Расчёт батарейных циклонов

 

В энергетике в основном применяются два вида батарейных циклонов (рис.3.1): БЦУ – с тангенциальным улиточным подводом рис.3.1, а, и БЦ – с аксиальным подводом газа и завихрителем типа “розетка” рис.3.1, б. Внутренний диаметр циклона мм (для БЦ) и мм ( для БЦУ).

Алгоритм расчёта батарейных циклонов:

1. Тип батарейного циклона задается преподавателем.

2. Оптимальную скорость газов, , выбирается по табл. 3.1.

3. Диаметр циклона, D, принимается в пределах 0,23 ¸ 0,35 м.

4. Расход газов через циклон, м³/с, рассчитывается по формуле

.

5. Оптимальное количество циклонов в батарее определяется по формуле

,

где – количество потоков определяется конструкцией котла, обычно на один корпус котла.

а)

б)

 

Рис. 3.1. Батарейные циклоны с тангенциальным улиточным подводом (а), с осевым направляющим аппаратом (б)

 

Таблица 3.1

Типоразмеры батарейных циклонов БЦ

Число секций	Число элементов в секции	Общее число элементов (действительное),	Оптимальная скорость газов, м/с	Суммарная площадь сечения, м2
по глубине	по ширине
a	b	c
	4¸7	5¸8	40¸112	4,5	2,03¸5,68
	8¸11	8¸16	64¸176	4,5	3,24¸8,9
	5¸11	6¸16	60¸352	4,5	3,04¸17,8
				4,5	10,9
	8¸10	9¸14	288¸560	4,5	14,55¸28,3

Примечание: площадь сечения одного элемента 0,0507 м², коэффициент гидравлического сопротивления z=90. Для определения необходимо сравнить значения и . Действительное количество элементов будет равно произведению (Например: , , или , ). Необходимо выбрать значение таким образом чтобы оно было примерно равным .

6. Действительное количество элементов, , находится из табл. 3.1., 3.2.

 

Таблица 3.2

Типоразмеры батарейных циклонов БЦУ-М

 

Типоразмер	Число элементов по ширине, m	Предельные числа элементов	Предельные площади (суммарные), м2
1´10´m	7¸15	70¸150	2.93¸6.28
2´10´m	7¸15	140¸300	5.87¸12.57
4´10´m	7¸15	280¸600	11.73¸25.14
2´12´m	7¸15	168¸360	7.04¸15.08
4´12´m	7¸15	336¸720	14.08¸30.17
2´14´m	7¸24	196¸672	8.21¸28.15
4´14´m	7¸24	392¸1344	16.42¸56.31

Примечание: площадь сечения одного элемента 0,0419 м², коэффициент гидравлического сопротивления , оптимальная скорость газов м/с.

 

Рис.3.2. График зависимости .

Правило пользования графиком: для значений П от 1 до 3, от 3 до 5, от 5 до 7, от 7 до 9 пользуются соответствующим графиком. Например, если у вас получилось значение П, равное 2, значение e будет равно 0,105, если же П равно 6, значит e равно 0,00145.

 

 

Таблица 3.3

Фракционный состав золы уноса некоторых топлив

 

Тип топлива	Марка топлива	Тип мельниц	Фракционный состав золы , %
Размер частиц (предельные/средние) di, мкм
Донецкий	АРШ	ШБМ
Донецкий	Т	ШБМ
Кузнецкий	Т	ШБМ
Кемеровский	Т	ШБМ
Экибазстузский	СС	ШБМ	6¸9,5	9¸15,5	20¸46	11¸21	8,3¸7,5	6,7¸9,5	–	–	–
Челябинский	Б	ШБМ	6,5	11,5
Подмосковный	Б Б Б	БХ ШБМ ММТ	24 11 5	21 18 15	16,5 22 23	10,2 14 16,5	8,5 18 10	9 12 12,5	6,5 8,1 4	1,8 2,1 4	2,5 2,0 10
Канск-Ач.	Б	ММТ
Торф	–	–

 

Таблица 3.4

Зависимость проскока золы через циклон e от параметра улавливания П

 

