Золоулавливание и шлакозолоудаление


Дымовые газы содержат два основных загрязняющих их компонента — летучую золу (при сжигании твердого топлива) и сернистый ангидрид.

Для очистки дымовых газов от летучей золы применяют золоуловители.

По принципу действия различают золоуловители: механические инерционные сухие, в которых для очистки газов используют действие сил инерции на твердые частицы, находящиеся в газах; механические инерционные мокрые, в которых с целью улучшения очистки к действию сил инерции добавляют улавливающее действие водяной пленки; электростатические, в которых для улавливания твердых частиц используют действие электростатических сил.

Основой подавляющего большинства механических инерционных золоуловителей является циклон. Циклон отличается той принципиальной особенностью, что он улавливает пыль тем более полно, чем меньше его диаметр. Поэтому механические сухие инерционные золоуловители с целью улучшения очистки газов выполняют в виде батарей или блоков циклонов небольшого диаметра.

Батарейный циклон в настоящее время является наиболее распространенным типом золоуловителя в котельных установках малой и средней мощности. Этот аппарат (рис. 1) состоит из корпуса 1, который двумя горизонтальными перегородками 2 разделен на три камеры. Запыленные дымовые газы входят в среднюю камеру 7 через входное окно 3 и проходят в батареи 6 циклонов небольшого диаметра (150, 250 или 300 мм), в которых струи этих газов закручиваются спиралями или розетками. В результате зола, содержащаяся в газах, относится к стенкам циклона и, выделившись из потока, ссыпается через отверстия 10 в нижнюю камеру циклона 4, а затем через патрубок 5 удаляется из золоуловителя. Очищенные дымовые газы через внутренние трубы циклонов 8 проходят в верхнюю камеру циклона 9 и далее через выходные патрубки уходят из циклона. Циклонные элементы изготовляют из чугуна. Золоуловитель разделен на две секции 11 и 12. Приуменьшении нагрузки на котел одна из них отключается шиберам 13, с тем чтобы сохранить в норме скорость газов в золоуловителе, гак как с ее уменьшением уменьшается степень очистки газов. В батарейном циклоне улавливается 75 — 85 % поступившей в него золы. Недостатком батарейных циклонов является их высокое сопротивление, составляющее 50—90 кг/м², что приводит к значительному повышению сопротивления газового тракта и соответствующему увеличению расхода электроэнергии на тягу.

Батарейный циклон

Рис. 1. Батарейный циклон

Блоки циклонов устанавливают к котельным агрегатам паропроизводительностью 2,5—20 т/ч. Запыленные газы, поступившие в блок, распределяются из короба по четырем — восьми параллельно включенным циклонам диаметром 400—800 мм. Уловленная в циклонах зола накапливается в золовом бункере, откуда она периодически удаляется. Очищенные газы через сборный короб удаляются из блока. Степень очистки составляет 70—80 %, уменьшаясь с увеличением диаметра циклонов. Сопротивление блока составляет 35—50 кГ/м².

Механические инерционные мокрые золоуловители (рис. 2) выполняют в виде скрубберов — вертикальных цилиндров большого диаметра и большой высоты. Запыленные газы вводятся в нижнюю часть цилиндра через входной патрубок 1 тангенциально. В верхней части скруббера размещается оросительная система 3, которая создает на его внутренних стенках пленку стекающей воды. Частицы пыли, достигшие стенок циклопа под действием центробежной силы, созданной тангенциальным вводом газов, смачиваются водой и смываются в донную воронку скруббера, откуда они удаляются вместе с водой.

инерционный мокропрутковый золоуловитель

Рис. 2. Инерционный мокропрутковый золоуловитель

Скрубберы более простого типа, устанавливаемые к котельным агрегатам малой и средней паропроизводительности, выполняют диаметром 0,5— 1,6 и высотой 4—10 м, причем на котел можно поставить два, три и более параллельно включенных аппарата. Размеры и число устанавливаемых скрубберов выбирают из расчета, чтобы скорость подъема газов в их поперечном сечении не превышала 5 м/сек, а скорость движения газов во входном патрубке составляла приблизительно 20 м/сек. К крупным котельным агрегатам устанавливают скрубберы больших размеров диаметром 2,3— 3,3 и высотой 8—11 м, во входном патрубке которых для улучшения очистки газов размещают решетку 2 из горизонтально расположенных металлических прутьев, омываемых водой (так называемые мокропрутковые скрубберы). На котельный агрегат устанавливают параллельно несколько таких скрубберов, причем размеры и число их определяют, исходя из того, чтобы скорость подъема газов в скруббере не превышала 4,5 м/сек, скорость движения газов во входном патрубке составляла приблизительно 12 м/сек, а в живом сечении между прутками приблизительно 25 м/сек.

Сопротивление скрубберов невелико. Степень очистки газов в них доходит до 85—90 %. Расход воды на создание пленки составляет приблизительно 0,1—0,25 м³ на 1 000 м³ очищаемого газа, уменьшаясь с повышением пропускной способности скруббера. Скрубберы не рекомендуют ставить в тех случаях, когда температура дымовых газов ниже 130 °С, когда жесткость воды превышает 20 мг-экв/кг и когда в золе топлива содержится более 20 % свободной извести. При сжигании топлива с приведенным содержанием серы выше 1,2 % × кг/1 000 ккал следует предусматривать нейтрализацию золоводяной пульпы.

