Ту на электрофильтры типа эв. Сухие электрофильтры

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. Ф.М. ДОСТОЕВСКОГО

КАФЕДРА ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Реферат по охране природы на тему «Электрофильтры»

Выполнил: студент группы хх‑601(эх)

Левин Д.К.

Проверил: профессор

Адеева Л.Н.

кафедра НХ

Омск – 2010

Введение

Промышленное производство и другие виды хозяйственной деятельности людей сопровождаются выделением в воздух помещений и в атмосферный воздух различных веществ, загрязняющих воздушную среду. В воздух поступают аэрозольные частицы (пыль, дым, туман), газы, пары, а также микроорганизмы и радиоактивные вещества.

На современном этапе для большинства промышленных предприятий очистка вентиляционных выбросов от вредных веществ является одним из основных мероприятий по защите воздушного бассейна. Благодаря очистке выбросов перед их поступлением в атмосферу предотвращается загрязнение атмосферного воздуха.

Очистка воздуха имеет важнейшее санитарно-гигиеническое, экологическое и экономическое значение.

Этап пылеочистки занимает промежуточное место в комплексе «охрана труда - охрана окружающей среды». В принципе пылеулавливание при правильной организации решает проблему обеспечения нормативов предельно допустимых концентраций (ПДК) в воздухе рабочей зоны. Однако все вредности через систему пылеулавливания при отсутствии системы пылеочистки выбрасываются в атмосферу, загрязняя ее. Поэтому этап пылеочистки следует считать неотъемлемой частью системы борьбы с пылью промышленного предприятия.

Очистка газов – выделение из газовой смеси при выбросе её в атмосферу различных примесей с целью сохранения нормальных санитарных условий в прилегающих к промышленным объектам районах, подготовки газов к использованию в качестве химического сырья или топлива, а самих примесей – как ценных продуктов. Газоочистку принято подразделять на очистку от взвешенных частиц – пыли, тумана, и от парообразных и газообразных примесей, нежелательных при использовании газов или при выбросе их в атмосферу .

Промышленные методы очистки газов можно свести к трём группам:

1) с помощью твёрдых поглотителей или катализаторов – «сухие методы» очистки;

2) с помощью жидких поглотителей (абсорбентов) – жидкостная очистка;

3) очистка без применения поглотителей и катализаторов.

К первой группе относятся методы, основанные на адсорбции, химического взаимодействии с твёрдыми поглотителями и на каталитическом превращении примесей в безвредные или легко удаляемые соединения. Сухие методы очистки обычно проводят с неподвижным слоем сорбента, поглотителя или катализатора, который периодически должен подвергаться регенерации или замене. В последнее время такие процессы осуществляются также в «кипящем» или движущемся слое, что позволяет непрерывно обновлять очищающие материалы. Жидкостные способы основаны на абсорбции извлекаемого компонента жидким сорбентом (растворителем). Третья группа методов очистки основана на конденсации примесей и на диффузионных процессах (термодиффузия, разделение через пористую перегородку).

Содержащиеся в промышленных газах частицы чрезвычайно разнообразны по своему составу, агрегатному состоянию, а также дисперсности. Очистка газов от взвешенных частиц (аэрозолей) достигается механическими и электрическими средствами. Механическую очистку газов производят: воздействием центробежной силы, фильтрацией сквозь пористые материалы, промывкой водой или же другой жидкостью; иногда для освобождения от крупных частиц используют их силу тяжести. Механическую очистку газов обычно проводят методами сухой газоочистки (аппарат циклон), фильтрации и мокрой газоочистки. Электрическая очистка газов применяется для улавливания высокодисперсных частиц пыли или туманов и обеспечивает, при известных условиях, высокий коэффициент очистки.

В своем докладе я опишу принципы электрической очистки газов, действия электрофильтров, их виды, возможности комбинированного использования для очистки газов, а так же достоинства и недостатки их применения.

1. Принцип действия электрофильтров

В электрофильтре очистка газов от твердых и жидких частиц происходит под действием электрических сил. Частицам сообщается электрический заряд, и они под действием электрического поля осаждаются из газового потока.

Общий вид электрофильтра приведен на рис. 1.

Рис. 1. Электрофильтр: 1 – осадительный электрод; 2 - коронирующий электрод; 3 – рама; 4 – высоковольтный изолятор; 5 – встряхивающее устройство; 6 – верхняя камера; 7 – сборник пыли.

Процесс обеспыливания в электрофильтре состоит из следующих стадий: пылевые частицы, проходя с потоком газа электрическое поле, получают заряд; заряженные частицы перемещаются к электродам с противоположным знаком; осаждаются на этих электродах; удаляется пыль, осевшая на электродах.

Зарядка частиц - первый основной шаг процесса электростатического осаждения. Большинство частиц, с которыми приходится иметь дело при промышленной газоочистке, сами по себе несут некоторый заряд, приобретенный в процессе их образования, однако эти заряды слишком малы, чтобы обеспечить эффективное осаждение. На практике зарядка частиц достигается пропусканием частиц через корону постоянного тока между электродами электрофильтра. Можно использовать и положительную и отрицательную корону, но для промышленной газоочистки предпочтительнее отрицательная корона из-за большей стабильности и возможности применения больших рабочих значений напряжения и тока, но при очистке воздуха используют только положительную корону, так как она дает меньше озона.

Основными элементами электрофильтра являются коронирующий и осадительный электроды. Первый электрод в простейшем виде представляет собой проволоку, натянутую в трубке или между пластинами, второй - представляет собой поверхность трубки или пластины, окружающей коронирующий электрод (рис. 2).

На коронирующие электроды подается постоянный ток высокого напряжения 30…60 кВ. Коронирующий электрод обычно имеет отрицательную полярность, осадительный электрод заземлен. Это объясняется тем, что корона при такой полярности более устойчива, подвижность отрицательных ионов выше, чем положительных. Последнее обстоятельство связано с ускорением зарядки пылевых частиц.

После распределительных устройств обрабатываемые газы попадают в проходы, образованные коронирующими и осадительными электродами, называемые межэлектродными промежутками. Сходящие с поверхности коронируюших электродов электроны разгоняются в электрическом поле высокой напряженности и приобретают энергию, достаточную для ионизации молекул газа. Сталкивающиеся с электронами молекулы газов ионизируются и начинают ускоренно двигаться в направлении электродов противоположного заряда, при соударении с которыми выбивают новые порции электронов. В результате между электродами появляется электрический ток, а при некоторой величине напряжения образуется коронный разряд, интенсифицирующий процесс ионизации газов. Взвешенные частицы, перемещаясь в зоне ионизации и сорбируя на своей поверхности ионы, приобретают в конечном итоге положительный или отрицательный заряд и начинают под влиянием электрических сил двигаться к электроду противоположного знака. Частицы сильно заряжаются на первых 100…200 мм пути и смещаются к заземленным осадительным электродам под воздействием интенсивного поля короны. Процесс в целом протекает очень быстро, на полное осаждение частиц требуется всего несколько секунд. По мере накопления частиц на электродах их стряхивают или смывают.

Рис. 2. Конструктивная схема электродов: а - электрофильтр с трубчатыми электродами; б - электрофильтр с пластинчатыми электродами; 1 - коронирующие электроды; 2 - осадительные электроды.

Коронный разряд характерен для неоднородных электрических полей. Для их создания в электрофильтрах применяют системы электродов типа точка (острие) - плоскость, линия (острая кромка, тонкая проволока) - плоскость или цилиндр. В поле короны электрофильтра реализуются два различных механизма зарядки частиц. Наиболее важна зарядка ионами, которые движутся к частицам под действием внешнего электрического поля. Вторичный процесс зарядки обусловлен диффузией ионов, скорость которой зависит от энергии теплового движения ионов, но не от электрического поля. Зарядка в поле преобладает для частиц диаметром более 0,5 мкм, а диффузионная - для частиц мельче 0,2 мкм; в промежуточном диапазоне (0,2…0,5 мкм) важны оба механизма.

2. Конструкции и виды электрофильтров

Аппараты для очистки газов этим методом называют электрофильтрами. Основными элементами электрофильтров являются: газоплотный корпус с размещенными в нем коронирующими электродами, к которым подводится выпрямленный ток высокого напряжения, и осадительными заземленными электродами, изоляторы электродов, устройства для равномерного распределения потока по сечению электрофильтра, бункера для сбора уловленных частиц, системы регенерации электродов и электропитания.

Конструктивно электрофильтры могут быть с корпусом прямоугольной или цилиндрической формы. Внутри корпусов смонтированы осадительные и коронирующие электроды, а также механизмы встряхивания электродов, изоляторные узлы, газораспределительные устройства.

Часть электрофильтра, в которой размещены электроды, называют активной зоной (реже - активным объемом). В зависимости от числа активных зон известны электрофильтры однозонные и двухзонные. В однозонных электрофильтрах коронирующие и осадительные электроды в пространственном отношении, конструктивно не разделены, В двухзонных электрофильтрах имеется четкое разделение. Для санитарной очистки запыленных выбросов используют однозонные конструкции с размещением коронирующих и осадительных электродов в одном рабочем объеме. Двухзонные электрофильтры с раздельными зонами для ионизации и осаждения взвешенных частиц применяют в основном при очистке приточного воздуха. Связано это с тем, что в ионизационной зоне происходит выделение озона, поступление которого не допускается в воздух, подаваемый в помещения.

В зависимости от направления движения газа электрофильтры подразделяют на горизонтальные и вертикальные. Вертикальные аппараты занимают в плане значительно меньше места, но при прочих равных условиях коэффициенты очистки в них ниже. Активная длина поля вертикального электрофильтра совпадает с активной высотой его электродов.

По мере осаждения пыли на электродах понижается эффективность пылеулавливания. Во избежание этого явления и поддержания оптимальной эффективности электрофильтров электроды периодически очищают от пыли встряхиванием или промывкой. Соответственно электрофильтры подразделяются на сухие и мокрые.

К мокрым относят аппараты, улавливающие жидкие или значительно увлажненные твердые частицы, а также электрофильтры, электроды которых очищаются самотеком (конденсатом уловленного жидкого аэрозоля) или посредством смывки осевших частиц жидкостью. К сухим относят электрофильтры, улавливающие сухие твердые частицы, которые удаляют с электродов посредством встряхивания через определенные промежутки времени.

Все мокрые электрофильтры, нашедшие применение в промышленности, имеют вертикальную компоновку. Сухие аппараты могут быть как вертикальными, так и горизонтальными. Преимущественное применение среди сухих электрофильтров имеют аппараты с горизонтальным ходом газа - горизонтальные многопольные аппараты, в которых очищаемый газ проходит последовательно через несколько электрических полей.

