление окислов серы до 5-15% (в зависимости от угля) без всяких присадок.

Повышение аэродинамического сопротивления эмульгатора II поколения по отношению к аэродинамическому сопротивлению традиционной схемы (труба Вентури и скруббер) – незначительно и не требует работ по реконструкции дымососов (как правило, дымососы остаются в штатном режиме работы).

Основные элементы эмульгатора II поколения (завихритель, каплеуловитель) выполнены из титана.

Принципиально новая конструкция эмульгатора II поколения определяет его надежность работы по отношению как к трубчатым пластиковым эмульгаторам I поколения (отсутствие забивание элементов, неразрушающая конструкция, отсутствие брызгоуноса), так и кольцевым эмульгаторам «КОЧ» (снижение износа материалов (а, соответственно, увеличение сроков службы) из-за снижения скорости абразивных дымовых газов в «узком» месте лопаточных аппаратов вдвое (12 м/с вместо 24 м/с в кольцевом эмульгаторе); кроме того, по отношению к кольцевым эмульгаторам, у батарейных (при одинаковой степени золоочистки) – всегда меньше аэродинамическое сопротивление (на 50÷70мм минимум).

Относительно конструктивных решений по установке батарейных эмульгаторов IIпоколения на котлах разной производительности можно отметить, что они легко компонуются как в существующие корпуса скрубберов (с демонтажем труб Вентури), так и существующие корпуса эмульгаторов Iпоколения или батарейных циклонов.

Ценовые показатели определяются для каждого конкретного котла в зависимости от требований технического задания по степени золоочистки, условий компоновки существующих золоуловителей и т.д., и, по нашей информации, на сегодняшний день, не имеют аналогов по критерию «цена-качество-эффективность».

Конструкция и способ очистки дымовых газов в батарейных эмульгаторах IIпоколения защищены соответствующими патентами.

В случае заинтересованности, «Свердловэнергоремонт» готов запроектировать и изготовить эмульгаторы для любых агрегатов как энергетики, так и других отраслей промышленности.

Главный конструктор                                                        В.А. Щёголев

P.S. В настоящее время активно прорабатывается возможность установки эмульгаторов IIпоколения вместо электрофильтров (в том числе и фирмы Alstom).

Потенциальным заказчиками на ближайшую перспективу являются электростанции Сибири («Кузбассэнерго») и др. Высказывает интерес руководство Рефтинской ГРЭС (компания «Enel»).

Преимущество установки батарейных эмульгаторов IIпоколения по отношению к электрофильтрам:

– обеспечивается КПД золоулавливания на уровне (и даже лучше) электрофильтров в течение продолжительного времени (без тенденции к резкому снижению через 2÷3 года из-за износа электродов электрофильтров);

– значительное снижение затрат электроэнергии на собственные нужды;

– значительное сокращение сроков ремонта котла (~ 2,5÷3 месяца вместо 8÷10);

– простота в эксплуатации (основное требование – постоянный расход воды);

– отсутствие динамических нагрузок (встряхивание…);

– простота монтажа; нет нужды подключать сторонних подрядчиков (в том числе, зарубежных) – всё делается силами региона;

– несложные компоновочные решения;

– уменьшение численности ремонтного и эксплуатационного (электроцех) персонала;

– значительное уменьшение стоимости работ по сравнению с установкой новых (заменой старых) электрофильтров (~ в 3,5÷4 раза).

Негативные моменты установки эмульгаторов (увеличение аэродинамического сопротивления (на 80÷100 мм.в.ст.) и снижение КПД котла на 0,6÷0,8% из-за присадки горячего воздуха) решаются в рабочем порядке.