Zdefiniuj pojęcie przedziałowej skuteczności odpylania i ziarna granicznego
Przedziałowa skuteczność odpylania: skuteczność zatrzymywania w odpylaczu pyłów o określonej wielkości
ηpi =f(δi) , %
δi - średnica ekwiwalentna ziarna pyłu, μm
1 - odpylacz wysokosprawny, 2 - odpylacz niskosprawny
Ziarno graniczne (δgr,) - ziarno pyłu zatrzymywane ze skutecznością ηpi = 50%
Obliczanie przedziałowej skuteczności odpylania:$\eta_{\text{pi}} = \frac{Z \bullet \Delta R_{\text{iZ}}}{U \bullet \Delta R_{\text{iU}}} = \eta_{c} \bullet \frac{\Delta R_{\text{iZ}}}{\Delta R_{\text{iU}}}$
Z - strumień masy pyłu usuniętego ze spalin w odpylaczu
U - unos pyłu (strumień masy pyłu w spalinach za źródłem
ΔRiZ - zawartość frakcji z przedziału δi-1 - δi w pyle wytrąconym
ΔRiu - zawartość frakcji z przedziału δi-1 - δi w unosie
ηc - całkowita skuteczność odpylania
Przedstawić schematy technologiczne instalacji wyposażonych w koncentratory wraz z przedstawienie celowości ich stosowania.
Celowość stosowania: koncentrator zwiększa koncentrację pyłu (zwiększenie stężenia pyłu w gazie )
w strumieniu "odciąganym"
- niskie koszty inwestycyjne
- umiarkowane koszty eksploatacyjne
Tu by się coś więcej przydało ale nigdzie znaleźć nie mogę ;/
Uzasadnić celowość stosowania cyklonów bateryjnych i multicyklonów
cyklony bateryjne - kilka cyklonów o mniejszym D zamiast jednego o większych rozmiarach
multicyklony : dużo małych cykloników (D=150-250mm) w jednej obudowieStosuje się je bo:
- im mniejsze D(średnica części cylindrycznej cyklonu) tym mniejsze ryzyko podsysania gazu jeszcze zapylonego
- im mniejsze D tym większa skuteczność odpylania
- jeden lej zssypowy na kilka cyklonów - zmniejszenie nieszczelności
Zasada budowy i działania odpylacza przeciwbieżnego. Zalety i wady. Recyrkulacja gazu.
W porównaniu do klasycznych cyklonów wzmocniony dzięki wprowadzeniu do przestrzeni roboczej dodatkowego strumienia gazu, tzw. gazu pomocniczego (zwiększa efekt działania siły odśrodkowej oraz chroni ściany komory przed erozyjnym działaniem pyłu).
qVS - strumień objętości gazu zapylonego
qVP - strumień objętości gazu pomocniczego
Budowa i zasada działania odpylacza przeciwbieżnego:
wlot gazu zapylonego - gaz ulega zawirowaniu na wlocie komory
element formujący przepływ gazu zapylonego - pojawienie się siły odśrodkowej powodującej odrzucenie ziaren pyłu w kierunku ścian komory
komora
wlot gazu pomocniczego
element formujący przepływ gazu pomocniczego - uformowany w strumień opadający torem spiralnym po pobocznicy komory, w dolnej części komory na tarczy przysłaniającej wlot do zbiornika pyłu strumień ten ulega odchyleniu, nakłada się na przepływ gazu zapylonego - zwiększa jego rotację -> efekt działania siły odśrodkowej
wylot gazu oczyszczonego
tarcza zwrotna - w jej pobliżu na skutek zmiany kierunku przepływu
gazu pomocniczego, działa mechanizm bezwładnościowego odrzucania ziaren pyłu do zbiornika pyłu
ZALETY:
prosta konstrukcja
większa w porównaniu z cyklonami odporność na erozję pyłową,
może odpylać pyły drobne i grube
bardzo dobra skuteczność odpylania przy stosunkowo niskich kosztach inwestycyjnych i eksploatacyjnych
duża pewność ruchowa,
stosunkowo mała wrażliwość na zmienność parametrów gazu jak: temperatura, stopień zawilżenia,
skład chemiczny,
brak przeciwwskazań do stosowania dla gazów i pyłów palnych i wybuchowych,
wzrost skuteczności odpylania wraz ze wzrostem stężenia pyłu w gazie,
mniejsza w porównaniu z cyklonami wrażliwość na niedociążenie gazowe i ewentualne nieszczelności zamknięcia pyłowego.