В зависимости от формы осадительных электродов известны электрофильтры трубчатые и пластинчатые (рис. 2). Трубчатые электрофильтры состоят из большого числа элементов, имеющих круглое или сотообразное сечение. По оси трубчатого элемента расположен коронирующий электрод. В пластинчатом электрофильтре имеется большое количество параллельных пластин. Между ними находятся натянутые коронирующие электроды.

Формы осадительных и коронирующих электродов могут быть самыми разнообразными. Коронирующие электроды могут набираться из тонких круглых или толстых шестигранных стержней, стальных пилообразных полос, профилированных лент с игольчатой выштамповкой. Иногда применяются и другие формы. Осадительные электроды сухих фильтров выполняют в виде профилированных пластин, желобов, реже - коробок с круглыми или сложными вырезами для лучшего удержания осажденной пыли от вторичного уноса. В мокрых электрофильтрах проблема вторичного уноса несущественна, поэтому электроды выполняют в виде наборов прутков и гладких пластин, что позволяет легко смывать осадок.

Электроды сухих фильтров встряхивают соударением или при помощи специальных ударно-молотковых механизмов. Соударения применяют в основном для встряхивания коробчатых электродов. Остальные типы коронирующих и осадительных электродов встряхивают ударами вращающихся молотковых механизмов по наковальням, прикрепленным к этим электродам.

Промывка электродов в мокрых электрофильтрах может производиться периодически или непрерывно. Для периодической промывки подают большое количество воды или другой промывной жидкости на электроды (в активную зону) при отключенном напряжении. На время промывки секции подачу газа прекращают.

Переток неочищенного газа мимо активной зоны даже в небольшом количестве может заметно ухудшить степень очистки. В горизонтальных фильтрах неактивные зоны расположены над и под электродной системой (включая бункера), а также в промежутках между крайними осадительными электродами и корпусом. В вертикальных пластинчатых фильтрах неактивны промежутки между осадительными электродами и корпусом. В вертикальных трубчатых аппаратах неактивные зоны можно устранить полностью. В пластинчатых конструкциях зазоры необходимы для встряхивания электродов и соблюдения пробойных промежутков. Поэтому в таких электрофильтрах предусматривают клапаны (щитки), создающие лабиринтное уплотнение и снижающие перетоки газа.

Скорость очищаемого газа в активной зоне является одной из основных характеристик электрофильтра. Наибольшую величину электрического заряда частицы размером до 1 мкм получают за время нахождения в электрическом поле около 1 с. Скорость принимают в зависимости от конструкции электрофильтра. Так, в сухих электрофильтрах ее значение находится обычно в пределах 0,8…1,7 м/с. Должно быть обеспечено равномерное распределение скорости очищаемого газа по сечению аппарата. Для выравнивания скоростного поля в электрофильтре устанавливают решетки, направляющие лопатки, перфорированные пластины.

Широкое распространение в промышленности поручили электрофильтры типа УГ, ЭГА и др. Эти аппараты применяют на тепловых электростанциях, в черной и цветной металлургии, химической промышленности, на предприятиях строительных материалов.

Для промышленной газоочистки из аппаратов отечественного производства могут быть рекомендованы электрофильтры общего назначения типов ЭГА, ЭГТ (горизонтальные сухие), УВ, ЭВВ (вертикальные сухие), а также ряд специализированных типов электрофильтров.

Электрофильтры серии ЭГА предназначены для обеспыливания неагрессивных невзрывоопасных газовых выбросов с температурой до 330°С. Корпуса аппаратов стальные, имеют прямоугольную форму. Корпус аппарата стальной теплоизолированный, имеет прямоугольную форму и рассчитан на разрежение до 4 кПа, в аппарате имеется 3 электрических поля, расположенных последовательно по ходу газа. Осадительные электроды представляют собой плоские полотна, набранные из прутков, а коронирующие - проволочные (диаметр проволоки 2,2 мм), натянутые при помощи грузов между осадительными. Длина одного активного поля 2,5 м, ширина 5,97 м (ширина корпуса 6,0 м), высота 7,74 м, расстояние между соседними осадительными электродами 260 мм. Уловленная пыль удаляется с электродов механическим встряхиванием посредством ударов молотков по наковальням осадительных и рамам подвеса коронирующих электродов.

Электрофильтры серии ЭГТ (рис. 3) предназначены для очистки неагрессивных, невзрывоопасных газов с температурой до 450°С. Их основное отличие от аппаратов предыдущих серий заключается в конструкции осадительных электродов, которые аналогичны применяемым в электрофильтрах серии ЭГА. Высота коронирующих электродов 8040 мм. Корпус аппарата рассчитан на разрежение до 4 кПа. Маркировка электрофильтров серии ЭГТ означает: электрофильтр горизонтальный высокотемпературный; первое число после букв указывает номер (габарит) типоразмерного ряда; второе - количество полей, третье - длину одного поля, м; четвертое - площадь активного сечения, м2.

Электрофильтры типа ЭГТ: Э - электрофильтр; Г - горизонтальный; Т – высокотемпературный.

Рис. 3. Электрофильтр типа ЭГТ:

1 - механизм встряхивания осадительных электродов; 2 - корпус; 3 - осадительный электрод; 4 - изоляторная коробка; 5 - механизм встряхивания коронирующих электродов; 6 - защитная коробка для подвода тока; 7 - коронирующий электрод; 8 – люк обслуживания.

Электрофильтры марки ЭГ2-2-4-37 СРК (рис. 4) предназначены для очистки газов содорегенерационных котлоагрегатов. Электрофильтры односекционные, с двумя последовательными по ходу газа электрическими полями. Коронирующие электроды представляют собой трубчатые рамы, в которых закреплены коронирующие элементы; осадительные электроды выполнены в виде плоских полотен, набранных из пластинчатых элементов специального профиля. Расстояние между соседними осадительными электродами 300 мм, высота электродов 7200 мм, ширина поля 6000 мм.

Маркировка электрофильтра означает: электрофильтр горизонтальный; первое число обозначает номер типоразмера (габарит) осадительного электрода, второе - количество полей, третье - активную длину поля, м; четвертое - площадь активного сечения, м2. Гидравлическое сопротивление фильтра 200 Па, разрежение в электрофильтре 3000 Па, пропускная способность по газу при скорости 1 м/с - 37 м3/с, температура очищаемых газов 130...250°С, ориентировачная степень очистки газов содорегенерационных котлоагрегатов 98%.

Рис. 4. Электрофильтр ЭГ2 - 2 - 4 - 37 СРК: 1 - газораспределительная решетка; 2 - изоляторная коробка; 3 – защитная коробка для подвода тока; 4 - коронирующий электрод; 5 - механизм встряхивания коронирующих электродов; 6 - осадительный электрод; 7 - корпус; 8 - скребковый конвейер; 9 - механизм встряхивания осадительных электродов; 10 - шнековый конвейер.

Электрофильтры типа УГМ (рис. 5) используются для обеспыливания неагрессивных и невзрывоопасных технологических газовых выбросов с температурой до 250°С. Аппараты односекционные, с двумя электрическими полями по ходу газов. Корпуса электрофильтров прямоугольные, теплоизолированные, рассчитаны на разрежение до 4 кПа. Осадительные электроды представляют собой плоские полотна, набранные из пластинчатых элементов специального профиля. Расстояние между соседними осадительными электродами 275 мм. Коронирующие электроды составлены из ленточно-игольчатых элементов, натянутых в трубчатых рамах. Высота электродов 3000 мм, ширина корпуса 1500 мм (УГМ-2-3,5) и 3000 мм (УГМ-2-7). Пыль с электродов удаляется механическим встряхиванием. Маркировка электрофильтров обозначает: унифицированный горизонтальный малогабаритный; первое число - количество полей, второе - площадь активного сечения, м2.

Рис. 5. Электрофильтры типа УГМ (исполнение корпуса - П): а - электрофильтр УГМ-2 - 3,5; б - электрофильтр УГМ-2 – 7; 1 -газораспределительная решетка; 2 - механизм встряхивания коронирующих электродов; 3 - корпус; 4 - осадительный электрод; 5 – коронирующий электрод; 6 - люк обслуживания; 7 - механизм встряхивания осадительных электродов; 8 - защитная коробка для подвода тока.

Вертикальные сухие электрофильтры типа УВ (рис. 7.6) могут применяться для обеспыливания неагрессивных и невзрывоопасных технологических газовых выбросов с температурой до 250°С. Электрофильтры однопольные, используются при низкой запыленности (до 30 г/м3), в пределах оптимальных значений удельного сопротивления пыли. В частности, они находят применение при очистке аспирационного воздуха электролизных цехов алюминиевых заводов.

Электрофильтры могут быть одно-, двух- или трехсекционными. Корпуса прямоугольные, теплоизолированные. Секции аппаратов разделены сплошными перегородками. Ширина секции аппаратов УВ 2×24 и УВ 3×24 составляет 6,1 м, остальных - 4,25 м. Движение газов в каждой секции организовано снизу вверх. Разрежение в аппарате до 3,5 кПа. Осадительные электроды выполнены в виде пластинчатых полотен. Расстояние между соседними осадительными электродами 275 мм. Коронирующие электроды представляют собой трубчатые рамы, в которых натянуты ленточно-зубчатые элементы. Активная длина поля (высота электродов) 7,5 м. Удаление пыли с электродов осуществляется встряхиванием. Маркировка электрофильтра означает: унифицированный вертикальный; первое число после букв - количество секций, второе – площадь активного сечения одной секции, м2.

Рис. 6. Электрофильтры типа УВ: 1 - люк обслуживания; 2 - газораспределитель; 3 – механизм встряхивания газораспределителя; 4 - механизм встряхивания осадительных электродов; 5 - корпус; 6 - коронирующий электрод; 7 – осадительный электрод; 8 - механизм встряхивания коронирующих электродов; 9 - защитная коробка для подвода тока.

Мокрые электрофильтры ЭВМ (рис. 7) предназначаются для улавливания туманов и капель серной кислоты с концентрацией (5...20) % об. В присутствии следов оксидов мышьяка, селена, соединений фтора. Электрофильтры выполняются вертикальными однопольными и односекционными. Корпус стальной цилиндрический, футеруется изнутри на месте монтажа кислотоупорными материалами.

Рис. 7. Мокрый электрофильтр типа ЭВМ: 1 - защитная коробка для подвода тока; 2 - люк обслуживания; 3 - изоляторная коробка; 4 - коронирующий электрод; 5 -осадительный электрод; 6 - корпус; 7 - футеровка корпуса; 8 - газораспределительная решетка .

Осадительные электроды выполнены из полимерных токопроводящих пластин, имеющих повышенную теплопроводность. Коронирующие электроды изготавливают из освинцованного провода. Маркировка электрофильтра означает: электрофильтр вертикальный мокрый.