П	0,0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
0,0	1,000	0,9048	0,8187	0,7408	0,6703	0,6065	0,5488	0,4966	0,4493	0,4066
1,0	0,3679	0,3329	0,3012	0,2725	0,2466	0,2231	0,2019	0,1827	0,1653	0,1496
2,0	0,1353	0,1225	0,110	0,1003	0,0907	0,0821	0,0743	0,0672	0,0608	0,059
3,0	0,0498	0,045	0,0407	0,0369	0,0334	0,0302	0,0273	0,0247	0,0224	0,0202
4,0	0,0183	0,0166	0,0150	0,0136	0,0123	0,0111	0,010	0,0091	0,00823	0,0074
5,0	0,00674	0,0061	0,00552	0,005	0,00452	0,00409	0,0037	0,00335	0,00303	0,0027
6,0	0,00248	0,00224	0,00203	0,00184	0,00166	0,0015	0,00136	0,00123	0,00111	0,001
7,0	0,00091	0,00082	0,00075	0,00068	0,00061	0,00055	0,0005	0,00045	0,00041	0,00034
8,0	0,000333	0,0003	0,00027	0,00025	0,000222	0,0002	0,00018	0,00017	0,00015	0,00014
9,0	0,00012	0,00011	0,0001	0,00009	0,00008	0,00007	0,00007	0,00006	0,00005	0,00004

 

7. Действительная скорость газов рассчитывается по формуле

.

8. Параметр улавливания для различных фракций определяется по формуле

,

где k – поправочный коэффициент: для БЦ коэффициент , для БЦУ – ;

– средний диаметр фракций, мкм.

9. Степень уноса для каждой фракции находится по табл.3.4 или рис.3.2.

10. По результатам расчета необходимо заполнить таблицу:

	2,5	7,5

 

11. Общую степень уноса в золоуловителе определяется по формуле:

;

где – фракционный состав золы, % (дисперсность) по табл. 3.3.

12. Эффективность улавливания золы:

.

13. Гидравлические потери в батарейных циклонах:

,

где – коэффициент гидравлического сопротивления, для батарейных циклонов БЦ равен , для БЦУ .

 

Задание 4

 

РАСЧЕТ МОКРЫХ ЗОЛОУЛОВИТЕЛЕЙ

Мокрые золоуловители для котлов паропроизводительностью т/ч применяемые в энергетике выполняются двух типов (рис.4.1):

– центробежные скрубберы (ЦС ВТИ) для котлов небольшой мощности;

– мокрые золоуловители с трубой Вентури типа МВ-УО ОРГРЕС.

Рис. 4.1. Мокрые золоуловители типа ЦС-ВТИ (а) и МВ-УО ОРГРЭС (б):

1 – труба Вентури; 2 – сопла орошения; 3 – вход запыленных газов; 4 – подвод жидкости на орошения; 5 – выход очищенных газов; 6 – шламоотстойник; 7 – выход шлама

 

Алгоритм расчёта золоуловителей приведен ниже.

I. В энергетике для котлов небольшой мощности применяются мокрые золоуловители МВ-УО ОРГРЕС с трубой Вентури (рис. 4.1). Типоразмеры такого золоуловителя даны в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Характеристики мокрых золоуловителей МВ-УО ОРГРЕС

 

Центробежный скруббер	Диаметр трубы Вентури, м
Диаметр D, м	Высота H, м	Площадь активного сечения F, м2	Размеры входного патрубка, м
2,0	8,02	2,83	1,17´0,58	0,45¸0,60
2,3	9,12	3,79	1,24´0,62	0,55¸0,65
2,5	9,93	4,52	1,34´0,67	0,55¸0,65
2,8	11,08	5,60	1,50´0,75	0,60¸0,75
3,0	11,83	6,60	1,61´0,80	0,65¸0,80
3,2	12,58	7,54	1,72´0,86	0,75¸0,85
3,5	13,58	9,07	1,88´0,94	0,75¸0,95
3,7	14,43	10,17	1,98´0,99	0,8¸1,0
4,0	15,58	11,94	2,15´1,07	0,85¸1,0
4,5	17,48	15,19	2,44´1,22	0,95¸1,20
5,0	19,33	18,84	2,68´1,34	1,10¸1,30

 

1.1. Площадь сечения скруббера F, м²,определяется по формуле

,

где – расход газов на золоуловитель (см. в предыдущих работах), м³/с;

– оптимальная скорость газов в скруббере, м/с ± 10 %;

– количество потоков, принимается таким образом, чтобы площадь сечения скруббера была наиболее близкой к указанным в табл. 4.2.

