Поток продуктов сгорания, движущихся по газоходам котельного агрегата, несет с собой твердые частицы летучей золы и несгоревшего топлива. Зола, выходя из дымовых труб, загрязняет атмосферу и прилегающую территорию. При сжигании твердого топлива в слое дымовые газы выносят в среднем около 15 % золы, содержащейся в топливе, при камерном способе сжигания и сухом удалении шлака унос золы достигает 85 - 95 %, и только малая часть золы топлива осаждается в топке и в газоходах в виде шлака и летучей золы.
Содержащаяся в дымовых газах котлов летучая зола, мельчайшие частицы несгоревшего топлива, окислы азота и сернистые газы оказывают вредное влияние на организм человека, животных и на растительный мир. В связи с этим котельные, предназначенные для работы на твердом топливе, должны быть оборудованы установками для очистки дымовых газов от золы в случаях, когда N=ApB>500, где Ap - содержание золы в рабочей массе топлива, (%; В - максимальный часовой расчетный расход топлива, кг).
Современные способы очистки дымовых газов от твердых частиц, применяющиеся в котельных, можно разбить на следующие основные группы:
Выбор типа золоуловителей производится в зависимости от объема очищаемых газов, дисперсного состава и физических свойств золы и требуемой степени очистки газов (концентрация золы на поверхности земли должна быть ниже предельно допустимой по санитарным нормам до 0,5 мг/м3).
В качестве золоулавливающих устройств котельных установок рекомендуется принимать:
Мокрые золоуловители с низконапорными трубами "Вентури" могут применяться при наличии системы гидрозолошлакоудаления и устройств, исключающих сброс в водоемы вредных веществ, содержащихся в золошлаковой пульпе.
При выборе типа золоуловителя степень очистки газов для котельных можно ориентировочно принимать согласно таблице.
Расчетные коэффициенты золоулавливающих устройств:
| Золоулавливающие устройства | Коэффициент очистки, % | |
| при слоевом сжигании топлива | при камерном сжигании топлива | |
| Циклоны и блоки циклонов | 85-90 | 70-80 |
| Батарейные циклоны | 85—92 | 80-85 |
| Одноступенчатая очистка в электрофильтрах | - | 90-95 |
| Двухступенчатая очистка в электрофильтрах | - | 96-99 |
| Мокрые золоуловители с низконапорными трубами "Вентури" | - | 93-95 |
| Мокрые золоуловители типа МП-ВТИ | - | 87-92 |
Золоуловители устанавливаются на всасывающей стороне дымососов. При работе котлов только на твердом топливе индивидуальные золоуловители не должны иметь обводных газоходов.
Золоуловители могут быть установлены в здании котельной или за его пределами.
Во избежание значительного выпадения золы скорость газов в газоходах до золоуловителя должна приниматься не менее 12 - 15 м/с.
Для сухой очистки дымовых газов на котлах небольшой производительности применяются циклоны НИИОГАЗ. Принцип действия золоуловителя основан на закручивании тангенциальным коробом 2 (улиткой) входящего запыленного потока дымовых газов с последующим изменением направления их движения.
Под действием центробежной силы более тяжелые частицы золы отжимаются к стенам золоуловителя 1 и по ним скользят вниз в емкость 3. Очищенные газы по центрально - расположенному патрубку 5 выходят в отводящий короб. Удаление золы из емкости 3 в канал или другое устройство 4 осуществляется через специальную течку и мигалку.
Достоинствами золоуловителей являются их невысокая стоимость и простота конструкции. К недостаткам золоуловителей следует отнести их высокое аэродинамическое сопротивление (50 - 80 кгс/мг) и большие размеры по высоте (4 - 5 м).
Рекомендуются к применению блоки золоуловителей типа ЦН-15 или типа Ц диаметром 400 - 800 мм. Блоки состоят из четырех, шести или восьми циклонов. Золоуловители имеют диаметры 400, 500, 650, 750 и 800 мм и выполнены с улиточным отводом газов. Отвод очищенного газа в циклонах может осуществляться также с помощью колена, с помощью общего сборника для группы циклонов или через выхлопную трубу в атмосферу.