Степень улавливания диспергированного вещества при концентрации на входе от 3 до 5% в пересчете на 100%-ю серную кислоту и двухступенчатой очистке достигает 99,7%. Допускается работа электрофильтра под разрежением до 6 кПа. Температура очищаемого газа 20...45°С. При скорости газового потока 1 м/с пропускная способность составляет 6,8 м3/с, а сопротивление аппарата - около 100 Па. Площадь активного сечения 6,8 м2, площадь осаждения 218 м2. Активная длина поля (высота электродов) 3,5 м, диаметр аппарата 3,6 м.

Комбинированные аппараты типа ЭФ-РФ : ЭФ - электрофильтр; РФ -рукавный фильтр.

Предназначены для очистки от пыли невзрывоопасных технологических газов и аспирационного воздуха с температурой до 170° С, разрежением до 15 кПа (1500 кгс/м2).Применяются на предприятиях энергетической промышленности, черной и цветной металлургии, промышленности строительных материалов и в других отраслях. Они представляют собой последовательное включение горизонтального электрофильтра и рукавного фильтра в одном или в различных корпусах и могут использоваться для реконструкции действующих и строительства новых установок электрофильтров.

Комбинированные фильтры - это высокоэффективные аппараты и предназначены для очистки газа до остаточной запыленности до 20 мг/нм3.

При улавливании высокоомной пыли, приводящей к образованию обратной короны в электрофильтре, не требуется кондиционирование газа.

Вывод

Одним из наиболее совершенных способов очистки промышленных газов от пыли и туманов является электрическая очистка в электрофильтрах.

Широкое применение электрофильтров для улавливания твердых и жидких частиц обусловлено их универсальностью и высокой степенью очистки газов при сравнительно низких энергозатратах. Эффективность установок электрической очистки газов достигает 99%, а в ряде случаев и 99,9%. Такие фильтры способны улавливать частицы различных размеров, в том числе и субмикронные, при концентрации частиц в газе до 50 г/м 3 и выше.

Промышленные электрофильтры широко применяют в диапазоне температур до 400-450°С и более, а также в условиях воздействия коррозийных сред.

Электрофильтры могут работать при разрежении и под давлением очищаемых газов. Они отличаются относительно низкими эксплуатационными затратами, однако капитальные затраты на сооружение электрофильтров довольно высоки, так как эти аппараты металлоемки и занимают большую площадь, а также снабжаются специальными агрегатами для электропитания. При этом с уменьшением производительности установок по газу удельные капитальные затраты сильно возрастают.

Преимущественной областью применения электрофильтров с точки зрения экономической целесообразности является очистка больших объемов газа.

К недостаткам электрофильтров наряду с их высокой стоимостью следует отнести высокую чувствительность процесса электрической очистки газов к отклонениям от заданного технологического режима, а также к механическим дефектам внутреннего оборудования.

Иногда свойства газопылевого потока являются серьезным препятствием для осуществления процесса электрогазоочистки (например, при высоком удельном электрическом сопротивлении пыли или когда очищаемый газ представляет собой взрывоопасную смесь).

Улавливание пыли в электрофильтрах основано на известной способности разноименно заряженных тел притягиваться друг к другу. Пылевидным частицам сначала сообщается электрический заряд, после чего они осаждаются на противоположно заряженном электроде.

Преимущества электрического пылеулавливания:

• возможность работы при высоких температурах до 425°С;
• работа установки в среде перенасыщенной влагой;
• возможность работы электрофильтра в агрессивных средах;
• возможность продолжительной работы установки за пределами технологических параметров, предусмотренными картой эксплуатации;
• низкое гидравлическое сопротивление установки ~200 Па;
• низкие эксплуатационные расходы;
• простота в обслуживании;
• высокая надежность узлов и механизмов.

Содержание раздела

Электрофильтры являются аппаратами, обеспечивающими глубокую очистку отходящих газов от золы и пыли. Они получили широкое применение для мощных энергетических установок на твердом топливе, в цементной промышленности, металлургии и других отраслях промышленности. Обеспечивают высокую степень улавливания (h > 99 %) при малом гидравлическом сопротивлении и без снижения температуры уходящих газов. Однако металлоемкость и стоимость их достаточно высоки, велики их габариты, эксплуатация более сложна, чем других типов золоуловителей.

Конструкции применяемых электрофильтров изменяются каждые 5-10 лет. К числу более старых конструкций относятся электрофильтры ПГД, ДГП и некоторые другие. За последние годы наиболее широкое применение получили во всех отраслях промышленности электрофильтры серии УГ (универсальные горизонтальные), в настоящее время сооружаются электрофильтры серии ЭГА (электрофильтр горизонтальный, тип А). Электрофильтр этой серии показан на рис. 7.5.7, данные по нему приведены в табл. 7.5.5. В настоящее время проектируются электрофильтры с увеличенным до 350 мм межэлектродным промежутком (ЭГБ).

Рис. 7.5.7. Электрофильтр ЭГА :

1 - вход запыленного газа; 2 - подъемная шахта; 3 - встряхивающий механизм осадительных электродов; 4 - газораспределительные объемные элементы МЭИ; 5 - газораспределительная решетка; 6- подвод тока высокого напряжения; 7 - осадительный электрод; 8 - встряхивающий механизм коронирующих электродов; 9 - коронирующий электрод; 10- корпус; 11-выход очищенного газа; 12-выходной конфузор; 13 - смотровые люки в бункерах; 14 - бункер; 15 - наклонные перегородки МЭИ для уменьшения перетоков газа через бункер

Таблица 7.5.5. Технические и стоимостные характеристики электрофильтров серии ЭГА

Типоразмер электрофильтра	Площадь активного сечения, м 2	Активная длина поля D п, м	Общая площадь осажде-ния,	Габаритные размеры, м			Масса элект-рофильтра,	Механическое оборудование
Дли-на	Ширина (по осям опор)	Высота	Масса,	Оптовая цена, тыс. руб.*
ЭГА 1-14-7,5-4-3 ЭГА 1-14-7,5-4-4 ЭГА 1-14-7,5-6-2 ЭГА 1-14-7,5-6-3	26,7	2,56	1660	13,44	4,4	13,9	73,3	35,2	25,0
ЭГА 1-20-7,5-4-3 ЭГА 1-20-7,5-4-4 ЭГА 1-20-7,5-6-2 ЭГА 1-20-7,5-6-3	41	2,56	2360	13,44	6,2	15,4	95,2	46,3	32,5
ЭГА 1-20-9-6-2 ЭГА 1-20-9-6-3 ЭГА 1-20-9-6-4	49	3,84	2830 4240 5660	11,82 17,28 22,74	6,2	16,9	99	48,9	32,1
ЭГА 1-30-7,5-4-3 ЭГА 1-30-7,5-4-4 ЭГА 1-30-7,5-6-2 ЭГА 1-30-7,5-6-3	61,4	2,56	3550 4730 3550 5320	13,44 17,62 11,82 17,28	9,2	14,9	139,9	69,0	45,0
ЭГА 1-30-9-6-2 ЭГА 1-30-9-6-3 ЭГА 1-30-9-6-4	73,4	3,84	4240 6360 8480	11,82 17,28 22,74	9,2	16,4	139,8	71,6	44,9
ЭГА 1-30-12-6-3 ЭГА 1-30-12-6-4	97,4	3,84	8440	17,28 22,74	9,2	19,4	240,2	134,9	79,8
ЭГА 1-40-7,5-4-3 ЭГА 1-40-7,5-4-4 ЭГА 1-40-7,5-6-2 ЭГА 1-40-7,5-6-3	81,9	2,56	4730 6310 4730 7100	13,44 17,62 11,82 17,28	12,2	15,4	172,2	88,0	56,7

Продолжение табл.

ЭГА 1-40-9-6-2 ЭГА 1-40-9-6-3 ЭГА 1-40-9-6-4	97,9	3,84	5650 8480	11,82 17,28 22,84	12,2	16,9	170,5	90,3	57,5
ЭГА 1-40-12-6-3 ЭГА 1-40-12-6-4	129,8	3,84	11250 15000	17,28 22,74	12,2	19,9	296,5	175,0	103,7
ЭГА 2-48-12-6-3 ЭГА 2-48-12-6-4	155,8	3,84	13500 18000	17,28 22,74	15,2	19,9	364,5	277,3	129,8
ЭГА 2-56-12-6-3 ЭГА 2-56-12-6-4	181,7	3,84	15750	17,28 22,74	17,6	19,9	413,8	251,9	148,1
ЭГА 2-76-12-6-3 ЭГА 2-76-12-6-4	246,6	3,84	21400 28500	17,28 22,74	23,6	19,9	532,1	-	195,9
ЭГА 2-88-12-6-3 ЭГА 2-88-12-6-4	285,6	3,84	24750 33000	17,28 22,74	27,2	19,9	623,7	390,2	234,0

• Прейскурант № 23-09-1980/6.

П р и м е ч а н и я: 1. Расстояние между коронирующими электродами s = 0,30 м, длина осадительного электрода l = 0,64 м; цифры после букв ЭГА обозначают количество секций, количество газовых проходов, номинальную высоту электродов, количество элементов в осадительном электроде, количество полей по длине электрофильтра.

2. Цена корпуса электрофильтра с форкамерами и поддерживающими конструкциями составляет 326 руб. за тонну.

Электрофильтры ЭГА имеют широкополосные осадительные электроды шириной 640 мм, причем электроды одного поля связаны между собой в жесткую систему. Высота электродов 6; 7,5; 9; 12 м. Осадительный электрод набирается из четырех-восьми элементов, что дает активную длину поля от 2,56 до 5,12 м. Подвод выпрямленного электрического тока высокого напряжения к электрофильтрам (60-80 кВ) осуществляется агрегатом питания АТПОМ (агрегат трансформаторно-преобразовательный однофазный масляный).

Для силовой части этих агрегатов не требуются укрытия, и они устанавливаются вне помещения. Напряжение питания агрегатов 380 В, среднее выпрямленное напряжение 50 кВ, а наивысшее-до 80 кВ.

Выпускаются пять типоразмеров агрегатов питания электрофильтров АТПОМ: 250, 400, 600, 1000 и 1600. Число после буквенного обозначения типа агрегатов означает среднее значение выпрямленного тока нагрузки, мА, которому соответствует потребляемая из сети мощность 25, 40, 60, 100 и 160 кВ×А. В настоящее время разработана новая серия агрегатов питания ОПМД.

Необходимый электрический ток для игольчатых коронирующих электродов, мА,

I п = j А А п, (7.5.15)

где j А - удельный ток, мА/м 2 ; А п - площадь поверхности осадительных электродов одного агрегата, м 2 . Удельные токи принимаются в пределах 0,2-0,35 мА/м 2 при сжигании каменного угля и 0,3-0,5 мА/м 2 при сжигании бурого угля. На каждое поле электрофильтра, как правило, устанавливают самостоятельный агрегат питания.

