автореферат диссертации по энергетике, 05.14.12, диссертация на тему:Научные основы создания электрогазоочистного оборудования нового поколения

На правах рукописи

ЧЕКАЛОВ Лев Валентинович

"ч г—•)

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРОГАЗООЧИСТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НОВОГОПОКОЛЕНИЯ

Специальность 05 14 12 - Техника высоких напряжений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2007

003062736

Работа выполнена в ОАО «Семибратовская фирма научно-исследовательский институт по промышленной и санитарной очистке газов» (ОАО «СФ НИИОГАЗ»)

Официальные оппоненты

1. Вальдберг Арнольд Юрьевич, доктор технических наук, профессор,

2 Верещагин Игорь Петрович, доктор технических наук, профессор;

3. Переводчиков Владимир Иннокентьевич, доктор технических наук

Ведущая организация

ЗАО «Институт «Проектгазоочистка», 194356, Санкт-Петербург, ул Есенина, литер «А», корпус 2

Защита состоится 25 мая 2007 г в 15 00 на заседании диссертационного совета Д 212 157.03 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу: 111250, г Москва, Красноказарменная ул, д 17,2-й этаж, корпус «Г»

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью организации, просим присылать по адресу 111250, Москва, Красноказарменная ул., 14, Ученый совет МЭИ (ТУ)

Автореферат разослан 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157 03 .

кандидат технических наук, доцент Е Г Бердник

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Охрана окружающей среды от загрязнений промышленными выбросами -одна из наиболее важных проблем современности Несмотря на то, что, начиная с 70-х гг, в Советском Союзе практически ежегодно принимались постановления об усилении мер по охране природы, экологическая ситуация в стране не изменялась к лучшему Ускоренные темпы развития промышленности и транспорта привели к увеличению загрязнения атмосферного воздуха

В выбросах тепловых электростанций, работающих на угле, содержится очень большое количество золы Так, дня блока 300 МВт оно составляет 30 т/ч Поэтому в энергетике всегда уделялось внимание разработке газоочистных устройств, а в настоящее время это особенно актуально

Наиболее подходящим для очистки очень больших объемов газов, характерных для энергетики, всегда были и остаются электрофильтры Электрофильтры обладают малым гидравлическим сопротивлением, требуют небольших энергетических затрат, могут в принципе обеспечить необходимую высокую степень очистки дымовых газов от пыли

С начала XX века и до настоящего времени электрофильтры прошли длительный путь совершенствования конструкции и повышения эффективности очистки газов от золы Эти усовершенствования коснулись практически всех узлов электрофильтров За время разработки нескольких поколений электрофильтров в определенной степени реализовано большинство возможных резервов Тем более трудной представляется задача дальнейшего совершенствования этих газоочистных аппаратов

Необходимость создания электрофильтров нового поколения определяется новыми задачами по защите атмосферы от загрязнения промышленными выбросами

- ужесточением требований к содержанию пыли в газах после очистки,

- резким увеличением объемов газов, нуждающихся в газоочистке,

- расширением номенклатуры пылей, от которых необходимо очищать воздух Допустимая весовая концентрация частиц в дымовом газе после очистки

уменьшена с 100-150 мг/м3 до 50мг/м3, и в ближайшем будущем неизбежен переход на общеевропейские нормы - 20 мг/м3 Увеличение объемов дымовых тазов может быть проиллюстрировано примером сооружения сверхмощных тепловых электростанций Расширение номенклатуры пылей связано с вовлечением в производство новых веществ

Эти задачи не могут быть решены простым увеличением размеров Электрофильтр уже не вписывается в межблочное пространство, его длина становится слишком большой Имеющиеся технические решения не позволяют справиться с задачей создания необходимых электрофильтров Требуется разработка научных основ конструирования электрофильтров нового поколения, в результате которых будут определены пути и обоснованы принципы конструирования новых газоочистных аппаратов

Учитывая уже достигнутый, относительно высокий уровень современных электрофильтров, не удастся обойтись совершенствованием какого-то определенного узла Единственно возможный путь заключается в комплексном решении Должны быть рассмотрены вопросы совершенствования конструкции и режимов работы, в частности - обеспечения оптимального регулирования напряжения

В настоящее время в эксплуатации находится большое количество электрофильтров - более 5 тысяч Многие из них морально устарели и требуют реконструкции Материалы данной диссертации могут стать хорошим помощником в этом деле

Научные основы электрофильтров нового поколения привели к созданию аппаратов, востребованных энергетикой и промышленностью Сделанные здесь выводы и рекомендации могут быть использованы в качестве инструмента при оценке технического уровня и экологической эффективности электрофильтров, предлагаемых различными фирмами

Цель работы и задачи исследования.

Целью исследований является разработка научных основ создания нового газоочистного оборудования и, прежде всего, электрофильтров, обеспечивающих требуемую степень очистки при размещении их в заданном, ограниченном пространстве Для этого необходимо решить следующие задачи

- определить и обосновать направления дальнейшего развития электрофильтров,

- установить принципы совершенствования параметров и распределения электрического поля в рабочем промежутке электрофильтров,

- разработать методику и определить конфигурацию новых коронирую-щих электродоь электрофильтров,

- обосновать применение увеличенного межэлектродного расстояния в электрофильтрах,

- разработать методику и выполнить анализ системы «Источник питания - электрофильтр» с целью совершенствования ее работы,

- разработать новый принцип и систему регулирования напряжения на электрофильтре, обеспечивающие более высокие показатели работы,

- разработать принципиальную схему и конструкцию нового простого источника импульсного напряжения, позволяющего обеспечить очистку газов от золы со специфическими свойствами,

- разработать инженерную методику расчета степени очистки газов электрофильтрами при повышенной концентрании дисперсной фазы,

- разработать и обосновать новый способ комбинированной очистки дымовых газов, позволяющий обеспечить минимальные концентрации золы на выходе,

- на основе разработанных научных принципов создать и внедрить электрофильтры нового поколения и устройства комбинированной электрогазо-очист«е:

Научная новизна работы.

Заключается в комплексном научном подходе к разработке основ создания новых электрофильтров как динамической системы «Источник питания -электрофильтр»

1 Разработаны научные основы создания газоочистного оборудования нового поколения, заключающиеся в решении следующих научных задач обосновании и выборе новой системы коронирующих электродов, обосновании использования увеличенного межэлектродного расстояния в электрофильтрах, определенном на основе анализа параметров системы «Источник питания - электрофильтр» («ИП - Э/Ф»), разработки новой системы регулирования напряжения и нового источника релаксационного питания, применении комбинированной системы электрогазоочистки

2 В работе предложен и впервые последовательно реализован принцип конструирования коронирующих электродов электрофильтров, заключающийся в использовании «равнопрочной» конструкции, обеспечении равномерного распределения плотности тока и напряженности вблизи осадитель-ного электрода, снижении начального напряжения, обеспечении максимальных значений напряженности у осадительных электродов

3 Впервые расчетным путем обусловлена целесообразность применения в электрофильтрах увеличенного межэлектродного расстояния

4 Впервые на основе моделирования и расчета процессов в системе «ИП - Э/Ф» оказалось возможным увязать динамические процессы, происходящие в системе питания, с процессами, происходящими в электрофильтре Это позволило рационально выбрать параметры системы и анализировать сложные динамические процессы, например, при импульсном питании

5 Впервые в промышленной системе «ИП - Э/Ф» рассмотрены динамические процессы и выделен ток коронного разряда, получены его взаимосвязи с режимами работы электрофильтра, источниками питания и их конструкциями

6 Разработана методика, выполнен полнофакторный активный эксперимент и получены уравнения регрессии, связывающие параметры источника питания, пылегазового потока и степень очистки Эти уравнения позволяют выбрать режимы, обеспечивающие минимальный унос, и доказать преимущества релаксационного питания

7 Предложена и обоснована новая система регулирования напряжения, позволяющая увеличить рабочее напряжение на электрофильтрах

8 Предложена инженерная методика расчета степени очистки газов в электрофильтра^ при высокой концентрации дисперсной фазы

9 Доказано в результате теоретических расчетов, что улавливание заряженных частиц в тканевом фильтре - как элементе комбинированного аппарата - приводит к повышению эффективности его работы как в отношении формирования пылевого слоя, так и возможности регенерации

Практическая значимость и реализация результатов работы.

1 Разработаны конструкции, изготовлены и введены в эксплуатацию

электрофильтры нового поколения, создан типоразмерный ряд аппаратов общепромышленного и специализированного применения с производительностью до 1,5 млн м3/час, обеспечивающих остаточн\ю запыленность газов 30 -50 мг/м3

2 Разработан комбинированный электрофильтр и внедрены две ступени позволяющие обеспечить высокую степень очистки газов в самых сложных условиях

3 Решены инженерные задачи по совершенствованию электрофильтров разработана система отряхивания и освоено производство осадительных электродов высотой до 18 м, разработана новая газораспределительная система, включающая две решетки на входе и одну решетку на выходе из электрофильтра

4 Разработаны и внедрены источники релаксационного питания

5 Предложена новая конструкция коронирующих электродов электрофильтров

6 Предложена новая система электрической регенерации рукавных фильтров, улавливающих заряженный аэрозоль На способ регенерации рукавного фильтра подана заявка на получение патента

7 Предложена новая система регулирования напряжения на электрофильтрах, которая реализуется на базе существующих регуляторов путем изменения алгоритма их работы

Разработки автора внедрены в электрофильтрах и газоочистных аппаратах, работающих на предприятиях ОАО «Северсталь», Хабаровская ТЭЦ-3, Красмаш, Железногорская ТЭЦ, завод ВЗМКО (г Волгоград) и др

Основные положения, выносимые на защиту.

1 Совокупность положений (научные основы), определяющих конструкцию и режимы работы электрофильтров нового поколения

2 Принципы и методика выбора коронирующих электродов электрофильтра

3 Обоснование целесообразности применения увеличенного межэлектродного расстояния в электрофильтрах

4 Методика расчета степени очистки газов в электрофильтрах при высокой концентрации дисперсной фазы

5 Схема источника релаксационного питания

(- Методика анализа процессов в системе «Источник питания - электрофильтра

7 Методика полнофакторного активного эксперимента и уравнения регрессии, связывающие параметры источника питания, пылегазового потока и степень очистки

8 Схема, рациональные параметры и области применения комбинированного электрофильтра

9 Результаты теоретического исследования формирования пылевого слоя на фильтровальном материале рукавного фильтра

10 Система электрической регенерации рукавного фильтра, улавливающего заряженный аэрозоль

Апробация работы.

Основные положения диссертации и отдельных разделов докладывались

- на конференции «Современные технические средства защиты воздушного бассейна от загрязнения» Москва, 1981 г,

- на заседании секции Научного Совета ГКНТ по проблеме «Электронно-ионная технология» Семибратово, 1982 г, Москва, 1982 г,

- на научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии Ярославской области» Ярославль, июнь 2002 г,

- на IV Международном конгрессе и выставке по управлению отходами Вэйст ТЭК - 2005 М, 2005 г ,

- на II Международной научно-практической конференции «Экология в энергетике - 2005» Москва, 2005 г,

- на III Международной научно-практической конференции «Экология в энергетике - 2006» Москва, 2006 г ,

- на Объединенном экологическом форуме Комитет Совета Федерации РФ по науке, культуре, образованию, здравоохранению и экологии Москва, декабрь 2006 г,

- на заседании секции «Энергосберегающие и экологические проблемы энергетики» НТС РАО «ЕЭС России» Москва, ноябрь 2006 г

- на круглом столе «Экология городов» РАН Москва, март 2007 г

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 29 печатных работ (см список публикаций), в том числе 1 монография в соавторстве, 7 патентов РФ

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы из 152 наименований, содержит 297 страниц машинописного текста, 117 рисунков, 41 таблицу, 4 приложения

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во «Введении» отмечается, что электрофильтры продолжают оставаться основными газоочистными аппаратами в энергетике Для решения задач охраны окружающей среды требуется разработка электрофильтров нового поколения, обеспечивающих требуемую очистку газов в заданном, ограниченном пространстве для их размещения

1. Этапы становления электрогазоочистки.

В главе представлен ретроспективный обзор развития электрогазоочистки Показано, что со временем электрофильтры заняли доминирующее положение в тех случаях, когда необходимо очистить большие объемы газов

Экология как наука начала развиваться в России на рубеже МХ-ХХ вв благодаря работам И И Мечникова, А КТимирязева, В И Вернадского В дальнейшем все активнее проблема охраны природы и окружающей человека среды свя-

зывается с вопросами санитарной очистки газов Так возникло новое понятие «экотехника» - прикладная дисциплина, исследующая взаимодействие экосистем с техническими возможностями человека В экотехнику входят технические меры, средства и устройства для сохранения и восстановления окружающей человека среды В полной мере это касается газоочистки.

