Лабораторная работа по теме «№ 1. Изучение работы циклона» для ИнЕУ

Цель работы – изучить принцип работы циклона и определить его коэффициент полезного действия.

1. Теоретическое обоснование работы

При сжигании топлива в виде пыли и удалении шлака в твердом состоянии только незначительная часть золы топлива остается в шлаке, а большая часть ее (около 90 %) уносится дымовыми газами из котельного агрегата; при удалении шлака в жидком состоянии дымовыми газами уносится от 15 до 70 % золы. Содержащаяся в дымовых газах летучая зола сильно загрязняет окружающую среду и оказывает вредное воздействие на человеческий организм и природу, а также резко увеличивает износ газоходов и дымососов.

Поэтому электростанции, сжигающие твердое топливо, оборудуют золоулавливающими устройствами для эффективной очистки дымовых газов в соответствии с требованиями санитарных норм.

Количество уноса, а также размер уносимых частиц в уходящих газах весьма различны и зависят от вида сжигаемого топлива и типа топочных устройств. Так, например, при сжигании в пылевидном состоянии с твердым шлакоудалением каменных углей содержание летучей золы в 1 м³ дымовых газов при нормальных условиях составляет 15–30 г, подмосковного бурого угля – около 50 г, кашпирских сланцев– свыше 100 г.

Размер частиц летучей золы зависит от сорта топлива, метода его подготовки к сжиганию, конструкции топок и нагрузки топочной камеры и составляет от 10 до 70 мкм.

Рисунок 1.1 — Батарейный циклон

1 – выход газов (два варианта); 2 – верхняя трубная решетка; 3 – вход газов; 4 – циклонный элемент; 5 – корпус; 6 – просеянный шлак; 7 – нижняя опорная решетка; 8 – бункер; 9 – направляющий аппарат. | В качестве инерционных золоуловителей наибольшее применение получили циклоны, в которых осаждение происходит за счет центробежных сил при вращательном движении потока. Под действием центробежной силы частицы пыли подводятся к стенке циклона и вместе с частью газов попадают в буккер. Попавшая в бункер часть газов освобождается от золы и возвращается в циклон через центральную часть отводящего патрубка, давая начало внутреннему вихрю, очищающему газ, который покидает аппарат. Отделение частиц от попавших в бункер газов происходит при перемене направления газов на 180^о под действием сил инерции. По мере движения этой части газов в сторону выхлопной трубы, к ним присоединяются порции газов, не попавших в бункер. Перетекание газов происходит со скоростью, недостаточной для воздействия движению частиц к перегородке циклона. Большее влияние на эффективность очистки оказывает их движение в области отводящего патрубка на встречу выделяющейся золе.

Батарейные циклоны. Батарейным циклоном называется золоулавливающий аппарат, в котором несколько циклонных элементов, имеющих диаметр 150-300 мм, объединены общим золовым бункером. Конструкция такого золоуловителя показана на рисунке 1.1.

Батарейные циклоны устанавливаются, как правило, перед дымососами, когда помимо сокращения твердых выбросов обеспечивается защита от абразивного износа летучей золой, или перед электрофильтрами батарейных циклонов, обладающих более высокими степенями очистки.

При проектных режимах эксплуатации батарейные циклоны являются весьма надежными в эксплуатации золоуловителями, не требующими никакого обслуживания. Новые, более совершенные конструкций батарейных циклонов несколько расширяют область их применения, обеспечивая требуемую степень очистки в тех случаях, когда ранее для достижения такой очистки требовалась установка более сложных и дорогих золоуловителей.

Противопоказанием для применения батарейных циклонов является сильная слипаемость пыли, приводящая к их забиванию. Поэтому не рекомендуется их применение для сильно слипающейся пыли, например, донецких углей.

В циклонном элементе вращение газов создается направляющим аппаратом, установленным в пространстве между стенкой цилиндра циклона и опущенной в него центральной выхлопной трубой. Направляющие аппараты выполняют в виде винтообразных лопастей.

В батарейных циклонах улавливается 60–80 % золы; их устанавливают на котельных агрегатах средней производительности либо в качестве первой ступени комбинированных золоулавливающих установок.

Мокрые прутковые золоуловители системы ВТИ (МП-ВТИ).

Одним из простых и достаточно эффективных способов очистки газов от взвешенных частиц является мокрый способ очистки. Наиболее, подходящим принципом для очистки дымовых газов электростанций от летучей золы и частиц недожога является использование центробежного эффекта в чистом виде или в сочетании с инерционным осаждением взвешенных частиц на орошаемых решетках или каплях распыленной жидкости при обтекании их запыленным потоком.

Рисунок 1.2 — Мокропрутковый золоуловитель МП-ВТИ

В золоуловителях этого типа жидкость используется для удержания твердых частиц, выделенных из газового потока, и отвода их в систему золоудаления. Аппарат МП-ВТИ (рисунок 1.2) представляет собой сварной цилиндр 1 большого диаметра с коническим днищем 2.