Для встряхивания электродов наибольшее распространение получили ударно-молотковые механизмы.

Эффективность удаления золы с электродов зависит от режима встряхивания. Наихудшие результаты получаются при непрерывной системе встряхивания и при встряхивании всех полей через одинаковые промежутки времени.

Длительность паузы (интервалов) между встряхиваниями первого поля, мин,

\(\tau =\frac{{\mathrm{8A}}_{п}}{{\text{VC}}_{\text{вх}}(1-р{)}^{1/n}}\), (7.6.16)

где A п - площадь осаждения поля, м 2 ; V - расход газов, м 3 /с; С вх - запыленность газов на входе в электрофильтр, г/м 3 (см. табл. 7.5.1); n - число полей. В остальных полях интервалы встряхивания принимаются по табл. 7.5.6.

На степень улавливания золы в электрофильтре решающее влияние оказывает удельное электрическое сопротивление (УЭС) r V , Ом×м. Наиболее эффективно улавливается зола, для которой 2 < lg r V < 8. Для заданной температуры газов значение УЭС определяется критерием электрофизических свойств продуктов сгорания К ф по (7.5.1). Чем больше К ф, тем больше УЭС.

осадительных электродов электрофильтра

Степень улавливания снижается при K f > 80 (lg r V > 9). В этом случае образуется так называемая обратная корона, когда происходит перезарядка осевших частиц золы и их выброс в газовый поток. Максимальное значение УЭС имеет место обычно в диапазоне температур газов 140-160°С.

Для повышения эффективности улавливания золы с высоким УЭС применяются следующие методы:

Импульсное электропитание, при котором удается повысить амплитудное значение напряжения для питания электрофильтров и уменьшить образование обратной короны;

Кондиционирование дымовых газов путем введения в очень небольших количествах некоторых химических соединений - триоксида серы, аммиака и др. На рис. 7.5.8 показана установка кондиционирования с помощью ввода SO 3 , полученного при сжигании подаваемой из резервуара жидкой серы в дымовые газы перед электрофильтром. В конвертере происходит доокисление SO 2 в SO 3 в присутствии катализатора. Трубопроводы жидкой серы обогреваются паром. При добавлении SO 3 в количестве 7 млн -1 объема газов степень проскока золы снизилась с 0,02 до 0,006, т. е. более чем в 3 раза при начальной запыленности газа 12,2 г/м 3 .

Рис. 7.5.8. Система кондиционирования дымовых газов продуктами

сжигания серы :

1 - резервуар жидкой серы; 2 - дозирующий насос; 3 - паровая рубашка трубопроводов жидкой серы; 4 - вход воздуха; 5 - вентилятор; 6 - подогреватель воздуха; 7 - горелка; 8 - катализаторный конвертер; 9 - ввод присадки; 10 - дымовые газы; 11 - электрофильтр

Температурное кондиционирование . На рис. 7.5.9,а показано влияние температуры газов, поступающих в электрофильтр, на степень улавливания. Одним из способов снижения температур является впрыск воды в газовый поток. При установке скруббера (рис. 7.5.5,а) удается понизить температуру дымовых газов перед электрофильтром со 140 до 100-110 °С, уменьшить lg r V с 11 до 8,5-9 и существенно повысить степень улавливания золы. Однако использование перед электрофильтром предвключенной водяной ступени неизбежно ведет к брызгоуносу и интенсивной коррозии всех элементов электрофильтра, включая корпус и электроды.

Другим способом снижения температуры перед электрофильтром является применение схем котельных установок, в которых теплота газов используется в дополнительных устройствах, например в экономайзере низкого давления с использованием горячей воды для теплофикационных целей (рис. 7.5.9, б ). На рис. 7.5.9, в показана схема, в которой снижение температуры уходящих газов происходит за счет подачи в воздухоподогреватель воздуха в количестве, на 40% превышающем необходимое. Воздухоподогреватель имеет увеличенную поверхность нагрева по сравнению с вариантом, показанным на рис. 7.5.9, б . Избыточное количество воздуха используется в воздуховодяном подогревателе для подогрева воды, идущей на теплофикацию или частичный подогрев питательной воды.

На эффективность работы электрофильтра большое влияние оказывает равномерность поступающего потока.

Распределение потока газов в электрофильтре характеризуется средним квадратом относительного отклонения скорости в том или ином сечении

\(\stackrel{\bar }{\Delta }{u}_{\text{ср}}^{2}=\frac{1}{n}\sum _{i=1}^{i=n}\stackrel{\bar }{\Delta }{u}_{i}^{2},\)

где n - число точек сечения (обычно 50- 100), в которых измеряется скорость. С увеличением \(\stackrel{\bar }{\Delta }{u}_{\text{ср}}^{2}\) возрастает степень проскока золы в активной зоне электрофильтра:

p з,=(1+ R \(\stackrel{\bar }{\Delta }{u}_{\text{ср}}^{2}\))p р, (7.5.17)

где p р - степень проскока при \(\stackrel{\bar }{\Delta }{u}_{\text{ср}}^{2}\)= 0 (равномерное поле скоростей); R = 0,125 (1+П р)´П р. Здесь П р - параметр пылезолоулавливания при равномерном поле\[{П}_{р}=\mathrm{0,2}\frac{\sqrt{v}}{\sqrt{u}}\frac{{\text{nL}}_{п}}{s}\], (7.5.18)

где n - число полей; L п - длина одного поля, м; s - шаг между одноименными электродами, м (табл. 7.5.5).

Выбор типа газораспределительного устройства определяется взаимным расположением воздухоподогревателя и электрофильтра. Компоновки можно разделить на два типа: с подводом потока дымовых газов к электрофильтру снизу (рис. 7.5.10, а) и с горизонтальным подводом потока дымовых газов (рис. 7.5.10, б). В табл. 7.5.7 и 7.5.8 даны значения \(\stackrel{\bar }{\Delta }{u}_{\text{ср}}^{2}\) для схем газораспределения по рис. 7.5.10.

Значительное снижение эффективности работы электрофильтра происходит за счет движения части потока выше и ниже активных зон (в частности, через бункеры), где улавливание частиц золы практически не происходит. Степень улавливания с учетом движения через неактивные зоны

h = (1 – j)h а, (7.5.19)

где j - доля потока, проходящего через неактивные зоны; h а - степень улавливания без учета движения помимо активных зон.

Таблица 7.5.7. Средние по объему электрофильтра значения \(\stackrel{\bar }{\Delta }{u}_{\text{ср}}^{2}\) для диффузного газораспределительного устройства (рис. 7.5.10, а )

Таблица 7.5.8. Средние по объему электрофильтра значения \(\stackrel{\bar }{\Delta }{u}_{\text{ср}}^{2}\) для диффузного газораспределительного устройства (рис. 7.5.10, б)

Рис. 7.5.9. Схемы хвостовой части газовоздушных трактов паровых котлов для снижения температуры газов перед электрофильтром и их влияние на эффективность золоулавливания :

а - изменение степени улавливания золы в электрофильтре в зависимости от температуры уходящих газов на экибастузском угле: I -трехпольный электрофильтр; II -четырехпольный электрофильтр: б - схема с установкой экономайзера низкого давления; в - схема с подачей избыточного воздуха: 1 - горячий воздух в топку котла; 2 - воздухоподогреватель; 3 - дутьевой вентилятор; 4 - забор холодного воздуха; 5 - экономайзер низкого давления; 6 - электрофильтр; 7 - дымосос; 8 - регулирующий шибер рециркуляции воздуха; 9 - воздуховодяной теплообменник.

Приведенные на рисунке числа показывают количество воздуха в процентах от расхода воздуха, подаваемого в топку котла.

Рис. 7.5.10. Газораспределительные устройства электрофильтров:

а - газораспределительное устройство МЭИ для подвода газов снизу; 1 - подъемная шахта; 2 - скошенная часть подъемной шахты; 3 - решетка из объемных элементов; 4 - форкамера; 5 - перфорированные плоские газораспределительные решетки с живым относительным сечением 0,5; 6 - активное поле электрофильтра;

б - газораспределительное устройство с диффузором при горизонтальном подводе газов f 1 = 0,7; f 2 = f 3 = 0,5

На рис. 7.5.11 даны различные схемы установки бункерных перегородок для снижения потока через неактивные зоны, а в табл. 7.5.9 - значения j для каждой схемы.

Выбор и расчет электрофильтра . Для выбора и расчета электрофильтра задаются: вид топлива, топки, размольного устройства, объем уходящих газов V , м 3 /с, температура газов u ух, необходимая степень улавливания h.

Расчет ведут в следующем порядке:

1. В зависимости от критерия электрофизических свойств топлива К ф (см. табл. 7.5.1) выбирают скорость дымовых газов u : u = 1,3 - 1,5 м/с при К ф < 80; u = 1,0 - 1,2 м/с при К ф > 80.

2. Определяют необходимую площадь активного сечения электрофильтра по (7.5.10), где z - число параллельных корпусов на котел (обычно z = 1 или 2).

3. По табл. 7.5.5 выбирают один из электрофильтров серии ЭГА и уточняют действительную скорость газов u . Предварительно задаются числом полей (обычно n = 3 или 4, но может быть и больше). Выбирают аэродинамическую схему газораспределения бункерных перегородок по рис. 7.5.10.

4. По табл. 7.5.1 определяют напряженность поля Е , кВ/м, коэффициент обратной короны К о.к и d 50 .

Таблица 7.5.9. Доля перетока пылегазового потока через неактивные зоны

Рис. 7.5.11. Схемы бункерных перегородок для снижения протечек газа через неактивные зоны (см. табл. 7.5.9):

-® - направление движения дымовых газов

5. Находят квадратный корень скорости дрейфа\[\sqrt{v}=\mathrm{0,5}{K}_{о\text{.}к}{\text{Ed}}_{\text{50}}^{\text{0,5}}\] . (7.5.20)

6. Определяют коэффициент вторичного уноса в зависимости от типа электрода К эл и режима работы встряхивающего устройства K вс:

K ун = К эл K вс (1 - 0,25 (u - 1)). (7.5.21)

Здесь Н - высота электрода; коэффициенты: для современных конструкций электродов К эл = 1 (электрофильтры ЭГА, УГ), для ранее применявшихся конструкций К эл = 0,9; K вс - коэффициент встряхивания. При непрерывном встряхивании K вс = 1, при оптимальном K вс = 1,4 (табл. 7.5.6).

7. Определяют параметр золоулавливания при равномерном поле по (7.5.18), а по рис. 7.5.1 или по (7.5.4) - степень проскока при равномерном поле р р.

