Повышение энергетической и экологической эффективности систем газоочистки на ТЭС

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения энергетической и экологической эффективности систем очистки выбросов систем пылеприготовления и дымовых газов ТЭС при угольной генерации и систем подготовки газа при газовой генерации, во исполнение Федерального закона № 261-ФЗ от 23.11.2009 г. (ред. от 29.07.2017) «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», а также требований по контролю за выбросом парниковых газов (напр., приказа № 330 от 29.06.2017 года «Об утверждении методических указаний по количественному определению объёма косвенных энергетических выбросов парниковых газов» и др.) выбросов систем пылеприготовления и дымовых газов ТЭС с угольной генерацией и в системе подготовки газа с газовой генерацией. Цель: разработка устройства циклонной фильтрации для повышения эффективности систем газоочистки на ТЭС, снижения выбросов взвешенных частиц в атмосферу от систем пылеприготовления и дымовых газов при угольной генерации и увеличения надежности работы агрегатов газотурбинных и парогазовых установок ТЭС вследствие снижения износа рабочих поверхностей поршневых и винтовых дожимающих компрессоров дожимных компрессорных станций, предотвращения попадания продуктов внутренней коррозии газопроводов в газотурбинных установках, в соответствии с п.п. 93, 94 ФНиП в области промышленной безопасности «Правила безопасности сетей газораспределения и газопотребления» (Серия 12, вып. 13). Объект: модель циклона на базе ЦН-11-200, обеспечивающая повышение энергетической и экологической эффективности систем газоочистки на ТЭС. Методы: стендовые испытания циклонного фильтра, изготовленного путем модернизации циклона ЦН-11-200, аэродинамические расчёты; численное моделирование аэродинамических параметров работы циклона-фильтра на основе методов вычислительной гидродинамики. Для математического моделирования процесса сепарации использована система уравнений, состоящая из осредненных по Рейнольдсу уравнений движения однофазного потока Навье–Стокса и уравнения движения частиц, основанного на законе Ньютона. Для определения эффективности отделения взвешенной части потока в циклоне-фильтре использован безразмерный комплекс Rer, с помощью которого численные значения параметров осаждения взвеси из многофазного потока в сепараторе найдены расчетным путем. Результаты. Анализ литературных источников показал отсутствие конструкций циклонов-фильтров, которые обеспечивали бы надлежащую (более 98 %) степень очистки выбросов без резкого увеличения энергозатрат на обработку выбросов. Проведенные опыты показали целесообразность конструктивного дополнения возвратно-поточных циклонов фильтрующей вставкой в зоне, где происходит инерционное осаждение пыли. Для определения эффективности отделения взвешенной части потока в данном циклоне-фильтре был использован безразмерный комплекс Rer. Расчеты показали соответствие результатов теоретических и натурных исследований.

The relevance of the research is caused by the necessity to increase energy and environmental efficiency systems for purification of emissions of pulverizing system and flue gas thermal power plant in coal generation and gas treatment in gas generation, pursuant to Federal law No. 261-FZ dated 23.11.2009 (ed. from 29.07.2017) «On energy saving and increasing energy efficiency and amendments to certain legislative acts of the Russian Federation» and the requirements to control the emission of greenhouse gases (e.g., order No. 330 of 29.06.2017 «On approval of methodical instructions for quantitative determination of the amount of indirect energy greenhouse gas emissions», etc) emissions of pulverizing system and flue gases of thermal power plants with coal generation and the system gas treatment gas generation. The main aim of the research is to develop a cyclone filtration device to increase the efficiency of gas treatment systems at thermal power plants, reduce suspended particulate emissions into the atmosphere from dust preparation systems and flue gases during coal generation and increase the reliability of gas turbine and combined-cycle gas turbine units, due to reduced wear on the working surfaces of piston and screw compressors, booster compressor stations; prevent the products of internal corrosion of gas pipelines in gas-tur- bine units, in accordance with clause 93, 94 Federal standards and rules in the field of industrial safety «Safety Rules of gas distribution networks and gas consumption» (Series 12, vol. 13). Object: a cyclone model based on CN-11-200, providing increased energy and environmental efficiency of gas treatment systems on thermal power plant. Methods: bench tests of a cyclone filter manufactured by modernizing the cyclone CN-11-200, aerodynamic calculations; numerical simulation of aerodynamic parameters of the cyclone based on the methods of computational fluid dynamics. For mathematical modeling of separation the authors have used the system of equations consisting of the Reynolds-averaged NavierStokes equations of motion for single-phase flow and equations of particles motion based on Newton's law. To determine the effectiveness of separating the solid part of the flow in the cyclone-filter the dimensionless complex Rer was used. Using the complex the numerical values of parameters from deposition of suspended solids from multiphase flow in the separator were determined by calculation. The results shown lack of designs which would provide high (more than 98 %) extent of cleaning of emissions without sharp increase in energy consumption at processing emissions. The experiments carried out demonstrate the expediency of constructive addition of returnable and line cyclones with the filtering insert in a zone where there is an inertial sedimentation of dust. Extents of particle sedimentation in a cyclone depending on Reynolds number are defined. The calculations shown the compliance of results of theoretical and natural researches.