 

Таблица 4.2

Типоразмеры центробежных скрубберов ЦС-ВТИ

 

Наружный диаметр D, м	Высота H, м	Площадь активного сечения F, м2	Коэффициент гидравлического сопротивления x
0,6	3,83	0,204	46,5
0,7	4,31	0,292	42,8
0,8	4,79	0,396	40,3
0,9	5,27	0,515	38,6
1,0	5,75	0,650	37,3
1,1	6,23	0,800	36,6
1,2	6,71	0,967	35,8
1,3	7,16	1,15	35,2
1,4	7,67	1,35	34,7
1,5	8,15	1,56	34,1
1,6	8,63	1,79	33,8
1,7	9,11	2,03	33,5

 

1.2. Типоразмер мокрого золоуловителя определяется из табл. 4.2 по посчитанной в п. 1 площади сечения скруббера (выбираем ближайшее значение).

1.3. Степень уноса золы: ,

где – эффективность улавливания в золоуловителях, .

1.4. Параметр золоулавливания определяется по рис. 3.1. или табл. 3.4.

1.5. Удельный расход воды на орошение в трубе Вентури

,

где – оптимальная скорость газов в горловине трубы Вентури, м/с.

1.6. Сечение горловины трубы Вентури:

.

1.7. Корректировка типоразмера производится по табл. 4.2, по заново найденному .

1.8. Корректировка параметра П определяется по формуле

,

где – удельный расход воды в трубе Вентури 0,12¸0,2 кг/м³.

1.9. Корректировка оптимальной скорости газов:

,

где – принимаем из табл. 4.2 по откорректированному типоразмеру.

1.10. Корректировка степени уноса золы: .

1.11. Эффективность улавливания: .

1.12. Сечение , м², на входе в капле уловитель:

,

где – оптимальная скорость при входе в каплеуловитель (скруббер) и выходе из диффузора, м/с;

1.13. Гидравлическое сопротивление , Па,

,

где – плотность газа, кг/м³;

1.14. Температура газов на выходе: ,

где – температура точки росы, °С (выбирается для заданного топлива по табл. 4.3).

 

Таблица 4.3

Температура точки росы дымовых газов различных топлив

 

Район месторождения	Марка топлива	Класс топлива	Температура точки росы
Донецкий	А	Ш, СШ
ПА	Р
Т	Р	125-132
Ж, КОС	Промпродукт
Д	Р
Г	Промпродукт
Т	Р, отсев
Краснобродский, Красногорский, Листвянский	Т	Р, окисленный
Томь-Усинский	1СС, 2СС	Р, окисленный
Экибастузский	СС	Р
Ирша-Бородинский	Б2	Р
Назаровский	Б2	Р
Итатский	Б1	Р
Карагандинский	К	Р, промпрод.	93, 91
Подмосковный	Б2	Р, ОМСШ
Челябинский	Б3	Р, МСШ
Богословский	Б3	Р
Черемховский	Д	Р, отсев
Харанорский	Б1	Р
Волынский	Г	Р
Кизиловский	Г	Р, отсев, К, М
Г	Промпродукт
Ангренский	Б2	ОМСШ
Бакинский	Б2	Р
Воркутинский	Ж	Р, отсев
Торф фрезерный	–

 

II. Алгоритм расчета мокрого золоуловителя ЦС ВТИ (рис. 4.1, а). Типоразмеры такого золоуловителя даны в табл. 4.4.

 

Таблица 4.4

Характеристики мокрых золоуловителей МС-ВТИ

 

Центробежный скруббер	Размеры горловины трубы Вентури, м
Диаметр D, м	Высота H, м	Площадь активного сечения F, м2	Площадь активного сечения входного патрубка, м2
2,8	9,66	5,72	1,37	0,39´1,17
3,0	10,32	6,60	1,67	0,43´1,23
3,2	10,98	7,54	1,95	0,46´1,40
3,6	12,20	9,62	2,41	0,45´1,80
4,0	13,61	11,93	3,00	0,50´2,00
4,5	15,25	15,2	3,88	0,57´2,28

 

2.1. Оптимальная скорость газов в скруббере: м/с.

2.2. Площадь сечения аппарата F, м²:

.

2.3. Расход воды на орошение: .

2.4. Диаметр скруббера D, м:

.

Если D не подходит под стандартные диаметры, то меняем число потоков.

2.5. Коэффициент гидравлического сопротивления скруббера x определяется из табл. 4.2.