8. В соответствии с принятым газораспределением находят по табл. 7.5.7 или табл. 7.5.8 средний квадрат относительного отклонения скорости \(\stackrel{\bar }{\Delta }{u}_{\text{ср}}^{2}\)и оценивают степень проскока в активной зоне р а по (7.5.17).

9. Находят по (7.5.19) степень улавливания с учетом неактивных зон согласно рис. 7.5.11 и табл. 7.5.9.

Если полученная степень улавливания значительно отличается от заданной, расчет повторяют, внося соответствующие изменения в конструкцию электрофильтра и его элементов.

Одним из хорошо зарекомендовавших себя и перспективным типом золоуловителей для крупных ТЭС являются электрофильтры, которые могут обеспечить высокую степень очистки газов при аэродинамическом сопротивлении не более 150 Па практически без снижения температуры и без увлажнения дымовых газов.

Рис.10.

1 - осадительный электрод; 2 - коронирующий электрод; 3 - частицы золы; 4 - электрическое поле; 5 - слой осевшей золы; 6 - заряженная зола

В электрофильтрах запыленный газ движется в каналах, образованных осадительными электродами 1 (рис.10), между которыми расположены через определенное расстояние коронирующие электроды 2 .

Сущность процесса электрической очистки газов заключается в следующем. Запыленный газ проходит через систему, состоящую из заземленных осадительных электродов 7 и размещенных на некотором расстоянии (называемом межэлектродным промежутком) коронирующих электродов 2 , к которым подводится выпрямленный электрический ток высокого напряжения с отрицательным знаком.

При достаточно высоком напряжении, приложенном к межэлектродному промежутку, у поверхности коронирующего электрода происходит интенсивная ударная ионизация газов, сопровождающаяся возникновением коронного разряда (ток короны).

Газовые ионы различной полярности, образующиеся в зоне короны, под действием сил электрического поля движутся к разноименным электродам, вследствие чего в электродном промежутке возникает электрический ток, который и представляет ток короны. Частицы золы из-за адсорбции на их поверхности ионов приобретают в межэлектродном промежутке электрический заряд и под влиянием сил электрического поля движутся к электродам, осаждаясь на них. Основное количество частиц осаждается на развитой поверхности осадительных электродов, меньшая их часть попадает на коронирующие электроды. По мере накопления на электродах осажденные частицы удаляются встряхиванием или промывкой электродов.

Процесс электрогазоочистки можно разделить на следующие стадии:

зарядка взвешенных в газе частиц;

движение заряженных частиц к электродам;

осаждение частиц на электродах;

удаление этих частиц с электродов.

Коронный разряд возникает при достижении определенной напряженности и электрического ноля, называемой критической или начальной, которая, например, для воздуха при атмосферном давлении н температуре 20 О С составляет около 15 кВ/см. При дальнейшем повышении напряженности нарушается электрическая прочность газового промежутка между электродами, наступает искровой или дуговой электрический разряд.

К коронирующим электродам подводится отрицательный заряд, так как подвижность отрицательных ионов выше положительных. Кроме того, при отрицательной короне удается поддержать более высокое напряжение без искрового пробоя между электродами.

Рис.11.

1 - корпус; 2 - электрод осадительный; 3 - электрод коронирующий; 4 - механизм встряхивания коронирующих электродов; 5 - механизм встряхивания осадительных электродов; 6 - газораспределительная решетка; 7 - бункер для золы; 8 - изолятор

Рабочая часть электрофильтра, в которой существует электрическое поле, называется активной зоной. Она разделена на несколько электрических полей, через которые очищаемый газ проходит последовательно. Электрофильтры бывают однопольными и многопольными.

На большинстве электростанций, оснащенных электрофильтрами, применены аппараты тина УГ (унифицированный горизонтальный). Запыленные газы после газораспределительной решетки 6 (рис.11) поступают в коридоры, образованные вертикально висящими широкополосными осадительными электродами С-образной формы. Коронирующие электроды представляют собой профильные ленточные элементы с штампованными иглами, укрепленные в специальной рамке. Для удаления осевшей на электродах золы предусмотрены встряхивающие устройства в виде молотков, ударяющих по наковальням электродов. Осевшая зола попадает в бункера и затем через гидравлические затворы направляется в систему ГЗУ. Расчетная температура газов до 250 О С.

Электрические поля имеют самостоятельное питание и систему встряхивания. На рис.11 показан трехпольный электрофильтр типа УГ. В первом поле оседает наибольшее количество золы, в последнем - минимальное.

Важным условием, определяющим эффективность работы электрофильтра, является агрегат электрического питания. Каждый агрегат обслуживает одно поле (или половину поля), состоит из трех узлов:

повысительно-выпрямительного блока с высоковольтным распределительным устройством;

блока магнитных усилителей;

дросселей и пульта управления.

Для поддержания напряжения в любой момент работы электрофильтра на грани пробивного, когда обеспечивается наилучшая ионизация газов, применена автоматическая схема регулирования. Электрофильтры серии УГ имеют две разновидности: УГ2 - с высотой электрода 7,5 и активной длиной каждого поля 5 м и УГЗ - с высотой электрода 12,2 и длиной поля 4 м.

Число полей n в каждом электрофильтре может быть три и четыре. Поперечные сечения для прохода газов F r , м 2 , для электрофильтров УГ2 имеют следующие значения: 26, 37, 53, 74; для электрофильтров УГЗ: 88, 115, 177, 230, 265. Параметры золоулавливания электрофильтра рассчитываются по выражению

где - скорость дрейфа частиц, м/с (скорость движения частиц золы под действием сил осаждения);

f=A/V - удельная площадь поверхности осаждения на 1 м 3 /с очищаемого газа. Здесь А - площадь поверхности канала золоулавливания, м 2 ; V - расход газа, м 3 /с.

Степень осаждения определяется двумя факторами - скоростью дрейфа частиц золы и удельной поверхностью осаждения f . Увеличивая f , можно получить высокую степень улавливания, однако это связано с большими расходами металла и увеличением габаритов электрофильтров.

Скорость дрейфа, м/с, определяется в основном электрическими характеристиками электрофильтра и пылегазового потока и выражается как:

где 0 - диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м;

Относительная диэлектрическая проницаемость вещества частицы;

Е З - напряженность электрического поля зарядки, В/м;

Е ОС - напряженность электрического поля осаждения, В/м.

Из приведенного выражения следует, что скорость дрейфа пропорциональна произведению напряженностей полей зарядки и осаждения и диаметру частицы (влияние остальных факторов менее существенно). Однако определить теоретическим путем величины Е З и Е ОС затруднительно, из-за чего расчет но приведенному выражению возможен при наличии опытных данных но электрическим характеристикам.

Основными факторами, определяющими скорость дрейфа, являются электрические свойства пылегазового потока и в первую очередь электрическое сопротивление золы. На рис.12, а показана зависимость удельного сопротивления летучей золы, 0мм, при работе электрофильтра от температуры. Максимум электрического сопротивления золы соответствует температуре 100...130 О С. Наибольшее имеет зола углей с малым содержанием горючих в уносе, низким содержанием серы и влаги в топливе. К углям, зола которых имеет наиболее высокое электрическое сопротивление, относятся экибастузский и кузнецкий каменные угли. На рис.12, б показано изменение скорости дрейфа от удельного сопротивления. В области = 10 8 ...10 9 0мм происходит резкое падение скорости дрейфа.

Рис.12.

а - зависимость удельного сопротивления летучей золы при работе электрофильтра от температуры; б - зависимость скорости осаждения от удельного сопротивления пыли; 1 - цементная пыль; 2 - зола уноса котлов

Анализ работы электрофильтров на ТЭС показал, что основная причина менее эффективной очистки заключается в высоком удельном электрическом сопротивлении (УЭС) слоя золы, образующемся на осадительных электродах электрофильтра. Вследствие высокого УЭС проводимость слоя пыли уменьшается, что приводит к увеличению потенциала поверхности слоя, увеличению падения напряжения в слое при одновременном его уменьшении в газовом промежутке. При увеличении разности потенциалов между поверхностью слоя и заземленным электродом до значения, достаточного для пробоя газов, на некоторых участках поверхности слоя возникают относительно стабильные местные разряды. Это явление, вызывающее образование и выброс в межэлектродное пространство ионов со знаком, обратным знаку ионов, образующихся в основном процессе, принято называть обратной короной. Положительные ионы, образовавшиеся в зоне обратной короны, под действием электрического ноля двигаются к коронирующему электроду, встречают на своем пути частицы золы, заряженные отрицательно, и нейтрализуют их заряды. В результате этого прекращается движение золовых частиц к осадительному электроду и снижается степень очистки газов в электрофильтре. Устойчивая обратная корона характеризуется появлением в слое пыли точек локализованных разрядов голубого цвета.

Высокое УЭС летучей золы обусловлено как параметрами дымовых газов (концентрация серного ангидрида и зависящая от него кислотная точка росы, парциальное давление водяных паров, температура газов и др.), так и химическим составом самой золы, главным образом соотношением в ней алюмосиликатов (Al 2 O 3 +SiO 2) и щелочных металлов, в первую очередь натрия и лития. При определенной комбинации низких содержании серы, водорода и влаги в угле с низкими концентрациями щелочных металлов в золе при общепринятых в котельной практике температурах уходящих газов 120...150 О С удельное электрическое сопротивление золы вырастает до 10 10 ...10 12 0мм. При таких параметрах обратная корона возникает и развивается в электрофильтре исключительно быстро.

На степень улавливания золы большое влияние также оказывает равномерность распределения поля скоростей дымовых газов по сечению электрофильтра. С целью создания достаточно равномерного поля скоростей газов на входе в электрофильтр устанавливают газораспределительные решетки.

Современные электрофильтры серии ЭГА - горизонтальные, модификации А, изготавливаются в широком диапазоне типоразмеров при глубокой унификации узлов и деталей. Такие фильтры рассчитаны на максимальную температуру газов до 330 О С. Электродная система - система, составленная из широкополосных (ширина элемента 40 мм) элементов открытого профиля и рамных коронирующих электродов с игольчатыми элементами. Шаг между одноименными элементами составляет 300 мм. В электрофильтрах по ширине размещается от 10 до 88 газовых проходов. Номинальная высота электродов принимается из ряда 6; 7,5, 9; 12 м.

В связи с повышением мощности энергоблоков потребовалось создание двухъярусного фильтра. Для энергоблоков 800 МВт Березовской ГРЭС-1 разработан и изготовлен на базе серии ЭГА электрофильтр типа ЭГД (горизонтальный, двухъярусный) (рис.13).

Электрофильтры серии УВ (рис.14) - унифицированные вертикальные пластинчатые сухие для очистки газов с температурой до 250 О С, выпускаются взамен электрофильтров ДВП и ДВПН. Электрофильтры типа УВ имеют одно поле активной длины 7,4 м и разделены по газу на одну - три секции. Осадительные электроды - пластинчатые с нижним молотковым стряхиванием. Коронирующие электроды - рамные с верхним подвесом и молотковым встряхиванием.