WADY:
konieczność stosowania dodatkowego wentylatora – większe w stosunku do cyklonów zużycie energii
RECYRKULACJA:
Zwiększa prawdopodobieństwo wytrącenia najdrobniejszych frakcji – cykl odpylania powtórzony jest wielokrotnie. Ponadto, zmniejsza wrażliwość odpylacza na niedociążenia gazowe.
a) układ otwarty – gaz pomocniczy spoza instalacji,
b) układ zamknięty – jako gaz pomocniczy wprowadza się od góry część gazu zapylonego (większa wydajność odpylacza),
c) układ recyrkulacyjny – gazem pomocniczym jest gaz odpylony, którego część jest pobierana przez wentylator pomocniczy przed wentylatorem wyciągowym
Wskazać różnice konstrukcyjne i eksploatacyjne filtra tkaninowego regenerowanego mechanicznie i pulsacyjnie
RÓŻNICE EKSPLOATACYJNE
REGENEROWANIE MECHANICZNIE | REGENEROWANIE PULSACYJNIE |
---|---|
mało skuteczne | głębokie, dokładne oczyszczenie materiału |
działają niszcząco na strukturę filtracyjną | nie przyśpiesza jego mechanicznego zużycia |
nie wymaga wyłączania oczyszczanej sekcji z ruchu | |
umożliwia zwiększenie prędkości przepływu strumienia gazu przez strukturę filtracyjną -> zmniejszenie powierzchni filtracyjnej | |
regulacja czasu trwania impulsu i częstotliwości (ekonomiczne dostosowywanie procesu regeneracji) | |
diagnozowanie pracy filtra |
RÓŻNICE KONSTRUKCYJNE
??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
Charakterystyka porównawcza poszczególnych metod odsiarczania spalin
sprawność odsiarczania ηSO2 najwyższa dla metody mokrej (>90%), gorsza dla procesu półsuchego (60-80%), najgorsza dla suchego (30-40%)
stosunek molowy Ca/S najwyższy dla metody suchej (2-4), niższy dla półsuchej (1,5-2,0), najniższy dla mokrej (1,0-1,3)
proces mokry jest technologią bezodpadową (powstaje gips), proces suchy i półsuchy - suchy odpad
proces półsuchy zużywa o 50% mniej wody niż proces mokry
łatwa automatyzacja i prosta technologia: suchy TAK, półsuchy TAK, mokry NIE (skomplikowana tech.)
cena sorbentu: p. suchy - niska, p. półsuchy - droższa, p. mokry - nie wiadomo, ale jego zużycie jest niskie
podgrzewanie spalin : p.suchy, półsuchy - NIE, p. mokry - TAK ze względu na silną korozyjność
eksploatacja: proces suchy powoduje zanieczyszczenia powierzchni ogrzewalnej kotła, a proces mokry korozję materiałów w "strefie mokrej"
proces suchy powoduje wzrost unosu pyłu przed elektrofiltrem
w procesie suchym brak kontroli i regulacji rozprowadzania sorbentu w komorze paleniskowej przy zmiennych obciążeniach
duża powierzchnia zabudowy w procesie mokrym
Metody regeneracji filtrów tkaninowych i ich związek z zasadą działania
Metody regeneracji:
Mechaniczne (strzepywanie pionowe i poziome, wibracje)
Mało skuteczne
Niszczące działanie na filtr
Pneumatyczne (fala uderzeniowa sprzężonego powietrza- U wylotu z worka umieszczone są wysokociśnieniowe dysze – silny krótkotrwały impuls powietrza z dyszy powoduje nagły wzrost ciśnienia wewnątrz worka oraz ponowne zassanie części odpylonego gazu do jego środka. Gwałtowne odkształcenie worka połączone z przedmuchem gazu powoduje usunięcie warstwy pyłu.)