Анализ показывает, что в современных условиях значение газоочистки резко возрастает Если к началу XVIII века человечество использовало лишь 12 элементов таблицы Менделеева, то сейчас известно свыше 100 элементов и более сотни изотопов, количество которых все увеличивается Большинство из них используется в хозяйстве

Сжигание углей, нефти, торфа, битумов, асфальта включило в биохимический кругооборот не только дополнительные массы окислов углерода, соединений серы, азота, фосфора, кремния алюминия, но и такие редкие элементы как кобальт, молибден, ванадий, бериллий, германий, бор, вольфрам

В XX веке вредные выбросы в атмосферу резко возросли В настоящее время они составляют до 1 миллиарда тонн в год, что приводит к тяжелым, нередко трагическим последствиям

Единственным возможным решением этой проблемы является концепция малоотходного производства, в которой газоочистная аппаратура совместно с другим технологическим оборудованием играет решающую роль

По объему выбрасываемых отходов энергетика занимает лидирующее место Это связано как с громадными объемами вырабатываемой энергии, так и, часто, с использованием низкосортного топлива

Газоочистка прошла длительный путь развития, начиная с пылеосади-тельных камер и первых примитивных матерчатых фильтров до широкого применения электрофильтров

Если первые упоминания о возможности осаждения частиц с помощью электричества относятся к 1824 г, то успешное промышленное применение относится к началу XX века и связано с именами О Лоджа и Ф Котрелла В России первый электрофильтр заработал в 1925 г на заводе «Красный вы-боржец» в Ленинграде

В главе 1 диссертации рассмотрены все этапы становления газоочистки в нашей стране как в отношении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, так и в промышленном производстве и эксплуатации оборудования Во все периоды ведущую роль занимали электрофильтры Преимущества электрофильтров перед другими газоочистными аппаратами определили их приоритетное развитие, особенно во второй половине XX века Показателем развития электрофильтров служили каталоги выпускаемого оборудования, первый из которых вышел в 1941 г Современные электрофильтры относятся к третьему поколению

В заключительном параграфе главы делается акцент на необходимости безотлагательного усиления природоохранной деятельности Наряду с ужесточением ответственности за загрязнение окружающей среды должны быть резко расширены производство и применение средств очистки промышленных выбросов Альтернативой этому может стать экологическая катастрофа 8

2. Современное оборудование злектпогазоочистки и пути его совершенствования.

Как результат выполненного большого объема научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ современный электрофильтр представляет аппарат, в котором хорошо проработаны все основные узлы, их возможности совершенствования в значительной степени исчерпаны Дальнейшее развитие электрофильтров возможно только на пути комплексного решения проблемы, когда должны получить научное обоснование многие различные пути улучшения конструкции и режимов работы электрофильтров, их производство и эксплуатации, как системы «ИП - Э/Ф»

Для этого в данной главе дана характеристика современного уровня электрофильтров Путем анализа на этой основе определены конкретные вопросы, решаемые в диссертации

В материалах данной главы представлена характеристика научно-технических принципов, заложенных в конструкциях современных электрофильтров Ведущие НИИ и проектные организации, к которым прежде всего относится НИИОГАЗ и его Семибратовский филиал, сделали основной вклад в создание и внедрение в промышленность современных электрофильтров Совершенствование этих аппаратов, их соответствие известным научным представлениям о физических процессах в электрофильтрах и международному уровню было подтверждено длительным опытом эксплуатации Положенные в основу принципы оказались правильными и эффективными Конечно, они не были четко сформулированы первоначально, но теперь подводя итоги, необходимо отметить, что они являются характерными признаками современных электрофильтров

Можно выделить следующие характерные особенности, которые заложены в конструкцию современных электрофильтров С-образные осадительные электроды, которые технологичны, имеют профиль, обеспечивающий равномерное распределение осажденной пыли и позволяющий отряхивать золу с минимальным уносом, ленточно-игольчатые коронирующие электроды, позволяющие снизить начальное напряжение и способствующие более равномерному распределению плотности тока по поверхности осадительного электрода, высота осадительных электродов до 12-13,5 м, что определяется стремлением вписаться в ограниченные габариты, соответствующие размерам блока ТЭС, молотковая система встряхивания электродов, отработанная в течение многих лет, увеличенное межэлектродное расстояние, которое подтверждается опытом эксплуатации, система регулирования по максимуму среднего напряжения, быстродействующие источники питания

Стремление поддерживать рабочее напряжение на максимальном уровне приводит к тому, что режим искровых пробоев становится нормальным режимом работы Для предотвращения перехода искровых пробоев в дугу используется пропуск 1-3 полупериодов напряжения после пробоя для интенсификации процессов деонизации, дифференцирование источников питания

Базовой конструкцией являются электрофильтры общепромышленного применения, предназначенные для улавливания пылей 2-й группы Первоначально основу электрофильтров третьего поколения составляли аппараты типа УГ Хотя начало их выпуска относится к началу 60-х гг , они не потеряли значение до настоящего времени Позднее были разработаны электрофильтры ЭГА и ЭГБМ В них используются ленточно-игольчатые корони-рующие электроды и широкополосные осадительные электроды, увеличенное межэлектродное расстояние до 350 мм Они обеспечивают степень очистки 98-99 % и выше и работают при концентрации золы на входе до 90 г/м3

Перечисленные выше достижения, реализованные в современных электрофильтрах, определили направления совершенствования газоочистных аппаратов Кроме электрофильтров общепромышленного назначения на практике часто встречаются аппараты, предназначенные для улавливания пылей со специфическими свойствами Наиболее важными случаями являются улавливание высокоомной пыли и улавливание пылей при высокой концентрации дисперсной фазы Эти вопросы рассмотрены в диссертации

Установлено, что наиболее эффективным способом борьбы с негативным явлением при улавливании высокоомных пылей (обратной короной) наряду с кондиционированием газов является импульсное и знакопеременное питание Его применение сдерживается отсутствием простого генератора периодических импульсов

Вопрос о работе электрофильтров при высокой концентрации частиц на входе также основательно изучен, однако отсутствуют рекомендации о методике расчета степени очистки газов в этих условиях К особым условиям очистки дымовых газов относится также наложение нескольких условий, например, сочетания жестких требований по обеспечению минимальной запыленности газов после очистки и специфических свойств пылей Электрофильтр, предназначенный для этой цели, приобретает недопустимо большие габарита Таким образом, ставится задача по решению этой проблемы

3. Современные электродные системы - основа для создания электрофильтров нового поколения.

Эффективность работы электрофильтров в значительной степени зависит от качества электродной системы Этому вопросу в диссертации уделено большое внимание

Электродные системы электрофильтров состоят из коронирующих и оса-дительных электродов

В разработку осадит ельных электродов с точки зрения минимизации вторичного уноса и улучшения отряхиваем ости пыли при периодических ударах вложены большие усилия и средства В фирме «Кондор-Эко» на базе хорошо себя зарекомендовавшего электрода СЧС-640 разработаны широкополосные электроды Эко МК 4x160 Для их производства разработана и изготовлена автоматическая линия Опыт эксплуатации не выявил недостатков электродов Эко МК 4x160, и они рекомендуются для применения в электрофильтрах ново! о поколения

Как следует из теории осаждения частиц в электрофильтрах и анализа источников и систем регулирования напряжения (см соответствующие разделы диссертации), наиболее эффективно электрофильтр работает, если обеспечивается максимум произведения Ет • Еср Причем максимальная напряженность Ет соответствует максимальному заряду частиц, а среднее значение Еср вдоль поверхности осадительного электрода определяет процесс осаждения

Рассматривая характерные значения напряженности, необходимо иметь в виду возможность изменения этих величин во времени и в пространстве

Напряжение в условиях работы электрофильтра в режиме периодических пробоев имеет отличающиеся значения ига и иср во времени, соответствующие им значения Еп и Еф , как и ранее, отвечают за заряды частиц и среднюю скорость осаждения

В отношении распределения напряженности в пространстве отметим, что наибольшая Ет относится к области у вершин игольчатых электродов Заряд частиц рассчитывается по величине напряженности

Ец ~ Кз Ецсч ,

где Ецся - средняя напряженность вдоль центральной силовой линии, проходящей через иглу, К, - коэффициент, ответственный за увеличение заряда в области вблизи коронирующих электродов

При выборе геометрии и характеристик коронирующих электродов впервые были сформулированы комплексные требования к ним

1 Обеспечить наибольшее среднее значение напряженности у поверхности осадительного электрода

2 Обеспечить наибольшее среднее значение напряженности поля вдоль центральной силовой линии, проходящей через кончики игл

3 Обеспечить наибольшее значение напряженности вблизи кончиков игл

4 Обеспечить равномерное распределение напряженности поля вдоль осадительного электрода

5 Стремиться к «равнопрочною» конструкции, когда расстояние от концов игл до элементов осадительного электрода будет одинаковым

Это достигается путем

1 Увеличения числа игл Расстояние между ними должно быть таким, чтобы они не экранировали друг друга

2 Высота игл должна быть увеличена до 25 мм Это способствует интенсификации корояного разряда

3 Применения сдвоенных рядов игл и, соответственно, увеличенной шири™ ленты

4 Уменьшения расстояния между рядами игл (80 мм вместо 160 мм)

В наибольшей степени указанным требованиям удовлетворяет конструкция, представленная на рис 1 В результате штамповки из ленты шириной 25 мм з\бьев длинои 25 мм и отгиба их в разные стороны и на разный угол получаются 3 модификации коронирующего электрода Конструкция элек-

тродной системы удовлетворяет условию равнопрочности {1шим = 205 мм при 2h = 460 мм)

Рис. 1. Система электродов электрофильтра 1 - коронирующие электроды, 2 - осадитеяьные электроды

Представленная конструкция коронирующих электродов имеет особенность, заключающуюся в том, что используются коронирующие электроды трех типов Хотя это не приводит к существенному усложнению конструкции, но все же в качестве близких промежуточных вариантов рассмотрены две системы В каждой используются Н-образные электроды одной формы (на рис 1 обозначены пунктиром) с отгибом зубьев в одной плоскости в одну

сторону (О) и в разные стороны (Г*)

Наряду с этим исследовались электроды СФ-2, которые были предложены сравнительно недавно и успешно использовались фирмой «Кондор-Эко» Высота игл у электрода СФ-2 составляет 40 мм, разрядное расстояние при этом сокращается до 190 мм

Для указанных систем электродов были исследованы параметры коронного разряда вольтамперные характеристики, распределения плотности тока по поверхности осадителъного электрода, распределения напряженности поля по всему межэлектродному пространству, включая труднодоступные участки, которые не исследовались ранее

Осадительные электроды сложной формы были заменены плоскими электродами, так как особенности профиля сказываются на локальном распределении осаждающихся частиц в непосредственной близости к поверхности осаждения и не влияют на распределение и скорость осаждающихся частиц на некотором небольшом удалении от осадительногэ электрода, соизмеримом с масштабом неоднородностей

При сложной форм? керонирующих электродов необходимо сочетать теоретические и экспериментальные методы исследований

Основой для расчета является метод Дейча-Попкова, который в принципе обладает универсальностью, но, как показано в работе, может быть использован только для центральной силовой линии и дает большую погрешность при расчете по всему промежутку

Предложен модифицированный метод Дейча-Попкова, когда распределение напряженности при коронном разряде по всем силовым линиям определяется формулой

Ек=ЕАх,у,г)\-2Ь*-\---+ Ср, (1)

где Е](х, у, г) - распределение напряженности электрического поля вдоль произвольной силовой линии, Ей-значение электростатической напряженности у поверхности коронирующего электрода, где начинается рассматриваемая силовая линия гк, к - подвижность ионов

Интегрирование в формуле (1) производится вдоль выбранной силовой линии электростатического поля от поверхности коронирующего электрода до рассматриваемой точки Значения постоянной Ср определяются из условия

пя

¡ЕксЯ = ир, (2)

ГК

где ир - напряжение на электрофильтре

Расчетное значение плотности тока ^ находится по экспериментальной плотности тока на плоскости _)экс как

,]!1Л=^КсКк (3)

Корректирующий коэффициент Кк отражает степень уменьшения плотности тока по отношению к экспериментальному значению для рассматриваемой силовой линии

В результате сопоставления расчетных распределений напряженности с экспериментальными для однотипных электродов были определены значения коэффициента Кк В значительной части промежутка примыкающей к центральным силовым линиям, он равен 0,6 и убывает до 0 непосредственно в областях межд} полосами с иглами

Использование двух измененных значений ^ и Ср дает более универсальную и более удобную для достижения требуемой точности возможность рассчитывать любые сложные системы, тем более в тех случаях, когда экспериментальные исследования затруднены

Сопоставления расчетных и экспериментальных распределений напряженности поля для вариантов игольчатых электродов подтвердили правомерность методики Для расчета по формуле (1) необходимы распределения электростатического поля, для определения которых была использована оригинальная программа расчета трехмерных полей в сложных системах электродов. разработанная в МЭИ

В качестве экспериментальных методов исследования были выбраны метод секционированного осадительного электрода для измерения плотности тока и метод изолированного пробного тела для измерения напряженности поля

Метод секционированного электрода получил распространение благодаря относительной простоте и достижимой хорошей точности измерений

Метод изолированного зонда также не требует сложного электрофизического оборудования, позволяет непосредственно измерить напряженность поля, и в этом его преимущество перед методом зондовых характеристик Однако измерения с помощью изолированного зонда требую четкой организации и тщательного проведения в отношении обеспечения отсутствия даже минимальных утечек по подвесу и в отношении точности проведения измерений

Для экспериментального исследования различных систем электродов электрофильтров был разработан специальный стенд

Выбранные для анализа системы электродов, их характерные параметры и значения начального Ц) и рабочего ир напряжения указаны в табл 1 Система 4 - «Л3>/ обозначает выпускаемый до настоящего времени типовой электрофильтр с обычным межэлектродным расстоянием и ленточно-зубчатыми коронирующими электродами

Таблица 1. Характеристика систем электродов

№ сист Обозначение 2Ь, ьР, 4 ис, иР.

кор системы мм мм мм мм кВ кВ

1 нП 25 460 205 80 16 73,8

2 25 460 205 80 16 73,8

3 СФ-2 40 460 190 160 11 68,4

4 лз 12 275 125 180 19 45

Рабочее напряжение определялось как ир = Еср -Ь?