Подвод газов осуществляется через входной патрубок 3 тангенциально в нижнюю часть цилиндрического корпуса золоуловителя. Во входном патрубке размещена прутковая решетка 4, орошаемая водой. На этой решетке улавливается большая часть золы крупных фракций и осуществляется первая ступень золоулавливания.

Поток газов, пройдя через прутковую решетку, входит в корпус золоуловителя, стенки которого выложены керамической плиткой, вращаясь, поднимается и удаляется через верхнее отверстие в корпусе аппарата. При этом твердые частицы золы под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам корпуса, смоченным движущейся водяной пленкой, прилипают к ней и вместе с водой через гидрозатвор 5 поступают в каналы гидрозолоудаления.

Прутковая решетка состоит из нескольких рядов песочно-бакелитовых прутков, расположенных в шахматном порядке. Прутки размещены горизонтально с небольшим уклоном к наружной стенке подводящего патрубка.

Аппараты МП-ВТИ изготовляют диаметром 2300, 2600, 2700, 3100 и 3300 мм. Расход воды на мокрые золоуловители зависит от их производительности и для котельного агрегата паропроизводительноетью 420 т/ч составляет 70–80 м³/ч. В этих золоуловителях улавливается до 90–95% золы.

2. Оборудование и техническое оснащение лабораторной работы

Устройство установки представлено на рисунке 1.3.

Установка состоит из циклона 1, к которому снизу крепится пылесборный мешок 3. Всас дымососа 2 состоит из трубопровода, который присоединяется к нагнетателю 6. Выхлоп циклона состоит из отводящего патрубка 7, к которому также присоединен пылесборный мешок 5. Установка подключена к цепи электрического тока напряжением ~220 В через тумблер включения.

1 – циклон; 2 – трубопровод дымососа; 3, 5 – пылесборный мешок; 4 – ёмкость с пылью; 6 – нагнетатель; 7 – отводящий патрубок; 8 – заслонка

Рисунок 1.3 – Схема лабораторной установки

3. Содержание лабораторной работы

Центробежные методы очистки газов основаны на действии центробежной силы, возникающей при вращении очи­щаемого газового потока в очистном аппарате. Газовый поток подается нагнетателем в цилиндрическую часть циклона тангенциально, описывает спираль по направлению к дну конической части и затем устремляется вверх через отводящий патрубок. Частицы пыли, при этом попадают в нижний пылесборный мешок.

4. Порядок выполнения работы

1. Взвесить емкость с пылью 4 (m₁).

2. Взвесить пустую ёмкость для сбора пыли 3 (m₃).

3. Результаты взвешивания записать в таблицу 1.

4. Присоединить к трубопроводу 2 емкость с пылью 4.

5. На нижнюю часть циклона надеть пылесборный мешок 3.

6. На отводящий патрубок надеть пылесборный мешок 5.

7. При помощи тумблера включить нагнетатель в сеть и регулятором напряжения повысить мощность нагнетателя 6 до номинальной.

8. Плавно открыть заслонку 8 на емкости с пылью (поворотом заслонки на 90^о).

9. После того, как необходимое количество пыли пропущено через циклон, закрыть заслонку на емкости с пылью.

10. Отключить тумблером нагнетатель от сети.

11. Взвесить емкость для пыли с ее остаточным содержанием (m₂).

12. Взвесить наполненный пылесборник (m₄).

13. Результаты взвешивания записать в таблицу 1.1.

14. Взвесить согласно приведенным формулам коэффициент полезного действия установки.

15. Сделать вывод о качестве работы лабораторного циклона.

16. Произвести вычисление величин по следующим формулам:

а) Масса пыли, пропущенной через циклон, рассчитать по формуле:

m¹_n = m₁ – m₂ (1.1)

б) Масса пыли, уловленной в циклоне, рассчитать по формуле:

m²_n = m₄ – m₃ (1.2)

в) КПД циклона рассчитать по следующей формуле:

h =×100 % (1.3)

Таблица 1.1 — Результаты взвешивания

№ | m₁ | m₂ | m₃ | m₄ | m¹_n | m²_n | h

1…

5. Контрольные вопросы:

1. Каково соотношение уноса и провала в промышленных котельных агрегатах и чем соотношение обусловлено?

2. Каков принцип работы циклона?

3. Каков принцип работы мокрого золоуловителя?

4. В чем принципиальное отличие простого циклона от батарейного?

5. За счет чего в лабораторной установке улавливается пыль?

6. Литература

1. Справочник по пыле- и золоулавливанию под обшей редакцией Русанова А.А. – М., Энергоатомиздат, 1983 г.

2. Жабо В.В. Охрана окружающей среды на ТЭС и АЭС. — М., Энергоатомиздат, 1992 г. — 240 с.

3. Рихтер Л.А. тепловые электрические станции и защита атмосферы. — М., 1975 г. — 312 с.