Батарейные циклоны

 

Батарейный циклон представляет собой пылеулавливающий аппарат, составленный из большого количества параллельно включенных циклонных элементов. Они объединены в одном корпусе и имеют общий подвод и отвод газов, а также сборный бункер.

Степень очистки газов в батарейных циклонах несколько ниже той, которая может быть достигнута в эквивалентных по диаметру групповых циклонах. Считается, что при одинаковых потерях давления примерно равной эффективностью обладают групповые циклоны ЦН-15 вдвое большего диаметра, чем батарейные циклоны. Это объясняется тем, что между направляющим аппаратом и корпусом элемента батарейного циклона всегда имеются зазоры, через которые происходит обратное перетекание газа из элемента во входную камеру. Переток газа ухудшает эффективность улавливания частиц.

Основным достоинством батарейных циклонов является компактность, то есть возможность обработки большего количества запыленных газов при сравнительно небольших размерах. Однако, групповые циклоны, занимая большую площадь, чем батарейный циклон равной производительности, требуют для изготовления значительно меньше металла.

Характерная конструкция батарейного циклона представлена на

рис. 3.1

 

 

Рис. 3.1. Характерная конструкция батарейного циклона

 

Очищаемый газ через входной патрубок 1 поступает в распределительную камеру 2, откуда он входит в кольцевые зазоры между корпусами элементов 3 и выхлопными трубами 4. В этих зазорах установлены направляющие аппараты 5, закручивающие газ таким образом, что за счет центробежного эффекта частицы пыли отбрасываются к стенкам корпусов элементов. Пыль ссыпается через пылевыводящие отверстия 6 в общий сборный бункер 7. Обеспыленный газ через выхлопные трубы поступает в камеру очищенного газа 8. Для крепления циклонных элементов и выхлопных труб служат соответственно нижняя и верхняя 9 опорные решетки. Весь аппарат монтируется на опорном поясе 10.

Батарейные циклоны наиболее распространенных конструкций состоят из следующих основных узлов: циклонные элементы, корпус с бункером, трубные доски (опорные решетки), опорный пояс.

Корпус и бункер батарейного циклона изготавливаются из листовой стали. Все сварные швы должны быть не только прочными, но и плотными, за исключением швов приварки ребер жесткости, которые должны удовлетворять только условиям прочности.

Корпус батарейного циклона часто выполняется секционированным для сохранения оптимальной скорости движения газов в циклонных элементах при отключении соответствующих секций во время переменных нагрузок (работа котельной в летний и зимний периоды). Кроме того, секционирование уменьшает возможности перетоков газов из одних элементов в другие через пылевой бункер, что повышает степень очистки. Переток может происходить из-за неодинакового сопротивления отдельных элементов (неодинаковость их изготовления и неравномерное распределение газа по отдельным элементам). Для ограничения перетекания газов из одних элементов в другие пылевой бункер часто разделяется на две части перегородкой.

Для обеспечения равномерного распределения газов по всем элементам газораспределительная камера корпуса может быть выполнена клиновидной. Корпус обычно имеет прямоугольную форму.

На стенке бункера для монтажных работ, осмотра и очистки устраивается люк. Если в бункере установлена перегородка, таких люков делается два – по обе стороны от перегородки.

Опорный пояс представляет собой стальную сварную конструкцию. Для жесткости по периметру с наружной стороны пояса привариваются вертикальные полосы. С внутренней стороны привариваются направляющие листы под углом, равным углам наклона стенок бункера (Рисунок 3.1). На эти листы ложится бункер, опускаемый сверху.

Опорные решетки. Нижняя опорная решетка с ребрами жесткости устанавливается на опорных балках. На ней устанавливают корпуса циклонных элементов. Верхняя опорная решетка состоит из несущих полос, расположенных по ширине газораспределительной камеры и приваренных к окаймляющей раме, изготовленной из полосовой стали. Между несущими полосами привариваются распорные полосы, которые образуют квадратные ячейки решетки. Размеры полос должны обеспечивать прочность сооружения и возможность установки и приварки фланцев выхлопных труб.

