Повышение надежности и эфективности и работы промышленных электрофильтров

22 июля 2010 - Администратор

Опубликована в журнале «Безопасность в техносфере» №2 за 2007

К. Н. Веремьев, Н. К. Веремьев, С. Е. Баранов, В.Г. Шеманин, Ю.Л. Юров

НПИ КубГТУ, Новороссийск dekan@nbkstu.org.ru

 Интенсификация производственных процессов приводит к увеличению технологических процессов, при которых в результате сжигания топлива выбрасывается в атмосферу огромное количество пылегазовых смесей. Технологическая очистка газов тем самым, приобретает всё большую актуальность. Этой проблемой занимаются много лет. Уже в 25 году прошлого столетия были изготовлены и установлены промышленные электрофильтры, которые показали свою эффективность. Фактически  нет ни одной отрасли, где бы электрофильтры не показали своих преимуществ. Они без труда очищают газовый поток объёмом  как в миллионы, так и в единицы метров кубических в час. Электрофильтр - это универсальный аппарат. Основные принципы его работы были заложены еще в начале 20 века. Конструкция электрофильтра претерпела множественные изменения и в семидесятые годы прошлого столетия фактически уже имела законченные формы [1]. А вот агрегаты, питающие электрофильтр током высокого напряжения - изменяются и по сей день. Совершенствуется не только элементная база систем автоматического регулирования, но и алгоритмы управления.

Целью настоящей работы является рассмотрение вопросов повышения надежности в области электрической очистки газов, которая связана с эффективной работой агрегатов питания электрофильтров, а это в свою очередь связано с построением алгоритмов управления заложенными в системы автоматического управления агрегатами питания электрофильтров работающих в режимах искровых разрядов.

Рассмотрим процесс отделения (сепарации) из газового потока взвешенных частиц – пыли или туманов. Пылегазовый поток отходящий от технологического аппарата представляет собой смесь, в которой находятся во взвешенном состоянии различные по форме и размерам частички твердого вещества (или капельки жидкости). Этот пылегазовый поток попадает в аппарат называемый «электрофильтр», который представляет собой две системы электродов – «коронирующих» и «осадительных». Причем коронирующие электроды представляют собой систему состоящую из множества «игл» - точек коронирования. При подаче на электроды напряжения высокого потенциала,  возникает резко неоднородное электрическое поле (в результате того, что коронирующей электрод имеет иголки  с малым радиусом кривизны). Под воздействием этого поля вблизи коронирующего электрода возникает явление – коронный разряд. Под воздействием этого разряда в межэлектродное пространство попадает поток заряженных частиц (ионов). Частицы взвешенные в пылегазовом потоке попадая в межэлектродное пространство электрофильтра, начинают   заряжаться под воздействием ионного потока ( направленного перпендикулярно движению частиц), Заряженные частицы под воздействием электростатического поля начинают двигаться к осадительному электроду. При соприкосновении с осадительным электродом, частица отдает свой заряд, и удерживается на электроде за счет сил адгезии. При накапливании частиц на осадительном электроде происходит её механическое отделение и удаление из потока.

Процесс зарядки аэрозольных частиц электрическом поле представляет особый интерес и нами рассмотрен в [2].  В этой работе мы проанализируем эффективность работы электрофильтра в переходных режимах – искровых пробоев.

Эффективность работы электрофильтров и как следствие надежности их работы описывается  степенью очистки газов. Ее принято определять по формуле Дейча [3].

 

 

,

 

 

(1)

 

где  -  коэффициент полезного действия электрофильтра;

           - диэлектрическая проницаемость вещества,

           - динамическая  вязкость газа, 2 10-4 Н с/м2;

          r - радиус частиц, м;

          v- скорость газового потока, м/с;

          U- напряжение на электродах фильтра, В;

          L- длина активной зоны фильтра по ходу газового потока, м;

          d – межэлектродное расстояние, м.  

Рассмотрим от каких факторов зависит степень очистки газов:

-          от геометрических параметров электрофильтра;

-          от физико-химических свойств аэрозолей;

-          от параметров электрического питания электрофильтров.