Электрофильтры УВ рассчитаны на невысокую запыленность газов и скорость их в активном сечении до 1 м/с.

Расчет электрофильтра для ориентировочного определения его размеров ведется в следующем порядке.

Рис.13.

1 - подводящие газоходы; 2 - газораспределительная решетка; 3 - коронирующий электрод; 4 - осадительный электрод; 5 - механизм встряхивания коронирующих электродов; 6 - механизм встряхивания осадительных электродов; 7 - бункер для пересыпки золы из верхнего яруса

Рис.14.

1. Определяется активное сечение для прохода газов, м2, эктрофильтра:

где Z - число параллельно включенных корпусов (рекомендуется устанавливать один-два корпуса на котел, обычно по числу выбранных дымососов);

u - скорость газов в активном сечении, принимается для золы с неблагоприятными характеристиками (>510 9 0мм) в пределах 1,3--1,5 м/с, для остальных топлив ((<510 9 0мм до 1,8 м/с).

2. Принимается схема газораспределения электрофильтра и оценивается степень заполнения объема m. По заданной степени уноса определяется степень уноса при равномерном потоке Р, по выражению

Степень заполнения m определяется экспериментально на моделях электрофильтра с примыкающими газоходами.

3. По табл.3 определяется по найденной степени уноса при равномерном поле параметр золоулавливания П .

4. Задаваясь скоростью дрейфа в зависимости от используемого на ТЭС топлива рассчитывается поверхность осаждения

При расчете электрофильтров можно принимать для различных топлив следующие скорости дрейфа частиц м/с:

Кузнецкий СС, экибастузский - 5,510 -2 ;

Донецкий промпродукт - 5,510 -2 ;

Канско-ачинский - (6...6,5)10 -2 ;

Донецкий:

ГСШ - 710 -2 ;

АШ - (8...9)10 -2 ;

Подмосковный - (10...12)10 -2 .

5. Число полей электрофильтра при заданной длине поля определяется по выражению

где t - расстояние между одноименными электродами (для электрофильтров УГ t =0,275 м);

l - длина поля.

Выбирается действительное число полей электрофильтра n Д . Уточняется действительное значение параметра золоулавливания П Д и соответственно Р Д и Д .

Сухие электрофильтры серии УГ - унифицированные горизонтальные для очистки газов с температурой до 250 °С (рис. 4.29).

Рис. 4.29. Сухие электрофильтры УГ3.

Сухие электрофильтры выпускаются взамен снятых с производства электрофильтров типов ДГПН, ПГД, ПГДС, АП, Ц и имеют общепромышленное назначение. Технические характеристики электрофильтров приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1 Технические характеристики электрофильтров серии УГ.

Сухие электрофильтры первого габарита УГ1 имеют высоту электродов 4000 мм, второго габарита УГ2 7500 мм, а третьего габарита УГЗ 12000 мм. Остальные цифры, приведенные на марке электрофильтра, указывают число пален фильтра и его активное сечение. Например, марка электрофильтра УГ2-3-53 означает, что высота электродов 7500 мм, аппарат трехпольный активным сечением 53 м 2 .

Сухие электрофильтры первого и второго габаритов имеют активную длину полей 2,5 м, электрофильтры третьего габарита 4 м. Электрофильтры первого габарита выпускаются двух- и трехпольными, а второго и третьего габаритов - трех- и четырехпольными. Осадительные электроды в электрофильтрах УГ-из профилированных тонкостенных широкополосных (ширина элемента 350 мм) элементов открытого профиля с нижним молотковым встряхиванием.

Коронирующне электроды - рампой конструкции, с боковым подсом на кварцевых опорно-проходных изоляторах и молотковым встряхнем. Коронирующне электроды электрофильтров УГЗ встряхивая в двух уровнях. Элементы коронирующих электродов 1,3 стальной ленты с выштампованными остриями. Шаг между одсименными электродами 275 мм.

Корпуса электрофильтров УГ рассчитаны на работу под разрежением 3-4 кПа и заполнение бункеров пылью с насыпной массой до1500 кг/м 3 . Разработаны усиленные корпуса, рассчитанные на улавливание пыли с насыпной массой до 3500 кг/м 3 и разрежение до 10-15 кПа.

Корпуса снабжены пирамидальными бункерами для сбора улавливаемой пыли, в электрофильтрах первого габарита предусмотрена возможность применения щелевых бункеров с использованием цепных или шнековых транспортеров для выгрузки пыли. В комплекте с электрофильтром предусмотрена поставка (в случае необходимости) узлов виброотряхивания бункеров и встряхивания газораспределительных решеток.

Электрофильтры серии ЭГА (рис 4.30,табл. 4.2) - горизонтальные, изготавливаются в широком диапазоне типоразмеров с унифицированными узлами, что позволяет обеспечить наилучшие технико-экономические показатели установок электрогазоочистки. Максимальная температура применения 330 С. Электродная система составлена из ширококосных (ширина элемента 640 мм) элементов открытого профиля и рамных коронирующих электродов с игольчатыми элементами. Шаг одноименными электродами 300 мм. Электрофильтры с числом проходов от 10 до 40 - односекционные, от 48 до 88 - двухсекционные.

Рис 4.30. Электрофильтры ЭГА.

а) односекционные; б)двусекционные;в) вид сбоку; 1) механизм встряхивания осадительных электродов; 2) люк ослуживания; 3) газораспределительная решетка; 4) защитная коробка для подвода тока; 5) механизм встряхивания коронирующих электродов; 6) клоронирующий электрод; 7) осадительный электрод; 8) корпус.

Условное обозначение типоразмера электрофильтра: Э - электролильтр; Г - горизонтальный; А - модификация; числа после букв обозначают: первое - количество секций, второе - количество газовых проходов, третье - номинальная высота электродов (м); четвертое - количество элементов в осадительном электроде; пятое - количество электрических полей по длине электрофильтра; шестое - температура в электрофильтре (°С) седьмое - разрежение в электрофильтре (кПа); далее - дополнительные данные (например, тип бункеров и т. д.).

Корпуса электрофильтров рассчитаны на применение в районах сейсмичностью не более 7 баллов. В электрофильтрах по ширине размещается ог 10 до 88 газовых проходов. Номинальная высота электродов принимается из ряда 6; 7.5; 9; 12 м. Осадительный электрод набирается из 4-8 элементов, что дает активную длину поля соответственно 2,56; 3,2; 3,84; 4,48; 5,12 м. Число полей - от двух до четырех.

Электрофильтры серии ЭГА по компоновке электродных систем и встряхивающих механизмов не имеют принципиальных отличий от электрофильтров серии УГ, однако применение целого ряда усовершенствований позволило значительно улучшить характеристики новых электрофильтров, обеспечив снижение их массы и увеличение уровня надежности.

Электрофильтры серии УГТ (табл. 4.3) - унифицированные горизонтальные высокотемпературные сухие, предназначены для очистки от пыли газов с температурой до 425 °С и применяются в химической промышленности, в черной и цветной металлургии, цементной промышленности (рис. 4.31) Промышленностью освоен выпуск электрофильтров серии УГТ первого габарита с активной высотой поля 7,5 м.

Электрофильтры УГТ имеют активную длину полей 2,5 м и выпускаются трехпольными.

Осадительные электроды - прутковые с молотковым встряхиванием в средней части электрода. Коронирующне электроды - свободно подвешенные с грузовым натяжением из проволоки диаметром 2,2 м и с лотковым встряхиванием верхней рамы и подвесом системы из зоны электрофильтра опорных фарфоровых изоляторах, с применением в качестве проходных изоляторов кварцевых труб. Корпуса электрофильтров рассчитаны на разрежение 4 кПа и насыпную пыли до 2000 кг/м 3 . Бункера корпусов - пирамидальные или щелевые.

Электрофильтры, серии ОГП (табл. 4.3) - горизонтальные сухие электрофильтры, предназначены главным образом для улавливания огарковой пыли из газов, отходящих от печен обжига флотационнного колчедана в сеонокислотном производстве при темпепатуре колчедана в сернокислотном производстве при температуре до 425С.

Однако могут применяться и в других процессах при аналогичных условиях. Электрофильтры имеют активную высоту поля 4,5 м четырехпольные с полями активной длиной 1,5 м В специальных случаях возможно применение пятипольных аппаратов. Принципиальное конструкционное решение осадительных и коронирующих электродов такое же, что и электрофильтров УГТ.

Электрофильтры ОГП и УГТ заменяются аппаратами ЭГТ (эектрофильтры горизонтальные, модификация Т), в которых прутковые осадительные электроды заменяются пластинчатыми открытого профиля.

Рис. 4.31. Электрофильтр УГТ1 40Х3.

1 - механизм встряхивания газораспределительных решеток; 2 - газораспределительные решетки; 3 - осадительный электрод; 4 - изоляторная труба; 5 - защитная коробка для подвода тока; 6 - механизм встряхивания корони- рующих электродов; 7 - коронирующий электрод; 8 - корпус; 9 - механизм встряхивания осадительных электродов; 10 - люк обслуживания

Проволочные коронирующне электроды - ленточными с выштампованными зубцами.

Электрофильтры серии УВ (рис. 4.32, табл. 4.4) - унифицированные вертикальные пластинчатые сухие для очистки газов при температуре до 250 °С, выпускаются взамен электрофильтров типа ДВП и ДВПН и предназначены для очистки от пыли дымовых газов, аспирационного воздуха и других промышленных газов при условиях, благоприятных для работы электрогазоочистительных установок (невысоки запыленности очищаемого газа, отсутствие мелких частиц в очищаем газе, хорошая отряхиваемость пыли с электродов, невысокие скоро в активном сечении, не превышающие 1 м/с).

Таблица 4.2. Технические характеристики электрофильтров серии ЭГА.

Таблица 4.3.Технические характеристики электрофильтров серии УГТ и ОГП.

Осадительные электроды в электрофильтрах серии УВ - пластинчатые из элементов открытого профиля с нижним молотковым встряхиванием. Коронируклцие электроды - рамные с верхним подвесом и молотковым встряхиванием.

Основные конструктивные элементы электрофильтров серии УВ, в том числе профиль и размеры элементов осадительных электродов, узлы их подвеса, коронирующне электроды, узлы механизмов встряхивания, унифицированы с соответствующими элементами электрофильтров.

