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电力行业过滤分离设备应用案例

发布时间:2019-08-22 发布:海特滤器 浏览:

  我国电力行业对过滤与分离技术的研究与开发,始于70年代。到90年代,我国先后从国外引进了多种新型发电技术。在新建造的电厂中运用了大量的过滤与分离技术,并已投入工业化运行。近年来我国也加大烟气脱硫的力度,并已取得了突破性进展。这些过滤与分离技术的应用,对我国电厂的稳定运行、降低发电成本、控制各类污染物的排放,起到了积极有效的作用,其经济效益和社会效益都十分巨大。
过滤与分离设备在电力行业的应用(一)
一、电力行业发展的趋势
目前,电力行业发展的趋势是提高汽轮机和发动机的可靠性,减少事故停车、延长检修周期、提高生产率。在效率提高的同时,降低原料的消耗,降低废物处理费用,严格控制各类污染物的排放。
二、过滤与分离设备在电力行业的应用
火力发电厂一般有三大基础部分构成,即:汽轮机、发电机、锅炉。同时还有一些辅助系统,如:磨煤机、供煤、除灰、化学水、空压机、齿轮箱、紧急柴油发电机、脱硫、送风引风等。这些系统长期有效工作,都需应用各类污染控制设备。下面针对以上系统将过滤与分离设备的应用一一予以说明。
过滤与分离设备在电力行业的应用(一)
 
1、汽轮机系统中油液污染控制技术
汽轮机是发电厂的关键设备,它的正常工作,直接关系到电厂的效益。汽轮机对油液的清洁度要求高,油液中存在的颗粒杂质、水、空气会加速系统各元件的磨损,腐蚀金属表面,促使油液变质。经统计表明,油液污染是造成汽轮机故障停车的最主要原因,约占总停车时间的54%!一个有效的清洁度控制系统可以使与油液污染有关的停运事故减少90%。如今,广大电厂已普遍采用高精度过滤器和滤油机把关键的汽轮机润滑和液压系统中的污染物降低到最低。这些过滤系统的使用可使系统快速达到并维持期望的油液清洁度水平,并且减少轴承的磨损和腐蚀,提高泵和氢气密封的寿命,提高电液速度控制系统的可靠性,延长油液使用寿命,从而达到减少强迫停机、更快、更安全启动的目的。
应用举例一:
汽轮机轴承润滑油系统
汽轮机大多数系统元件有小于5um的工作间隙。造成轴承启动磨损最严重的是那些与相对运动元件表面的动态油膜厚度尺寸相同或稍大的颗粒。因此,清除1-5 um的颗粒,对于保护轴承免遭磨料磨损以保证延长寿命和高可靠性来说,是十分重要的。
一次原始冲洗并不能保证污染将在系统正常运行期间受到抑制。这是因为与汽轮机润滑系统和液压系统伴生的主要磨损----磨料磨损形成链式反应造成的。在图1中我们看到颗粒如何进入两个运动表面之间的间隙,嵌进一个表面中,并起切削刀具的作用从相对表面上去掉金属。所产生的切屑如果未被适当的过滤所清除,则将在系统中循环而引起更多的磨损。随着磨粒磨损的这种“链式反应”的继续,这将造成过早的元件失效,除非采取足够的过滤措施来终止其发展。
因此,对于汽轮机润滑系统,首先采用间隙保护过滤器提高元件的工作可靠性和使用寿命。
对于小型和中型汽轮机,过滤器一般是在线装设的,以便最大限度地保护关键的轴承系统。目前在许多大型汽轮机的油箱上装设旁路循环回路(离线)过滤器,以便连续过滤来防止间隙尺寸颗粒之害。
其次,对于汽轮机润滑系统,还必须控制水污染.
研究证实游离水缩短轴承寿命、增加油液氧化并会造成油液变质。目前采取的方法是在汽轮机的油箱上装设旁路循环滤油机,这种滤油机一般分为两种:真空滤油机和聚结滤油机。当系统的油液不能达标,并且油液中含有大量水分时,使用聚结滤油机;当需要将油液中的水份控制在很小的范围内,如≤80ppm,则采用真空滤油机。
应用举例二:
汽轮机润滑系统冲洗
当汽轮机润滑系统工作一段时间或进行检修时,必须对系统进行清洗。用作系统清洗的试验台或清洗台是专门为清洗液压系统和元件而设计的一种过滤净化装置,其作用是清除元件和系统在装配和组装过程中残留及使用过程中积累的污染物,使之达到元件和系统要求的清洁度水平。液压清洗装置要求具有足够高的过滤净化能力,其系统的清洁度至少达到被清洗元件和系统所需的清洁度。为此,清洗系统必须装设过滤精度高、纳污容量大的过滤器,其绝对过滤精度要求达到1-5μm。在清洗过程中要求液流处于充分的紊流状态(雷诺数一般应达到4000以上)以加强对内部残留污染物的冲刷作用。为此,应采用低粘度油液,并尽可能提高液体流速和适当增高油液的温度。
应用举例三:
汽轮机速度控制系统
汽轮机速度控制系统采用的是电液伺服系统即EH系统(Electrohydraulic Control),是汽轮机速度调控的关键,其核心元件是伺服阀。伺服阀根据给定电信号和反馈电信号所构成的偏差信号控制阀芯运动,快速调节汽轮机的蒸汽供给量,控制汽轮机按要求的速度运转。伺服阀的性能决定整个系统的性能(稳定性、快速性、准确性)。伺服阀对油液的污染非常敏感,电液伺服系统中有90%的故障是由于油液污染造成的。为此,必须在伺服阀前安装绝对过滤精度在1-3μm的高效过滤器,以有效的保护伺服阀,防止节流孔堵塞、阀芯淤塞卡死等故障,减少冲噬磨损,延长伺服阀的使用寿命,为EH系统快速、准确调速、安全可靠工作提供保证。
EH系统常采用磷酸脂液压油作为传动介质,这种液压油具有较强的吸水性,若不能对油液中的水分进行有效的控制,则会使元件腐蚀、油液氧化变质。因此,必须采用高效脱水油液净化机,来为油液的洁净和“干燥”提供保证。
 