При средней напряженности Еср = 3,6 кВ/см работает большинство современных электрофильтров

Распределение плотности тока по осадительному электроду получено экспериментально для всех систем электродов Определение напряженности методом пробного тела из-за трудоемкости выполнено для ограниченного числа точек для систем 1 и 3 На этих же системах отработана методика расчета, которая использовалась для получения распределений напряженности по всему промежутку и для однотипных систем электродов

Показано, что пересчет измеренных значений напряженности для определения распределений в целом по промежутку может производиться по формуле

где Еь - известные значения в точке 1, Ех - определяемая величина напряженности по известной плот'лсаи зх

Расчетные по предложенной методике (1) и экспериментальные значения напряжённости сопоставлены для систем 1 и 3 (рис 2) Получено удсвлегво-

рительное соответствие Это позволило произвести расчеты для системы 2 (рис 3) и для всех систем по всему промежутку электрофильтров

0,4 С 6 УВД

Рис. 3 Распределения напряженности

вдоль силовых линии в сечении проходящем

через иглы Система Н II = 73,8 мм Отсчет от плоскости 1 - против иглы, 2 - между полосами, 3-е обратной стороны от иглы

Рис. 2. Распределение напряженности по линиям на расстоянии 10 мм (1,3) и 95 мм (2,4)

от плоскости Система электродов н{~1, ир=73,8 кВ Сечение через иглы (1,2), с обратной стороны от ип (3,4) х—х эксперимент, — расчет Отсчет от середины полосы

Распределение напряженности от плоскости к коронирующим электродам показывает (рис 3), что из-за большой величины межэлектродного расстояния (ЬР = 205 мм) напряжение резко возрастает от минимального значе-1шя к плоскости (более чем в 3 раза) Такое распределение благоприятно для интенсификация осаждения частиц

Для суждения об эффективности той или иной электродной системы были определены средние значения напряженности вдоль плоскости (ЕСрОС) Средняя напряженность для основной части центральной силовой линии (исключая область повышенной напряженности у коронирующего электрода) необходима для оценки приобретаемого в поле коронного разряда заряда частиц (Есрусч) Характерные значения напряженности для разных систем электродов предст авлены в табл 2

Таблица 2

-—^Системы Напряжен "" П 1 СФ-2 ЛЗ

р ОС 4,36 А,21 3,96 3,25

к *-ср ц с - 3,45 3,48 3,62 3,4

^ ср ОЙ!,1 3,6 3,6 3,6 3,6

Данные табл 2 для всех систем электродов соответствуют одной и той же величине Еьр = 3 6 кВ/см, что и указано в нижней строке

Из таблицы следует, что средняя напряженность у поверхности осади-тельного электрода примерно на 10 % превосходит значения для системы СФ-2 и на 30 % - систему с ленточно-игольчатыми электродами

Таким образом, для электрофильтров нового поколения рекомендуются коронирующие электроды, представленные на рис 1, а как промежуточные варианты - системы 1, 2 или 3 (Табл 1)

4. Новые системы питании и регулирования напряжения иа электрофильтрах

В данной главе решаются следующие задачи

- Разработать методику и провести анализ процессов в системе «ИП -Э/Ф» с учетом характеристик коронного разряда Такой подход позволил более обоснованно подойти к выбору формы напряжения и параметрам источника питания

- Разработать способ и методику выделения тока короны в системе «ИП - Э/Ф»

- Разработать предложения по дальнейшему развитию и совершенствованию системы регулирования напряжения на электрофильтрах

- Исходя из преимуществ импульсного питания электрофильтров разработать простой и надежный источник

Система «Источник питания — электрофильтр».

Сочетание тиристсрной системы регулирования, выпрямителя и нелинейной емкостно-омической нагрузки делает анализ процессов в системе «ИП - Э/Ф» не очень простым В работе избран путь сочетания экспериментальных исследований с теоретическими расчетами Для этого был разработан специальный стенд на основе источника питания электрофильтров АТФ-400 с тиристорным регулятором напряжения

Разработана методика анализа процессов в системе «ИП - Э/Ф», включающая этап моделирования сложной нелинейной нагрузки, которой является электрофильтр, составлении схемы замещения и решении дифференциальных уравнений, описывающих переходный процесс в схеме

Показано, что можно приближенно учитывать динамику поведения объемного заряда в промежутке через некоторую эквивалентную емкость Сф и сопротивление Гф, включенное последовательно с противо эде иэ Эквивалентные параметры электрофильтра определяются как

2II -II * П2

Р _ р' , р ^ р ио <-. ___1_ Т7 _ и р (5)

Ф = ' Г* = КО(Щ- ¿/0)5М' = 2и, -и0Л)

где С'г - геометрическая емкость электрофильтра, С,Ос - коэффициенты, зависящие от геометрии электродов, находится экспериментально

Электрическая схема замещения системы представ чена на рис 4

Составлены системы дифференциальных уравнений, описывающих электромагнитные процессы в схеме рис 4 идя трех интервалов времени, соответствующих состоянию тиристоров Показано что установившийся режим можно рассчитывать при нулевых начальных условиях Результаты расчетов сопостяр^сйы с экспериментом и получено удовлетворительное согласие

Впервые оказалось возможным выделить ток короны в системе «ИП -Э/Ф» и увязать процессы, происходящие в системе питания, с процессами, происходящими в электрофильтре Это дает возможность анализировать и

Рис. 4 Электрическая схема системы «Источник питания - электрофильтр»

Система регулирования напряжения. Наиболее прогрессивной до настоящего времени считалась система регулирования, состоящая в обеспечении максимального значения среднего напряжения Эта система не требует настройки на оптимальное число искровых пробоев для каждого технологического процесса Однако эта система регулирования не вполне соответствует физическим процессам, происходящим в электрофильтре

Степень очистки газа в электрофильтрах получается наибольшей, если скорость осаждения частиц максимальна

^^ = Есрос Ч В"1, (6)

где В = (6тша)~* - механическая подвижность частиц Заряд q= 1271Еоа2Ем((), т е \У=Еср0с Ем= Е^ос^д) Ецсл(Х1У2д)

Если рассматривать изменение напряжения и, следовательно напряженности во зремени, то максимальная напряженность пропорциональна амплитудному значению напряжения иа, а средняя - среднему значению напряжения на электрофильтре иср Тогда \у = иа -иср

Из рис 5 следует, что при регулировании по максимуму произведения максимального и среднего значений напряжения этот максимум достигается при большем значении первичного напряжения Это однозначно свидетельствует о более высокой степени очистки, достигаемой при предлагаемом способе

Преимущества нового способа регулирования напряжения показаны на примерах электрофильтра типа ДПГ 55x2 Черепетской ГРЭС и полимерного электрофильтра, работающего в Череповецком ОАО «Аммофос» В последнем случае по сравнению с регулированием по заданному числу пробоев (п - 15 мин-1) унос получается в 1, 7 раза меньше

Предложена упрощенная реализация метода, не требующая существенной перенастройки разработанного регулятора по максимуму среднего напряжения Анализ показывает, что максимуму произведения среднего и максимального напряжений соответствует примерно на 3 % больше значение среднего напряжения

Таким образом, требуется только задать увеличенное значение рабочего напряжения

Рис. 5. Типичная зависимость амплитудного (Ua), среднего напряжения (Ucp) и их произведения от первичного напряжения (U.J высоковольтного трансформатора агрегата питания электрофильтра

Определенные особенности имеет регулирование напряжения в случае многопольных электрофильтров Предложен способ настройки оптимального режима многопольных электрофильтров на минимальный пылеунос по следующему полю

Исходя из особенностей вольтамперной характеристики электрофильтров при наличии и отсутствии обратной короны и сопоставления ее с нагрузочной характеристикой агрегата питания, в основу способа регулирования заложено изменение амплитуды пульсаций напряжения на поле электрофильтра в зависимости от появления обратной короны в поле или изменения концентрации частиц, поступающих на вход этого поля

Импульсное питание. Показано, что применение импульсного питания позволяет в ряде случаев повысить эффективность очистки, уменьшить влияние обратного коронного разряда Для реализации преимуществ импульсного питания необходимо применение периодических импульсов наносекундной длительности переднего фронта импульса напряжения в сочетании с постоянной составляющей (подпором) Экспериментально показано, что применение импульсного питания приводит к более равномерному распределению плотности тока по сравнению с постоянным напряжением Увеличивается также рабочее напряжение при частоте выше 200 Гц

Широкое использование импульсного питания связано с возможностью создания простого и надежного источника Выполнен анализ большого количества различных источников, описанных в литерагуре Лучшие из них исследованы экспериментально Наиболее удачным решением следует признать схему, в которой осуществляется резонансная перезарядка емкости электрофильтра с использованием разрядника

Система релаксационного питания. Предложен источник, схема которого формируется на основе схемы рис 4 путем подключения на выходе выпрямительного моста накопительной емкости С„ и параллельно через разрядник электрофильтра В такой cxô че возникают колебания релаксационного характера Удаччкм оказался разработанный специально для этой цели игнитронной разрядник ИРТ-4, который позволяет реализовать резонансный заряд емкости электрофильтра от емкостного накопителя с периодом до 1 мкс

Для определения амплитуды и формы импульса напряжения использовался принцип расчета, изложенный ранее для системы «ИП - Э/Ф» (рис 4) При анализе дифференциальных уравнений сделано допущение, связанное с неучетом изменения объемного заряда в рабочем пространстве электрофильтра

Сочетание результатов расчета процессов в схеме релаксационного питания и в схеме «ИП - Э/Ф» при постоянном напряжении позволили выявить влияние основных параметров релаксационного питания площадь осаждения в электрофильтре, напряжение пробоя разрядника, емкость накопителя

При расчете электромагнитных процессов в схеме релаксационного питания использовался ряд параметров, определяемых экспериментально С целью получения функциональной связи основных факторов с параметрами формы волны напряжения на электрофильтре реализован полнофакторный активный эксперимент Получены уравнения регрессии, в которых функциями отклика приняты постоянная составляющая, амплитуда импульсов и среднее напряжение на электрофильтре, напряжение на накопительном конденсаторе Обосновано наличие максимума степени очистки для высокоом-ных полей при частоте 100-200 Гц Эксперименты проводились на физической модели системы «ИП - Э/Ф»

Уравнения регрессии позволяют определить параметры схемы релаксационного питания для получения требуемой формы волны напряжения и оценить влияние параметров пылегазового потока на режим работы источника.

Влияние релаксационного питания на степень очистки. Влияние параметров системы релаксационного питания на степень очистки исследовалась экспериментально на опытно-промышленном электрофильтре, включенном параллельно основному электрофильтру Черепетской ГРЭС Разработана и налажена система пылегазовых замеров, включающая кроме пылеза-борных трубок фотоэлектрические датчики запыленности

В результате экспериментов выбраны параметры релаксационного пита-нич, при которых пылеунос минимален пробивное напряжение разрядника, величина накопительной емкости Максимальный эффект получен при скорости газа Уг = 1 м/с и температуре газа Т = 280-300° С, когда степень очистки получается высокой и при питании выпрямленным напряжением Пылеунос минимален в диапазоне частот 100-200 Гц в случае наличия обратной короны на постоянном напряжении и снижается при увеличении частоты до 400 Гц при ее отсутствии Амплитуда импульсов напряжения, при которой происходил пробой в электрофильтре, существенно выше, чем при питании выпрямленным током

Для систематизации данных по влиянию основных факторов поставлен полнофакторный эксперимент и получены нормированные уравнения регрессии, связывающие пылеунос, средние токи первого поля и амплитудные значения напряжения первого поля с основными параметрами системы питания

Результаты табл 3 позволяют сделать вывод, что наибольший эффект от перевода системы «ИП - Э/Ф» в релаксационный режим достигается, если

при этом была максимальная степень очистки газов при питании постоянным напряжением

Таблица 3.