Электрофильтры серии УВВ (ом. табл. 4.4) унифицированные вертикальные пластинчатые сухие электрофильтры для улавливания из газов угольной пыли при температуре до 130 °С. Так же как в электрофильтрах серии УВ, основные элементы унифицированы с соответствующими элементами электрофильтров серии УГ. Поскольку угольная пыль хорошо встряхивается, встряхивающие механизмы электрофильтров серии УВВ облегченные. особенностью электрофильтров серии УВВ является то, что из-за пожарного возникновения взрывоопасности при накоплении угольной пыли корпуса электрофильтров выполнены в виде шахты, открытой в атмосферу. Это предотвращае разрушение корпуса при "хлопках".

Кроме того, все внутренние устройства электрофильтров выполнены образом, чтобы избежать накопления пыли.

Таблица 4.4. Технические характеристики унифицированных вертикальных электрофильтров серии УВ И УВВ

Это достигается исключением горизонтальных площадок или укрытием их скошенными козырьками а также устройством стенок бункера с большими углами откосов.

Для уменьшения вероятности возникновения искрового пробоя в. электрофильтрах серии УВВ межэлехтродное расстояние принято увеличивать до 350 мм вместо 275 мм. Кроме рассмотренных унифицированных и серийных сухих электрофильтров общего назначения, в промышленности применяется несколько типов специальных сухих электро-фильтров.

Рис. 4.33. Электрофильтры.

а) - ДВП; б) - ТС.

Электрофильтр типа СГ - горизонтальный пластинчатый сухой электрофильтр, предназначенный в основном для улавливания сажи из сажевого производства при температуре до и избыточном давлении до 100 Па. Осадительные электроды - поисковые, коронирующне - свободно подвешенные провода диаметр 1 мм с грузовым натяжением. Встряхивание электродов - ударно - молотковое. К особенностям электрофильтра следует отнести наличие над каждым из полей предохранительных клапанов большого сечения, а также системуобдувки изоляторов, предотвращающую отложение на них улавливаемой сажи.

Электрофильтры типа ДВП и ТС (рис. 4.33) - вертикальные трубы сухие электрофильтры, предназначенные для улавливания тонкой пыли при температуре до 200 С.

Осадительные электроды выполнены из труб внутренним диаметром 300 мм и встряхиваются молотков. коронирующие электроды - свободно подвешенные диаметром 2 мм с грузовым натяжением - также снабжены молотковым встряхиванием электрофильтры ДВП установлены новном на тепловых электростанциях.

В качестве золоуловителей на ТЭС наиболее широкое применение нашли электрофильтры, так как они позволяют очистить газы от золы с эффективностью 0,99 –0,998 при гидравлическом сопротивлении не более 200 Па. Капитальные затраты на сооружение электрофильтров высоки, так как эти аппараты металлоемки, занимают большую площадь, снабжаются специальными повысительно-выпрямительными агрегатами электропитания.

Сущность процесса электрической очистки газа заключается в следующем. В электрофильтрах запыленный газ движется в каналах, образованных осадительными электродами, между которыми расположены через определенное расстояние коронирующие электроды. К коронирующим электродам подводится постоянный ток высокого напряжения (как правило, отрицательный), а осадительные электроды заземлены. При определенной напряженности электрического поля происходит ионизация дымовых газов, сопровождающаяся возникновением коронного разряда, который на весь межэлекродный промежуток не распространяется и затухает по мере уменьшения напряженности электрического поля в направлении осадительного электрода. Газовые ионы различной полярности, образующиеся в зоне короны, под действием сил электрического поля движутся к разноименным электродам, вследствие чего в межэлетродном пространстве возникает электрический ток, называемый током короны. Частицы золы, адсорбируя ионы, приобретают электрический заряд и под действием электрического поля двигаются к электродам, осаждаясь на них. Основное количество частиц осаждается на развитой поверхности осадительных электродов, меньшая их часть попадает на коронирующие электроды. Через определенные промежутки времени с помощью ударного механизма происходит встряхивание электродов, и частички золы под действием силы тяжести падают в бункер.

Коронный разряд возникает при достижении определенной напряженности электрического поля, называемой критической. С увеличением напряженности выше критической ток короны увеличивается, и эффективность улавливания золы возрастает. Однако при дальнейшем росте напряженности электрического поля произойдет пробой межэлектродного пространства искровым или дуговым электрическим зарядом. Таким образом, для электрической очистки дымовых газов необходимо выполнение условия

ЕЕ Е, (15)

где Е, Е- критическая и пробойная напряженность электрического поля.

С целью снижения капитальных затрат и повышения эффективности золоулавливания конструкции электрофильтров непрерывно совершенствуются. До 1980 г. набольшее распространение имели электрофильтры серии УГ (унифицированные горизонтальные), за тем стали применяться электрофильтры серии ЭГА, ЭГБ и ЭГВ (электрофильтр горизонтальный, модификаций А, Б и В). Технические характеристики указанных типов электрофильтров приведены в табл. 2 . Как видно из табл. 2, основное отличие этих аппаратов заключается в постепенном увеличении межэлектродного расстояния, что существенно снижает металлоемкость электрофильтров.

На рис. 4. представлен электрофильтр марки ЭГА, получившей наибольшее распространение в России. Дымовые газы после распределительной решетки поступают в коридоры, образованные вертикально висящими широкополосными осадительными электродами. Осадительные и коронирующие электроды объединяются по ходу движения газов в поля длиной от 2,56 до 5,12 м. В зависимости от требуемой степени очистки газов количество полей может составлять от 2 до 5. Увеличение числа полей повышает степень улавливания золы, однако это приводит к возрастанию расхода металла, габаритов и стоимости электрофильтра. Осадительные электроды набираются из стандартных элементов шириной 640 мм. Число элементов может изменяться от 4 до 8. В настоящее время наибольшее распространение получили осадительные электроды открытого профиля. В качестве коронирующих электродов ранее применялась проволока малого диаметра (3-5 мм) круглого или штыкового профиля. Сейчас применяются коронирующие электроды с фиксированными точками разряда, представляющие собой колючую проволоку или тонкостенные элементы с выштампованными через определенные промежутки иглами.

Таблица 2. Технические характеристики электрофильтров

	Тип электрофильтра
	Межэлектродное расстояние, мм
	Активная высота электродов, м				6; 7,5; 9; 12; 15
	Активное сечение, м 2
	Производительность при условной скорости 1 м/с, тыс.м 3 /ч
	Количество электрических полей
	Габаритные размеры: Высота, м Длина, м Ширина, м
	Номинальное напряжение питающих агрегатов, кВ

Рис. 4. Электрофильтр (изображен трехпольный двухсекционный электрофильтра ЭГА)

1-вход запыленного газа;2- выход очищенного газа; 3- газораспределительная решетка; 4 подвод тока высокого напряжения; 5- коронирующий электрод; 6 - осадительный электрод;7- встряхивающий механизм коронирующих электродов; 8 - встряхивающий механизм осадительных электродов; 9 - корпус; 10 - бункер; 11 - перегородки для уменьшения перетоков газа через бункер; 12- подъемная шахта; 13 - газораспределительные объемные элементы МЭИ; 14-конфузорный отвод дымовых газов; 15 - смотровые люки в бункерах

В обозначении электрофильтра марки ЭГА указываются следующие основные характеристики: количество параллельных секций; количество газовых проходов между осадительными электродами; высота электродов; количество элементов в осадительном электроде; число полей. Так, электрофильтр ЭГА 2-56-12-6-4 обозначает: электрофильтр горизонтальный модификации А, с двумя параллельными секциями, с 56 газовыми проходами, с высотой электродов равной 12 м, с шестью элементами в осадительном электроде и четырьмя последовательно установленными полями.

Корпус электрофильтра выполняется металлическим. Под каждым полем электрофильтра установлен бункер для сбора уловленной золы. Подвод электрического тока высокого напряжения к электрофильтру (60-80 кВ) осуществляется агрегатами питания. Агрегат питания состоит из регулятора напряжения, повысительного трансформатора и выпрямителя. Для обеспечения оптимального режима питания напряжение на электродах должно поддерживаться на максимально высоком уровне, но ниже пробивного. Процесс регулирования напряжения на электродах электрофильтра автоматизирован. Для регулирования выходного тока и напряжения используются магнитные усилители и тиристоры. Агрегаты питания оснащаются полупроводниковыми выпрямителями.

Преобразуем выражение (6)

П ==, (16)

где - удельная поверхность осаждения.

Таким образом, параметр золоулавливания и степень улавливания золы определяются двумя факторами: скоростью дрейфа и удельной поверхностью осаждения. Увеличивая , можно получить высокую степень улавливания золы, однако это связано с увеличением габаритов электрофильтра и увеличением его стоимости.

Скорость дрейфа определяется в основном электрическими характеристиками электрофильтра и пылегазового потока. Теоретическое выражение для определения скорости дрейфа, м/с, имеет следующий вид:

, (17)

где -диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м;- относительная диэлектрическая проницаемость вещества частицы;- напряженность электрического поля зарядки, В/м;
- напряженность электрического поля осаждения, В/м;
коэффициент динамической вязкости газов, Пас;
диаметр частицы золы, м;, и пылегазового потока в электрофильтрах практически не меняются. Поэтому параметр золоулавливания и степень улавливания золы зависят от напряженности электрического поля зарядки и осаждения, а также от размеров частиц золы. Мелкие частицы золы улавливаются хуже, чем крупные. Однако, в электрофильтрах мелкие частицы золы улавливаются лучше, чем в инерционных, у которых параметр золоулавливания пропорционален диаметру частицы во второй степени. Определить теоретическим путем и
затруднительно и расчет скорости дрейфа по формуле (17) возможен только при наличии опытных данных по электрическим характеристикам.

Скорость дрейфа в электрофильтре сильно зависит от величины удельного электрического сопротивления золы  . На рис. 5.а показано изменение скорости дрейфа от удельного электрического сопротивления. В области  =
Омм происходит резкое падение скорости дрейфа, что связано с образованием «обратной короны».

Рис.5. Влияние свойств пылегазового потока на работу электрофильтров (на примере экибастузского угля):

а –зависимость эффективной скорости дрейфа от логарифма удельного сопротивления золы; б – зависимость логарифма УЭС золы от температуры дымовых газов

Сущность этого явления заключается в том, что на слое золы с высоким удельным электрическим сопротивлением, осевшей на осадительном электроде, происходит большое падение напряжения и уменьшается его падение в газовом промежутке. Падение напряженности приводит к снижению скорости дрейфа и снижению степени улавливания золы. Кроме того, при превышении некоторого критического значения напряженности электрического поля в слое золы происходит пробой пористого слоя, в результате которого образуется тонкий канал, заполненный положительными ионами. Канал выполняет роль острия, с которого развивается мощный обратный коронный разряд, действующий навстречу основному. В межэлектродное пространство выбрасывается положительно заряженные ионы, которые нейтрализуют отрицательно заряженные частички золы двигавшиеся к осадительному электроду и эффективность улавливания золы резко снижается.