Nie przyspiesza mechanicznego zużycia
Głębokie i dokładnie czyszczenie materiału
Nie wymaga oczyszczanej części z ruchu
Umożliwia ekonomiczne dostosowanie procesu regeneracji do własności danego materiału filtracyjnego i pyłu, obciążenia gazowego i pyłowego filtru(regulacja czasu trwania impulsu i częstotliwości)
Umożliwia diagnozowanie pracy filtra
Wyjaśnić znaczenie pojęć: filtr bateryjny, multicyklon, filtr pulsacyjny, elektrofiltr: wielosekcyjny oraz wielostrefowy
filtr bateryjny- zespół cyklonów połączonych równolegle o wspólnym przewodzie wlotowym i wylotowym oraz wspólnym zbiorniku pyłu wytrąconego
multicyklon-bateria połączonych równolegle cyklonów o małej średnicy(cyklon to odpylacz odśrodkowy, który do odpylania wykorzystuje mechanizm polegający na działaniu sił odśrodkowych na cząstki pyłu)
filtr pulsacyjny- filtr tkaninowy, którego elementem oczyszczającym są worki filtracyjne regenerowane impulsem powietrznym co zapewnia głębokie i
elektrofiltr-urządzenie odpylające, w którym usuwanie pyłu z gazu następuje poprzez wykorzystanie siły elektrostatycznej (prawo Coulomba), działającej na cząstki tego pyłu.
elektrofiltr wielosekcyjny- elektrofiltr, w którym strugę gazu dzieli się na kilka sekcji .
elektrofiltr wielostrefowy- elektrofiltr, w którym zestawiono kilka szeregowo połączonych pól elektrycznych. Odpowiada za wielostopniowe odpylanie elektrostatyczne; powszechnie stosowane; wysoka skuteczność odpylania
Parametry eksploatacyjne cyklonów decydujące o skuteczności ich działania.
- średnica cyklonu – im mniejsza średnica tym mniejsza odległość od osi obrotu → większa skuteczność
-wysokość cyklonu – wpływa na czas przebywania pyłu w cyklonie – im wyższy tym dłużej pył przebywa w cyklonie → większa skuteczność
-konstrukcja okna wlotowego gazów do cyklonu→ eliminowanie zjawiska odbijania się docierających do ścianek ziaren pyłu poprzez formowanie strumienia tak, by gaz pod jak najmniejszym kątem uderzał w ściankę części walcowej cyklonu
-szczelność zamknięcia pyłowego – zasys fałszywego powietrza powoduje zmniejszenie ilości gazu wprowadzanego oknem wlotowym do cyklonu→ mniejsza siła odśrodkowa działająca na ziarna → obniżenie skuteczności (zapobieganie- zamknięcie dolne cyklonu poprzez śluzy obrotowe, klapy)
-gładkość wewnętrznych powierzchni cyklonu→ turbulencja gazu w pobliżu szorstkich ścianek →część ziaren zostaje zassanych przez strumień gazów opuszczających cyklon → mniejsza skuteczność
10. Możliwość współpracy odpylacza przeciwbieżnego z wentylatorem pomocniczym (graficznie)
układ otwarty- gaz pobierany spoza instalacji odpylającej(np. powietrze z otoczenia)
układ zamknięty- gaz pomocniczy(część gazu zapylonego) wprowadza się od góry do komory odpylacza
układ recyrkulacyjny- gaz pomocniczy(gaz odpylony) jest odbierany przez wentylator pomocniczy z kanału przed wentylatorem wyciągowym