Первые два фактора важны, но влиять на них в ходе процесса пыле очистки не представляется возможным. А вот изменять форму питающей волны подводимого к электродам фильтра напряжения – вполне реальная задача. Одна из основных задач – поддержание напряжение на электродах фильтра близким к оптимальному. Рассмотрим, от чего зависит максимально возможная величина напряжения на электродах фильтра. Вследствие того, что  максимальное напряжение на электродах фильтра ограничивается разрядной прочностью межэлектродного расстояния, рассмотрим насколько эта величина стабильна. Как подтверждают экспериментальные исследования [4], уровень пробивных напряжений на электродах фильтра изменяется до 10-15%, за ограниченные промежутки времени. Единственной информацией о том, что напряжение на электродах фильтра находится на максимальном уровне – есть (как это ни парадоксально) искровой пробой. Поэтому система регулирования должна постоянно поднимать напряжение вплоть до пробоя. Однако в процессе пробоя напряжение на электродах снижается до нуля, и тем самым среднее значение напряжения снижается. Таким образом, задача оптимизации состоит в том, чтобы вольт секундная площадь была максимальной. Это означает – полученное превышение вольт секундной площади за счет подъема напряжения не должно быть потеряно при переходных режимах (искровых разрядах).

Рассмотрим алгоритм обработки искрового разряда. Примем следующие предположения: После искрового разряда необходимо как можно быстрее восстановить напряжение на электрофильтре. Пробои имеют различные характеристики. Поэтому восстановление напряжения в каждом случае должно быть индивидуальным. При искровых пробоях малой мощности можно сразу восстанавливать напряжение на уровень не более минимума напряжения предшествовавшего пробою. При искровых пробоях большой мощности (для предотвращения повторных пробоев) необходимо напряжение поднимать после паузы, служащей для деионизации разрядного промежутка. Для оптимального режима восстановление напряжения на электрофильтре необходимо формировать угол регулирования, подаваемого на тиристорный регулятор, определенной величины, которая прогнозируется, опираясь на параметры тока и напряжения в доискровой период времени. Рассмотрим два режима восстановления напряжения на электродах фильтра в послеискровой период времени (Рис.1). В первом случае угол регулирования тиристорным регулятором остается неизменным до и после искрового пробоя. Во втором случае на время восстановления напряжения подается форсированный угол (величина которого, например, рассчитывается исходя из параметров напряжения на электродах фильтра в доискровой период). В первом случае время восстановления до напряжения равного минимуму предшествующего пробою периоду произошла за 90 мс, во втором за 18 мс. При этом потери вольт  секундной площади (при напряжении 50 кВ) в первом случае составят – 450 Вс, а во втором -2250 Вс. При нормальной работе электрофильтра искровые пробои в камере фильтра происходят с частотой порядка 0,5-1 пробой в секунду. Таким образом, потери вольт секундной площади за 1 минуту соответственно будут равны: в первом случае 4.5% - во втором 1%.

Используя выражение (1), получаем повышение КПД электрофильтра за счет описанной оптимизации 3,5 %.

Если оценить выбросы пыли в атмосферу (при начальной запыленности 15 г/м3, количества газа 100000 м3/ч и начальном КПД 95%) мы получим снижение по выходной запыленности порядка 10 % или на 0,53 г/м3.

Рассмотрим режимы восстановления напряжения после искрового пробоя отснятого при работе агрегата питания электрофильтров установленном на реальном технологическом объекте - на электрофильтре холодильника печи №10 Цементного завода Пролетарий Комбината Новоросцемент.

Ниже представлены осциллограммы тока и напряжения электрофильтров при искровых разрядах протекающих как в разных фазах по отношению к питающей сети, так и восстановление напряжение после искровых пробоев при различных углах регулирования установленных на время восстановления напряжения.

Восстановление напряжения на электродах фильтра также зависит от фазы искрового пробоя. Если искровой пробой происходит фактически в конце протекающего тока, (Рис 4) то электрофильтр за время искрового пробоя полностью разряжается, через канал пробоя, и восстановления напряжения начинается только после появления тока через межэлектродное пространство. Как было сказано раньше, в этом случае для быстрого восстановления напряжения необходимо формирования «форсированного» угла регулирования. (Рис 4).