2、发电机系统中油液污染控制技术
应用举例四:
氢气密封油系统
为了把旋转阻力或转子阻力减至最小,一般采用氢气充满发电机壳体。为了保持氢气纯净,减小泄漏并保持最大的发电容量,采用一种由一些密封圈和有压供油组成的油密封。此油膜减少密封圈和汽轮机和发电机轴的机械磨损,并保证牢靠的密封性。污染油液会磨损轴封并磨损发电机轴。这可能导致轴封的过早返修或更换、氢气泄漏、发电机中较高的鼓风损失(降低总效率)及停运的可能性。为此,应在氢气密封件上游在线装设一个双联3um过滤器。高效率小压降双联过滤器对于优化氢气密封系统性能来说是至关很重要的。
应用举例五:
变压器油
电气绝缘油用于变压器、断路器、开关、反应器和其他类型的电气设备的运行。于是,电器绝缘油通常称为“变压器油”。变压器油有严格的标准,其含水量、固体颗粒含量、介电强度等都有极高的要求。因此,对于变压器油必须经常进行过滤,以去处绝缘油中的水分、固态或气态杂质。
对于变压器油的处理一般采用移动式高精度真空滤油机。这种滤油设备可对变压器油进行脱气、脱水和过滤处理。设备可在户内或户外使用,也可直接对储罐或变压器作业。
 
