Золоуловители

Для обеспечения жизнедеятельности человека в холодное время года, во многих населенных пунктах страны используются твердотопливные котельные и обычные бытовые печи. Если в бытовой печи для очистки дыма применяется только естественное осаждение несгоревших остатков в зольнике и дымовой трубе, то для крупных объектов этого мало. На крупных ТЭЦ, ТЭС или котельных, для отделения примесей от дыма, применяются различные очистители, в том числе, золоуловители.

Отличия между пеплом, золой, сажей и копотью

Пепел, зола, сажа, копоть — это продукты сгорания каменного угля или других видов топлива. Чтобы понять, чем они отличаются, нужно просто знать насколько полно сгорает уголь при их образовании.

• Пепел — это продукт полностью сгоревшего угля, в котором не осталось, сколько нибудь значимого процента топлива. Пепел имеет характерный бело-серый цвет (в зависимости от сорта угля) и является одним из конечных продуктов распада угля при его быстром окислении (сгорании).
• Зола — это остатки несгоревшего угля и частиц породы, смешанные с пеплом. Это продукт почти полного сгорания, способный улетучиваться вместе с дымом, и оседающий в топках и зольниках.
• Сажа — это относительно крупные частицы несгоревшего угля, состоящие из легких летучих фракций, способные оседать на ближайших поверхностях после своего остывания.
• Копоть — это мелкие фракции несгоревшего угля, похожие на сажу, но способные оседать на поверхностях в неостывшем состоянии.

Все перечисленные продукты относятся к вредным для человека и загрязняющим окружающую среду, факторам.

Воздействие золы на окружающую среду, человека и машины

После сжигания угля на крупных тепловых станциях или в больших котельных образуется большое количество золы. Утилизируют зольные отходы тремя способами:

1. захоронение в прудах-отстойниках;
2. складирование на сухих свалках;
3. вторичная переработка.

Основной вид вторичной переработки золы — использование её для производства удобрений. Железо, кобальт, хром, марганец — все эти тяжелые металлы необходимы растениям для уверенного роста. При этом, повышение содержание всех этих металлов приводит к отравлению растений. Человек, употребляющий в пищу такие растения, тоже получает дозы отравления.

Из жидких отстойников вредные вещества (токсины), в большом количестве содержащиеся в золе, могут проникать в почву через стенки и дно водоема. При складировании в сухих свалках, ветер выдувает легкие фракции золы, разнося их по всей ближайшей округе. Дожди, вымывающие из сваленных зольных отходов токсичные вещества, разносят их по округе вместе с водой.

Пример бытового воздействия: попадая на лакокрасочное покрытие салонов автомобилей, зола и ее токсичные фракции, разрушают его, делая хрупким, нестойким и потерявшим блеск. Попав в воздушные фильтры, они забивают всевозможные ходы и каналы, лишая двигатель поступающего воздуха.

Назначение золоуловителя и сферы применения

Конструкции предназначенные для очищения дыма от зольных остатков называются золоуловителями. Всё оборудование подобного типа разделяют по способу очистки:

• сухого улавливания;
• очистка «мокрым» способом;
• очистители ионизирующие (электрические).

Применяются золоуловители в тех областях народного хозяйства, где массово применяется сжигание каменного угля и углеводородов. Это ТЭС, ТЭЦ, заводы по производству удобрений, боеприпасов, азотной кислоты, а так же котельные.

Оборудование для золоулавливания — принципы работы

Для всех способов отделения золы от дыма создано большое количество соответствующего оборудования. Оно отличается друг от друга способами разделения, но методика работы у всех одинакова — частички дыма проходят через очистительные объемы, где зола отделяется от воздуха.

Золоуловители «сухого» типа

«Сухие» очистители, в основном, пропускают дым через различные препятствия — фильтрующие элементы. Частички золы и другие загрязнители оседают на очищающих поверхностях, а чистый воздух выходит в помещение или наружу. К сухим очистителям относят электрические и циклонные уловители золы, работающие по другим принципам очищения.