Под фланцами корпусов циклонных элементов предусматривается асбестовая прокладка толщиной 5 мм.

Циклонные элементы. Обычно элемент батарейного циклона состоит из корпуса, выхлопной трубы и направляющего аппарата. Для закрутки газов в циклонных элементах отечественных конструкций ранее применялись направляющие аппараты типов «Винт» или «Розетка». Циклонные элементы батарейных циклонов с осевым направляющим аппаратом показаны на рис. 3.2.

 

Рис. 3.2. Циклонные элементы батарейных циклонов:

а – с направляющим аппаратом типа «Винт»; б – с направляющим аппаратом типа «Розетка»; в – с направляющим аппаратом типа «Розетка» с безударным входом.

Закручивающий аппарат типа «Винт» состоит из двух лопастей, приваренных симметрично к нижней части выхлопной трубы и огибающей её на 270^о. Винтовые лопасти наклонены под углом 25^о. Циклонные аппараты с направляющим аппаратом типа «Винт» устанавливаются так, чтобы верхние кромки лопастей были расположены по ходу газа. Этот направляющий аппарат типа «Винт» менее склонен к забиванию золой, имеет меньший коэффициент сопротивления, но одновременно обеспечивает и меньшую степень очистки, чем аппарат «Розетка». Закручивающий аппарат типа «Розетка» состоит их восьми лопастей, приваренных к выхлопной трубе под углом 25^о или 30^о к линии, перпендикулярной оси циклонных элементов. По отношению к потоку устанавливаются произвольно. Однако все направляющие аппараты в одной секции батарейного циклона обязательно должны иметь одно и то же направление вращения газа. Аппарат типа «Розетка» с безударным входом обеспечивает ту же степень очистки, что и обычный аппарат типа «Розетка», при меньшем коэффициенте аэродинамического сопротивления. Угол наклона лопаток 25^о способствует более высокому коэффициенту очистки газа, но увеличивает сопротивление элемента по сравнению с сопротивлением при угле наклона 30^о.

В настоящее время батарейные циклоны с закручивающими устройствами типа «Винт» не изготовляются, но ещё продолжают эксплуатироваться на ряде предприятий и электростанций. Батарейные циклоны с закручивающими устройствами типа «Розетка» продолжают выпускаться несколькими предприятиями.

Наиболее распространены циклонные элементы диаметром 100, 150 и 250 мм. Опыт эксплуатации батарейных циклонов показывает, что аппараты, составленные из большого числа циклонных элементов малого диаметра (100 и 150 мм) без отсоса газов из пылевого бункера, работают недостаточно эффективно.

Батарейные циклоны ЦКТИ имеют три типа исполнения: для золы обычных углей – типа БЦ; для высокоабразивной золы – типа БЦА; для торфяной золы – типа БЦТ. Аппараты типа БЦА отличаются только наличием защитных манжет, навешиваемых на специальные крючки первого ряда выхлопных труб. Аппараты типа БЦТ имеют в выхлопной камере на выходном участке выхлопной трубы переход с круга на квадрат во избежание возможных отложений горючего уноса.

Батарейные циклоны к котлам производительностью 6,5 – 20 т/ч выполняются двухсекционными, с неодинаковым количеством элементов в секции, так как для них характерны случаи работы с переменными нагрузками. Батарейный циклон типа БЦ-2 показан на рисунке Русанов Рис. 2.14, img 007 стр 66, а основные типоразмеры приведены в таблице 3.1. Первая цифра в марке циклона означает количество секций, вторая – количество циклонных элементов по направлению движения газов, сумма в скобках – число элементов по ширине.