3、锅炉系统中油液污染控制技术
应用举例六:
锅炉给水泵
锅炉给水泵在汽轮机的高效电力生产中担任重要角色。锅炉给水泵往往由一个包含机液控制系统和液力偶合器的电动机来驱动。通常,要求使用高精度过滤器以使机液控制比例阀和液力偶合器避免遭受污染颗粒的危害。此外,锅炉给水泵往往使很多水分侵入,导致元件的过早腐蚀,增加氧化并形成凝胶状物质或油泥。因此,也应该增加除水过滤器来清除这类污染,以改善锅炉给水泵的性能和可靠性。
应用举例七:
煤炭粉碎机
煤炭粉碎机润滑系统很容易遭受来自细煤颗粒的污染引起故障和磨损。大多数这种颗粒一般处于5-30um范围内。70%小于10um。细煤颗粒侵入润滑油系统并可能堵塞节流孔和轴承间隙,导致轴承表面脱落及造成阀门失效。因此,无论是球磨机或是中速磨,其稀油润滑站总是安装有多级过滤器,来消除齿轮箱和轴承的过早磨损、降低较高的维修费用、提高电厂总效率。
应用举例八:
风机油站
锅炉燃烧需要大量的煤和空气。煤由磨煤机供应,而煤的输送及燃烧所需空气供给,就需要由送风机、引风机提供了。而高速运转的风机其轴承都需要各类润滑站提供润滑和散热。不论那一种轴承,润滑油中的颗粒越少,轴承相对的寿命越长。假如油中没有颗粒,在小于疲劳载荷的情况下轴承的使用寿命是无限的,润滑油的清洁度对轴承的使用寿命有很大的影响。润滑油污染物质中的颗粒成为磨损和疲劳破坏的重要原因。润滑油的清洁水平要提高到这些微小颗粒完全不存在的状态是非常困难的,但是通过在线净化,即在各管路系统中加装高精度过滤器和旁路过滤系统,把油的清洁度提高到所需要的水平是完全能够达到的。
 
4、除灰系统中过滤净化技术的应用
应用举例九:
烟气除尘
2001年以前我国国内火电厂使用静电除尘器的比例占99%以上,主要是当时我们国家的环保排放要求低,我国火电厂烟尘治理工作已进行了多年,火电行业布袋除尘器技术发展缓慢,所以大部分发电机组都配备了静电除尘器。随着火电发展,火电燃煤量持续增长,但烟尘排放量没有得到有效的控制,有关资料显示,当前我国每年火力发电的煤炭消耗量已超过8亿吨,火电厂烟尘排放量约350万吨,占全国工业烟尘排放量的35%,其中微细尘粒(小于10微米)排放量超过250万吨,微细尘粒是影响城市大气质量和能见度的主要因素,并严重危害人体健康。我国于2004年1月1日起颁布执行的《火电厂大气污染物排放标准》,对烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放限值都做了更为严格的规定,其中烟尘排放要控制在50mg/m3。这实际上是对火力发电机组除尘工作提出了新的要求,50mg/m3的排放限值要求采用高效除尘技术,并要求在选用脱硫工艺的同时考虑除尘要求,这就必须将袋式除尘器运用于火电厂烟气净化中,最近几年袋式除尘技术的发展迅速,它不仅对大气环境起到积极保护作用,同时也给电厂带来可观的经济效益。
 
5、脱硫系统中过滤净化技术的应用
应用举例十:
烟气脱硫
我国政府在最近 10 年内,颁布了一系列有关燃煤发电厂 SO2 污染控制法规、条例及排放标准。《大气污染防治法》针对火电厂提出了“在城市市区内新建火电厂,应当根据需要和条件,实行热力与电力联合生产”、“在酸雨控制区和二氧化硫污染控制区内排放二氧化硫的火电厂和其他大中型企业,属于新建项目不能采用低硫煤的,必须建设配套脱硫、除尘装置或者采取其他控制二氧化硫排放、除尘的措施,属于已建企业不用低硫煤的,应当采取控制二氧化硫排放、除尘的措施。国家鼓励企业采用先进的脱硫、除尘技术”。 削减二氧化硫的排放量,控制大气二氧化硫污染、保护大气环境质量,是目前及未来相当长时间内我国环境保护的重要课题之一。
二氧化硫污染控制技术颇多,诸如改善能源结构、采用清洁燃料等,但是,烟气脱硫也是有效削减SO2排放量不可替代的技术。烟气脱硫的方法甚多,但根据物理及化学的基本原理,大体上可分为吸收法、吸附法、催化法三种。吸收法是净化烟气中SO2的最重要的应用最广泛的方法。吸收法通常是指应用液体吸收净化烟气中的SO2,因此吸收法烟气脱硫也称为湿法或湿式烟气脱硫。
湿法烟气脱硫的优点是脱硫效率高,设备小,投资省,易操作,易控制,操作稳定,以及占地面积小。目前常见的湿法烟气脱硫有:石灰石/石膏法、氨法、钠碱法、铝法、金属氧化镁法等
含有SO2的烟气,一般都含有一定量的烟尘。目前脱硫装置一般采取脱硫除尘一体化,有的在脱硫塔下端增设旋风除尘器,有的在同一设备中既除尘又脱硫。含硫烟气中的烟尘,对喷雾干燥塔无任何影响,生成的硫酸盐干粉末和烟尘一同被袋滤器捕集,不用增设预除尘设备,是比较经济的。
湿法脱硫的副产品石膏一般采用过滤设备进行脱水,脱水后的是高可作为建材或化工原料。一般采用两级过滤进行脱水,第一级为水力旋流器,可浓缩至含水40%;第二级采用真空带式过滤机或离心机进行脱水,可获得含水量小于10%的石膏产品。
过滤与分离设备在电力行业的应用(二)
 
