Тепломеханическое и вспомогательное оборудование электростанций

Основным назначением тягодутьевых механизмов и водогрейных котлов является поддержание оптимального режима горения в топке котла. Под понятием оптимального режима здесь подразумевается поддержание оптимального соотношения "топливо-воздух"; и создание наиболее благоприятных условий для полного сгорания топлива. Для выполнения этого условия необходимо с одной стороны подать нужное количество воздуха в топку - с другой с заданной интенсивностью извлекать из неё продукты горения.

Применение преобразователей частоты для управления вентилятора подачи воздуха в топку, а так же вентилятора дымососа позволяет не только эффективно решать эту задачу, но и автоматизировать этот процесс наиболее полно и эффективно.

Как правило, система регулирования дымососа должна поддерживать заданную величину раз Подача топлива в топку котла для сохранения баланса между подводом тепла и отводом его выполняет существующая система управления производительностью котлоагрегата, регулирующая подачу топлива. С его увеличением увеличивается подача воздуха в топку котла и электропривод дымососа должен увеличить отсасывающий объём продуктов горения. Таким образом, связь между системами регулирования вентилятора и дымососа осуществляется через топку котла. ряжения в топке котла независимо от производительности котлоагрегата.

Поскольку график нагрузки отопительной котельной достаточно неравномерный, уменьшение производительности, как вентилятора, так и дымососа позволит сэкономить до 70% электроэнергии, идущей на приведение в действие этих механизмов.

Выброс дымовых газов в атмосферу является наиболее опасным воздействием тепловой электростанции на окружающую природу. Для улавливания золы из дымовых газов после дутьевых вентиляторов устанавливают фильтры различных типов (циклоны, скрубберы, электрофильтры, рукавные тканевые фильтры), задерживающие 90--99% твердых частиц. Однако для очистки дыма от вредных газов они непригодны. За рубежом, а в последнее время и на отечественных электростанциях (в том числе газо-мазутных), устанавливают системы десульфуризации газов известью или известняком (т.н. deSO_x) и каталитического восстановления оксидов азота аммиаком (deNO_x). Очищенный дымовой газ выбрасывается дымососом в дымовую трубу, высота которой определяется из условий рассеивания оставшихся вредных примесей в атмосфере.

Дымовые газы, образующиеся в процессе сжигания сернистых топлив, содержат окислы серы при относительно невысокой концентрации (менее 0,3%). Удаление такого слабореакционного газа, каким является SО₂ при низких концентрациях, связано с необходимостью сооружения дорогостоящих очистительных устройств; стоимость установленного 1 кВт при этом может возрастать на 30--40%, а себестоимость вырабатываемой энергии может возрастать на 15--20%.

Простейшим и наиболее дешевым способом очистки является использование извести СаО или известняка СаСО₃ (рис. 6).

Рис 6. Известковый способ очистки дымовых газов от SО₂: 1 -- абсорбер; 2 -- фильтр; 3 -- отстойник; 4 -- аэратор; 5 -- шламовый насос; 6 -- воздуходувка; 7 -- очищаемые дыгловые газы; 8 -- очищенные дымовые газы; 9 -- речная вода; 10 -- известковое молоко; 11 -- ввод сернокислого марганца; 12 -- сброс шлама; 13 -- сброс очищенной воды в реку;

Очищаемый газ промывается в скруббере водой с добавкой известкового молока. С целью обеспечения возможности сброса отработавшей воды в реку перед отстойником добавляется раствор сернокислого марганца, который способствует образованию сульфата кальция. Окисление производится в отстойнике, куда подается воздух. Шлам из отстойника задерживается на фильтре. При очистке по этому способу не предусматривается получение продуктов, пригодных к реализации.

Значительное распространение имеет сульфитный способ очистки от окислов серы (рис. 7), который происходит при низкой температуре (примерно 40 °С) по реакции

Na₂SО₃ + SО₂ + Н₂О = 2NaНSО₃.

Эта реакция обратима.