11. W oparciu o bilans strumieni mas pyłu w instalacji odpylającej wyprowadzić wzory na całkowitą skuteczność odpylania.
U- unos pyłu- strumień pyłu w spalinach(za źródłem)
Z- strumień pyłu usunięty przez odpylacz
E-emisja pyłu- strumień pyłu emitowany do atmosfery
U = E + Z → Z = E − U
$$\eta_{c} = \frac{Z}{U} \bullet 100 = \frac{U - E}{U} \bullet 100 = \left( 1 - \frac{E}{U} \right) \bullet 100,\%$$
$$\eta_{c} = \frac{Z}{U} \bullet 100 = \frac{Z}{E + Z} \bullet 100,\%$$
12. Sorbenty i reakcje procesowe w poszczególnych metodach odsiarczania spalin
metoda | sorbent | reakcja procesowa |
---|---|---|
nazwa | ||
sucha | kamień wapienny(CaCO3) w postaci mączki | kalcynacja wapienia tworzenie siarczanu tworzenie siarczynu tworzenie siarczynu dysproporcjonowanie siarczynu utlenianie siarczku |
hybrydowa (sucha + nawilżenie spalin) |
kamień wapienny(CaCO3) w postaci mączki | tworzenie siarczynu powstanie aktywnego Ca(OH)2 |
półsucha | Na2CO3,NaOH, NaHCO3, Ca(OH)2, 25% wodny roztwór amoniaku | |
mokra wapienna | sproszkowany CaCO3 | absorpcja neutralizacja utlenianie krystalizacja |
Sucha metoda odsiarczania (schemat):
Sorbent w postaci mączki o odpowiedniej granulacji wprowadzany jest wprost do komory paleniskowej w strefę temp. 800-900 ⁰C dyszami zasilanymi sprężonym powietrzem.
Niska skuteczność (10-40%) odsiarczania spowodowana jest przez szybkie spiekanie ziaren w wysokich temperaturach panujących w komorze spalania palenisk pyłowo-węglowych (1260 ± 100 ⁰C).
O sprawności odsiarczania decyduje rozdrobnienie i rodzaj sorbentu ( im drobniejszy tym lepiej).
Znacząco lepsze wyniki sprawności odnotowuje się dla kotłów fluidalnych.
Głównie stosowanym sorbentem jest CaCO3 , za to bardziej reaktywnym jest Ca(OH)2
$\frac{\text{Ca}}{S} =$2-4
Reakcje:
Procesowe:
Kalcynacja wapienia CaCO3 → CaO + CO2
Tworzenie siarczanu 2 CaO + SO2 + O2 → 2 CaSO4
Tworzenie siarczynu CaO +SO2 → CaSO3
Utlenienie siarczynu 2 CaSO3 + O2 → 2 CaSO4
Dysproporcjonowanie siarczynu 4 CaSO3 → 3 CaSO4 + CaS
Utlenianie siarczku CaS + 2 O2 → CaSO4
Uboczne:
Wtórna neutralizacja CaO CaO + CO2 → CaCO3
Spiekanie CaO (ok. 1100 ⁰C) → monolity o mniejszej powierzchni kontaktu
Półsucha metoda odsiarczania (schemat):
Sorbent w postaci pary wodnej lub roztworu wodnego wprowadzany jest do suszarki pyłowej.
Zachodzi tam absorbcja SO2 w kroplach roztworu alkaicznego.
W wyniku odparowania wody, produkty odsiarczania i nieprzereagowany sorbent wydzielają się w postaci fazy stałej i wraz z popiołem lotnym kierowane są do instalacji odpylającej (elektrofiltr, filtr tkaninowy, przeciwbieżny odpylacz cyklonowy).
Sorbenty: Na2CO3 , NaHCO3 , NaOH , Ca(OH)2 , woda amoniakalna – 25% wodny roztwór amoniaku
Sprawność 60-80 %
$\frac{\text{Ca}}{S} =$1,5-2
Mokra metoda odsiarczania (schemat):
Wyróżniamy 2 metody mokrego odsiarczania:
Metoda Wellman-Lorda:
Najczęściej stosowana regeneracyjna metoda mokrego odsiarczania.
Produktem końcowym jest stężony SO2 który można skroplić, przerobić na siarkę elementarną lub kwas siarkowy.
