В энергетическом балансе многих стран 60-80 % вырабатываемой электроэнергии приходится на долю ТЭС, мощность которых непрерывно возрастает. Кроме того, с каждым годом в теплоэнергетике расширяется потребление низкокачественных углей, добываемых наиболее дешевым открытым способом. Эти обстоятельства свидетельствуют об исключительной важности решения проблемы чистоты воздушного бассейна в районе ТЭС. В настоящее время для очистки от золы дымовых газов котельных агрегатов ТЭС применяются несколько типов золоулавливающих аппаратов: сухие инерционные (механические) золоуловители, мокрые золоуловители, электрофильтры.
Очистка дымовых газов тепловых электростанций от золы скрубберами Вентури. На ТЭС широко применяются скрубберы Вентури, состоящие из турбулентного коагулятора, выполненного в виде трубы Вентури, и скруббера-каплеуловителя типа ЦС. Оба основных элемента могут монтироваться как раздельно, так и в одном корпусе. Трубы Вентури могут устанавливаться вертикально, наклонно или горизонтально.
Скрубберы Вентури чаще всего применяются на котлоагрегатах средней производительности, при сжигании углей с содержанием серы до 2,5 %, оксида кальция (СаО) до 15 % и требуемая очистка дымовых газов тепловых электростанций от золы порядка 95-96. Несущественным достоинством золоуловителей Вентури применительно к ТЭС является возможность использования их для улавливания золы, весьма различной по дисперсному и физико-химическому составу. Эта возможность реализуется главным образом за счет изменения основных технологических параметров аппарата - скорости газов в горловине и удельного расхода орошающей жидкости. Чем тонкодисперсные зола, тем выше должны быть значения указанных параметров и соответственно тем больше гидравлическое сопротивление установки для обеспечения заданной степени очистки газов.
Очистка дымовых газов тепловых электростанций сравнительно высокуя и стабильная степень очистки газов от золы, относительно невысокие капитальные и эксплуатационные затраты, возможность при определенных условиях надежной работы на оборотной воде. Последнее очень важно потому, что в связи с осуществляемым в последние годы переходом на замкнутые (оборотные) системы гидрозолоудаления (ГЗУ) наиболее приемлемыми аппаратами в этом отношении оказались скрубберы Вентури, так как они по сравнению с мокрым золоуловителем других типов в меньшей степени подвержены зарастанию отложениями. Это объясняется тем, что в аппаратах с трубами Вентури относительно невелика площадь зарастающих отложениями поверхностей, локализованных в основном на стенках трубы Вентури; кроме того, именно в трубе Вентури происходит интенсивное абразивное разрушение отложений частицами летучей золы, имеющими высокие скорости.
Эффективность очистки дымовых газов тепловых электростанций в скруббере Вентури зависит от большого количества факторов, к числу которых относятся скорость газа в горловине трубы Вентури, удельный расход орошающей жидкости, концентрация и дисперсный состав пыли в газовом потоке, физико - химические свойства пыли и другие. Наибольшее влияние на эффективность улавливания оказывают скорость газа в горловине трубы Вентури и величина удельного орошения, увеличение которых повышает эффективность скруббера Вентури. Чем больше скорость газов, тем больше поверхность капель и тем выше степень улавливания.
При скорости дымовых газов в горловине трубы Вентури 60 - 80 м/с и орошении 0,13 м3 воды на 1000 м3 газа степень очистки газа в аппарате достигает 95-96%, что значительно выше, чем у остальных мокрых золоуловителей.
Очистка дымовых газов тепловых электростанций является высокое гидравлическое сопротивление, составляющее порядка 1500 Па и более.Очистка дымовых газов от золы в электрофильтрах крупных энергоблоках тепловых электростанций СССР для достижения наиболее глубокой очистки дымовых газов используются установки современных электрофильтров. Применяемые методы по подавлению обратной короны или по предотвращению ее образования направлены главным образом на изменение электрофизических свойств продуктов сгорания. Общим для всех таких методов является существенное, не менее чем на один-два порядка, снижение УЭС улавливаемой золы. В основе большинства методов лежит известная зависимость УЭС от температуры (см. гл. 1).