Втияние технологического режима на эффективность релаксационного _ питания при Uq = 19 103 В_

Скорость газа Vr=l,0 м/с Vr-2,0 м/с

Температура газов Т=150°С Т-300Т Т=150°С т=зоо°с:

Ток питания пост имп пост имп пост имп пост имп

Запыленность входящих газов г/м3 при н у 15,90 21,10 25,22 27,91 13,043 13,55 22,40 21,45

Запыленность выходящих газов г/м3 при н у 0,65 0,37 0,30 0,06 1,077 0,83 1,35 0 71

Степень очистки, % 95,94 98,23 98,80 99,80 91,83 93,86 93,97 96,68

Относительный унос 0,041 0,018 0,012 0,002 0,082 0,061 0,060 0,033

Снижение относительного уноса 2,29 5,77 1,33 1.82

Практическая реализация релаксационного питания. Источники релаксационного питания использовались для интенсификации процессов осаждения в электрофильтрах очистки отходящих газов рудотермических печей в производстве фосфора в объединении «Куйбышевфосфор» В результате при частоте импульсов на первом поле 100 гц и на втором - 150 гц амплитуда напряжения по сравнению с питанием выпрямленным напряжением возросла на 10-12 %, а степень очистки - от 97 % до 99,1 %

Релаксационное питание было использовано в качестве источников напряжения для промышленных электрофильтров различных производств Как показано в табл 4 их применение было эффективным

5. Особенности работы электрофильтров при высокой концентрации дисперсной фазы

Эта проблема возникла в последние десятилетия в связи с необходимостью очистки газов от частиц все меньшего размера При одной и той же весовой концентрации происходит резкое увеличение счетной концентрации, что вносит существенные изменения в процесс осаждения частиц

Во-первых, меняются условия и характеристики коронного разряда и, во-вторых, как следствие, изменяются условия зарядки и движения частиц Из-за увеличения концентрации частиц их зарядка происходит при дефиците ионов Кроме того, изменяется распределение напряженности поля, что непосредственно влияет на значите предельного заряда и скорость дрейфа частиц

Особенности работы электрофильтров при высокой концентрации дисперсной фазы были рассмотрены в работах Г 3 Мирзабекяна Однако проблема с определением заряда частиц в этих условиях не позволила создать методику расчета степени очистки газов с учетом влияния дисперсной фазы

В данной главе представлены результаты разработки инженерной методики расчета степени очистки на основе простых физических представлений и с учетом результатов предшествующих работ

Таблица 4

Результаты сравнительных испытаний эффективности релаксационного питания

Объект испытания Липецкий цемзавод Горнообогатительный комбинат ЮГОК Сланцев- ский цемзавод

Тип электрофильтра УГ-4-53 ПГДС-3-38 ПГДС-3-24

Тип агрегатов питания АУФ-400 АРС-250 АРС-250

Режим питания* 1 2 1 2 1 2

Скорость газа в активной зоне э/ф,м/с 1,8 1,8 2,0 2,0 1,2 1,2

Температура газов, °С до электрофильтра после электрофильтра 170 150 170 150 150 140 150 140 250 230 250 230

Запытенность газа, г/м3 при н у до электрофильтра после электрофильтра 28 0,78 30 0,56 3 0,32 3 0,25 56 0,68 56 0,27

Медианный диаметр частиц (150, Ю'3 м - - 2-3 2-3 2,8 2,8

Степень очистки газов % 97,22 98,14 89,30 91,67 98,78 99,53

Относительный пылеунос 1,49 1,29 2,56

Эффективная скорость дрейфа, м/с 0,088 0,098 0,078 0,086 0,098 0,121

Электрические параметры источника питания

I поле напряжение, 103 В ток нагрузки, 10"3 А частота импульсов, Гц 35 15 40 5 70-100 30 150 34 70 100-120 49 30 53 40 100-150

И поле напряжение, 103 В ток нагрузки, 10"3 А частота импульсов, Гц 34 15 42 5 80-150 26 150 31 70 100-120 80 125 200-220

III поте напряжение, 103 В ток нагрузки, 103 А частота импульсов, Гц 36 20 42 10 100-150 25 135 30 80 100-120 80 120 200-220

IV поле напряжение, 10' В ток нагрузки, 10'3 А частота импульсов, Гц 30 25 39 10 100-150 - - - -

*- режим питания 1 - питание постоянным напряжением,

2 - релаксационный режим

Основным является утверждение о неизменности величины суммарного объемного заряда в промежутке при коронном разряде и наличии дисперсной фазы и при ее отсутствии Заряды частиц несут как ионы, так и частицы золы Так как их подвижности различаются на несколько порядков величины, то возможно «запирание» коронного разряда, когда весь заряд сосредоточен на частицах и ток коронного разряда очень мал

По длине электрофильтра выделяются три зоны В первой, занимающей небольшой участок от входа, происходит сравнительно быстрая зарядка частиц до величины qз:ш, когда все ионы осаждаются на частицах Ток короны практически падает до нуля

В зоне II из-за осаждения частиц их концентрация уменьшается, что приводит к частичному отпиранию тока короны и медленной подзарядке частиц таким образом, чтобы плотность объемного заряда частиц оставалась близкой к запирающей

Начало зоны III соответствует условиям, когда заряд частиц начинает приближаться к предельному значению q,ip Выполненные нами расчеты показывают, что начало отпирания коронного разряда несколько опережает выход заряда на предельное значение Это означает, что возможно существование ионного тока, хотя заряд не достиг еще предельной величины Причиной является неравномерное распределение плотности ионного тока в промежутке и флуктуации в заряде частиц Некоторый рост заряда происходит и после частичного отпирания коронного разряда вплоть до тока, приближающегося к Iuaxc (при отсутствии влияния дисперсной фазы) Это явление связано также с изменением распределения объемного заряда в процессе отпирания коронного разряда Это обстоятельство не принималось во внимание в предшествующих работах

При дальнейшем осаждении частиц в электрофильтре их концентрация падает, происходит полное отпирание коронного разряда, ток стремится к предельной величине, а заряд частиц - к предельному значению

Приближенный теоретический анализ запирания коронного разряда на основе допущения Дейча-Попкова свидетельствует, что влияние дисперсной фазы на характеристику коронного разряда определяется параметром D

PJ?

D = (?)

e0U

Степень недозарядки частиц q будет представлять собой

£ — ЧКЯ пред \д + Я пред ди<р) ' (8)

Запирающее значение параметра Б определяется при подстановке в (7) запирающего значения плотности заряда частиц Получены выражения для Е>юп в системах электродов «Коаксиальные цилиндры», «Ряд проводов между плоскостями», рассчитаны распределения поля

Для системы «Ряд проводов между плоскостями»

0ззп =2,5(1,37-0,12и'11-ехР(-0,4^)]^, (9)

где и*=и/и0

Центральным моментом в разработке методики расчета степени очис1ки газов в электрофильтрах является определение степени недозарядки частиц

С точки зрения расчета степени очистки газов электрофильтр разбивается на две условные части в первой имеет место запирание коронного разряда, во второй - влияние дисперсной фалы отсутствует Рассматривается первый участок

При запирании коронного разряда заряд частиц с!Ч2Г близок к величине, определяемой по 0>аК Однако из-за реитлчая условий зарядки в различных

частях разрядного промежутка электрофильтра и уменьшения скорости зарядки вблизи порога запирания текущее значение заряда а1Тек оказывается меньше Степень не дозарядит предлагается определять как

Чтек/Цпред, (10)

где Чпред - предельный заряд при отсутствии влияния дисперсной фазы,

Ч[еу=Кд (11)

где Ям - значения заряда частиц, при котором происходит запирание коронного разряда, Кд - коэффициент < 1

Из сопоставления экспериментальных и расчетных значений степени очистки можно принять Кд = 0,8

Учитывая, что расчет электрофильтра при наличии запирания коронного разряда производится по участкам, степень очистки на каждом участке невелика, и поэтому нормативной методикой расчета пользоваться нельзя Предложено использовать традиционную форму записи управления Дейча-Попкова Влияние факторов, действующих в реальном электрофилы-ре, таких как подзарядка частиц у коронирующего электрода, неравномерность распределения скорости газа и концентрации частиц, вторичного уноса, неактивных зон учитывается с помощью соответствующих коэффициентов По-лидисперсныи характер частиц пыли отражается на основании параметров логнормального распределения (среднего размера и дисперсии) различными величинами среднего, среднего квадратичного и среднего кубического радиусов частиц

Для оценки значений напряженности в электрофильтрах общепромышленного назначения, которые соответствуют максимуму произведения максимального и среднего во времени значении напряжения, использовались многочисленные экспериментальные данные из соответствующих литературных источников Они были обобщены и сопоставлены с полуэмпирическими формулами Результаты согласуются с выводами главы 3

Предложена методика расчета степени очистки газов на участке запирания коронного разряда, заключающаяся в том, что длина электрофильтра разбивается на элементы небольшой длины, в пределах которых степень не-дозарядки £ принимается постоянной

£=(0 (12) где Оза!1 определяется по (9), Б^дк - для к-того участка по (7) при

Рчпредк ~ N. С^пред

Значение концентрации частиц в начале к-того участка рассчитывается по начальной концентрации и убыли концентрации частиц на предшествующих участках

Степень очистки газов и, соответственно, уменьшение концентрации частиц на рассматриваемом участке рассчитывается по формуле Дейча-Попкова с учетом недозарядки частиц по (12)

Предложенная приближенная методика нуждается в экспериментальной прозерке К сожалению, данных об измерениях степени очистки газов в промышленных условиях при наличии запирания коронного разряда очень мало

Наиболее подходящими являются случаи очистки электрофильтрами газов после мартеновских печей при продувке ванны кислородом Запыленность газа перед электрофильтром при продувке возрастает до 5-12 г/м3, уменьшается размер частиц (с!ср = 0,7-1,2 мкм), снижается влажность газа

Показано, что нарушением в работе электрофильтров в эгих условиях является запирание коронного разряда

В качестве первого случая для анализа было выбрано применение электрофильтра ДГПН-55-3 на Череповецком металлургическом заводе для очистки газов за 600-тонной одноканальной мартеновской печью Между печью и электрофильтром был установлен котел-утилизатор КУ-100, который обеспечивал стабильное снижение температуры газа перед электрофильтром до 240-260° С Исследование системы газоочистки проводилось при продувке ванны кислородом от 3 до 6 тыс м3/час

Вторая серия расчетных случаев связана с применением для очистки газов после мартеновских печей электрофильтров типа ПГДС Электрофильтр ПГДС (пластинчатый, горизонтальный, дымовой, с С-образными осадитель-ными электродами) имеет ленточно-игольчатые электроды (шаг между иглами 80 мм при высоте игл 12 мм), содержит три поля длиной по 2,5 м каждое Расстояние между осями осадительных электродов составляет 275 мм

Схема газоочистки (Орско-Халиловский металлургический комбинат) включала между мартеновской печью и электрофильтром регенератор, котел-утилизатор типа КУ-100 и скруббер

Выделено три режима работы электрофильтра ПГДС, отличающиеся количеством кислорода, подаваемого в ванну для продувки, и, соответственно, входной запыленностью и дисперсным составом

Таблица 5

Параметры режимов электрофильтров

Типэ/ф Индекс режима £¡50, мкм г/м3 Скор газа, м/с 7 мъ'м3 "Лам: Л р. &% Цр

ДГПН-55-3 Б 1,32 5,3 1,24 150 0,968 0,983 0,967

ПГДС-70-3 А, 0,95 2,55 1,30 46,4 0,982 0 985 0,982

А2 1,10 2,58 1,32 28,2 0,988 0,990 0,988

А3 1,15 4,3 1,31 52,8 0 988 0.992 | 0 987

В результате расчета степени очистки газов по участкам в соответствии с предлагаемой методикой определены суммарные значения для различных электрофильтров в различных режимах (табл 5) Запирание коронного разряда приводит к существенной недозарядке частиц в начальной части электрофильтра (с = 0,35 и менее) Особенно сильно влияние дисперсной фазы сказывается на проскоке частиц

Из табл 5 следует, что рассчитанные значения степени очистки совпадают полностью с экспериментальными данными

В случае наиболее сильного влияния дя;персяой фазы (режим Б) степень очистки меняется от 0,983 до 0,967, проскок частиц возрастает в 2 раза От-

носительно небольшие изменения степени очистки определяются тем, что зона запирания коронного разряда ограничивается первым полем, а второе и третье поля работают в обычном режиме

При определении показателей только для первого поля получаются более существенные изменения Например, для первого поля электрофильтра ДГТШ (режим Б) изменение степени очистки за счет запирания коронного разряда составляет от 0,743 до 0,51

Учитывая особые условия очистки газов и то, что запирание коронного разряда встречается часто при улавливании мелкодисперсных капель в химической промышленности, в качестве объекта были выбраны трубчатые мокрые электрофильтры типа ЭТМ, установленные в очистном отделении производства серной кислоты Череповецкого ОАО «Аммофос» Концентрация частиц на входе составила 2,9 г/м1 при среднем геометрическом размере частиц 0,96 мкм

Методика расчета степени очистки газов с учетом влияния дисперсной фазы была переработана применительно к трубчатым электрофильтрам Скорректированы некоторые формулы и коэффициенты Трубчатый электрофильтр более чувствителен к приближенному характеру оценки влияния дисперсной фазы, так как в нем отсутствуют неактивные зоны и вторичный унос

Расчет электрофильтра ЭТМ при улавливании капель серной кислоты выполнен по учаегкам, скорость потока составляла 1,0 м/с, электрофильтр работал в режиме периодических пробоев (иср = 43 кВ, имзкс = 50 кВ) Подробная характеристика режима и параметров электрофильтра представлены в диссертации Расчетная величина степени очистки т|расч = 0,96 практически совпадает с экспериментальной т|ЭкС = 0,962, что еще раз свидетельствует о правомерности предлагаемой методики расчета степени очистки газа в электрофильтрах с учетом влияния высокой концентрации дисперсной фазы Без учета влияния дисперсной фазы расчетная степень очистки в данных условиях составляет 0,976 Интересно отметить, что степень недозарядки частиц в начальной части поля электрофильтра составляет 0,5, что приводит к такому же уменьшению скорости дрейфа частиц

Запирающее действие дисперсной фазы охватывает около 40 % длины электрофильтра Почти полностью ионныи ток замыкается через вторую половину длины электрофильтра (рис 6)

4 г„/г„

о и

/

<1

/

О 13

о ю

* 1 0 1 1 12 13 15*1

Рис. 6 Распределение относительной плотности тока по длине электрофильтра ЭТМ

Рис. 7. Зависимость степени очистки таза (1) и проскока тумана кислоты (2) от скорости газа в электрофильтре ЭТМ

Существенным параметром, влияющим на степень очистки г) и проскок частиц 1 - т|, является скорость газа Уг, что иллюстрирует рис 7 Для электрофильтров, работающих при сильном влиянии дисперсной фазы, характерна более сильная зависимость от скорости потока, чем для электрофильтров, работающих при малой концентрации частиц С ростом скорости потока газа степень очистки уменьшается, а проскок растет

6. Принципиальные особенности электрофильтров нового поколения.

