Zaústění rozměrných spalinovodů z kotle do elektrických odlučovačů popílku
V kotli energetického bloku se spaluje velké množství uhlí. Plynné spaliny vzniklé hořením práškového uhlí unáší drobné částečky nespálených tuhých zbytků, obecně nazývaných popeloviny neboli popílek. Nebezpečnost popílku není jen v tom, že se po vypuštění z komína usazuje na všem okolo, ale především v tom, že na mikroskopické částečky popílku mohou být vázány jiné nebezpečné látky (například těžké kovy nebo karcinogenní látky vznikající při nedokonalém spalování) a ty se dostávají do ovzduší, které dýcháme. Proto je výskyt tuhých znečišťujících látek vypouštěných ve spalinách do ovzduší důsledně kontrolován a jejich limitní množství je definováno zákonem.
Z uvedeného vyplývá, že spaliny vypouštěné z energetických bloků musí být předem dostatečně vyčištěny – tuhé složky musí být odloučeny z proudu spalin. K tomu slouží odlučovače popílku – speciální filtry nacházející se mezi kotlem a komínem.
Zaústění rozměrných spalinovodů z kotle do elektrických odlučovačů popílku
Cyklonové odlučovače separující prachové částice z proudu plynu jsou součástí mnoha technologií
Podle principu práce můžeme odlučovače rozdělit na mechanické a elektrické. Mechanické odlučovače nepotřebují k práci energii, ale jejich účinnost klesá se zmenšujícími se rozměry částic. Typickým zařízením této kategorie je cyklonový odlučovač – vertikální válcová nádoba se spodní částí ve tvaru obráceného kužele. Spaliny se velkou rychlostí přivádějí do cyklonu tangenciálně a vlivem odstředivé síly se z nich vyseparují částečky popílku, které klesnou po stěnách cyklonu do dolní výsypky. Vyčištěné spaliny se odvádí středem horní části v ose cyklonu. Účinnost cyklonových odlučovačů je uspokojivá u větších částic popílku, u menších dosahuje jen 70 až 90 %. Proto se k čištění spalin již prakticky nepoužívají. K mechanickým odlučovačům patří ještě setrvačné odlučovače a usazovací komory.
Jiným typem mechanického odlučovače je tkaninový filtr – vaky utkané ze speciálních vláken, které jsou umístěny v proudu vypouštěných spalin. Částečky popílku se v nich zachytí podobně jako prach v sáčku vysavače. Aby se podařilo odfiltrovat i nejmenší částečky popílku, musí být tkanina filtru poměrně hustá, což zvyšuje celkový aerodynamický odpor filtru i doplňkovou energii potřebnou k jeho překonání kouřovým ventilátorem.
Látkový odlučovač popílku využívá sadu tkaninových tubusů fungujících na principu vysavače jako filtry tuhých částic
Na rozdíl od domácího vysavače se tkaninové filtry po zanesení nevyhazují, ale regenerují a čistí pomocí proudu čistého vzduchu. Odlučivost tkaninového filtru závisí hlavně na kvalitě použité tkaniny a u energetických zařízení (menšího výkonu, s menším objemem spalin) se pohybuje kolem 99 %.
Elektrický odlučovač popílku (Mělník) je rozměrné zařízení, umístěné obvykle venku za zadní části kotelny
Nejpoužívanějším typem v energetice je elektrický odlučovač popílku – objemný box se soustavou vysokonapěťových elektrod, umístěný za kotlem na kouřovodu. K oddělení částic popílku z kouřových plynů využívá přitažlivé síly působící v elektrostatickém poli mezi elektricky nabitými částicemi a elektrodami. Jako první jsou do cesty spalinám v komoře odlučovače postaveny záporné tyčové elektrody, které vyzařovanými elektrony nabíjí prolétající částečky popílku. Když jsou kontaktem s ionty částečky záporně nabity, začínají na ně působit elektrostatické síly a jsou přitahovány ke kladně nabitým deskovým sběrným elektrodám. Těm odevzdají svůj náboj a zůstanou na nich opět jako neutrální částice. Po nahromadění většího množství popílku na sběrných elektrodách se tyto mechanicky oklepávají, přičemž uvolněné shluky popílku padají do spodní části odlučovače do výsypky, odkud jsou pneumaticky dopravovány k dalšímu zpracování. Výsypky svou konstrukcí zabraňují proudění plynů mimo aktivní část odlučovače. Kouřové plyny zbavené pevných částic pokračují dál do komína nebo na další čištění na odsiřovací jednotce.
Výstavba ocelové konstrukce elektroodlučovačů za kotlem Nového zdroje v Ledvicích
Na konstrukci pracovní skříně odlučovače jsou kladeny značné nároky po stránce pevnosti i těsnosti. Skříň musí nést těžké systémy elektrod, zabezpečit jejich elektrickou izolaci, odolávat korozi i vnějším povětrnostním vlivům. Systém sběrných elektrod většinou tvoří profilované plechové desky o síle 1–1,5 mm, volně zavěšené v řadách po směru toku kouřových plynů. Jejich spodní části jsou pevně spojeny profilem, který na ně přenáší rázy oklepávacích kladiv. Vysokonapěťové nabíjecí elektrody jsou většinou různě profilované dráty, napnuté v pevném trubkovém rámu. Vyrábí se z legovaných materiálů odolných proti korozi a mechanickému namáhání při oklepávání.
Schéma zapojení elektrod a směr průtoku spalin v elektrickém odlučovači popílku
Napětí mezi elektrodami elektrického odlučovače se pohybuje v řádu desítek až stovek kV. Doporučená rychlost spalin v odlučovači je kolem 1 m/s, což je asi jen desetina rychlosti spalin v kouřovodu. Pomalý průtok spalin odlučovačem je nutný, aby nedocházelo ke strhávání jemných částic proudícím plynem při oklepávání sběrných elektrod. Elektrický příkon celého zařízení středně velké elektrárny může dosáhnout až 1 MW. Vzhledem k omezeným výkonům napájecích stejnosměrných zdrojů jsou elektrické odlučovače pro velké objemy spalin často rozděleny na samostatné sekce s vlastním napájením. Odlučivost je velmi dobrá pro všechny velikosti prachových částic, vysoká účinnost je dosahována i pro velmi malé částice s průměrem pod 1 μm. V praxi se účinnost pohybuje kolem skoro neuvěřitelných 99,9 %. Dalšími výhodami elektrických odlučovačů jsou nízká tlaková ztráta filtru, nezávislost na teplotě kouřových plynů a poměrně dlouhá životnost. K nevýhodám můžeme přiřadit značné vstupní pořizovací náklady na stavbu odlučovače, velkou zastavěnou plochu a především horní hranici koncentrace tuhých částic popílku na přibližně 100 g/m3.