При возникновении искрового пробоя в электрофильтре при фазовом положении его по отношению к току 90 градусов, электрофильтр успевает полностью разрядится, а затем после локализации искрового пробоя (восстановлении прочности разрядного промежутка) происходит частичное восстановление напряжения, что в дальнейшем требует меньшей величины «форсированного» угла регулирования (Рис.5).

При возникновении искрового пробоя в электрофильтре при фазовом положении его по отношению к току 0 градусов, электрофильтр разряжается не полностью, а затем после локализации искрового пробоя (восстановлении прочности разрядного промежутка) происходит практически полное восстановление напряжения, что не требует применение «форсированного» угла регулирования (Рис.6).

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

·  напряжение на электродах фильтра должно поддерживаться на уровне близком к пробивному, что осуществляется быстрым подъемом напряжения в межискровой период и как следствие количество пробоев должно быть порядка 0,5-1 искра в секунду;

·  основные потери напряжения происходят в момент восстановления напряжения на электродах фильтра в после искровой период, поэтому необходимо формировать угол регулирования на время восстановления, при котором напряжение на электрофильтре восстановится за 1-2 полупериода питающей сети и при котором не произойдет повторного пробоя межэлектродного пространства.

·  основным ограничением скорости восстановления напряжения на электродах фильтра является скорость рассасывания (деионизации) искрового промежутка. При несоблюдении временной выдержки на деионизацию возможно возникновение вторичных пробоев, что приведет к значительному снижению вольт-секундной площади и как следствие к снижения эффективности процесса пыле газоочистки.

·  восстановление напряжения на электродах фильтра зависит от параметров искрового пробоя – мощность  искрового разряда, скорость рассасывания носителей в после искровой период времени, фазовое положение искрового разряда по отношению к току электрофильтра.

·  все перечисленные выше факторы влияют на степень очистки газов, и, как следствие, на надежность работы систем пылегазоочистки. Так как параметры искрового пробоя зависят от множества порой не регистрируемых факторов, при разработке алгоритмов управления необходимо учитывать все варианты обработки искровых пробоев.

 

Список использованных источников

1. Ужов В.Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами. М.:. Химия.1967.

2 Веремьев К.Н., Веремьев Н.К., Шеманин В.Г., Юров Ю.Л. Исследование эффективности зарядки аэрозольных частиц в мощном электрическом поле методами численного моделирования. Физика экстремальных состояний вещества – 2002. Эльбрус, 2002, С. 177-179

2. Левитов В.И., Решидов И.К., Ткаченко В.М. и др. Дымовые электрофильтры. - М. Энергия, 1980,448с.

3. Веремьев Н.К., Веремьев К.Н., Шеманин В.Г. Фофанов Я.А. Исследование пространственного распределения искровых разрядов в аэродисперсном потоке. Труды VII международной научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков», М., 2005 г., С. 382-385

4. Сикорский В.И., Кутляшов В.В. Новые преобразовательные агрегаты и приборы для регулирования тока и напряжения в электрофильтрах. - Цемент, 1979 г. №8, с.4.

 


 

 
 

Рис.1. Диаграмма восстановления напряжения на электродах фильтра:

а) обычный режим восстановления напряжения

в) форсированный режим восстановления напряжения

 

 

 

 

 

 

 


 

 

Рис 2. Восстановление напряжения в после искровой период с малой скоростью изменения угла регулирования (без использования форсированного восстановления).

 


 

 

 

Рис 3. Восстановление напряжения в после искровой период с формированием «форсированного» угла регулирования.


 

 

Рис 4. Фазовое положение искрового пробоя находится в конце волны протекающего тока в электрофильтре.

 


 

 

 

Рис 5. Фазовое положение искрового пробоя находится в 90 эл. Градусов  волны протекающего тока в электрофильтре.

 


 

 

 

Рис 6. Фазовое положение искрового пробоя находится в 0 градусов  волны протекающего тока в электрофильтре.

 

Рейтинг: 0 Голосов: 0 3092 просмотра
Комментарии (0)

Нет комментариев. Ваш будет первым!


© ООО НПФ «АВТЭК» 2001-2017

Ваши вопросы и предложения мы будем рады услышать по адресу: info@avtec.ru
353905, Новороссийск, а/я 1, ООО НПФ "АВТЭК" Тел\факс (8617) 79-58-48

Developed by Webstyling.ru
Яндекс цитирования