В данной главе научно обоснованы характерные параметры электрофильтров нового поколения и рассмотрены особенности их конструкции Исходным для анализа является уравнение Дейча-Попкова для степени очистки, которое определяет главные влияющие факторы

1. Оптимальная конструкция электродов электрофильтров. Показано, что коронирующие электроды электрофильтров должны обеспечивать при рабочем напряжении наибольшие значения максимальной и средней во времени и в пространстве напряженности поля Этим требованиям удовлетворяют коронирующие электроды объемно-ш ольчатой конструкции, у которых (рис 1)

- иглы имеют достаточную длину (~ 25 мм) с мальм радиусом закругления,

- расстояние между иглами составляет 25-50 мм, что позволяет получить достаточно большое число игл на единицу длины коронирующего электрода при отсутствии заметного экранирования,

- используются широкополосные коронирующие электроды (~ 30-50 мм) с уменьшенным расстоянием между рядами (80 мм вместо 160 мм),

- обеспечивается одинаковое расстояние от концов всех игл до элементов осадительных электродов, что также способствует равномерному распределению плотности тока коронного разряда по осадительным электродам

При использовании хорошо зарекомендовавших себя осадительных электродов Эко МК 4x160 (СЧС-640) в качестве упрощенных промежуточных вариантов коронирующих электродов рекомендуются электроды Н-образной формы Модернизированные осадительные электроды в полной мере удовлетворяют требованиям равнопрочности

По сравнению с ленточно-игольчатыми электродами, которые использовались в электрофильтрах прошлого поколения, коронирующие электроды нового поколения обладают существенно сниженным, несмотря на увеличение разрядного расстояния, начальным напряжением (14 кВ), более высоким значением напряженности у поверхности осадительных электродов и более равномерным распределением вдоль их поверхности, более равномерным распределением плотности тока

Сопоставление с американской конструкцией свидетельствует в пользу предлагаемых коронирующих электродов

2. Увеличенное межэлектродное расстояние В последний период в мировой практике используются электрофильтры с увеличенным межэлектрод-

ным расстоянием Это приводит к существенной экономии материальных ресурсов и снижению стоимости аппаратов

В соответствии с формулой Дейча-Попкова увеличение межэлектродного расстояния приводит к снижению степени очистки, однако на практике получено, что она не снижается Ряд зарубежных фирм выпустил аппараты с межэтектродкым расстоянием 500 мм

Убедительным доказательством целесообразности применения увеличенного межэпектродного расстояния являются результаты испытаний электрофильтров ЭГА и ЭГАВ на энергоблоке 300 МВт Ладыженской ГРЭС Электрофильтр ЭГВ имел межэлектродное расстояние 460 мм, а ЭГА - 300 мм При одинаковых пылегазовых параметрах степень очистки имела одинаковую величину - 98 %, несмотря на отличие поверхности осаждения в 1,5 раза Неизменность степени очистки с увеличением межэлектродного расстояния впервые получила теоретическое обоснование в данной работе

В соответствии с формулой Дейча-Попкова степень очистки для электрофильтров ЭГВ и ЭГА (см выше) будет одинаковой, если

т е отношение напряженностей будем оценивать по ее значениям у поверхности осадительного электрода по центральной силовой линии

Воспользуемся результатами расчета напряженности при коронном разряде в эквивалентной системе «Ряд проводов между плоскостями» Тогда при условии ир»ио получим

Расчет по этой формуле при условии постоянства рабочего градиента (Up/h = const) дает

Этот результат подтверждается экспериментальными исследованиями распределения поля в системе с игольчатыми коронирующими электродами с высотой игл 12 мм, расстоянием между иглами 400 мм и межэлектродными расстояниями 275, 350 и 400 мм (Еср = 3, 35 кВ/см) Так. при изменении 2 11 от 275 мм до 400 мм напряженность возрастает в 1,09 раза.

Второй причиной сохранения степени очистки является возрастание среднего градиента рабочего напряжения с ростом межэлекгродного расстояния Это обстоятельство отмечали американские исследователи, и это подтверждается сравнительными испытаниями электрофильтров ЭГА (2 Ь = 460 мм) и ЭГА (2И = 300 мм) Средний рабочий градиент возрастает примерно на 10 %

Наиболее вероятной причиной этого является уменьшение влияния рас-центровки короиирующих электродов, что подтверждается расчетами

- 1 или

К* К Щ. U К

Е2

'-•гцсп _

Е2

\ цел

Выбор базового межзлекгродного расстояния 2 Ь = 460 мм определяется также тем, что для питания таких электрофильтров достаточно использовать агрегаты с номинальным напряжением 110 кВ, а не разрабатывать новые агрегаты

Важным критерием выбора межэлектродного расстояния 460 мм явилось рациональное использование корпусов электрофильтров ЭГА и УГ при их реконструкции

3. Увеличение высоты электродов до 18 м. Проблема, связанная с размещением электрофильтров на определенном пространстве в соответствии с компоновкой блоков на современных ТЭС, сжигающих уголь, приводит к необходимости увеличивать высоту электродной системы до 18 м Существующие до настоящего времени электрофильтры не позволяют это сделать из-за необходимости встряхивания электродных систем, в особенности коро-нирующих, в нескольких уровнях по высоте аппарата

В связи с этим были проведены исследования динамических характеристик электродных систем при верхнем расположении механизмов встряхивания Для этого использовалась программа «Элос-2003», позволяющая учесть эксцентриситеты приложения ударной силы в двух плоскостях, а также наличие пыли на электродах

Сопоставление с результатами расчетов при нижнем расположении механизмов встряхивания показывает, что при верхнем расположении требуется меньшая величина скорости молотка в момент удара и обеспечивается более равномерное распределение величины ускорения по высоте электрода Результаты стендовых испытаний осадительных электродов на специальном экспериментальном стенде подтвердили результаты расчетов Получено, что успешная регенерация обеспечивается при скорости удара 0,5 м/с

Минимальная величина ускорения при верхнем встряхивании электрода в одном уровне составляет менее 100 что ниже критического уровня ускорений для отряхивания пыли в промышленных электрофильтрах

Отсюда следует однозначный вывод о необходимости встряхивания коро-нирующих электродов высотой 18 м в двух рядах для обеспечения требуемого минимального ускорения 100 g

В связи с необходимостью обеспечения оптимального режима встряхивания, при котором вторичный унос может быть снижен в 1,3-2,5 раза по сравнению с непрерывным встряхиванием, автором данной работы предложен электропривод с частотным регулированием скорости вращения выходного вала мотор-редуктора (0,125-7,5 об/мин)

Такие возможности нового электропривода позволяют для каждого поля установить оптимальный режим встряхивания осадительных электродов Это особенно важно для электродов большой высоты, так как позволяет минимизировать унос в последних полях электрофильтров

Для изготовления осадительных электродов высотой 18 м была создана специальная автоматическая линия холодного профилирования

Итак, в электрофильтрах нового поколения предусмотрено применение электродов высотой до 18 м Для коронируюших электродов рекомендуется верхнее расположение механизмов со встряхиванием в двух рядах Для оса-

дительных электродов возможно совместное как нижнее, так и верхнее расположение механизмов встряхивания, но последнее является предпочтительным, если требуется достигнуть ускорения более 100 g для осадительных электродов выше 12 м

4. Уменьшение влияния неактивных зон. В работе показано, что даже при малой доле потока газа через неактивные зоны они оказывают существенное влияние на степень очистки Однако устранению перетоков газа через неактивные зоны ранее уделялось мало внимания

В работе предложен ряд решений, устраняющих влияние этого явления путем установки дополнительных перегородок, экранов и уменьшения неко-ронирующих зон в рамах коронирующего электрода

5. Обеспечение равномерного распределения потока газа по сечению.

Показано, что доя электрофильтров нового поколения необходима установка последовательно двух газораспределительных решеток на входе В этом случае коэффициент неоднородности распределения потока может быть принят равным 1,1

Впервые обращено внимание на искажение распределения потока в последних полях электрофильтров Исследования показали, что за счет этого пылеунос из последнего поля может увеличиться в 2,6 раза.

Для уменьшения неравномерности поля скоростей в последнем поле следует устанавливать дополнительную решетку, конструкция которой разработана специально для установки в конфузоре

6. Новая система регулирования напряжения. За основу взята предложенная в данной работе система регулирования по последующему полю, а последнее поле по максимуму произведения иср иуж Для использования уже существующего регулятора по максимуму среднего напряжения предлагается упрощенный способ, заключающийся в том, чтобы выпрямленное напряжение было в 1,03-1,05 раза больше максимального значения среднего напряжения при этом Цср _ тах , если улавливаются пыли II группы

К

Область применения и конструкция электрофильтров нового поколения.

Электрофильтры нового поколения предназначены для очистки технологических газов при температуре до 330° С, запыленности до 75 г/нм3, имеют производительность до 1 7 млн мч/ч и степень очистки до 99,9 % Они могут быть использованы в различных отраслях промышленности в энергетике, в черной и цветной металлургии, цементной, химической и других отраслях, для реконструкции действующих и строительства новых установок

В работе сопоставлены варианты применения электрофильтров нового поколения с действующими электрофильтрами в сходных условиях Рассмотрены случаи улавливания золы второй группы по электропроводности, высокоомной золы, получающейся при сжигании экибастузского угля улавливания клинкерной пыли при сухом способе производства цемента

Из сопоставления следует, что электрофильтры нового поколения обладают целым рядом преимуществ В качестве примера конструкции первых электрофильтров нового поколения может бьпь представлен электрофильтр ЭГВ, уже выпускаемый в настоящее время Его характеристики межэлектродное расстояние - 460 мм Высота электродов - до 15 м, число полей -2-8 штук длиной 2,56-3,84 м Производительность при скорости газа 1 м/с -50-1300 тыс м3/ч Концентрация частиц на входе должна быть не более 90 г/м3, а на выходе удовлетворяет действующим нормативам В электрофильтрах ЭГВ используются коронирующие электроды СФ-2 и широкополосные осадительные электроды Эко МК 4x160

Применены новые конструктивные решения узлов встряхивания и их верхнее размещение В Электрофильтрах типа ЭГВМ и ЭГАВ реализованы все отличительные особенности аппаратов нового поколения Аппараты типа ЭГАВ 2x56-12-5-4 внедрены на заводе «Северсталь» для очистки аспираци-онных газов литейного двора Применение верхнего встряхивания корони-рующих электродов позволило сократить межпольный промежуток с 1,6 до 1 м и увеличить активную длину электрофильтра на 25 % в том же корпусе за счет установки в каждом поле еще одного дополнительного элемента осади-тельного электрода

7. Комбинированные электрофильтры.

Существует ряд особых условий, например, улавливание высокоомных пылей, обеспечение очень малых значений выходной запыленности, когда применение электрофильтров приводит к громоздким решениям и выглядит неоправданным с технико-экономической точки зрения Для использования в этих условиях предлагается комбинированный электрофильтр, состоящий из собственно электрофильтра и рукавного фильтра, расположенного последовательно по ходу газа

В работе определена область применения комбинированного электрофильтра, установлены требования к каждому элементу, решены проблемы, связанные с разработкой конструкции аппарата.

Особенно успешным является применение комбинировашых электрофильтров при улавливании высокоомных пылей, приводящих к обратной короне, когда другие методы борьбы с обратной короной не дают положительного результата Отмечая, что последние поля электрофильтров работают при более низкой концентрации частиц, а для тканевых фильтров это наиболее благоприятные условия, можно сделать вывод, что для успешного решения задачи очистки газов до уровня, соответствующего современным требованиям, следует применить комбинированный электрофильтр, состоящий из 1-4 полей на входе и тканевого фильтра на выходе

В распределении функций наиболее важным представляется определение диапазона входных и выходных концентраций, приходящихся на каждый из аппаратов

Если иметь в виду, что концентрация частиц на выходе комбинированного фильтра должна быть 50 мг/м3 и менее, то, как показывают предваритель-

ные расчеты, концентрация частиц на входе в рукавный фильтр должна быть в пределах гвход = 5-12 г/м3, что соответствует степени очистки газов в рукавном фильтре - 99,9 % и более

Допустим, что наибольшее значение массовой концентрации частиц на входе в комбинированный аппарат составляет до 100 г/м3, тогда на электрофильтр, как на первый элемент, приходится диапазон значений концентрации 2]„ых= 5-12 г/м3 Соответствующие значения степени очистки равны 88-95 % Указанные значения степени очистки обеспечиваются в электрофильтрах общепромышленного назначения для пылей второй группы при 1-2 полях Если улавливаются высокоомные пыли, то необходимо 2-4 поля

Конечно, в том случае, когда входная концентрация пыли меньше 100 г/м3, то степень очистки, которую должен обеспечить электрофильтр, может быть уменьшена с соответствующим уменьшением необходимого числа полей

Для указанных вариантов применения электрофильтров на ТЭС выполнен расчет активной длины Степени очистки, времени пребывания и остаточной запыленности газа для достижения современных параметров выброса золы в атмосферу В результате (табл 3)количество полей в варианте 1 надо увеличить от 5 до 11, в варианте 2-сЗдо5ив варианте 3 - с 4 до 7 полей Резко возрастает общая длина аппаратов

Применение комбинированных электрофильтров решает эту проблему, о чем свидетельствует расчет технико-экономических показателей различных вариантов установок пылеулавливания, результаты которого представлены в табл 3