2/3 całości kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych stanowi koszt regeneracji roztworu absorpcyjnego.
Metoda wapniakowa:
Najpowszechniejsza nieregeneracyjna metoda mokrego odsiarczania
Produktem końcowym jest gips
Cechy wspólne:
Sprawność około 90%
Zasadniczym problemem jest utrzymanie stabilnego pH
$\frac{\text{Ca}}{S} = 1,0 - 1,3$
Reakcje procesowe:
Absorbcja SO2 + H2O → H2SO3
Neutralizacja H2SO3 + CaSO3 → CaSO3 + CO2 + H2O
Utlenianie CaSO3 + ½ O2 → CaSO4
Krystalizacja CaSO4 + 2 H2O → CaSO4• 2 H2O
19. Scharakteryzować porównawczo metody SNCR i SCR.
SCR | NSCR |
---|---|
|
|
20. Podać zasadę działania elektrofiltru na przykładzie elektrofiltru rurowego (omówić kolejne fazy procesu odpylania).
Budowa elektrofiltru rurowego
1 - komora elektrofiltru, przez którą przepływa zapylony gaz
2 - elektroda emisyjna, wykonana z drutu metalowego okrągłego bądź profilowanego, o biegunowości ujemnej
3 - elektroda osadcza wykonana z gładkich bądź profilowanych blach (lub rury jak na schemacie) o dużej powierzchni, o biegunowości dodatniej
4 - transformatorowo-prostownikowy zespół zasilania elektrody emisyjnej prądem stałym o wysokim napięciu (30-80 kV, obecnie nawet >100 kV)
5 - system oczyszczania elektrod (emisyjnej i osadczej) z pyłu
Fazy procesu odpylania
Do komory elektrofiltru wpływa zapylony gaz
Na skutek przyłożonego wysokiego napięcia elektroda emisyjna emituje swobodne elektrony, których obecność w przestrzeni roboczej elektrofiltru inicjuje jonizację gazu prowadzącą do pojawienia się pola elektrycznego
W pobliżu elektrody emisyjnej panuje większe natężenia pola niż przy elektrodzie osadczej, dodatnie jony gazu są silnie przyciągane przez elektrodę emisyjną - w wyniku zetknięcia z jej powierzchnią neutralizują się, a nadmiar energii oddają w postaci kwantów promieniowania – występuje charakterystyczne świecenie gazu
W przeważającej części komory elektrofiltru występują głównie ładunki ujemne (z uwagi na neutralizację dodatnich), ziarna pyłu zbierając je na swojej powierzchni są przyciągane przez elektrodę osadczą (ma ona dodatnią biegunowość), a ich ruch zachodzi pod wpływem siły elektrycznej
Tworzenie się spolaryzowanej warstwy pyłu na elektrodach (głównie osadczych) i usuwanie z nich pyłu na skutek drgań wywołanych w elektrodach udarami mechanicznymi
Odprowadzenie odseparowanego pyłu i wylot odpylonego gazu z komory elektrofiltru
21. Czynniki decydujące o skuteczności metody suchego odsiarczania spalin.
Ilość podawanego sorbentu – określana jest stosunkiem Ca/S, im więcej dostarczanego sorbentu tym większa skuteczność odsiarczania
Rozdrobnienie sorbentu – im drobniejsze ziarna sorbentu tym ich powierzchnia aktywna jest większa, co wpływa na zwiększenie skuteczności odsiarczania (zmielenie sorbentu do ziaren o śr. rzędu kilku μm wymaga jednak bardzo dużych nakładów energetycznych)
Rodzaj sorbentu – bardziej reaktywnym sorbentem w stosunku do kamienia wapiennego jest Ca(OH)2 ze względu na bardziej rozwiniętą powierzchnię (jest on jednak droższy)
Rodzaj paleniska – znacznie lepsze wskaźniki dla metody suchej uzyskuje się dla palenisk fluidalnych w porównaniu z paleniskami pyłowymi