Таблица 3.1 – Основные габаритные и присоединительные

размеры батарейных циклонов типа БЦ-2

 

Типоразмер	L	L1	B	H	H1	H2	K
БЦ-2-4×(3+2)
БЦ-2-5×(3+2)
БЦ-2-5×(4+2)
БЦ-2-6×(4+2)
БЦ-2-6×(4+3)
БЦ-2-7×(5+3)

Продолжение таблицы 3.1

Типоразмер	К1	Е	F	а	в	а1	b1	n	n1
БЦ-2-4×(3+2)
БЦ-2-5×(3+2)
БЦ-2-5×(4+2)
БЦ-2-6×(4+2)
БЦ-2-6×(4+3)
БЦ-2-7×(5+3)

 

 

 

 

Рис. 3.3. Батарейный циклон для котлов производительностью 6,5 – 20 т/ч.

 

Разработана также шкала типоразмеров циклонов марки БЦ для котлов 25 – 320 т/ч, конструкция которых показана на рис. 3.4, а их характеристики приведены в табл. 3.2.

 

 

Рис. 3.4. Батарейный циклон для котлов производительностью 25 – 320 т/ч.

 

Таблица 3.2 – Характеристики батарейных циклонов

для котлов 25 - 320 т/ч [10]

D, т/ч	Типоразмер циклона	V, (*) тыс. м3/ч	Основные размеры, мм	Масса, т
н/м2	н/м2	H	L1	B1	H2	h
	БЦ-1×8×8 БЦ-1×8×9 БЦ-2×5×6 БЦ-2×6×6	46,1 51,8 43,2 51,8	53,3 60,1 50,0 60,1						20,1 22,1 19,6 22,2
	БЦ-1×9×9 БЦ-1×9×10 БЦ-1×10×10 БЦ-2×6×7 БЦ-2×7×7	58,3 65,2 72,4 60,8 70,2	67,7 75,2 83,5 70,2 81,4						24,3 28,0 30,2 25,7 28,4
	БЦ-1×10×11 БЦ-2×7×8 БЦ-2×9×8	79,2 81,0 92,5	91,8 93,6 107,3						33,2 32,2 36,4
50,	БЦ-1×11×11 БЦ-1×11×12 БЦ-2×8×9	87,5 95,4 104,4	101,2 110,2 120,2						36,1 39,7 41,0
60,	БЦ-1×11×14 БЦ-2×9×9	111,2 117,4	128,5 135,4						47,2 44,2
	БЦ-1×11×16	127,1	146,9						55,9
75,	БЦ-2×9×10 БЦ-2×10×10 БЦ-3×8×9	129,6 144,0 155,9	150,5 167,0 180,0						50,1 54,4 63,1
	БЦ-2×10×11	158,4	183,6						60,4
90,	БЦ-2×10×12	173,2	200,9						66,8
	БЦ-2×11×12 БЦ-2×10×14 БЦ-4×8×9	190,4 202,0 208,1	220,7 234,0 240,5						72,4 80,5 80,9
120,	БЦ-2×11×14 БЦ-4×9×9	223,2 234,4	257,4 271,4						86,4 88,2
	БЦ-2×10×16 БЦ-2×16×16 БЦ-4×9×10 БЦ-4×10×10	231,5 254,2 259,9 288,7	271,8 294,5 300,6 333,7						94,1 100,8 98,8 107,1
160, 210,	БЦ-4×10×11 БЦ-4×10×12 БЦ-4×11×12 БЦ-4×10×14	317,9 346,0 381,6 404,3	368,3 401,0 441,0 468,0						118,9 130,8 141,7 155,2
220,	БЦ-4×11×14	445,3	514,8						166,2
	БЦ-4×11×16	508,7	588,6						199,3
* V, тыс. м3/ч – пропускная способность БЦ при температуре 135о С и сопротивлении 450 или 600 н/м2

 

Недостатки батарейных циклонов с направляющими аппаратами типов «Винт» и «Розетка» привели к созданию батарейных циклонов с полуулиточным подводом газов к элементу. Один из таких элементов, разработанный трестом Энергоуголь, изображен на рис. 3.4.

