Электрические пробои межэлектродного пространства в аэродисперсной среде

Физика экстремальных состояний вещества: Сб. ст. ИПХФ  РАН. Черноголовка.2008

Веремьев К.Н.1, Веремьев Н.К.2, Фофанов Я.А3, Шеманин В.Г4., Баранов С.Е5., Сикорский В.И6.

1,4Новороссийский политехнический институт, филиал КубГТУ, Новороссийск  3Институт

 

аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург,2,5,6ООО НПФ «АВТЭК», Новороссийск

 

 

Введение

В технологическом процессе очистки отходящих газов от вредных примесей необходимо поддерживать среднее напряжение на электродах фильтра на максимально возможном уровне. Величина максимального напряжения на электродах имеет вероятностный характер и зависит многих факторов, постоянно изменяющихся во времени. Поскольку эффективность очистки прямо пропорционально квадрату среднего напряжения на электродах электрофильтра [1, 2], то для эффективной работы фильтра необходимо установить максимально возможное в каждый момент времени напряжение на электродах. Электрический пробой является единственным процессом, указывающим на достижение этого максимума (пробой характеризуется яркостью и формой светящегося канала). Однако сам пробой снижает интегральную напряженность электрического поля. Восстанавливать напряжение после пробоя без потерь и тем самым повышать степень очистки газов можно, контролируя оптические характеристики пробоя.

Оптимальное напряжение на электродах фильтра.

При работе электрофильтра [3,4,5] в искровом режиме эффективное напряжение можно определить из равенства:

                                                            ,                        (1)

где - разность потенциалов между электродами фильтра, В;

    -  вероятность безыскрового режима;

    - вероятность искрового пробоя.

Вероятность безыскрового, рабочего режима выражается сложной зависимостью, которая может быть аппроксимирована при . Выражением:   

,                         (2)

Где  - разность потенциалов, соответствующая началу искрения, В

Подставляя выражение (2) в формулу (1) и приравнивая производную от полученного выражения нулю, определим условия максимума эффективного  напряжения при :

                        (3)

Рабочая вероятность (2) с учетом равенства (3) может быть переписана:

,                             (4)

Определяя  из уравнения (3) и подставляя в уравнение (4), получим, после несложных преобразований, условие оптимального регулирования на электродах фильтра

,                                       (5)

или

                                    (6)

Максимальное значение вероятности искрового  пробоя определяется из уравнения (3) и из условия, что =0. В этом случае

 

                (7)

В случае безыскрового режима                                                (8)

Уравнение (7) и (8) являются границами определения функции (6), так как вероятность искрового пробоя определяется по средней мощности искровых разрядов в электрофильтре. Коэффициент будет определяться эмпирически.

Для подтверждения вероятностного характера возникновения искровых пробоев были проведены исследования искровых пробоев в реальном электрофильтре при подаче напряжения на электроды фильтра. Наблюдения проводились на электрофильтре печи № 7 Цементного завода Пролетарий  Комбината Новоросцемент [3]. Съемки проводились из форкамеры электрофильтра. На Рис. 1 представлено первое поле электрофильтра, снятое вдоль электродов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Коронирующие и осадительные электроды фильтра

 

На электроды фильтра подается напряжение со средним значением до 110 кВ, в результате чего в межэлектродном пространстве формируется электростатическое поле, возникает коронный разряд и создающее поток заряженных частиц (ионов). В промышленных электрофильтрах на коронирующий электрод подается напряжение отрицательной полярности (положительный коронный разряд менее устойчив) относительно осадительного электрода, который заземлён. В результате ряда процессов, которые описаны ниже, частицы попадающего в электрофильтр пылегазового потока оказываются на осадительном электроде.

 Динамика пробоя в промышленном электрофильтре

Исследования проводились на промышленном электрофильтре печи № 7 цементного завода «Пролетарий» Комбината Новоросцемент. Съемки выполнялись из форкамеры электрофильтра.

Детально рассмотрены различные стадии электрического пробоя в камере электрофильтра, как по времени одного пробоя, так и по характеру пробоя. В первом случае электрический пробой был практически завершен, однако в стадию полного перекрытия разрядного промежутка не смог развиться и разрушился на последней стадии, т.е. не хватило накопленной энергии, чтобы удержать параметры ионизированного канала, и тепловая составляющая разорвала канал разряда (см. Рис. 2,3,4).