На основании этих и других результатов, приведенных в диссертации, можно сделать вывод, что комбинированный электрофильтр имеет преимущество перед электрофильтром, если рукавный фильтр, входящий в состав комбинированного аппарата, заменяет 8 и более полей, небольшое преимущество - 7 полей и проигрывает при замене 4 и менее полей При расчетах было принято, что срок службы фильтроматериала составляет 4 года и учтена стоимость запасного рукава для обеспечения срока службы 8 лет При улучшении свойств ткани преимущества комбинированных аппаратов будут возрастать

Наибольший экономический эффект при требуемой выходной запыленности дает применение комбинированного электрофильтра по сравнению с использованием только одного электрофильтра при улавливании высокоомной золы экибастузского угля (вариант 1) В варианте 3 приведенные затраты также несколько меньше для комбинированного электрофильтра, но это различие невелико Наконец, в варианте 2, где проводится очистка газа от золы с благоприятными для улавливания свойствами в электрофильтре нового поколения типа ЭГВ с увеличенным межэлектродным расстоянием, комбинированный электрофильтр проигрывает по сравнению с электрофильтром ЭГВ Следует отметить, что при обеспечении выходной запыленности 20-30 мг/нм3 и вариант 3 будет выгодным для применения комбинированного электрофильтра

Обоснованы конструкция и параметры комбинированного электрофильтра В качестве первого элемента используются электрофильтры нового поко-

ления По условиям работы они должны быть приспособлены для улавливания высокоомных пылей и при ограниченном числе полей должны обеспечивать степень очистки на уровне 85-95 % Рекомендуется применять простые меры, связанные с регулированием величины и распределения плотности тока коронного разряда (затупление концов игл) и другие, обеспечивающие более редкую регенерацию рукавов в фильтре

В настоящее время в мировой практике, в развитых индустриальных странах, имеется определенный опыт очистки дымовых газов в энергетике рукавными фильтрами В перспективе предполагается расширение их использования в комбинированных электрофильтрах

Представлен подробный анализ опыта конструирования и эксплуатации рукавных фильтров и перспектив их применения в комбинированных аппаратах Особенностью их использования для очистки дымовых газов являются очень большие объемы очищаемых газов, значительные концентрации залы и требуемый длительный срок эксплуатации до останова на ремонт или замену рукавов

От выбора фильтровального материала зависят эффективность пылеулавливания, гидравлическое сопротивление, производительность, срок службы, стоимость К настоящему времени разработано бочьшое количество фильтровальных тканей Степень очистки газа в рукавных фильтрах высокая и составляет 99-99,9 % Удельная газовая нагрузка является важным показателем, определяющим срок службы материала Мировая практика показывает, что оптимальная удельная газовая нагрузка в общепромышленных фильтрах находится в пределах от 0,25 до 2,5 м3/м2мин

Гидравлическое сопротивление фильтра растете по мере осаждения золы в нем Это определяет необходимость регенерации фильтровального материала

В результате анализа для использования в комбинированных аппаратах рукавных фильтров необходимо исходить из следующего

- Термостойкость материала должна быть не менее 200° С Этому требованию соответствуют тефлоновые, полиамидные и фильтроматериалы на основе стекловолокна Но следует иметь в виду, что пока не накоплен достаточный опыт эксплуатации фильтров с тефлоновыми тканями, а также их высокую стоимость

- Удельная газовая нагрузка должна быть принята не очень большой ~ 1,2 м3/м2мин

- В качестве основного способа регенерации должна быть принята обратная или импульсная продувка Желательно сочетание обратной или импульсной продувки с дополнительными методами регенерации, которые умечьша-ли бы расход сжатого воздуха и снижали нагрузки на фильтроматериал при регенерации рукавов

- Должны быть приняты меры, исключающие снижение температуры очищаемого газа и основного оборудования фильтря ниже точки росы

- Целесообразно применение рукавных фильтров в первую очередь для очистки газов при сжигании малосернистых углей, например, зкнбастузских, кузнецких

Таблица 3. Параметры очищаемого газа и аппаратов

дня обеспечения современных нормативов выброса золы а атмосферу

№ п/п Вариант Вариант 1 Вариант 2 ВариантЗ

1а 16 2а 26 За 36

1 Аппарат ЭФ ЭФ+РФ ЭФ ЭФ+РФ ЭФ ЭФ+РФ

2 Температура газа, "С 170 170 165 165 145 145

3 Объем газа, м'/с 395 395 295 295 135 135

4 Запыленность газа, г/нм3 74 74 18 8 18 8 21 21

5 Электрофильтр

5 1 Количество полей 11 3 5 1 7 1

52 Время пребывания газа, с 29 0 79 12 9 26 69 1 0

53 Выходная запыленность газа, г/нм3 0 15 13 5 0 05 5 1 0 05 85

54 Степень очистки газа, не менее % 99 80 81 73 99 73 73 02 99 76 59 46

6 Рукавный фильтр

б 1 Ткань фирмы ТТЬ - РРв-Германия - РРБ-Германия - РРв-Германия

62 Удельная нагрузка, м3/м2/мин - 123 - 1 19 - 1 32

63 Срок службы рукавов, лет - 4 - 4 - 4

64 Степень очистки газа, не менее % - 98 89 - 99 02 - 99 41

65 Выходная запыленность газа, г/нм3 - 0 05 - 0 05 - 0 05

7 Общая степень очистки газа в аппарате, % 99 80 99 80 99 73 99 73 99 76 99 76

8 Габариты аппарата, м

8 1 Высота 22 22 20 20 16 16

82 Ширина 30 30 22 22 11 11

83 Длина 68 33 31 21 52 30

(206%) (100%) (148%) (100%) (173%) (100%)

Для применения в комбинированных электрофильтрах разработан рукавный фильтр ФРМИ Он собирается из модулей, имеющих поверхность фильтрования 800 м2 Типоразмерный ряд аппаратов имеет производительность от 70 до 1380 тыс м3/ч

В работе подробно исследованы особенности улавливания в рукавном фильтре сильно заряженных в коронном разряде электрофильтра частиц

Уже на начальном этапе применения фильтровальных материалов отмечалось ухудшение условий регенерации из-за увеличения слипаемости частиц в слое С другой стороны, при исследованиях осаждения частиц в волокнистых фильтрах тонкой очистки отмечалось существенное увеличение степени очистки при улавливании заряженных аэрозолей

Анализ показывает, что при всех механизмах осаждения частиц в волокнистых фильтрах (инерционном, гравитационном, диффузионном, зацепления) зарядка частиц и действие электрического поля увеличивают степень осаяедения Это следует из расчета коэффициентов захвата частиц волокном, которые под действием заряда и поля могут возрасти в несколько раз

Исследования показывают, что слой частиц формируется внутри каналов и, в основном, на поверхности материала Рассчитаны электрические характеристики слоя

Реальной схеме формирования слоя соответствуют два предельных случая изолированный слой и слой на электроде Максимальная напряженность у поверхности слоя будет равна

где я = 4яе0а[ЗаЕ3ч0 +7 Б/К] - заряд частиц, — толщина слоя, Куц — коэффициент упаковки, а - радиус частиц

Для слоя на электроде напряженность получается в 2 раза больше Влияние проводимости слоя уу на величину максимальной напряженности отражается формулой

С> - удельная газовая нагрузка, ДЬ -скорость роста слоя Заряд сохраняется на слое во всех случаях, если отсутствует или очень мала утечка со слоя через структуру ткани

Рассмотрим разрядные процессы в слое, имея в виду, что в слое имеют место высокие значения напряженности поля Убедительным доказательством существования частичных разрядов в слое задолго до его пробоя получено регистрацией свечения с помощью ФЭУ

В части слоя, где происходят ионизационные процессы, распределенный заряд частично или полностью нейтрализуется, что приводит к выравниванию распределения напряженности в этой области При дальнейшем росте толщины слоя размеры зоны частичных разрядов возрастают В электрофильтрах развитие ионизационных процессов в слое приводит к возникновению обратного коронного разряда

Если слой имеет контакт с электродом, то часть заряда слоя стекает на электрод Для изолированного слоя ионизационные процессы начинаются с внешней поверхности слоя Часть ионов под действием поля слоя инжектируется в воздушное пространство над слоем Предельное значение напряженности ограничивается условием пробоя слоя Приведены зависимости пробивной напряженности порошковых слоев от толщины и электропроводности

Формирование слоя заряженных частиц в отличие от незаряженных частиц происходит таким образом, что при приближении частиц к слою и при осаждении частицы испытывают отталкивающее действие уже находящихся на слое частиц Поэтому образуется рыхлый слой

Некоторое подтверждение этому получено при испытаниях опытного рукавного фильтра «АрЦгоп» В центре рукавов были помещены высоковольтные электроды, а частицы размером 3-7 мкм сначала заряжались в поле ко-

8

где J - , уу — проводимость, ъ - массовая концентрация, т = е0Есл/уу1

4лу даъ

ронного разряда Удалось при одном и том же гидравлическом сопротивлении увеличивать скорость фильтрации в 4 раза

Более обстоятельные эксперименты по улавливанию заряженной и незаряженной кварцевой пыли тканевым филыром были выполнены в НИИО-ГАЗ Средний размер частиц кварцевой пыли составлял 5 мкм Результаты исследования показывают, что подзарядка частиц кварцевой пыли в поле отрицательной короны перед фильтрацией на металлической ткани увеличивает пылеемкость на 37 % и уменьшает проскок пыли в 2,3 раза Зарядка частиц и наложение электрического поля напряженностью 4 кВ/см на слой пыли повышает пылеемкосгь в 3,15 раза и снижает проскок в 5,8 раза Одновременное фотографирование осажденных слоев свидетельствует, что они становятся более рыхлыми, отчетливо видны неоднородности и ветвистые образования типа дендритов, характерные для осаждения заряженных частиц на поверхность пористых материалов в электрическом поле

Для лавсана зарядка частиц и наложение дополнительного поля привели к увеличению пылеемкости на 55 % и снижению проскока частиц на 40 % Относительно малое улучшение показателей работа лавсанового фильтра объясняется тем, что и при отсутствии подзарядки лавсановый фильтр обеспечивает высокие показатели Вместе с тем структура слоя в этом случае получается более рыхлая, поскольку силы взаимодействия с металлической основой существенно больше

Особенности формирования слоя заряженных частиц на фильтровальном материале открывают возможность применить как метод регенерации наряду с импульсной продувкой метод электрической регенерации Такой метод подкрепляется разработкой конструкции системы регенерации, расчетами напряженности поля и сил, действующих на слой Подана заявка на получение патента РФ

Анализ влияния заряда частиц на процесс фильтрации в рукавном фильтре показывает целесообразность применения знакопеременного напряжения для питания первой ступени (последнего поля электрофильтра) комбинированного фильтра с целью снижения нагрузок при регенерации рукавов и увеличения их срока службы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основной результат исследований заключается в разработке научных основ создания электрофильтров нового поколения как системы «ИП - Э/Ф», обеспечивающих требуемую степень очистки и вписывающихся в существующую ячейку ТЭС, т е научное обоснование принципов конструирования, организации производства и эксплуатации электрофильтров нового поколения Для этого необходимо было решить ряд теоретических и экспериментальных вопросов, относящихся к процессу улавливания частиц в аппаратах газоочистки

Конкретные результаты, полученные в работе, сводятся к следующему

1 Показана необходимость создания электрофильтров нового поколения, что определяется резким ужесточением требований к чистоте газов после

очистки Возрастанием объемов газов и номенклатуры пылей, нуждающихся в очистке Дальнейшее загрязнение атмосферы требует кардинального изменения отношения к электрогазоочистке

2 Определены пути совершенствования электрофильтров, заключающиеся в

- усовершенствовании коронирующих электродов,

- увеличении вертикального размера электрофильтров,

- применении увеличенного межэлектродного расстояния,

- совершенствовании системы регулирования напряжения,

- создании новых источников питания,

- анализа условий, определяющих эффективность улавливания мелкодисперсной пыли, приводящей к запиранию коронного разряда,

- применении комбинированных электрофильтров

3 В работе впервые последовательно реализованы принципы конструирования коронирующих электродов, заключающиеся в

- использовании «равнопрочной» конструкции,

- обеспечении равномерного распределения плотности тока и напряженности по поверхности осадительного электрода,

- снижении до малой величины начального напряжения,

- обеспечении максимальных значений напряженности поля у осадительного электрода

4 Для анализа распределений напряженности поля коронного разряда в сложных системах электродов электрофильтров предложено использовать сочетание теоретического и экспериментального методов, что позволило впервые реализовать эту сложную задачу

5 В результате исследования предложена новая конструкция коронирующих электродов, обладающая более высокими параметрами коронного разряда, чем известные ранее

6 Разработана методика анализа процессов в системе «ИП - Э'Ф», заключающаяся в моделировании, составлении и решении дифференциальных уравнений, описывающих переходные процессы в схеме, на основе эквивалентирова-ния сложной нелинейной нагрузки, которой является электрофильтр

Впервые оказалось возможным увязать процессы, происходящие в системе питания, с процессами, происходящими в электрофильтре Это позволяет анализировать динамические процессы при сложной форме кривой питающего напряжения, в частности при импульсном питании

7 Предложено дальнейшее развитие новой перспективной системы регулирования напряжения - системы регулирования по последующему полю, где последнее поле регулируется по максиму»!}' произведения среднего напряжения на амплитудное значение напряжения

Для реализации этого принципа используется уже разработанный регулятор, который перенастраивается таким образом, чтобы он обеспечивал наибольшее среднее напряжение плюс превышение на 3 %, что соответствует максимуму иго Ц,