 

Рис.3.4. Элемент батарейного циклона с полуулиточным подводом газа

 

Элемент с внутренним диаметром 231 мм имеет полуулиточный входной патрубок с углом охвата цилиндрического корпуса 180^о. В элементах старых батарейных циклонов аксиальный закручивающий аппарат вставляется в корпус элемента совместно с выхлопной трубой, а поэтому при сборке могут быть допущены неточности их взаимного расположения, что иногда приводит к различию коэффициентов сопротивления собранных таким образом отдельных элементов. Элементы БЦУ представляют собой одно целое с закручивающим аппаратом – полуулиткой. Это обстоятельство при заводском изготовлении позволяет получить элементы с практически одинаковыми коэффициентами сопротивления. Наличие полуулиточного подвода газов, а также равенство коэффициентов гидравлического сопротивления у всех элементов и определяют более высокую эффективность работы батарей с этими элементами. Полуулиточный подвод газов через щелевидный патрубок, вертикальный размер которого равен 265 мм, позволяет достаточно равномерно распределять поток газов по внутренней поверхности корпуса и исключить сосредоточенный абразивный износ его поверхности. Отличительной особенностью элементов БЦУ является также увеличенный диаметр золоспускного отверстия, равный 147 мм против 75 мм у циклонных элементов аксиального типа. Эта особенность элементов БЦУ уменьшает вероятность их забивания золой. В БЦУ нижняя трубная доска образуется из сваренных между собой прямоугольных фланцев, являющихся нижним основанием входных патрубков. В связи с этим у поверхности этой трубной доски движение газов происходит с относительно большими скоростями, что препятствует образованию на трубной доске отложений пыли. Это особенно важно при установке батарейных циклонов для улавливания угольной пыли, которая в отложениях может самовозгораться.

В зависимости от фракционного состава улавливаемой золы и газовой нагрузки степень очистки газов в БЦУ колеблется в пределах 88 – 95 %. Коэффициент гидравлического сопротивления этих аппаратов, измеренный в стендовых условиях, составляет 110 – 125. При проектировании батарейных циклонов этого типа принимают, что при номинальной нагрузке котла условная скорость газов в поперечном сечении цилиндрической части элемента должна составлять 4,0 – 4,5 м/с, или производительность каждого элемента по газу 650 – 700 м³/ч.

Оригинальной разработкой ВТИ им. Ф.Э. Дзержинского является конструкция типа БЦУ-М (батарейный циклон улиточный модернизированный), в которой элементы устанавливаются с постепенным поворотом входных плоскостей и улиточных завихрителей навстречу потоку. Он предназначен для очистки дымовых газов котлов паропроизводительностью до 500 т/ч при сжигании в них малозольного твердого топлива с А^п≤4 (при обосновании допускается А^п≤5). Схема золоуловителя типа БЦУ-М представлена на рис. 2.5 img 010

 

Рис. 2.5. Схема золоуловителя типа БЦУ-М:

а – элемент золоуловителя; б – схема разворота элементов по глубине золоуловителя; в – секция золоуловителя.

 

Батарея циклона состоит из циклонных элементов диаметром 245 мм (из труб 245/7 мм) с улиточным подводом газа и разворотом циклонных элементов на определенный угол. Батареи изготавливаются из групп: первая группа – с числом элементов по глубине 10, вторая – 12, третья – 14. В каждой из трех групп число элементов по ширине от 7 до 15. Аппарат может состоять из нескольких батарей (секций): первая группа – одна, две и четыре секции, вторая – две и четыре секции, третья – четыре и шесть секций. По условиям компоновки секций предусматриваются три исполнения золоуловителя: I исполнение – с вертикальным расположением элементов (Рис. 3.7 а); II исполнение – с установкой элементов под углом 45^о (Рис. 3.7 б); III исполнение (для батарей с 2, 4 и 6 секциями – с установкой циклонных элементов под углом 45^о с подводом газов в рассечку между корпусами (рис. 3.7 в) На рис. 3.6 показано расположение входных отверстий улиток, при котором достигается наилучшая равномерность распределения пылегазового потока в батарее и наибольшая степень улавливания золы. Угол между плоскостью входных щелей улиточных завихрителей (Рис. 3.5) и направлением потока определяется по формуле:

где m – порядковый номер ряда элементов по ходу газов,

n – количество рядов,

- угол разворота последнего ряда по ходу газов.