Рис 7. Сульфитный способ очистки дымовых газов от SО₂: 1 -- сажеуловитель; 2 -- байпас; 3 -- скруббер; 4 -- подача щелочи; 5 --подача пара; 6 -- кристаллизатор; 7 -- возврат; 8 -- сепаратор соли; 9 -- конденсатор; 10 -- SО₂ на производство Н₂SО₄; 11 -- отбор соли; 12 -- подача реагента на скруббер; 13 -- емкость для приготовления реагента; 14 -- установка для производства Н₂SО₄;

После очистки раствор сульфит-бисульфита натрия поступает в испаритель-кристаллизатор, где при нагреве его до 110°С происходит разложение бисульфита на сульфит натрия и двуокись серы (обратная реакция). Выпар, состоящий из смеси двуокиси серы с парами воды, охлаждается для конденсации паров воды и подается на компримирование в качестве товарного продукта.

Образовавшийся в виде кристаллов сульфит натрия окисляется до сульфата натрия и выводится из системы, другая часть в виде раствора направляется снова в абсорбер.

Степень очистки дымовых газов от SО₂ достигает при этом способе 90%.

Достаточно близким к сульфитному является аммиачно-циклический способ очистки дымовых газов от SО₂, при котором в газе, охлажденном до 30 -- 35 °С, происходит реакция с раствором сульфита аммония:

SO₂ + (NH₄)₂SО₃ + Н₂O = 2МН₄НSО₃.

Полученный раствор бисульфита подается в регенератор, где подвергается нагреванию до кипения, вследствие чего реакция смещается влево с выделением SО₂ и сульфита аммония. После охлаждения раствор подается повторно для улавливания SО₂.

Рис 8. Сухая очистка дымовых газов от SО₂ с помощью активированной окиси марганца : 1 -- адсорбер; 2 -- отделитель пыли; 3 -- регенератор; 4 -- реактор для получения гипса.

Часть регенерированного раствора направляется на выпарку под вакуум; из раствора выделяется сульфат аммония, образовавшийся при частичном окислении SO₂ в SО₃.

Выделение других солей побочных реакций может быть осуществлено в автоклаве. При нагревании подаваемого в автоклав регенерированного раствора примерно до 140 °С происходит разложение сульфит-бисульфитных солей с образованием сульфата аммония и серы по реакции

(NН)₂SO₃ + 2МН₄НSO₃ = 2(NH)₂SО₄ + S + Н₂O.

Получаемая сера является дополнительным товарным продуктом этого способа.

Выбор типа сероулавливающей установки должен производиться на основании технико-экономического расчета. Сравниваемые варианты должны приводиться к одинаковой концентрации SО₂ на уровне дыхания. Если сравниваемые варианты дают разную степень очистки, приведение к одинаковой концентрации вредностей на уровне дыхания выполняется за счет различной высоты дымовых труб. Выбор варианта сероочистки для той или иной ТЭС зависит от большого количества параметров: концентрации SO₂ в дымовых газах, мощности ТЭС, характера нагрузки и других факторов и осуществляется по минимуму расчетных затрат.

В табл. 16 приводятся результаты, технико-экономического сравнения аммиачно-циклического и магнезитового способов очистки от сернистого ангидрида на ГРЭС мощностью 1200МВт, спроектированной для работы на низкокалорийном (Q_н^р = 10,9 МДж/кг) высокосернистом (S^Р = 3,68%) буром угле. Степень улавливания SО₂ в обоих способах принята равной 94%. Температура поступающих на сероочистку газов равна 140°С, после сероочистки 28 °С. Исходная стоимость (без очистки) установленного 1 кВт -- 150 руб., себестоимость электроэнергии 1 коп/(кВт-ч) в ценах 1990 года.

Таблица 16. Результаты технико-экономического сравнения способов очистки дымовых газов от сернистого ангидрида

Из таблицы видно, что даже с учетом реализации серной кислоты и других побочных химических продуктов увеличение капитальных затрат и стоимости энергии за счет сероочистки оказывается весьма высоким. Расчетные затраты у магнезитного способа оказываются несколько меньшими, что свидетельствует о большой его экономической эффективности для данных конкретных условий по сравнению с аммиачно-циклическим способом.

В таблице 17 приведены ориентировочные данные по экономической оценке глубокого обессеривания сернистой нефти до содержания серы в котельном топливе на уровне 0,5%.

При сухих способах сероочистки в качестве адсорбента применяются окиси алюминия, марганца, железа, калия, активированный уголь, полукокс.

На рис. в показана схема сухой очистки дымовых газов от SО₂ активированной окисью марганца. Окись марганца получается путем обработки сульфата магния аммиаком по реакции

Таблица 17. Экономическое сравнение различных способов снижения выбросов серы на ТЭС

* НПЗ -- нефтеперерабатывающий завод.