В циклонных очистителях сухого типа, дым закачивают во входной патрубок, раскручивающий его по спирали. Во вращающемся дыме возникает центробежная сила, которая прижимает его к стенкам корпуса, оставляя на них загрязнители. Новые порции закачиваемого дыма давят сверху и заставляют уже прошедший очищение газ, выходить наружу. Приставшие к стенкам, но уже не удерживаемые воздухом, элементы золы, начинают ссыпаться в бункер накопителя.

Рукавные фильтры

Наиболее распространенный тип сухих золоудалителей, применяющийся во многих отраслях народного хозяйства. Представляет собой стальной или пластиковый корпус, внутри которого, на сетчатых каркасах, размещены фильтрующие рукава. Это мягкие, тканевые трубы, сшитые в виде цилиндров, прямоугольников или конусов.

Принцип работы рукавного фильтра прост: дым, попадая внутрь корпуса фильтра, проходит сквозь рукава, оставляет загрязнения на их наружной поверхности. Проникнув внутрь рукавов уже в чистом виде, он через выходное отверстие, выходит наружу.

С течением времени, постоянно находясь в работе, рукава фильтра загрязняются и начинают плохо пропускать дым. Тогда производят очистку самих рукавов, с помощью спецоборудования встряхивая их. Может применяться механическая очистка путем обратной продувки или другие, предусмотренные разработчиками способы.

Крупные частицы загрязнений, удаленные специальной сеткой или жалюзийным фильтром, еще перед попаданием дыма в рукава, а также загрязнения, очищенные с них, осыпаются в нижнюю часть корпуса, в накопительный бункер.

Жалюзийные фильтры

Фильтры такого типа используются в качестве ступеней грубой очистки и используются в комплекте с рукавными или аналогичными очистителями. Представляют собой две решетки, установленные друг за другом таким образом, что просветы одной находится напротив стержней другой (в шахматном порядке). Выполняются из уголков с равными полками или других лопастных конструкций.

Работают следующим образом: дым или грязная газовая среда, даже в горячем состоянии, продувается через проход, перекрытый жалюзийным фильтром. Крупные элементы, ударившись в стержни решетки, гасят скорость, и осыпаются в накопительный бункер. Те частицы, которые «проникли» через первую решетку, обязательно удержатся на второй. Более мелкие частицы, а также те крупные, которые сумели «проникнуть» сквозь жалюзийный фильтр, очищаются в установленных далее, более «тонких» очистителях.
Кроме очистки от крупных загрязнителей, жалюзийные фильтры выполняют функцию охладителей дыма.

Электрические золоуловители

В очистительных системах такого вида реализован принцип взаимного притяжения отрицательно и положительно заряженных электрических элементов.

Очиститель выполнен в виде корпуса, содержащего продольные каналы, состоящие из осадительных электродов. Через расчетное расстояние, над ними устанавливают коронирующие электроды. Перед прокачкой дыма, на коронирующие элементы подается высокое напряжение, и дым, проходя сквозь них, получает ионизацию с минусом. В это же время, на осадительных электродах появляется напряжение с плюсовым зарядом. Отрицательно заряженные частицы загрязнителя притягиваются к положительно заряженным осадительным электродам и остаются на них. По мере накопление загрязнений, их удаляют встряхиванием, смывом или другим расчетным способом.

Пылеосадительные камеры

Простейший вид очистительных сооружений — выглядит как прямоугольный металлический или пластиковый короб, пустотелый или с полками внутри. Их располагают горизонтально, с возможностью поворота вдоль оси, или под наклоном. Это нюансы нужны для облегчения удаления осевшей пыли.

Схема работы проста и минимальна — дым просто прокачивают сквозь короб на очень медленной скорости. Заполнив короб, и максимально притормозив, наиболее крупные и тяжелые частицы, теряют ускорение и, под собственным весом оседают на полках пылеосадительной камеры. Если полки установлены под наклоном, то оседающая на них пыль, по мере накопления, съезжает в бункер.

Камеры, оснащенные поворачивающимися полками, снабжают специальным приводом и блоком электроники, который в определенный период времени включает привод, автоматически поворачивая полки, стряхивая пыль в бункер.