 

Рис. 3.6.Конструктивное выполнение циклонов типа БЦУ-М:

а – вертикальная установка циклонных элементов; б – установка циклонов под углом 45 ^о к вертикали.

 

Рис. 3.7.. Схемы компоновки золоуловителя типа БЦУ-М:

Площадь живого сечения каждого циклонного элемента при внутреннем диаметре 231 мм равна 0,0419 м². Оптимальная скорость газов в живом сечении элемента 4,5 м/с. Температура газов на входе не выше 400^о С. Коэффициент полезного действия золоуловителя 93%. Коэффициент гидравлического сопротивления батареи 130.

Аппараты такой конструкции прошли опытно-промышленную проверку на Березниковской ТЭЦ.

Нормальный ряд батарейных циклонов типа БЦУ-М для котлов паропроизводительностью от 20 до 500 т/ч [8] для I исполнения представлен в таблицах 3.3 и 3.4 (размеры для II и III исполнения см. [8]).

Таблица 3.3 Характеристики и габаритные размеры золоуловителей типа БЦУ-М, первая группа

Типоразмер	Число секций, z	Суммарная площадь живого сечения, м2	Расчетный расход газов, м3/с	Размер, мм (См. рис.)*
z=1	z=2	z=4	z=1	z=2	z=4	z=1	z=2	z=4
z×10×7	1; 2; 4	2,94	5,86	11,73
z×10×8	1; 2; 4	3,35	6,70	13,40
z×10×9	1; 2; 4	3,77	7,54	15,08
z×10×10	1; 2; 4	4,19	8,38	16,76
z×10×11	1; 2; 4	4,61	9,22	18,43
z×10×12	1; 2; 4	5,03	10,05	20,11
z×10×13	1; 2; 4	5,45	10,89	21,78
z×10×14	1; 2; 4	5,86	11,73	23,46
z×10×15	1; 2; 4	6,29	12,57	25,14
* Для I исполнения размеры: а =3704 мм, б =2923 мм.

 

 

Таблица 3.4. – Характеристики и габаритные размеры золоуловителей типа БЦУ-М, вторая и третья группы

 

Типоразмер	Число секций, z	Суммарная пло щадь живого се чения, м2	Расчетный расход газов, м3/с	Размер, мм (См. рис.)*
z=2	z=4	z=2	z=4	z=2	z=4
Вторая группа
z×12×7	2; 4	7,03	14,08
z×12×8	2; 4	8,04	16,09
z×12×9	2; 4	9,05	18,10
Z×12×10	2; 4	10,05	20,11
z×12×11	2; 4	11,06	22,12
z×12×12	2; 4	12,07	24,13
z×12×13	2; 4	13,07	26,15
z×12×14	2; 4	14,08	28,16
z×12×15	2; 4	15,08	30,17
* Для I исполнения размеры: а =4404 мм, б =3025 мм
Третья группа
z×14×7	4; 6	16,42	-		-		-
z×14×8	4; 6	18,77	-		-		-
z×14×9	4; 6	21,12	-		-		-
z×14×10	4; 6	23,46	35,19
z×14×11	4; 6	25,81	38,71
z×14×12	4; 6	28,16	42,23
z×14×13	4; 6	30,50	45,75
z×14×14	4; 6	32,85	49,27
z×14×15	4; 6	35,19	52,79
* Для I исполнения размеры: а =5104 мм, б =3125 мм

При установке БЦУ-М за водогрейными котлами ввиду неравномерности режимов их работы рекомендуется подводить газы индивидуально к каждой секции золоуловителя и устанавливать на каждом подводящем газоходе отключающие клапаны. При таком исполнении газопроводов, соединяющих котел с золоуловителем, можно отключать часть секций золоуловителя при пониженных нагрузках котла и выдерживать скорости газов в элементах золоуловителя, близкие к оптимальным (4,5 м/с).