Исследования НПО ЦКТИ показали, что установка раскручивающей розетки на выходе газов из циклона значительно уменьшает его аэродинамическое сопротивление.
Допустимая запыленность газа слабослипающейся золой перед золоуловителем зависит от диаметра циклона и принимается для циклонов диаметром: Dц 400 мм - 200; Dц 600 мм - 300; Dц 800 мм - 400 г/м3. Батарейные циклоны типа БЦ применяются в основном для котельных средней и малой производительности.
Конструкция батарейного циклона (1 - патрубок входной; 2 - камера распределительная; 3 - корпус элемента циклона; 4 - труба выхлопная; 5 - аппарат направляющий; 6 - отверстие корпуса; 7 - бункер сборный; 8 - камера очищенного газа; 9 - решетка опорная; 10 - пояс опорный):
Число батарей и отдельных циклонов в них для данного котельного агрегата определяется входной скоростью, которую рекомендуется принимать в пределах 20 - 25 м/с. Аэродинамическое сопротивление батарейных циклонов высокое – 80 - 90 кгс/м2.
Для улавливания летучей золы дымовых газов от котлов большей производительности применяются, как правило, мокрые золоуловители - центробежные скрубберы и прутковые золоуловители. Наиболее совершенным аппаратом этого типа является мокрый золоуловитель с прутковой решеткой.
Прутковый золоуловитель типа МП-ВТИ (1 - корпус; 2 - патрубок входной; 3 - форсунки оросительные прутковой решетки; 4 - решетка прутковая; 5 - гидрозатвор):
Аэродинамическое сопротивление по газу принимается ориентировочно 80-100 кгс/м2. Мокрые прутковые золоуловители могут устанавливаться в закрытых помещениях, а также на открытом воздухе, если расчетная температура наружного воздуха не ниже -30 °С.
В крупных котельных иногда применяется высокоэффективный пылеулавливающий аппарат - скоростной газопромыватель (1 - труба-распылитель; 2 - форсунка; 3 - циклон-каплеуловитель). Скоростной газопромыватель состоит из орошаемой водой трубы-распылителя, трубы Вентури циклона-каплеуловителя (скруббера).
Мокрые золоуловители, основанные на принципе скоростных газопромывателей, для работы с пылеугольными котлами разработаны Уральским отделением ОРГРЭС, и им присвоено наименование МВ-УОРГРЭС. Золоуловители этого типа являются высокоэффективными аппаратами.
Улавливание золы осуществляется в скруббере, куда поступает поток газов из коагулятора. Эффективность золоулавливания обусловливается коагулирующими свойствами трубы Вентури, т. е. укрупнением золовых частиц в потоке газов, проходящих через интенсивно смачиваемую горловину трубы Вентури с большой скоростью (60-80 м/с).
Согласно междуведомственным испытаниям их КПД составляет 96-97 %, сопротивление – 100-130 кгс/м2.
Для улавливания золы в крупных котельных с камерным сжиганием твердого топлива применяется очистка дымовых газов в электрофильтрах.
Очистка дымовых газов в электрофильтрах происходит за счет воздействия на частицы золы электрического поля высокого напряжения (до 100 000 В) при протекании газов в каналах между коронирующими (отрицательными) и осадительными (положительными) электродами. В результате ионизации газов частицы золы получают отрицательный заряд и увлекаются осадительными электродам, с которых сбрасываются в бункера под фильтром.
Для обеспечения хорошей (98-99 %) очистки дымовых газов в электрофильтре их скорость должна составлять 1-2 м/с, температура на входе не должна превышать 120-150°С. Низкие скорости и температуры дымовых газов предопределяют большие габариты и массу электрофильтров при малом газовом сопротивлении - от 15 до 50 кгс/м2.
В случаях, когда по санитарно-гигиеническим условиям требуется высокая степень очистки дымовых газов, применяются комбинированные золоуловители.
Очистка осуществляется последовательно в различных аппаратах. Наиболее характерной схемой комбинированного золоуловителя является сочетание батарейный циклон - электрофильтр. При такой схеме степень очистки газов достигает 97-99 %.