8 Показаны преимущества импульсного питания Предложена система ре-

лаксационного питания, обладающая преимуществами импульсного питания, отличающаяся простотой и надежностью, что очень важно для практического использования Разработаны и внедрены источники релаксационного питания

9 Разработана методика, выполнен полнофакторный активный эксперимент и получены уравнения регрессии, связывающие параметры источника питания, пылегазового погока и степень очистки Эти уравнения позволяют выбрать режимы, обеспечивающие минимальный унос, доказывают преимущества релаксационного питания

10 Преимущества релаксационного питания подтверждены многочисленными испытаниями и применениями в промышленных условиях

11 Для электрофильтров, работающих при высокой концентрации дисперсной фазы, для учета возможного запирания коронного разряда и ухудшении осаждения частиц разработана методика расчета степени очистки газа от частиц Предложен способ определения недозарядки частиц Правомерность методики подтверждена сопоставлением с экспериментальными значениями степени очистки для электрофильтров типа ДГПН и ПГДС, улавливающих пыли мартеновских печей, и электрофильтров типа ЭТМ, улавливающих капли серной кислоты

12 Анализ расчетных материалов показывает

- из-за влияния дисперсной фазы скорость дрейфа частиц может снижаться в 2 и более раз по сравнению с аналогичными значениями при малой концентрации,

- плотность тока из-за влияния высокой концентрации по длине электрофильтра распределяется крайне неравномерно В начальной части электрофильтра плотность тока близка к нулю

- из-за влияния дисперсной фазы имеет место более резкое возрастание уноса с ростом скорости потока

13 Разработаны электрофильтры нового поколения, в которых

- используется новая система электродов с лучшими электрическими характеристиками,

- принято экономически выгодное увеличенное межэлекгродное расстояние 460 мм,

- обосновано применеште электродов высотой до 18 м,

- обеспечено равномерное распределение потока газа по сечению электрофильтра за счет применения двух газораспределительных решеток на входе и одной решетки на выходе из электрофильтра,

- предприняты специальные конструктивные меры по уменьшению влияния неактивных зон,

- применен новый способ регулирования напряжения на электрофильтре

14 Впервые теоретически, расчетным путем, доказана целесообразность использования увеличенного межэлектродного расстояния

15 Впервые обоснована возможность применения в электрофильтрах осадительных электродов высотой 18 м и освоено их производство

16 Разработан и внедрен типоразмерный ряд электрофильтров нового поколения общепромышленного применения производительностью до 1,5

млн м3/ час, обеспечивающих остаточную запыленность газов 30-50 мг/м3

17 Обоснована необходимость разработки комбинированных электрофильтров, состоящих из последовательных, по ходу газа, собственно электрофильтра и рукавного фильтра

18 Определена область применения комбинированных электрофильтров

- очистка газов от высскоомных и других трудно улавливаемых в обычных электрофильтрах пыл ей.

- при высокой начальной концентрации пыли и в связи с необходимостью обеспечения жестких экологических требований по остаточной запыленности газов,

- при ограниченной площади для размещения газоочистного оборудования

19 Впервые определены рациональные диапазоны концентрации частиц для первого элемента комбинированного электрофильтра - собственно электрофильтра 2¡вход = 100 г/м3 и 2,вьк = 5-12 г/м3, и второго элемента - рукавного фильтра г^ход = 5-12 г/м3 и г2ВКХ = 50 мг/м3 и менее

20 Установлено в результате технико-экономических расчетов, что применение комбинированных электрофильтров вместо многопольных обычных электрофильтров сопровождается экономическим эффектом, если они заменяют электрофильтры с 6 и более полями

21 Исследованы особенности формирования пылевого слоя на фильтровальном материале при осаждении заряженного аэрозоля Произведен теоретический расчет процесса накопления заряда в пылевом слое и определены предельные значения плотности заряда, которые ограничиваются разрядными процессами в слое Показано, что предельные значения гидравлического сопротивления фильтровального материала достигаются при большей пылевой нагрузке, чем при осаждении незаряженных частиц В результате рукавный фильтр при улавливании заряженного аэрозоля работает более эффективно

22 На основании исследования процессов формирования заряженного пылевого слоя на фильтровальном материале предложена система электрической регенерации, позволяющая повысить ее эффективность На способ электрической регенерации рукавного фильтра подана заявка на получение патента РФ

23 Разработаны конструкции комбинированных электрофильтров Применение обеих ступеней комбинированных электрофильтров на практике подтвердило их эффективность

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1 Соколов М М , Чекалов Л В Процессы пылевыброса при встряхивании электродов // Тр ин-та / Московский Энергетический Институт - 1978-№ 409 - С 51-53

2 Чекалов Л В Исследование статической электромеханической характеристики поля электрофильтра // Тр ин-та / Московский Энергетический Институт - 1980 - № 446 - С 119-120

3 Чекалов Л В Анализ схемы импульсного питания электрофильтров // Электричество, № 9, 1986 - С 21-25

4 Чекалов Л В , Соколов М М Особенности режима работы электрофильтра и аппараты его питания // Электрические станции, № 7,1986

5 Чекалов Л В , Маслович Т.И., Курицын Н А Особенности определения мощности потребляемой электрофильтром, и выбора агрегатов питания при пульсирующем напряжении // Промышленная и санитарная очистка газов, №5, 1985-С 4-5

6 Мирзабекян Г 3, Чекалов Л В Схема замещения электрофильтра // Электричество, № 6,1988 - С 13-18

7 Чекалов Л В , Ргшцев В М Предельные характеристики импульсного преобразователя для питания электрофильтров на основе разрядника ИРТ-4-1 // Электрические станции, № 12,1989 - С 65-67

8 Чекалов Л В Источники питания электрофильтров Новые технологии и конструкции экотехнических установок Экотехнические установки с импульсными электрофильтрами // Экотехника Защита атмосферного воздуха от выбросов пыли, аэрозолей и туманов / Под ред Л В Чекалова,- Ярославль «Русь», 2003 - С 273-416

9 Белогловский А А, Чекалов Л В Расчет степени очистки газов в электрофильтрах при высокой концентрации дисперсной среды // Электричество, № 12,2004-С 12-16.

10 Чекалов Л В , Ткаченко В М, Курицын Н А Оборудование и установки пылеулавливания для металлургической промышленности и энергетики Доклад на семинаре ОАО «Гипрогазоочистка» «Реконструкция предприятий металлургии Вопросы повышения эффективности производств и защиты окружающей среды» - М, 2004

11 Патент 2229939 (РФ) Элемент коронирующего электрода электрофильтра / Чекалов Л В , Гузаев В.А, Курицын Н А, Санаев Ю И -Опубл в Б И -2004 -№ 16

12 Архипов Н А , Чекалов Л В Очистка газов электрофильтрами в черной металлургии // Новые тенденции и проблемы экологии и рационального использования вторичных ресурсов Основные направления развития и технического перевооружения предприятий вторичной металлургии Тез докл -М , МИСиС, 2005 - С 43-44

13 Чекалов Л В , Ткаченко В М Пути интенсификации работы электрофильтров // Электрические станции, № 3,2005 - С 51-57

14 Патент 2248837 (РФ) Пылеулавливающий аппарат / Чекалов Л В , Ткаченко В М, Громов Ю И - Опубл в Б И -2005 -№ 9

15 Громов Ю И, Ткаченко В М, Чекалов Л В Высокоэффективный комбинированный электрофильтр // Труды II Международной научно-практической конференции «Экология в энергетике - 2005» Тез докл -М , МЭИ, 2005-С 120-124

16 Курицын Н А, Морозов Ю М, Чекалов Л В Электрофильтры широкого применения для улавливания промышленных выбросов предприятий // Доклад на IV Международном конгрессе и выставке по управлению отходами Вэйст ТЭК - 2005 М, 2005 - С 26-29

17. Чекалов Л В, Громов Ю И, Чекалов В В Новые разработки рукавных фильтров // Цемент и его применение, № 4,2006 - С. 10-12

18. Глебов В.П, Зыков А М, Чекалов Л В., Ткаченко В.М Высокоэффективные сухие золоуловители для техперевооружения действующих ТЭС России // Ш Международная научно-практическая конференция «Экология в энергетике - 2006» Тез докл - М, Россия, РАО «ЕЭС России», 2006 -С 235-240

19. Громов Ю И., Ткаченко В М., Чекалов Л В. Высокоэффективный комбинированный электрофильтр И Электрические станции, № 5, 2006-С 51-58.

20. Патент 2283685 (РФ) Фильтр / Громов Ю И, Чекалов Л В -Опубл в Б И.-2006 -№ 26.

21 Санаев Ю И, Ткаченко В М, Чекалов Л.В Электрофильтры // Каталог пылеулавливающего оборудования / Под ред Л.В Чекалова. Ярославль: «Кондор-Эко», 2006

22 Чекалов Л В Основы разработки и конструирования электрофильтров нового поколения // ИнформЦеменг, № 5, 2006 - С 67-69

23 Чекалов Л В, Громов Ю.И, Чекалов В.В Состояние и новые разработки по рукавным фильтрам ТЭЦ // Электрические станции, № 3,2007 - С 56-58

24 Чекалов Л В Экотехника - важнейший элемент предотвращения экологических чрезвычайных ситуаций // Научно-практическая конференция «Актуальные проблемы экологии Ярославской области» Тез докл -Ярославль, 2002 - С 40

25 Чекалов ЛВ Экотехника - элемент предотвращения экологических чрезвычайных ситуаций // Известия (приложение «Экология»), 18 марта 2002 г

26 Патент 2179878 (РФ) Фильтрующий рукав для рукавного фильтра / Чекалов Л В Громов Ю И -Опубл в Б И -2002.-№ 6

27. Патент 2211094 (РФ) Электрофильтр / Чекалов Л В ,2,39 Гузаев В А. -Опубл в Б И -2003 - № 24

28 Патент 2254930 (РФ) Электрофильтр / Чекалов Л В , Морозов Ю.М, Курицын НА- Опубл в Б И -2005 -№ 18

29 Патент 2281144 (РФ) Фильтр / Чекалов Л В , Чекалов В В - Опубл в Б И-2006-№22

Подписано в печать 26.03.07. Зак. 86. Тир. 100. П.л. 2,5. Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д.13

Введение.

Глава 1. Этапы становления элекгрогазоочистки

1.1 Экологический аспект газоочистки.

1.2 Промышленные отходы и газоочистка.

1.3 Становление газоочистки.

1.4 Образование отечественной газоочистительной отрасли.

1.5 Безотлагательная необходимость усиления природоохранной деятельности и создания электрофильтров нового поколения.

1.6 Выводы.

Глава 2. Современное оборудование электрогазоочистки и проблемы его совершенствования

2.1 Введение.

2.2. Принципиальные особенности современных электрофильтров.

2.3 Конструкции современных электрофильтров.

2.4 Улавливание пылей с особыми свойствами.

2.5 Задачи по созданию электрофильтров нового поколения.

Глава 3. Современные электродные системы - основа для создания электрофильтров нового поколения

3.1 Введение.

3.2 Требования к системам электродов.

3.3 Методы расчета поля коронного разряда.

3.4 Экспериментальные методы.

3.5 Анализ систем электродов.

3.6 Выводы.

Глава 4. Новые системы питания и регулирования напряжения на электрофильтрах

4.1 Введение.

4.2 Система «Источник питания - электрофильтр» и ее анализ.

4.3 Усовершенствование системы регулирования напряжения на электрофильтрах.

4.4 Импульсное питание электрофильтров.

4.5 Разработка и исследование системы релаксационного питания.

4.6 Исследование влияния параметров системы «Источник питания - электрофильтр» в релаксационном режиме на степень очистки газов.

4.7 Практическая реализация системы релаксационного питания электрофильтров.

4.8 Выводы.

Глава 5. Особености работы электрофильтров при высокой концентрации дисперсной фазы

5.1 Введение.

5.2 Анализ работы электрофильтров при высокой концентрации дисперсной фазы.

5.3 Методика расчета степени очистки газов от частиц в электрофильтрах при высокой концентрации дисперсной фазы.

5.4 Сопоставление расчетных и экспериментальных значений степени очистки газов в пластинчатых электрофильтрах с учетом влияния дисперсной фазы.

5.5 Влияние дисперсной фазы улавливания частиц в трубчатых электрофильтрах.

5.6 Выводы.

Глава 6. Электрофильтры нового поколения: принципы и реализация

6.1 Введение.

6.2 Принципы разработки электрофильтров нового поколения.

6.3 Возможности и область применения электрофильтров нового поколения.

6.4 Конструкции электрофильтров нового поколения.

6.5 Выводы.

Глава 7. Комбинированные электрофильтры

7.1 Введение.

7.2 Обоснование необходимости разработки комбинированного электрофильтра.

7.3 Принципы конструирования комбинированного электрофильтра.

7.4 Электрофильтр как элемент комбинированного аппарата.

7.5 Применение рукавных фильтров в комбинированном электрофильтре.

7.6 Особенности улавливания заряженных аэрозолей в тканевых фильтрах.

7.7 Область применения комбинированных электрофильтров.

7.8 Новые условия организации производства, монтажа и эксплуатации установок электрогазоочистки

7.9 Выводы.

Электрофильтры, реализующие принцип электрогазоочистки, являются одними из основных газоочистных аппаратов. История их развития в течение более 100 лет включает разработку научных основ, совершенствование принципов конструирования, производство электрофильтров и накопление опыта их эксплуатации. В результате в настоящее время работают достаточно надежные аппараты, очищающие большие объемы дымовых газов, прежде всего выбросов тепловых электростанций.