МnSО₄ + 2NН₃ + Н₂О + О₂ = МпО₂ + (МН₄)₂SO₄;

Тонко размолотая окись марганца подается в дымовые газы, где реагирует с SО₂ с образованием сульфата марганца. Часть абсорбента, выделенная в пылеуловителях, возвращается на очистку дымовых газов, другая идет на регенерацию. Образующийся при регенерации сульфат аммония может использоваться в качестве удобрения. Степень очистки от SО₂ по данному сухому способу составляет около 90%. Вследствие больших потерь адсорбента эксплуатационные затраты при сухих способах очистки обычно оказываются выше, чем при мокрых. В отличие от продуктов сгорания в котлах, где сера содержится в виде окислов SО₂ и SО₃, при переработке топлива с целью снижения содержания в нем серы как на нефтеперерабатывающих заводах, так и на теплоэлектрических станциях ТЭС обычно получается сероводород Н₂S.

Сероводород довольно хорошо абсорбируется. Эффективными абсорбентами являются моно- и диэтаноламины. При абсорбции сероводорода, идущей при температуре 30 -- 50°С, происходит образование химических соединений по реакции

RNH₂ + Н₂S = RNH₂НS;

При температуре 105°С реакция идет в обратном направлении с образованием этаноламинов и выделением сероводорода. Регенерированный раствор направляется обратно в абсорбер. На рис. 4 показана схема очистки газа, содержащего Н₂S, моноэтаноламином. Извлечение из газа сероводорода и попутно некоторого количества двуокиси углерода происходит в противоточном абсорбере, где сорбент насыщается Н₂S и СО₂ и затем направляется в отгонную колонну, в которой производится регенерация раствора при кипении его в нижней части колонны. Эффективность очистки газа от сероводорода при таком способе может достигать 99%.

Рис. 9. Схема очистки горючего газа от Н₂S. 1 -- абсорбер; 2 -- отгонная колонна (десорбер); 3 -- теплообменник; 4 -- холодильник; 5 -- конденсатор; 6 -- паровой подогреватель; 7 -- сепаратор; 8 -- насос.

Абсорбция сероводорода может быть также проведена растворами солей щелочных металлов. Газ промывается раствором в противоточном абсорбере, где происходит реакция поглощения сероводорода. Регенерируется раствор продувкой сжатым воздухом. Подача воздуха приводит к понижению концентрации сероводорода в растворе. Некоторые преимущества имеет вакуумный вариант процесса. Полнота извлечения составляет около 90%. Имеется большое количество других способов мокрой очистки газов от сероводорода (фенолятный, гликольаминовый, фосфатный и др.).

Несмотря на простоту и эффективность мокрых способов очистки горючего газа от сероводорода, все они требуют охлаждения газа до комнатной температуры, что связано с дополнительными тепловыми потерями. Некоторые перспективы могут иметь при этом сухие способы очистки при высокой температуре газа. Для этого может быть использована железная руда. При контакте сероводорода гидроокись железа переходит в сульфид железа. Образующиеся ферросульфиды регенерируются потом в процессе выжига в присутствии водяного пара с образованием элементарной серы. Поскольку содержание сероводорода H₂S в горючем газе достаточно велико, его улавливание происходит более эффективно, чем улавливание SO₂, большинство способов очистки газов от H₂S являются рентабельными.

На современных электростанциях дымовые трубы сооружаются высотой 80, 100, 120,150, 180, 200, 250, 320 м.

а) Труба из монолитного железобетона показана на рисунке 10.

Железобетонный ствол трубы имеет коническую форму. Толщина стенок вверху 160ч200 мм, внизу 800-1000 мм. Для защиты стенок трубы от температурного и химического воздействия дымовых газов труба футеруется изнутри обычным (красным) или кислотоупорным кирпичом. Пробор между оболочкой трубы либо заполняется теплоизоляционным материалом, либо вентилируется.

паропреобразователь эжектор насос топливо

Рис. 10. Труба из монолитного железобетона

б) Многоствольные дымовые трубы с железобетонной оболочкой показана на рисунке 11.

Пространство между стволами вентилируется. В нём устраивается лифт и площадки для осмотра. Металлические дымовые трубы изнутри защищаются от агрессии кислой среды - труба изнутри покрывается слоем металла, не подверженного коррозии.

Рис. 11. Многоствольная дымовая труба

Размещено на Allbest.ru