Мокрого типа

Уловители такого типа работают по принципу прилипания сухих частиц прокачиваемого дыма к смоченным внутренним поверхностям очистителя. Доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях мокрого типа, доходит до 92-96%. Как и сухие очистители, приборы мокрого типа имеют несколько известных вариантов.

Скрубберы

По конструктиву и заложенных методиках очистки дыма, такие золоуловители разделяют на:

• насадочные;
• полые;
• тарельчатые;
• барботажные.

В первых трех типах устройств из списка, для налипания загрязняющих частиц используются внутренние поверхности самих устройств. Различные варианты «внутренностей» этих уловителей смачивают водой или специальными жидкостями, затем прокачивают сквозь них дым. После выхода очищенного газа в атмосферу, прилипшие загрязнения смываются водой и очиститель снова готов к работе. В обычных условиях, удаление налипших частиц происходит без остановки прокачки дыма.

В скрубберах барботажного типа, вода подается на распылительные форсунки, которые «выстреливают» водно-воздушную дисперсию навстречу прокачиваемому дыму. Небольшие капли воды, «помогают» большим частицам слипаться в более крупные фрагменты, оседающие в нижней части скруббера, откуда они потом удаляются.

Циклонные установки

В очистителях этого типа, по аналогии с «сухими» циклонами, дым раскучивается по спирали и центробежная сила прижимает дымовой поток не к сухим стенкам циклона, а к смоченным водой. В момент, когда налипшей массы становится слишком много, она, под собственным весом, стекает в бункер или шламоотводчик. Золоуловитель циклон мокрого типа относится к центробежным моделям.

Золоуловители пруткового типа

Система пруткового золоуловителя построена на центробежном принципе. Отличительный конструктивный элемент такого очистителя — пучок труб или прутков, установленных на пути движения дыма. Постоянно омываемая водой, прутковая решетка как сеть, вылавливает из потока дыма, значительную долю загрязнений и занимает место первой ступени очистки. Уловитель золы такого типа используется на крупных предприятиях, для борьбы со значительными объемами золы.

Трубы Вентури

Очиститель мокрого типа с контуром Вентури содержит в своем составе две конусных части, установленных вертикально узкой частью вниз. Оба конуса связаны зауженными соединителями.

Загрязненный газ (дым), войдя в верхнюю часть трубы, переходит в её нижнюю часть, пройдя сквозь поток воды в зауженном месте. Большая скорость, придаваемая потоку воды, разделяет её на очень мелкие капли, к которым прилипают частицы загрязнителя. Полученная субстанция называется «шлам», оседает в нижней части и вывозится на полигон отходов или переработку.

Особенности монтажа

При проектировании золоулавливающих установок, необходимо учесть производственные факторы, прямо влияющие на выбор оборудования:

• допустимая температура дымового потока;
• возможность выноса золоуловителя за пределы котельной;
• потребность в создании площадок техобслуживания;
• наличие расположенного поблизости, достаточного количества воды, в случае выбора «мокрого» оборудования;
• логистику вывоза шламов или других отходов;
• возможность вторичной переработки золы;
• распределение новых нагрузок.

Учитывается не только тип или производительность очистительного оборудования, но и его внедрение в конструктивное решение оборудования котельной. Золоуловитель лучше устанавливать перед дымососом, тогда очиститель «не пропустит» к дымососу загрязнители, способные повредить его. При применении системы очищения с двумя уровнями, дымосос лучше установить между золоуловителей.

Возможные неисправности и способы их устранения

Приведем список неисправностей циклонного золоуловителя сухого типа.

1. Уменьшение степени очистки. Может произойти в результате подсоса воздуха снаружи, переполнения бункера золой или низкого сопротивления очистителя. Устраняется путем затыкания подсоса, очистки бункера и регулировки шибером сопротивления на требуемый режим работы.
2. Повышение аэродинамического сопротивления. Происходит в результате увеличения количества холодного дыма, идущего на очистку. Устраняется путем нахождения и затыкания мест подсоса воздуха из атмосферы по пути до очистителя.

Неисправности других типов золоудалителей будут не сильно различаться в зависимости от типов, но к каждому типу оборудования нужен индивидуальный подход.