Современные требования к электрогазоочистке существенно возрастают в связи с интенсивным развитием промышленности и значительным увеличением объемов газов, нуждающихся в переработке. Появление новых отраслей промышленности расширяет номенклатуру пылей со специфическими свойствами, трудно улавливаемых в электрофильтрах. Резко ужесточаются требования к чистоте газов после электрофильтров. Это определяется повышением требований к охране окружающей среды. В результате ставится задача разработки научных основ конструирования электрофильтров нового поколения, обладающих более высокими показателями как в отношении степени очистки газов, так и возможности увеличения объемов очищаемых газов. Учитывая длительный срок развития электрофильтров и то, что технические возможности электрического метода газоочистки в значительной степени реализованы, новая задача представляется достаточно сложной. Данная работа посвящена решению этой задачи.

Разработка нового оборудования всегда является обобщением опыта работы, накопленного в предшествующий период. Поэтому анализ этапов развития электрогазоочистки необходим для лучшего понимания возможностей и перспектив предлагаемых новых решений.

Новые предложения могут появиться на стыке нескольких направлений развития технологий, так как иногда сочетание различных методов и элементов оборудования может привести к существенному повышению эффективности аппарата в целом. Каждый этап развития газоочистки завершался изданием каталога газоочистного оборудования. Фактически новое поколение электрофильтров является четвертым поколением.

В Приложении 1 даны краткие характеристики электрофильтров, указанных в каталоге треста «Газоочистка», изданном в 1941 г. В каталог вошли электрофильтры для химической промышленности, прежде всего, для очистки генераторного газа от смолы и пыли, для очистки газов, отходящих от различного рода плавильных печей и т.д. Практически не представлены электрофильтры для энергетики. Перечисленные в этом каталоге электрофильтры следует рассматривать как электрофильтры первого поколения.

В послевоенный период электрогазоочистка развивалась очень интенсивно, что нашло отражение в каталоге оборудования, изданном трестом «Газоочистка» в 1958 г. Изменилась не только номенклатура газоочистительных аппаратов, но и производство в целом - появились такие отрасли, как атомная и электронная промышленность, что потребовало создания принципиально нового газоочистительного оборудования. Электрофильтры, представленные в каталоге 1958 г. и в Приложении 2 - электрофильтры второго поколения.

Сформировавшийся в 70-80 гг. научно-технический коллектив и традиции явились основанием для создания электрофильтров третьего поколения. Они представлены в Приложении 3 и извлечены из каталога «Газоочистное оборудование» 1988 г.

В Приложении 4 указаны электрофильтры нового поколения из «Каталога пылеулавливающего оборудования», изданного холдинговой группы «Кондор Эко - СФ НИИОГАЗ» в 2006 г.

В рамках данной работы мы будем пользоваться понятием «экотехника», которая является составной частью экологии.

7.9. Выводы

1. Обоснована необходимость разработки комбинированных электрофильтров, состоящих из последовательных по ходу газа собственно электрофильтра и рукавного фильтра.

2. Определена область применения комбинированных электрофильтров:

- очистка газов от высокоомных и других трудно улавливаемых в обычных электрофильтрах пылей;

- при высокой начальной концентрации пыли и в связи с необходимостью обеспечения жестких экологических требований по остаточной запыленности газов;

- при ограниченной площади для размещения газоочистного оборудования.

3. Впервые определены рациональные диапазоны концентрации частиц для первого элемента комбинированного электрофильтра - собственно электрофильт-pa: zibxcw =100 г/м и ziBbIX = 5-12 г/м , и второго элемента - рукавного фильтра: 22вход = 5-12 г/м3 и z2Bbix = 50 мг/м3 и менее.

4. Установлено в результате технико-экономических расчетов, что применение комбинированных электрофильтров вместо многопольных обычных электрофильтров сопровождается экономическим эффектом, если он заменяет электрофильтры с 6 и более полями.

5. Исследованы особенности формирования пылевого слоя на фильтровальном материале при осаждении заряженного аэрозоля. Установлено, что предельные значения гидравлического сопротивления фильтровального материала при улавливании заряженных частиц достигаются при большей пылевой нагрузке, чем при осаждении незаряженных частиц.

6. Произведен теоретический расчет процесса накопления заряда в пылевом слое. Установлено, что предельные значения заряда ограничиваются разрядными процессами в слое. Определены эти предельные значения плотности заряда.

7. На основании исследования процессов формирования заряженного пылевого слоя на фильтровальном материале предложена система электрической регенерации, позволяющая повысить ее эффективность. На способ электрической регенерации рукавного фильтра подана заявка на получение патента РФ.

8. Разработана конструкция комбинированного фильтра.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основной результат исследований заключается в разработке научных основ создания электрофильтров нового поколения для очистки дымовых газов от взвешенных частиц, т.е. научное обоснование принципов конструирования и организации работы электрофильтров нового поколения. Для этого необходимо было решить ряд теоретических и экспериментальных вопросов, относящихся к процессу улавливания частиц в аппаратах газоочистки.

Конкретные результаты, полученные в работе, сводятся к следующему:

1. Показана необходимость создания электрофильтров нового поколения, что определяется резким ужесточением требований к чистоте газов после очистки; возрастанием объемов газов и номенклатуры пылей, нуждающихся в очистке; новыми условиями организации производства, монтажа и эксплуатации электро-фильтров.Дальнейшее загрязнение атмосферы требует кардинального изменения отношения к электрогазоочистке.

2. Определены пути совершенствования электрофильтров, заключающиеся в :

- усовершенствовании коронирующих электродов;

- увеличении вертикального размера электрофильтров;

- применении увеличенного межэлектродного расстояния;

- совершенствовании системы регулирования напряжения;

- создании новых источников питания;

- анализа условий, определяющих эффективность улавливания мелкодисперсной пыли, приводящей к запиранию коронного разряда;

- применении комбинированных электрофильтров;

- применение новых технологий изготовления узлов электрофильтра, организация производства, монтажа и эксплуатации электрофильтров.

3. В работе впервые последовательно реализованы принципы конструирования коронирующих электродов, заключающиеся в :

- использовании «равнопрочной» конструкции;

- обеспечении равномерного распределения плотности тока и напряженности по поверхности осадительного электрода;

- снижении до малой величины начального напряжения;

- обеспечении максимальных значений напряженности поля у осадительного электрода.

4. Для анализа распределений напряженности поля коронного разряда в сложных системах электродов электрофильтров предложено использовать сочетание теоретического и экспериментального методов, что позволило впервые реализовать эту сложную задачу.

5. В результате исследования предложена новая конструкция коронирующих электродов, обладающая более высокими параметрами коронного разряда, чем известные ранее.

6. Разработана методика анализа процессов в системе «Источник питания -электрофильтр», заключающаяся в моделировании, составлении и решении дифференциальных уравнений, описывающих переходные процессы в схеме, на основе эквивалентирования сложной нелинейной нагрузки, которой является электрофильтр.

Впервые оказалось возможным увязать процессы, происходящие в системе питания, с процессами, происходящими в электрофильтре. Это позволяет анализировать динамические процессы при сложной форме кривой питающего напряжения, в частности при импульсном питании.

7. Предложено дальнейшее развитие новой перспективной системы регулирования напряжения - системы регулирования по последующему полю, где последнее поле регулируется по максимуму произведения среднего напряжения на амплитудное значение напряжения.

Для реализации этого принципа используется уже разработанный регулятор, который перенастраивается таким образом, чтобы он обеспечивал наибольшее среднее напряжение плюс превышение на 3 %, что соответствует максимуму иф * Ua.

8. Показаны преимущества импульсного питания. Предложена система релаксационного питания, обладающая преимуществами импульсного питания, отличающаяся простотой и надежностью, что очень важно для практического использования. Разработаны и внедрены источники релаксационного питания.

9. Разработана методика, выполнен полнофакторный активный эксперимент и получены уравнения регрессии, связывающие параметры источника питания, пы-легазового потока и степень очистки. Эти уравнения позволяют выбрать режимы, обеспечивающие минимальный унос, доказывают преимущества релаксационного питания.

10. Преимущества релаксационного питания подтверждены многочисленными испытаниями и применениями в промышленных условиях.

11. Для электрофильтров, работающих при высокой концентрации дисперсной фазы, для учета возможного запирания коронного разряда и ухудшении осаждения частиц разработана методика расчета степени очистки газа от частиц. Предложен способ определения недозарядки частиц. Правомерность методики подтверждена сопоставлением с экспериментальными значениями степени очистки для электрофильтров типа Д111Н и ПГДС, улавливающих пыли мартеновских печей, и электрофильтров типа ЭТМ, улавливающих капли серной кислоты.

12. Анализ расчетных материалов показывает:

- из-за влияния дисперсной фазы скорость дрейфа частиц может снижаться в 2 и более раз по сравнению с аналогичными значениями при малой концентрации;

- плотность тока из-за влияния высокой концентрации по длине электрофильтра распределяется крайне неравномерно. В начальной части электрофильтра плотность тока близка к нулю:

- из-за влияния дисперсной фазы имеет место более резкое возрастание уноса с ростом скорости потока.

13. Разработаны электрофильтры нового поколения, в которых:

- используется новая система электродов с лучшими электрическими характеристиками;

- принято экономически выгодным увеличенное межэлектродное расстояние 460 мм;

- обосновано применение электродов высотой до 18 м;

- обеспечено равномерное распределение потока газа по сечению электрофильтра за счет применения двух газораспределительных решеток на входе и одной решетки на выходе из электрофильтра;

- предприняты специальные конструктивные меры по уменьшению влияния неактивных зон;

- применена новая система регулирования напряжения на электрофильтре.

14. Впервые теоретически, расчетным путем, доказана целесообразность использования увеличенного межэлектродного расстояния.

15. Впервые обоснована возможность применения в электрофильтрах осадительных электродов высотой 18 м и освоено их производство.

16. Разработан и внедрен типоразмерный ряд электрофильтров нового поколения общепромышленного применения производительностью до 1,5 млн. м3/ час, обеспечивающих остаточную запыленность газов 30-50 мг/м3.

17. Обоснована необходимость разработки комбинированных электрофильтров, состоящих из последовательных, по ходу газа, собственно электрофильтра и рукавного фильтра.

18. Определена область применения комбинированных электрофильтров:

- очистка газов от высокоомных и других трудно улавливаемых в обычных электрофильтрах пылей;

- при высокой начальной концентрации пыли и в связи с необходимостью обеспечения жестких экологических требований по остаточной запыленности газов;

- при ограниченной площади для размещения газоочистного оборудования.

19. Впервые определены рациональные диапазоны концентрации частиц для первого элемента комбинированного электрофильтра - собственно электрофильтра: ziBXOfl =100 г/м3 и ziBbIX = 5-12 г/м3, и второго элемента - рукавного фильтра: 22вход = 5-12 г/м3 и Z2Bbix = 50 мг/м3 и менее.

20. Установлено в результате технико-экономических расчетов, что применение комбинированных электрофильтров вместо многопольных обычных электрофильтров сопровождается экономическим эффектом, если они заменяют электрофильтры с 6 и более полями.

21. Исследованы особенности формирования пылевого слоя на фильтровальном материале при осаждении заряженного аэрозоля. Произведен теоретический расчет процесса накопления заряда в пылевом слое и определены предельные значения плотности заряда, которые ограничиваются разрядными процессами в слое. Показано, что предельные значения гидравлического сопротивления фильтровального материала достигаются при большей пылевой нагрузке, чем при осаждении незаряженных частиц. В результате рукавный фильтр при улавливании заряженного аэрозоля работает более эффективно.

22. На основании исследования процессов формирования заряженного пылевого слоя на фильтровальном материале предложена систсема электрической регенерации, позволяющая повысить ее эффективность. На способ электрической регенерации рукавного фильтра подана заявка на получение патента РФ.

23. Разработаны конструкции комбинированных электрофильтров. Применение составляющих комбинированных электрофильтров на практике подтвердило их эффективность.

24. Применение автоматизированной лини изготовления коронирующих электродов, высокоточного автоматизированного стана резко повышает качество электродных систем. Применение твердого субконтрактинга для изготовления и монтажа установок газоочистки гарантирует качество и их степень очистки. Эксплуатация установок с участием инжиниринга разработчиков электрофильтра обеспечивает гарантию эксплуатационной системы очистки электрофильтра.

1. Глава 1. Этапы становления электрогазоочистки1-1. РеймерсН. Природопользование. М., 1990.1-2. Охрана атмосферы//Человек и природа. № 7, 1981.1-3. Экотехника. Защита атмосферного воздуха от выбросов пыли, аэрозолей и туманов.

2. Кирюхин Ю.А., Ефремиди А.Л. Униполярный высоковольтный источник с высокочастотнойсвязью для питания электростатических фильтров/Юбилейный сборник Трудов ВЭИ к 85летшо,2006. 189-195.275

3. Глава 6. Электрофильтры нового поколения: принципы и реализация6-1. Tkacheruo V.M. New generation of dry el filters//Joumal of Electrostatic, V. 40-41, 1997, p. 705-709.6-2. Ткаченко B.M. Современные эффективные электрофильтры для очистки газов от пыли.

4. Учебное пособие. МЭИ, 1984.6-12. Мещеряков В.Б. Динамика осадительных электродов промышленных электрофильтров.

5. Отчет по НИР МГУ ПС, 2003 г.6-13. Исследование динамики и надежности перспективных электродных систем. Отчет по

6. Основные направления развития и технического перевооружения предприятий вторичнойметаллургии: Тезисы докладов. М., МИСиС, 2005. 43-44.6-22. См. 2-6.