2.6. Гидравлическое сопротивление , Па:

;

2.7. Температура на выходе из скруббера , °С:

;

где – температура газов на входе в скруббер, °С;

– температура мокрого термометра, °С, ;

– температура конденсации водяных паров, °С,

,

здесь – температура точки росы, °С,

, – приведенные сернистость и зольность топлива,

; .

2.8. Скорость газа на входе в скруббер: .

2.9. Параметр улавливания фракций:

.

2.10. Степень уноса по фракциям находят из рис. 3.2.

2.11. По результатам расчета необходимо заполнить таблицу:

 

	2,5	7,5

 

2.12. Общая степень уноса:

.

2.13.Эффективность улавливания: .

 

Задание 5

РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ

I. На тепловых электростанциях используются универсальные горизонтальные электрофильтры УГ-2 (активная высота поля м) и
УГ-3 ( м) с 2-4 последовательно установленными полями. Типоразмеры электрофильтров даны в табл. 5.1 и 5.2.

 

II. Расчёт электрофильтра базируется на величине осреднённой скорости дрейфа v и на предварительно заданной эффективности улавливания . Степень очистки газов в электрофильтрах УГ: % (УГ-3) и % (УГ-2).

Улавливание золы в электрофильтрах зависит от удельного электрического сопротивления золы . Наиболее трудно улавливается зола с Ом·м. Данные по удельным электрическим сопротивлениям золы некоторых топлив приведены в табл. 5.3.

Таблица 5.1

Характеристики электрофильтров УГ-2

 

Наименования характеристик	УГ-2-3-26	УГ-2-4-26	УГ-2-3-37	УГ-2-4-37	УГ-2-3-53	УГ-2-4-53	УГ-2-3-74	УГ-2-4-74
Площадь активного сечения , м2
Площадь поверхности осаждения, м2
Потребляемая мощность, кВт	71,2	94,2	96,2	128,2	157,0	213,4	224,0	297,4
Длина корпуса, , м	14,1	18,6	14,1	18,6	14,1	18,6	14,1	18,6
Ширина корпуса, В, м	6,55	6,55	8,19	8,19	10,72	10,72	13,98	13,98
Ширина фланца присоединения, м	4,36	4,36	6,00	6,00	8,50	8,50	11,80	11,80
Число бункеров по ширине, шт
Активная длина поля м
Активная высота поля м
Общая высота аппарата м

Таблица 5.2

Характеристики электрофильтров УГ-3

 

Наименования характеристик	УГ-3-3-88	УГ-3-4-88	УГ-3-3-115	УГ-3-4-115	УГ-3-3-177	УГ-3-4-177	УГ-3-3-230	УГ-3-4-230	Уг-3-3-265	УГ-3-4-265
Площадь активного сечения , м2
Площадь поверхности осаждения, м2
Потребляемая мощность, кВт	326,8	433,2	330,4	439,2	399,0	531,2	838,8	874,8	662,4	880,4
Длина корпуса, , м	18,8	24,8	18,8	24,8	18,8	24,8	18,8	24,8	18,8	24,8
Ширина корпуса, В, м	10,88	10,88	13,63	13,63	20,5	20,5	26,57	26,57	29,87	29,87
Ширина фланца присоединения, м	8,925	8,925	11,55	11,55	17,85	17,85	23,9	23,9	27,2	27,2
Число бункеров по ширине, шт
Активная длина поля м
Активная высота поля м
Общая высота аппарата м

 

Таблица 5.3

Дисперсный состав и удельное электрическое сопротивление летучей золы некоторых топлив

 

Топливо	Марка топлива	Дисперсный состав	Удельное электрическое сопротивление, Ом·м, при t
Средний диаметр , мкм	Среднеквадратичное отклонение, d
1000С	1500С	2000С
Донецкий	АШ		3,40	1×109	1,6×109	1×109
Т		2,56	4×1010	1×1011	3×1010
ГСШ		3,20	6×109	1,8×1010	1×1010
Г, Д		2,64	1,7×109	3×109	2,7×109
Кузнецкий	Г		2,60	6×109	8×109	7,8×109
ГСС, ГР		3,44	2×107	6,5×107	8×106
Ирша-Бородинский	Б2	16,5	–	1,5×1010	1,2×1010	6×109
Назаровский	Б2		–	1,7×109	1,6×109	4×1010
Подмосковный	Б2		4,00	6×109	1,5×109	5×109
Воркутинский	Ж		2,02	4,5×1010	8×109	3,5×109
Бабаевский	Б1		2,54	1,8×1010	2,8×1010	1,5×1010
Харанорский	Б1		–	4×108	1,8×109	5×109
Нерюнгринский	СС		2,20	9×109	9×109	6×109
Бикинский	Б2		3,24	1×109	8×109	5,8×109
Чихезский	Б1		2,74	6×108	2,8×109	3,5×109
Экибастузский	СС		3,20	3×108	2×1011	8×1010
Сланцы	–		2,55	6×1010	4,8×1010	4×1010
Торф фрезерный	–		2,54	5,5×1010	1×108	–
Мазут высокосернистый	–		4,30	3×106	2,5×106	6×107

