ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ЦИКЛОНОВ

На сегодняшний день на территории РФ значительное количество котельных и ТЭС используют в качестве топлива уголь. Запасы твердого топлива значительно превосходят запасы жидкого и газообразного, в связи с чем его потребление только растет.

Однако, сжигание твердого топлива является не только основным источником энергии, но и важнейшим поставщиком в среду загрязняющих веществ. Тепловые станции и котельные в наибольшей степени ответственны за усиливающийся парниковый эффект и выпадение кислотных осадков. Они вместе с транспортом поставляют в атмосферу основную долю техногенного углерода, двуокиси серы, окислов азота и пыли. Имеются данные, что тепловые электростанции в 2–4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС такой же мощности. Можно считать, что тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы среды, а также на человека, другие организмы и их сообщества.

Все котельные и тепловые станции используют горючие ископаемые топлива, которые являются не возобновляемыми. Таким образом, в рыночных условиях ужесточаются требования к экономичности котельных и станций. Вводятся новые законы по энергосбережению, происходит удорожание сжигаемого топлива. Чтобы остаться конкурентоспособными на рынке производства тепловой энергии, нужно заниматься усовершенствованием оборудования тепловых станций и котельных, повышать его эффективность.

Циклонные пылеуловители широко применяются на предприятиях для очистки воздуха от пыли. Они являются наиболее распространенными устройствами для этой цели, используются в различных отраслях промышленности, таких как металлургия, химия, нефтегазовая и деревообрабатывающая промышленность, производство строительных материалов, энергетика и другие. Циклоны обеспечивают эффективную очистку газов от частиц пыли размером более 10 мкм, имеют низкие капитальные затраты и эксплуатационные расходы. Они являются надежными устройствами, так как не содержат сложного механического оборудования, а процесс очистки осуществляется за счет центробежной силы.

Преимущества использования циклонов для очистки дымовых газов заключаются в их надежности, простоте в обслуживании, высокой производительности и возможности работы при высоких температурах. Они не имеют движущихся частей, что делает их надежными при любых условиях эксплуатации и обеспечивает возможность улавливания абразивных материалов. Кроме того, циклоны легки в изготовлении и обладают почти постоянным гидравлическим сопротивлением. Правильно спроектированные циклоны могут эффективно работать в течение многих лет, обеспечивая высокую степень очистки дымовых газов.

Безусловно, все большее внимание уделяется решению экологических проблем включая очистку воздушного бассейна от промышленной пыли. Один из самых простых методов для успешной очистки выбросов газов промышленных предприятий - использование циклонов, которые представляют собой инерционные пылеуловители.

Циклоны составляют основную часть пылеуловителей, превышая 90% общего количества и улавливают более 80% пыли. За долгие годы было разработано множество типов и разновидностей циклонов, включая "сухие" и "мокрые" циклоны. Существует множество типов циклонов, разработанных как в бывшем СССР, так и за рубежом. С началом 80-х годов 20-го века разработка новых конструкций замедлилась, но исследования по их улучшению продолжаются и по сей день. Проблема абразивного износа циклонов была также подробно изучена, поскольку это одна из основных причин их выхода из строя. Дальнейшие исследования направлены на увеличение эффективности и совершенствование циклонов, в связи с растущим спросом на снижение выбросов в атмосферу из-за нормирования предельно допустимых выбросов и введения оплаты за выбросы.

Существует несколько способов модификации одиночных циклонов, чтобы уменьшить выбросы пыли в атмосферу после очистки. Один из путей - добавление элементов других инерциальных устройств в конструкцию циклонов, что позволяет объединить различные процессы инерциальной сепарации. Например, вертикальный прямоточный циклон сочетает характеристики обычного циклона и прямоточного циклона. Другой пример - пылеуловитель для очистки газовых потоков от мелкодисперсной пыли, который использует сочетание противоточного и прямоточного циклонов, а также очистку газа «мокрым» способом для повышения эффективности устройства. Различные подходы, такие как включение «карманов» в корпус циклона и создание воздушной завесы на входе в патрубок очищенного газа, также направлены на повышение эффективности улавливания мелкодисперсной пыли.

Второй способ улучшить работу циклонов заключается в объединении элементов инерционных аппаратов с элементами аппаратов других типов очистки пыли, таких как электрофильтры и тканевые фильтры. Конструкция, сочетающая в себе элементы циклона и электрофильтра, была названа «электроциклон». Однако для эффективной работы электроциклона с встроенным электрофильтром необходим блок высоковольтного питания и система отряхивания коронирующих и осадительных электродов электрофильтра, что делает ее сложной для размещения внутри циклона. Загрязнение коронирующих и осадительных электродов пылью приводит к снижению эффективности электрофильтра и, следовательно, всей конструкции электроциклона. Иголки коронирующих электродов подвержены сильному абразивному износу из-за высокой скорости пылегазового потока по сравнению с обычным электрофильтром. Износ металла пропорционален скорости набегающего пылегазового потока в третьей степени. Также электрофильтр чувствителен к удельному электрическому сопротивлению пыли. Из-за этих ограничений конструкция электроциклона малоперспективна и маловероятно, что она находит широкое применение в промышленности. Тем не менее, последовательная работа циклона и электрофильтра, где циклон является первой ступенью очистки, а электрофильтр - второй, находит применение в энергетической отрасли.

Достичь удовлетворительного сочетания циклона и тканевого фильтра значительно сложнее, и до сих пор предпринимаются попытки разработать такие конструкции. Основная трудность заключается в несовместимости скоростей фильтрации этих устройств. Скорость потока в корпусе циклона в промышленных условиях превышает скорость фильтрации через ткань в сто и более раз, что делает создание такого аппарата для общепромышленных целей практически невозможным. Регенерация ткани, обычно осуществляемая импульсом сжатого воздуха, также осложняется. Для работы подобного циклон-фильтра требуется дополнительное электронное оборудование. Выходом той ситуации может стать использование сменных фильтрационных картриджей, встроенных в корпус циклона. Такие фильтры нашли применение в магистральных пневмопроводах для удаления конденсата и аэрозолей масла, но для общепромышленных целей они малоэффективны из-за низкой пылеемкости картриджей и небольших объемов очищаемого газа. Хотя применение циклонов и фильтров последовательно в одной технологической цепочке очистки газа широко распространено, однако наиболее перспективным путем совершенствования и модификации циклонов представляются их различные комбинации с элементами других типов инерционных пылеуловителей.