Градирни: для чего на заводах и электростанциях устанавливают огромные трубы
Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.
Отписаться можно в любой момент.
Возле многих крупных предприятий, заводов, атомных электростанций, других крупных объектов нередко находятся трубы огромных размеров. Многих природа ее появления, как и принцип действия, не интересует. Для других же – это обычные трубы, из которых идет дым, хоть и не понятно, откуда он берется. В реальности же дела обстоят несколько иначе.
У этих не совсем обычных труб имеется свое название – градирни / Фото: градирни.com.ua
У этих не совсем обычных труб имеется свое название – градирни. Что касается дыма, то это пар, ключевой задачей которого является отвод лишнего тепла или охлаждение конкретного объекта.
Как это работает
Во время вращения вентиляционного механизма возникает воздушный поток, который отвечает за испарение жидкости / Фото: sotsinvest.gazprom.ru
Механизм действия градирни несложный. За счет того, что с поверхности системы трубок испаряется вода, в них в середине температура снижается. Во время вращения вентиляционного механизма возникает воздушный поток. Именно он и отвечает за испарение жидкости. Пополнение последней происходит в постоянном режиме. Для этого существует ороситель. Вентилятор может вращаться с различной скоростью. Этот момент регулируется (повышается показатель теплосъема).
Что касается охлаждающей жидкости, то и скорость ее потока тоже величина контролируемая / Фото: yablor.ru
Что касается охлаждающей жидкости, то и скорость ее потока тоже величина контролируемая. Системы функционируют через специальные частотные преобразователи, соответственно, весь охлаждающий процесс находится в рамках конкретных параметров.
В зависимости от размера труб меняется диапазон мощности и рабочих температур, но принцип работы общей системы охлаждения остается прежним / Фото: steamcommunity.com
В зависимости от размера труб меняется диапазон мощности и рабочих температур, но принцип работы общей системы охлаждения остается прежним. Происходит распыление горячей воды, после чего идет обдув холодным потоком воздуха. Во время испарения основное тепло с капель забирается, а сами капли уже в охлажденном виде падают в бассейн. Для замкнутости цикла установлен каплеуловитель (над оросителем). Он из горячего воздуха собирает влагу.
Из труб идет пар либо воздух, а не дым / Фото: pravdaurfo.ru
После завершения процесса происходит возобновление цикла. Несмотря на свою простоту, процессу требуется специальная настройка с балансировкой. В связи с этим, из труб идет пар либо воздух, а не дым.
Загрязнение воздуха от дымовых труб
В свое время почти в каждом доме, на каждом предприятии и фабрике была хотя бы одна дымоходная труба или дымовая труба, извергающая поток дыма. Когда дома были рассредоточены, а фабрики небольшие, дым мог не казаться настоящей проблемой. Однако по мере роста количества населения и фабрик, эффект от всех этих дымоходов становился все более очевидным.
Дымовые трубы — это большие трубы, похожие на дымоходы, по которым дым и газы выходят из зданий. Первое использование термина «дымовая труба» появилось в 1836 году, в начале промышленной революции. Термин дымовая труба относится к той части дымохода, которая находится выше крыши.
Хотя дымовая труба — это еще одно слово для обозначения дымохода, обычно люди говорят о дымоходах в жилых домах, и о дымовых трубах, когда речь идет о дымовых трубах на коммерческих предприятиях или электростанциях.
Если ваша компания осуществляет выбросы загрязняющих веществ через дымовые трубы, рекомендуем заказать разработку паспортов газоочистных установок.
Особенности конструкции дымовой трубы
Конструкции дымовых труб должны быть достаточно высокими, чтобы выделять газы и дым выше приземного слоя воздуха. Затем дым поднимается и выдувается, а не оседает в непосредственной близости от источников выбросов. Дымовые трубы должны быть спроектированы таким образом, чтобы выбросы загрязняющих веществ рассеивались в воздухе.
Проектировщики должны также учитывать, как окружающие здания или природные объекты могут влиять на поток выделяющихся газов и дыма.
В современных дымовых трубах могут быть установлены электростатические фильтры для улавливания твердых частиц (золы и сажи) с целью уменьшения загрязнения воздуха. В этих электрофильтрах используются два электрода. Первый электрод вызывает образование отрицательного заряда в саже или золе. Второй электрод имеет сильный положительный заряд, который притягивает и удерживает частицы. Электростатические фильтры различаются в зависимости от типа сажи и золы, проходящей через дымовую трубу.
Воздушное движение требует внедрения дополнительных мер безопасности для дымовых труб: они должны иметь огни, предупреждающие самолеты. В зависимости от площади, высота дымовых труб электростанций и заводов-изготовителей может превышать 200 метров.
Выбросы дымовых труб и загрязнение атмосферного воздуха
В целом, загрязнение наружного воздуха включает в себя мелкие частицы, выхлопные газы и приземный озон. Мелкие частицы образуются в результате сжигания таких видов топлива, как древесина, нефть, природный газ, бензин и уголь. К вредным газам относятся диоксид серы, оксиды азота, двуокись углерода, окись углерода и пары химических веществ. Приземный озон образуется в результате реакции городского смога на солнечном свете.