6、空压机系统中过滤净化技术的应用
应用举例十一:
空气压缩机
压缩空气是仅次于电力的第二大动力能源,又是具有多种用途的工艺气源,其在电力行业的应用十分普遍。不理想的是压缩空气中含有相当数量的杂质,主要有:固体微粒--在一个典型的大城市环境中每立方米大气中约含有1亿4千万个微粒,其中大约80%在尺寸上小于2μm,空压机吸气过滤器无力消除。此外,空压机系统内部也会不断产生磨屑、锈渣和油的碳化物,它们将加速用气设备的磨损,导致密封失效;水份--大气中相对湿度一般高达65%以上,经压缩冷凝后,即成为湿饱和空气,并夹带大量的液态水滴,它们是设备、管道和阀门锈蚀的根本原因,冬天结冰还会阻塞气动系统中的小孔通道。值得注意的是:即使是分离于净的纯饱和空气,随着温度的降低,仍会有冷凝水析岀,大约每降低10℃,其饱和含水量将下降50%,即有一半的水蒸气转化为液态水滴。所以在压缩空气系统中采用多级分离过滤装置或将压缩空气预处理成具有一定相对湿度的于燥气是很必要的;油份--高速、高温运转的空压机采用润滑油可起到润滑、密封及冷却作用,但污染了压缩空气。采用自润滑材料发展的少油机、半无油机和全无油机虽然降低了压缩空气中的含油量,但也随之产生了易损件寿命降低,机器内部和管路系统锈蚀以及空压机在磨合期、磨损期及减荷期含油量上升等副作用。这对于追求高可靠性的自动化生产线无疑是一种威胁。此外还应强调指岀:从空压机带到系统中的油在任何情况下都没有好处。因为经过多次高温氧化和冷凝乳化,油的性能已大幅度降低,且呈酸性,对后续设备不仅起不到润滑作用,反而会破坏正常润滑。
综上所述,压缩空气中的污染物若得不到有效清除,其危害是很大的,主要体现在:一、用气设备的性能、寿命下降;二、造成净化系统失效;三、由于气动元件的失效造成的停工、维修等间接损失,其代价往往为直接损失的上百、上千倍。
随着科学技术的进步和工业现代化的发展,特别是高技术产业的兴起,压缩空气(气体)的污染及其净化技术引起了各国用气部门和制造商的重视。具有除油、除水、除尘、除气味的各种净化装置不断被开发,市场需求奔与日俱增。压缩空气净化技术的发展不仅为新兴的高技术产业和传统工业改造提供洁净、可靠的气源,而且自身也从高新技术的发展中受益匪浅。
对空压机系统一般采用以下措施来消除污染造成的危害:
⑴在空压机进风口安装进气过滤器,控制进气质量。
⑵空压机内部安装润滑油过滤器,减少运动部件的磨损。
⑶空压机内设置油气分离过滤器,将压缩空气中夹带的润滑油分离下来。
⑷空压机出风口设置吸附式干燥器或冷冻干燥器,分离空气中的水分。
⑸空压机出风口设置精密过滤器,去处气体中含有的颗粒杂质,对0。1μm粒子,效率为99。99%。
⑹空压机出风口设置除油过滤器,去除气体含有剩余油分,净化气含油量0。01~1mg/m3。
过滤与分离设备在电力行业的应用(二)
 