Электрические фильтры устанавливают к котельным агрегатам средней и большой паропроизводительности. Работа электрофильтров основана на свойствах заряженных электрическим зарядом твердых тел притягиваться к полюсу обратного знака. Отечественная промышленность выпускает пластинчатые электрофильтры двух различных типов: с горизонтальным и вертикальным потоком газов. Применяют преимущественно электрофильтры с горизонтальным потоком газов. Вертикальные электрофильтры устанавливают при недостатке места.

Электрофильтр (рис. 3) состоит из камер, в которых размещены осадительные 3 и коронирующие (излучающие) 2 электроды. Осадительные электроды присоединены к положительному, а коронирующие — к отрицательному полюсу источника питания (питание электрофильтра производится выпрямленным током высокого напряжения). Для удаления осевшей золы электроды автоматически встряхивают ударами особых устройств (молотков) 4. Дымовые газы, подлежащие очистке от взвешенных частиц золы, проходят через щелевые каналы, образуемые пластинами 2 и 3, в горизонтальном направлении или снизу вверх. Опавшая зола собирается в бункерах 5, откуда она попадает в систему золоудаления. Коронирующие электроды выполняют из стальной проволоки квадратного сечения, а осадительные набирают из отдельных пластин коробчатого сечения. Для более равномерного распределения очищаемых газов по каналам, что важно для хорошей очистки их, устанавливают особую газораспределительную решетку 1.

схема электрофильтра

Рис. 3. Схема электрофильтра

Разность потенциалов, необходимая для создания достаточного электростатического поля, составляет 50—70 кв. Для получения выпрямленного тока столь высокого напряжения служит специальная выпрямляющая установка.

Электрофильтры дают высокую степень очистки, составляющую 90—95 %, причем степень очистки в электрофильтрах с горизонтальным движением газов на 2-4 % выше, чем в электрофильтрах с восходящим потоком газов. Малая скорость движения газов в электрофильтре, не превышающая 2—3 м/сек, приводит к тому, что аэродинамическое сопротивление электрофильтров невелико: 10—20 кГ/м². Расход электроэнергии на выпрямитель невелик, не превышая 0,25 квт·ч на 1 т пара, производимого котлом. Недостатками электрофильтров являются их высокие вес и стоимость из-за большого расхода металла и сложности оборудования, а также большие габариты из-за необходимости ограничивать скорость газов, проходящих через фильтр.

Если требуется особо тщательная очистка дымовых газов от золы, устанавливают комбинированные золоуловители. Первичная, грубая очистка газов происходит в батарейном циклоне, а окончательная, тонкая — в электрофильтре. Степень очистки в такой установке может составить 98—99 %.

Устанавливают золоуловители на открытом воздухе.

Значительный вред приносит человеку, животному и растительному миру содержащийся в дымовых газах сернистый ангидрид. Очистка дымовых газов от SO2 до настоящего времени не получила удовлетворительного технического и экономического разрешения. Единственным средством уменьшения причиняемого им ущерба является увеличение высоты дымовых труб для отвода дымовых газов в более высокие слои атмосферы.

Удаление из котельной уловленной летучей золы производится разными способами. В небольших котельных летучую золу после смачивания во избежание пыления при спуске и транспорте ссыпают в самосвалы и отвозят в отвал. Удаление шлака в таких котельных при слоевом сжигании топлива чаще всего осуществляют скреперами (рис. 4). Под топками котлов 1 вдоль всей котельной делают шлаковую канаву 2, в которую ссыпается шлак из шлаковых бункеров котлов. Отсюда шлак скрепером 3 выдается в сборный шлаковый бункер 7, из которого он через шибер 6 ссыпается в самосвал для удаления в отвал. Скрепер приводится в движение лебедкой 5 через систему канатов 4. Недостатком описанной системы является ее громоздкость. Кроме того, когда канава сухая, спуск шлака сопровождается сильным пылением. Когда же канаву заполняют водой, тяговые канаты скрепера быстро изнашиваются.

Схема скреперного шлакоудаления

Рис. 4. Схема скреперного шлакоудаления для котельной небольшой мощности

В крупных котельных обычно используют общую для удаления летучей золы и шлака гидравлическую систему шлакозолоудаления. Наиболее распространенной является система с багерными насосами, применяемая в котельных с сжиганием пылевидного топлива (рис. 5). Вдоль всей котельной под шлакосмывными шахтами, зольными воронками и золоуловителями устраивают смывные каналы 2 с довольно большим уклоном, по которым самотеком протекает вода, подаваемая насосом 1. В эти каналы через золосмывные аппараты 10 подаются летучая зола из сборных бункеров золоуловителей 11 и бункеров летучей золы котлоагрегата 9, а также гранулированный шлак из шлакосмывных шахт 8. Поток воды, идущей в каналах 2, смывает спущенные золу и шлак к багерной насосной. Чтобы избежать оседания золы и шлака в каналах, в местах, где опасность оседания велика, устанавливают побудительные водяные сопла 3, также питаемые от насоса 1.

Схема гидрозолоудаления

Рис. 5. Схема гидрозолоудаления для котельной средней мощности

В багерной насосной гидрозолошлаковая смесь проходит металлоуловитель 4 и неподвижный грохот 7. Крупные куски шлака, не прошедшие через грохот, поступают в дробилку 5. откуда образовавшаяся пульпа перекачивается багерным насосом 6 в золоотвал.

Кроме гидравлических систем шлакозолоудаления, применяют также системы пневматического шлакозолоудаления, в которых транспортирующим агентом является не вода, а воздух.