Электростанции, сжигающие ископаемое топливо, особенно уголь, требуют применения дымовых труб для высвобождения дыма и газов, образующихся при сгорании. Более высокие дымовые трубы снижают воздействие загрязняющих веществ на местную территорию, распространяя высвобождающиеся загрязняющие вещества на большую площадь.
Загрязнители, образующиеся при сжигании угля, варьируются в зависимости от химического состава угля, но в целом при сжигании угля высвобождается двуокись углерода, окись углерода, диоксид серы, окиси азота, ртуть, мышьяк и бензол. Около 40 процентов всей электроэнергии в мире производится на угольных электростанциях. Южная Африка производит около 94% своей электроэнергии за счет сжигания угля, в то время как Индия и Китай производят 70-75% своей электроэнергии за счет сжигания угля. Не более 8% твердого топлива в Беларуси используется для выработки электроэнергии.
Угольные генераторы и загрязнение воздуха
Загрязнение воздуха электростанциями является причиной преждевременных смертей, при этом большее количество смертей происходит там, где уголь имеет более высокое содержание серы.
В декабре 1952 года комбинированный дым от сжигания угля, выделяющийся из лондонских домашних дымоходов и заводских дымовых труб, стал особенно густым. Неожиданная температурная инверсия задержала дым около земли. Оксиды серы в дыме вступили в реакцию с водяным паром в тумане и образовали капельки серной кислоты. Эти капли особенно сильно повредили тем, кто их вдохнули.
Великий лондонский смог 1952 года прямо и косвенно стал причиной смерти примерно 12 000 человек. Кроме того, недавнее исследование детей в возрасте до одного года или детей, матери которых были беременны во время Великого Смога, показало, что заболеваемость астмой была примерно на 20 процентов выше.
«Дымят сильнее!»: почему в холод над трубами ТЭЦ больше дыма?
С наступлением холодов жители Новосибирска отмечают, что дым ТЭЦ становится гуще. Когда смотришь на трубы, осенью или зимой, кажется, что станции выбрасывают больше дыма и наносят вред окружающей среде. Так ли это, разбираемся в материале.
Сравнивать объем дыма и количество выбросов ТЭЦ — неправильно. Твердые частицы дымового газа, до 99%, улавливаются эффективными системами очистки, например, электрофильтрами. А в атмосферу попадают в основном газообразные вещества —оксиды азота, серы и углерода и прочее.
Чтобы понять, почему визуально дым из труб ТЭЦ становится белым и объемным, обратимся к физике и вспомним, как мы выдыхаем на морозе горячий воздух и видим пар.
То же самое происходит и с дымом ТЭЦ. В его составе, так же, как и в дыхании человека, содержится вода — точнее водяной пар. На морозе, из-за разницы температур, пар становится более плотным и заметным для нашего глаза. Поэтому дым из труб ТЭЦ зимой кажется нам объемнее, гуще и больше.
Средняя температура ноября — минус 10 градусов. А температура дыма, в состав которого входит смесь водяного пара и газов, на выходе из трубы — плюс 118 градусов. Когда дым из трубы попадает наружу, он начинает остывать. Его температура снижается, и влага в виде пара в его составе переходит из газообразного состояния в жидкое. Жидкость конденсируется и превращается в объемные белые туманные клубы.
Зимой ТЭЦ действительно вырабатывает больше тепла, чем летом. Ведь зимой холоднее, и жителям, кроме горячей воды, нужно еще и отопление. Кстати, если мы обратим внимание на дым от ТЭЦ, котельной или трубы частного дома, то заметим, что везде в небо поднимаются объемные клубы. И чем холоднее погода на улице, тем эти клубы больше. Кстати, там, где дымовые газы очищаются, например на ТЭЦ, дым будет белого цвета, а,например, у частных котельных в небо будет подниматься черный дым, потому что газы не проходят очистку.
Почему из трубы идет дым?
Ответ кажется очевидным: потому, что печь топят, и в ней горит топливо. В нашем сознании эти вещи неразделимы: если печь топят углем, это всегда означает грязь и специфический угольный запах. Все это мы наблюдаем при отоплении частного дома, либо видим как «валит дым» из трубы котельной, которая отапливает поселок или город, особенно в безветренную погоду.
Оказывается, все не так просто: если топливо сжечь полностью, то из трубы будет идти прозрачный воздух и углекислый газ, а в холодное время мы будем видеть водяной пар (туман). А тот дым, который мы видим,— это несгоревшая газовая фаза топлива.
Возникает вопрос: откуда вообще берется эта газовая фаза? Если топить газом, то все понятно, но ведь уголь и дрова твердые? И почему эта таинственная газовая фаза сгорает не полностью?
Горящий газ — пламя, которое мы видим!
Чтобы понять это, рассмотрим процесс горения.