7过滤在火电厂粉煤灰废水处理中的应用
应用举例十二:
粉煤灰废水处理
火力发电厂属用水大户,每百万千瓦的平均耗水量达到1.5~1.64m3/s。火电厂的废水主要包括三个方面,即工业废水、灰水和生活废水。其中灰水是火电厂排水中较为严重的污染源。
电厂灰水是指湿式除尘法淋洗产生的废水。灰水中超出排放标准的主要指标为PH值、悬浮物和氟浓度等,个别电厂还含有重金属,如砷等。灰水中的污染物种类及含量受煤种、燃烧方式和除尘方式的影响较大。
灰水的处理有开式和闭路循环两种系统。
开式处理是较早采用的一种灰水处理方法。即找一块面积很大的地方作为储灰场,筑坝拦蓄灰水,使粉煤灰自然沉降,水分一部分蒸发,一部分渗于地下。开式处理的缺点是占地面积大,对环境污染严重,回水难以回收。
灰水的闭路循环系统可以较好地解决灰水对环境的污染问题,特别适合于缺水地区,其灰水能够回收利用。工艺流程为灰水在浓缩池中浓缩,其上部溢流水进入澄清池内,加药混凝、沉淀、澄清,经过滤后清水流入回收池重复使用。灰水的过滤一般采用真空过滤机进行过滤。
 
8、过滤在电厂制备除盐水中的应用
应用举例十三:
除盐水
热力发电厂水汽循环系统中对作为热力系统工作介质及冷却介质的水有严格的水质要求,如高压锅炉给水(去盐水)不仅要求硬度低,溶氧量极微、固体含量和有机物含量也极微,没有达到给水标准的水将会使发电厂设备无法安全经济的运行,为此已制定了火电厂各种用水的质量指标。
电厂补给水常来源于地表水、地下水、沿海及缺淡水的地区还常以海水为补给水源,这些水都必须经沉淀、过滤、脱盐、脱气等处理后才能进入电厂的水循环系统。
电厂补给水典型处理工艺流程为:预处理(MF) - 超滤(UF)- 反渗透(RO)-电去离子(EDI) - 离子交换除盐
在膜处理系统中,用做前处理的超滤一般使用直径1mm的中空纤维,以脱除原水中的悬浮物及胶体,UF用作前处理的最大问题是膜污染及膜孔堵塞,为此常在前面设置预过滤器,以去除大粒径悬浮物,在预过滤前加絮凝剂,如PAC(聚丙稀酸)可提高过滤水质,并降低膜阻力。对电厂锅炉补给水系统要求的溶氧量一般要求为0.3 mg/L以下,为此脱气膜应该在低于5.33Kpa(40TORR)的真空度下操作。
微滤(MF):过滤精度一般在0。1-50微米,象常见的各种PP滤芯,陶瓷滤芯等都属于微滤范畴,用于简单的粗过滤,过滤水中的泥沙、铁锈等大颗粒杂质,不能去除水中。的细菌、病毒、有机物、重金属离子等有害物质。通常不能清洗,为一次性过滤材料,需要经常更换。
超滤(UF):超滤是一种以筛分为分离原理,以压力为推动力的膜分离过程,过滤精度在0。005-0。01μm范围内, 可有效去除水中的微粒、胶体、细菌及高分子有机物质。可广泛应用于物质的分离、浓缩、提纯。超滤过程无相转化,常温操作,对热敏性物质的分离尤为适宜,并具有良好的耐温、耐酸碱和耐氧化性能,能在60℃ 以下,pH为2-11的条件下长期连续使用。中空纤维超滤膜是超滤技术中最为成熟与先进的一种形式。中空纤维外径0。5-2。0mm,内径0。3-1。4mm,中空纤维管壁上布满微孔,孔径以能截留物质的分子量表达,截留分子量可达几千至几十万。原水在中空纤维外侧或内腔加压流动,分别构成外压式与内压式。超滤是动态过滤过程,被截留物质可随浓缩小排除,不致堵塞膜表面,可长期连续运行。

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