На Рис. 2 показана начальная стадия пробоя. Видны канал лидера и головка (зона лидерной короны) лидера. На Рис. 3 виден только остаток лидерного канала, который через секунду исчезнет. На Рис. 4 представлена интерполяция этих двух моментов, т.е. соединены два этапа на одном  рисунке. 

Рисунок 2. Начало искрового пробоя

Рисунок 3. Окончание искрового пробоя

Рисунок 4. Наложение двух стадий пробоя

 

Рисунок 5. Начало мощного искрового пробоя


 

Рисунок 6. Окончательная фаза мощного искрового пробоя

 

На Рис. 5 и 6 приведены две стадии электрического пробоя, который полностью завершился дуговым разрядом. На Рис. 5 видна начальная стадия пробоя, на Рис. 6 – окончательная стадия пробоя. Этот пробой как видно вначале имел слабое развитие, а затем развился в мощный дуговой пробой с полным стеканием заряда с коронирующего электрода. Следующей иллюстрацией будет разряд, который из полного перекрытия межэлектродного промежутка прекращается, а заряд на электродах стекает не полностью – Рис. 7,8

Рисунок 7.  Начальная часть искрового пробоя

Рисунок 8.  Окончание  искрового пробоя

 

Если искровые пробои возникают в отдаленных частях электродов фильтра от центра электрода возникают условия, когда динамическое сопротивление настолько велико, что электроны не успевают стечь в образовавшийся канал пробоя, и при прекращении искрового пробоя напряжение на электродах вновь превышает прочность разрядного промежутка, при этом могут возникнуть повторные пробои, приводящие в конце концов к полному снижению напряжения на электродах фильтра. Пример этому представлен на Рис. 9-11

Рисунок 9. Первый искровой пробой в серии из трех пробоев.

Рисунок 10. Второй искровой пробой в серии из трех пробоев

 

 

 

Рисунок 11. Третий искровой пробой в серии из трех пробоев

 

В случае когда в пространстве возникает лавинообразный процесс, а напряжение на электродах ниже критической, возникает частичное перекрытие пространства – стример, который заканчивается не перерастая в искровой пробой -  Рис.12.

 

 

 

Рисунок 12. Частичный пробой пространства – стример

 

 

 

Выводы

 

 

В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

·   При одних и тех же внешних условиях (электрофильтр, агрегат питания электрофильтра, система регулирования, настройки системы регулирования, аэродисперсная среда) возникают электрические пробои разрядного промежутка, имеющие различные характеристики.

·   Электрические пробои возникают в различных местах пространства электрофильтра (т.е. их распределение носит стохастический характер).

·   Электрические пробои имеют различные оптические и электрические характеристики как по мощности, так и по этапам развития.

·   Характерные значения напряжений и токов через электрофильтр, при которых происходили электрические пробои, лежат в следующих пределах: Uср=(30-45) кВ , Iср= (100-250) мА.

·   При возникновении искровых пробоев на удаленных от центра электродов участке возможно возникновение  серии одиночных искровых разрядов от двух и более.

Полученные результаты показывают, что необходимо создавать различные алгоритмы управления восстановлением напряжения после электрических разрядов, охватывающие все возможные особенности их развития. При правильной обработке электрических пробоев можно значительно повысить степень очистки газов и надежность газоочистного оборудования.

 

Литература

  1. Ужов В.Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами. М. Химия.1967. 344 с.
  2. Левитов В.И., (п/ред.) . 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, С. 382 - 385
  4. Фортов В.Е.  Энциклопедия низкотемпературной плазмы. // Вводный том II, Генерация плазмы и газовые разряды ,М., Наука, 2000, С. 180-273.
  5. Мик Дж., Кретс Дж.. Электрический пробой в газах. ИЛ., М. 1960., 483 с.
  6. Капцов Н.А. Электрические явления в газах и вакууме. Государственное издательство технико- теоретической литературы. М., 1950, 564 с.

 

 

Рейтинг: 0 Голосов: 0 5311 просмотров
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