Итак, мы зажгли спичку. Если ее погасить, мы увидим, как от нее пойдет белый дымок. Это испаряются входящие в ее состав летучие вещества. Если нагревать древесину достаточно сильно, она на три четверти превратится в газ, тот самый беловатый газ, который мы на секунду увидели при тушении спички, а в остатке мы получим древесный уголь. При температуре около 200–300ºС, этот газ загорится. Горящий газ и есть пламя, которое мы видим.
Если температура в котле мала — происходит неполное сжигание газов!
Если нагревать дрова без доступа кислорода, мы превратим их в газ, который потом сжигается в горелке, так работает пиролизный котел. Во время войны на дровах работали даже автомобили.
Если температура в котле мала или в ней недостаточно кислорода, происходит неполное сгорание газов, и мы видим выходящий из трубы дым.
Похожим образом горит и уголь, ведь их состав очень похож: уголь — это та же древесина, за миллионы лет превратившаяся в камень. Но есть и отличия. В угле больше нелетучего углерода, есть негорючие минеральные добавки (зола), зато летучих веществ меньше: в буром угле их около 50%, в каменном 20–40%, а в антраците около 5%.
Газы просто улетают в трубу, вместо того чтобы обогревать!
Вспомним, как топят обычную деревенскую печь. На колосники в топку кладут немного дров и зажигают их. Когда дрова разгорелись, начинают засыпать уголь: сначала немного, а потом, когда первая порция разгорится, засыпают основную порцию угля.
В момент розжига дров и угля идет дым: температура в этот момент еще недостаточна для полного сгорания. Когда засыпали основную порцию угля, горящий нижний слой нагревает верхние слои, из них активно выделяется газовая фаза, но для ее сгорания недостаточно ни температуры, ни кислорода, так как колосники плотно закрыты углем, а воздух подается снизу через колосники и весь кислород расходуется в нижнем слое. Газы, вместо того, чтобы сгорать и обогревать наш дом, просто улетают в трубу. Так топится деревенская печь.
Производители стремятся сделать дешёвый и долговечный котел
Посмотрим, что происходит в «современных» угольных котлах с верхней загрузкой. Производители котлов стремятся сделать хороший котел, сделать его дешевым и долговечным, поэтому стенки котла, где происходит горение, делают водоохлаждаемыми. То есть, котел одновременно является и частью теплообменника и не прогорает, так как температура стенок котла равна температуры воды в котле (около 80ºС).
Для того чтобы котел работал с высоким КПД (около 95%), необходимо в топку подавать строго выверенное количество кислорода: не больше и не меньше.
Если подать меньше, не будет полного сгорания; если больше, лишний воздух просто нагреется и уйдет в трубу, унося тепло и снижая КПД. Количество воздуха должно быть пропорционально количеству выделившихся газов.
В большинстве отопительных котлов нет механизмов контроля за правильностью процесса горения. Автоматика отслеживает температуру и пытается ее регулировать, меняя подачу воздуха. Когда температура в котле повышается, выделяется больше газов. Для их полного сгорания нужно больше кислорода, но автоматика как раз снижает поддув, чтобы уменьшить интенсивность горения. В итоге выделившиеся газы улетают несгоревшими.
Даже если кислорода достаточно, это еще не означает, что вся газовая фаза сгорит полностью: нужна еще высокая температура на всем пути горения, а он составляет более 1 метра. В существующих же котлах уже через 20–40 см газы ударяются о холодные стенки котла. Обтекая холодные стенки теплообменника, они частично гаснут и уносятся в трубу. Мы сами не дали им полностью сгореть, в итоге не только получили грязный дым, но и пустили «в трубу» часть угля.
Искры оседают на теплообменнике в виде сажи
Второй продукт неполного сгорания — сажа. Во время горения комочки угля раскаляются, и в них происходят микровзрывы и отстрел искр; то же самое мы видим когда горят хвойные дрова. Искра — это мельчайшая частичка угля, в основном углерод и зола. Углерод горит при температуре более 800ºС. Ударяясь о водоохлаждаемые стенки, эти частички сразу гаснут и оседают на теплообменнике в виде сажи.
Исправить дело можно: для этого нужно разнести процесс горения и теплообмена, дать углю время сгореть полностью. Этот принцип, например, реализован в Термороботе — автоматическом угольном котле. В котле Терморобот есть дожигатель — длинный раскаленный канал, в который подается нужное количество воздуха. Этим объясняется его высокий КПД и чистота выходящих газов: полностью сгоревший уголь — это невидимый и безвредный углекислый газ, водяной пар и другие продукты полного сгорания.
Решение не дешевое: такой котел — это более 600 килограмм специальных жаростойких материалов. Конечно, он стоит гораздо дороже прочих твердотопливных котлов отопления, но если этого не сделать, из трубы будет идти дым, а топливо сгорать не полностью.
Таким образом, проблема дыма кроется не в угле, а в способе его сжигания. Терморобот — это новый шаг в технологии угольных котельных. Он способен изменить сложившиеся стереотипы и показать каждому человеку, что угольное отопление — это удобно, дешево и экологически чисто.