22. Wyjaśnić celowość stosowania metod hybrydowych.
Metoda hybrydowa jest to sucha metoda odsiarczania z nawilżaniem spalin. Metodę tą stosuje się w celu zwiększenia skuteczności odsiarczania poprzez zwiększenie powierzchni aktywnej ziaren sorbentu CaO. Osiąga się to poprzez hydratację wodną lub parową. Reaktor (skruber) wyposażony jest w dysze wodne. Wprowadzenie wody inicjuje dwa procesy:
Rozdrobnienie nie przereagowanego CaO – wzrost ich powierzchni aktywnej, zwiększenie reaktywności ziaren sorbentu
Powstawanie aktywnego Ca(OH)2
Reakcje procesowe zachodzące w skruberze
CaO + SO2 → CaSO3
CaO + H2O → Ca(OH)2
Ca(OH)2 + SO2 → CaSO3 + H2O
Ca(OH)2 + SO2 + ½ O2 → CaSO4 + 2 H2O
Należy dostarczyć sprężone powietrze aby jako produkt końcowy otrzymać gips.
Stosowana woda pochodzi z procesu odżużlania, ma ona charakter zasadowy.
23. Pojęcie jednostkowej powierzchni osadczej oraz jej wpływ na skuteczność działania elektrofiltru.
$$\mathbf{f}\mathbf{=}\frac{\mathbf{H}\mathbf{\bullet}\mathbf{L}}{\mathbf{q}_{\mathbf{v}}}\mathbf{\ \ \ \ \ \ \ ,\ }\frac{\mathbf{s}}{\mathbf{m}}$$
Jednostkowa powierzchnia osadcza jest to iloczyn wysokości H i długości elektrody osadczej L odniesiony do strumienia objętości gazu qv przepływającego przekrojem h*H, gdzie h jest odległością pomiędzy elektrodą emisyjną i osadczą. Elektrody osadcze powinny mieć dużą powierzchnię czynną o dużej wytrzymałości zmęczeniowej (udary), również przekrój komory musi być na tyle duży, aby prędkość przepływającego gazu była dostatecznie niska – dłuższy czas przebywania zapylonego gazu w komorze przekłada się na możliwość przyciągnięcia większej ilości pyłu przez elektrodę osadczą, co skutkuje wzrostem skuteczności odpylania. Podsumowując, im większa jednostkowa powierzchnia osadcza tym wyższa skuteczność działania elektrofiltru.
24. Usystematyzować stosowane w energetyce urządzenia odpylające od najmniej sprawnych do wysokosprawnych i podać, dla jakich palenisk mają zastosowanie.
Odpylacze mechaniczne
Odpylacze grawitacyjne (komory osadcze)
niska skuteczność odpylania (zatrzymywane są ziarna δ > 100 μm, w komorach
z półkami i przegrodami δ >30 μm); zastosowanie: piece obrotowe, suszarnie obrotowe
Koncentratory inercyjne
niska skuteczność odpylania (δgr~ 10 μm); stosowanie w kotłach rusztowych
Cyklony bateryjne
dobra skuteczność odpylania; dla starszych kotłów z rusztem mechanicznym
Koncentratory odśrodkowe
δgr=7μm; stosowane kotłach z paleniskami narzutowymi
Przeciwbieżny odpylacz cyklonowy
bardzo dobra skuteczność odpylania δgr=1,5μm, zastosowanie: suszarnie, kotły rusztowe
Odpylacze filtracyjne – filtry workowe
krytyczny obszar filtracji w zakresie średnic pyłu 0,1 – 1 μm; możliwość osiągnięcia bardzo wysokich skuteczności odpylania (> 99 %, w dobrze pracującym filtrze tkaninowym, w pyle emitowanym do atmosfery nie występują frakcje pyłu większe od 5 μm); zastosowane: kotły pyłowe
Odpylacze elektrostatyczne – elektrofiltry
możliwość osiągnięcia bardzo wysokich skuteczności odpylania, powyżej 99%, ograniczona wyłącznie względami ekonomicznymi; zastosowanie: kotły pyłowe, fluidalne