Снижение температуры уходящих дымовых газов может быть достигнуто путем сооружения более развитых, чем обычно, хвостовых поверхностей котлоагрегата или другими приемами. Однако в этом случае существенно усложняются эксплуатация и ремонт подобных котлоагрегатов в связи с интенсификацией коррозии и абразивного износа низкотемпературных поверхностей. Поэтому при сжигании топлив с чрезмерно высоким УЭС, как правило, не идут по пути глубокого охлаждения газов. Другой путь снижения УЭС золы заключается в размещении электрофильтров перед воздухоподогревателем в области температур газов около 350-400 °С. Преимущество этого направления состоит не только в достижении эффективной и стабильной очистки газов от золы, но и в предотвращении загрязнение золой поверхности воздухоподогревателя.
Очистка дымовых газов тепловых электростанций существенно возрастает объем газов, увеличиваются габариты и "горячих" электрофильтров, что приводит к увеличению капитальных затрат и затрудняет компоновку аппаратов в заданной ячейке блока. Кроме того, при установке "горячих" электрофильтров происходят дополнительные потери тепла с золой, имеющей температуру 350-400 °С. Эти потери могут составить около 1 % общего расхода топлива. Конструктивное выполнение и особенно эксплуатация "горячих" электрофильтров оказываются более сложными процессами ввиду больших термических расширений элементов оборудования, попадания горячей золы в систему золоудаления, дополнительных подсосов воздуха перед воздухоподогревателем.
Третьим направлением является кондиционирование дымовых газов. Кондиционирование заключается в изменении свойств дымовых газов путем добавления к ним химических веществ или водяного пара, адсорбирующихся или конденсирующихся на поверхности частиц золы и увеличивающих их поверхностную проводимость. В качестве кондиционирующих добавок применяются серный ангидрид, водяной пар, аммиак и другие соединения. Несмотря на бесспорную эффективность химического кондиционирования, этот способ повышения эффективности улавливания золы с высоким УЭС пока еще не получил широкого распространения. Это обусловлено главным образом эксплуатационными трудностями и затратами, связанными с необходимостью получения, хранения, распределения и подачи в газоходы котлоагрегатов химических веществ, что для крупных электростанций является сложной задачей. Например, при использовании аммиака в качестве кондиционирующей добавки для угольной электростанции мощностью 4 млн. кВт понадобилось бы около 100 т/сут 25 %-ного раствора аммиака.
Одним из эффективных путей очистки газов тепловых электростанций с неблагоприятными электрофизическими свойствами является их температура, но влажностное кондиционирование, при котором изменяются свойства продуктов сгорания с одновременным воздействием на их температуру и влагосодержание. Этот метод заключается в том, что очистка дымовых газов происходит в комбинированной золоулавливающей установке, состоящей из включенных последовательно по ходу газов мокрой ступени, предназначенной для предварительной очистки газов и их температурно-влажностного кондиционирования, и многопольного электрофильтра.
Опыт эксплуатации таких установок показал, что для практически полного предотвращения коррозии электродов электрофильтра необходимо, чтобы температура охлажденных продуктов сгорания (в данном случае экибастузского угля) после мокрой ступени были не ниже 90 °С.
Большие перспективы имеет охлаждение и увлажнение дымовых газов путем полного испарения влаги в газоходе перед электрофильтром. Это наиболее дешевый и простой способ кондиционирования, практически не требующий громоздкого дополнительного оборудования. Этот способ применим в основном при сжигании в котлах средне- и малозольных углей, когда в электрофильтре отсутствует запирание коронного разряда из-за чрезмерно высокой запыленности очищаемых газов. Вместе с тем способ полного испарения влаги при температурах газов 130-150 °С требует специальных форсунок, обеспечивающих очень тонкий распыл влаги, и увеличенной протяженности газоходов для исключения попадания капельной влаги в электрофильтр.