 

III. Методика расчёта включает в себя определение следующих величин и параметров:

3.1. Оптимальная скорость движения газов в электрофильтре:

,

где – выбираем по одной из трех температур и для своего вида топлива (табл. 5.3), рекомендуемая скорость движения газов:

– при Ом×м, м/с;

– при Ом×м, м/с.

3.2. Площадь активного сечения прохода газов:

,

где – расход уходящих газов, м³/с;

– количество параллельных потоков на котле (не менее двух на один корпус котла).

 

а) б) в)

 

Рис. 5.1. Газораспределительные устройства электрофильтров.

f1, f2, f3 – площади живого сечения решеток.

а) две плоские решетки; б) три плоские решетки в симметричном диффузоре; в) одна объемная решетка

 

3.3. Типоразмер электрофильтра выбирается по ближайшей к расчетной площади активного сечения (табл. 5.1, 5.2).

3.4. Действительная скорость газов:

.

3.5. Схема газораспределения выбирается по рис. 5.2., табл. 5.4.

 

Таблица 5.4

Характеристика газораспределительных устройств

 

Характеристика схемы	Позиция рис. 6.2	Гидравлическое сопротивление , Па	Степень заполнения объёма, m
Две плоские решётки (относительное живое сечение)	А		0,78
Три плоские решётки в симметричном диффузоре ,	Б		0,92¸0,94
Одна объёмная решётка и одна плоская `	В		0,97
Одна объёмная решётка и две плоских решётки	В		0,98

 

3.6. Степень заполнения объема m определяется по табл. 5.4.

3.7. Требуемая степень уноса:

.

3.8. Степень уноса при равномерном поле определяется по табл. 5.5:

либо .

 

Таблица 5.5

Степень уноса e из электрофильтра

 

eР	Степень заполнения объёма, m
0,95	0,90	0,80	0,70	0,60	0,50
0,01	0,0126	0,0158	0,0252	0,0395	0,0632	0,100
0,02	0,0240	0,0297	0,0462	0,0684	0,0996	0,1462
0,03	0,0355	0,0426	0,0603	0,0857	0,1216	0,1725
0,04	0,0468	0,0552	0,0745	0,1054	0,1462	0,2010

 

3.9. Параметр золоулавливания выбирается по рис 3.2:

либо .

 

3.10. Длина поля определяется из табл. 5.1, 5.2.

3.11. Средняя скорость осаждения (дрейфа частиц) v берется из табл. 5.6.

 

Таблица 5.6

Средние скорости осаждения частиц в электрофильтре

 

Топливо	Скорость дрейфа v, м/с
Кузнецкий, СС	5,5×10-2
Донецкий промпродукт	5,5×10-2
Экибастузский, Канско-Ачинский	(6¸6,5)×10-2
Донецкий, ГСШ	7×10-2
Донецкий, АШ	(8¸9)×10-2
Подмосковный бурый уголь	(10¸12)×10-2

 

3.12. Количество полей электрофильтра:

,

где – расстояние между одноимёнными электродами; для электрофильтров УГ м.

3.13. Выбор действительного количества полей .

 

Рис. 5.2. Конструктивная схема трехпольного электрофильтра УГ:

1 – запыленный газ; 2 – решетки газораспределения; 3 – система коронирующих и осадительных электродов; 4 – подвод напряжения; 5 – корпус; 6 – очищенный газ; 7 – люки обслуживания; 8 – механизм встряхивания электродов; 9 – выход золы

 

3.14. Уточнить величины:

– параметр золоулавливания

– степень уноса

– требуемая степень уноса

3.15. Действительная эффективность улавливания: .

3.16. Конструктивная схема электрофильтра дана на рис. 5.2.

 

Задание 6