Удельное электрическое сопротивление золы зависит от температуры и влажности газов, от химического состава дымовых газов, включая микросодержание некоторых примесей, влияющих на снижение удельного электрического сопротивления золы (например, концентрации SO 3).

Для повышения эффективности улавливания золы с высоким удельным электрическим сопротивлением разработан ряд методов. На рис. 3.5.б показана зависимость удельного электрического сопротивления золы от температуры дымовых газов, из которого видно, что в области наиболее типичных температур уходящих газов (t ух = 140-160С) наблюдается максимум удельного электрического сопротивления золы. С ростом или снижением температуры от указанных значений или снижением электрического сопротивления золы.

Использование правой высокотемпературной ветви возможно при установке электрофильтров перед воздухоподогревателем в зоне температур 350-400С. Однако, этот путь является нерентабельным в связи со значительным увеличением объемного расхода дымовых газов, что вызывает необходимость увеличения габаритов электрофильтра, и с усложнением конструкции его элементов при высоких температурах.

Для снижения удельного электрического сопротивления золы получило практическое применение температурно - влажностное кондиционирование дымовых газов может осуществляться как за счет установки перед электрофильтром мокрого скруббера, так и за счет подачи воды перед электрофильтром через специальное мелкодисперсные форсунки. Температурно-влажностное кондиционирование дымовых газов приводит к снижению температуры газов до 80-90С при этом зола адсорбирует своей поверхностью влагу и различные химические вещества, в первую очередь серный ангидрид. Это приводит к снижению величины удельного электрического сопротивления и повышению эффективности улавливания золы. При применении этого метода очень важным является обеспечение мелкодисперсного распыла влаги во всем объеме дымовых газов, чтобы она успела испариться до входа в электрофильтр. В противном случае это приведет к повышенной коррозии элементов электрофильтра.

Другой путь снижения удельного электрического сопротивления золы заключается в применении химического кондиционирования дымовых газов микродозами серного ангидрида. Так при подаче в дымовые газы SO 3 в количестве 20 ррm (20 миллионных долей по объему) удельное электрическое сопротивление золы снижается и удается предотвратить образование обратной короны.

Несмотря на эффективность химического кондиционирования, этот метод пока не получил распространения в России из-за эксплуатационных трудностей и затрат, связанных с получением и подачей в котел тех или иных агрессивных веществ.

Предотвратить образование обратной короны или снизить её интенсивность можно путем изменения характеристик электрического тока, поступающего на электроды. К таким способам относятся применение импульсного напряжения и питание электрофильтра напряжением переменной полярности. Эти способы находятся в стадии опытной проверки.

Для повышения эффективности улавливания с высоким удельным электрическим сопротивлением применяются пониженные скорости газов в электрофильтре. Это приводит к увеличению габаритов электрофильтра и повышению его стоимости, но позволяет компенсировать неблагоприятное воздействие обратной короны. Так если для обычной золы скорость газов в электрофильтре принимается равной 1,5-1,8 м/с, то при высоком удельном электрическом сопротивлении 1,0-1,2 м/с.

Из распространенных в России углей высоким удельным электрическим сопротивлением обладает золы Экибастузских и Кузнецких углей.

На степень улавливания золы большое влияние оказывает равномерность распределения поля скоростей дымовых газов по сечению электрофильтра, которую можно оценить с помощью степени заполнения объема электрофильтра m

(18)

где u i – скорость газа в элементарной площадке электрофильтра; n – число равновеликих элементарных площадок в поперечном сечении электрофильтра.

Степень заполнения объема электрофильтра m определяется при исследовании аэродинамических характеристик модели электрофильтра с подводящими и отводящими газоходами. Поперечное сечение модели электрофильтра разбивается на n равновеликих площадок и в центре каждой площадки проводится измерение скорости потока.

Величина m непосредственно связана со степенью проскока золы по выражению

(19)

где Р р – проскок золы через электрофильтр при равномерном поле скоростей; Ра – проскок золы при поле скоростей со степенью заполнения объема равной m .

Кроме степени заполнения объема, в качестве характеристики равномерности распределения поля скоростей, иногда используется средний квадрат отклонения скорости от среднего значения, который можно определить из выражения.

(25)

(21)

В формуле (26) u j ; u p – соответственно скорость газов в j-той точке и скорость газов при равномерном поле скоростей.

Проскок золы через электрофильтр связан со среднем квадратом отклонения скорости от среднего значения следующим выражением

(22)

где R – коэффициент, учитывающий увеличения влияния неравномерности поля скоростей газов в зависимости от эффективности улавливания золы.

R =0,125(1+П р )П р , (23)

где П р – параметр золоулавливания при равномерном поле скоростей.

Коэффициент R возрастает для электрофильтров с высокой степенью улавливания золы. Поэтому, чем выше мы хотим обеспечить степень улавливания золы, тем больше относительное влияние оказывает равномерность поля скоростей.

можно записать через степень заполнения объема

(24)

Если не принимать специальных мер, то в электрофильтре будет наблюдаться большая неравномерность поля скоростей. Это вызвано тем, что скорость газов в конвективной шахте котла значительно выше, чем в электрофильтре. Поэтому на входе в электрофильтр необходимо устанавливать диффузор с большими углами раскрытия, что приводит к неравномерному распределению скоростей газов по сечению электрофильтра.

Для повышения равномерности поля скоростей на входе в электрофильтр устанавливаются объемные и плоские решетки. На рис. 6 приведены газораспределительные устройства при подводе газов к электрофильтру снизу и при прямом подводе.

Рис. 6. Газораспределительные устройства:

а - газораспределительное устройство МЭИ для подводов газов снизу: 1 - подъемная шахта; 2 - скошенная часть подъемной шахты; 3-решетка из объемных элементов; 4-форкамера; 5-перфорированные плоские газораспределительные решетки с живым сечением =0,5; 6 - активное поле электрофильтра;б - газораспределительное устройство с диффузором при горизонтальном подводе газов

В первом случае рекомендуется применять газораспределительное устройство МЭИ, состоящее из вертикальной подъемной шахты постоянного сечения, объемной решетки и двух плоских решеток. Объемная решетка устанавливается в месте поворотов газов к электрофильтру. Объемные элементы разделяют входную камеру по высоте на ряд горизонтальных каналов, каждый из которых представляет собой сначала конфузор, а затем диффузор. Нижние стенки каналов (боковые стороны треугольных элементов) выполнены наклонными для предотвращения отложения золы (углы при основании треугольников приняты равными на входе 45, на выходе 60). Для того чтобы расход газов через все каналы образованные объемными элементами, был одинаковым, верхний участок подъемной шахты выполняется со скошенной передней стенкой. Живое сечение объемной решетки принимается равным 0,25-0,35. За объемной решеткой поток принимает горизонтальное направление и проходит практически по нормам через две плоские решетки. Каждая плоская решетка имеет живое сечение равное 0,5.

При прямом подводе газов к электрофильтру (рис.6.б ) применяется диффузор с умеренным углом раскрытия, в котором устанавливаются плоские решетки (от одной до трех). В табл. 3. и 4. приведены значения среднего отклонения квадрата скорости на входе в электрофильтр
и среднего по объему электрофильтра значения
для подвода газов к электрофильтру снизу и прямого.

Таблица 3.

скорости для газораспределительного устройства с объемными элементами МЭИ

Относительная высота подъемной шахты =l/Н	Количество решеток

Таблица 4.

Входные и средние по объему электрофильтра значения отклонения квадрата

скорости для диффузорного газораспределительного устройства

Снижение эффективности золоулавливания вызывает движение пылегазового потока вне активных зон электрофильтра. Основная часть газов двигается в активной зоне электрофильтра в пространстве между осадительными и коронирующими электродами, где происходит зарядка и осаждение частиц золы. Однако часть газов может двигаться в неактивных и полуактивных зонах электрофильтра. Неактивными зонами электрофильтра являются области над электродной системой и под ней (включая пылесборные бункеры), а также промежутки между крайними осадительными электродами и корпусом электрофильтра. В неактивных зонах отсутствует напряженность электрического поля и зола не улавливается. Наибольшие протечки газов происходят через нижнюю неактивную зону электрофильтра ниже электродной системы. Выполнить глухое перекрытие неактивных зон не представляется возможным в связи с необходимостью соблюдения пробойных промежутков и сохранения зазоров между корпусом и электродами для нормального встряхивания.

В современных конструкциях электрофильтров высота коронирующих электродов выполняется несколько меньшей, чем осадительных. Зона, где есть осадительный электрод и отсутствует коронирующий имеет ослабленное электрическое поле и называется полуактивной. Проскок золы в полуактивной зоне в два-три раза выше, чем в активной.

Проскок золы Р через электрофильтр с учетом протечки газов через неактивные и полуактивные зоны можно определить из выражения

Р=(1-  п -  н ) Р а + -  п  +  н , (25)

где Р а – проскок золы без учета протечек газов через неактивные и полуактивные зоны;  - коэффициент, учитывающий увеличение проскока золы в полуактивных зонах,  = 2-3; -  п ,  н – доля потока проходящего через полуактивные и неактивные зоны.

Долю потока, проходящего через полуактивные зоны можно определить из выражения

(26)

где Н к , Н ос – высота коронирующих и осадительных электродов.

Для снижения протечек газов через нижнюю неактивную зону применяются газоотсекатели на входе в электрофильтр и перегородок внутри бункеров. В МЭИ под руководством профессора Рихтера Л.А. были проведены исследования при различных вариантах установки перегородок внутри бункеров. Результаты исследований представлены на рис. 7 из которого видно, что вертикальные перегородки внутри бункеров мало эффективны.

В связи с этим было предложено устанавливать внутри бункеров наклонные перегородки. Как видно из рис.7 установка трех наклонных перегородок примерно в десять раз снижает протечки газов через нижнюю неактивную зону по сравнению с вертикальными перегородками. Угол наклона перегородок выбирается таким, чтобы предотвратить отложения золы на перегородках.

Эффективность улавливания золы зависит от режима встряхивания электродов. Промежутки времени между встряхиваниями должны быть оптимизированы для каждого поля, так как в каждом последующем поле количество осаждаемой золы уменьшается и, следовательно, длительность периода встряхивания должна увеличиваться. Расчет оптимального режима встряхивания, т.е. определение паузы между ударами по одному и тому же осадительному электроду в минутах, может быть найден по следующий зависимости:

(27)

где A n – площадь осаждения поля, м 2 ; V – количество газов, поступающих в поле, м 3 /с; С вх.п – запыленность на входе в поле, г/м 3 ;  п – степень очистки поля электрофильтра; m о – оптимальная пылеемкость электрода, кг/м 2 (оптимальное количество пыли на единице поверхности осадительного электрода перед встряхиванием.

m о определяется в зависимости от величины удельного электрического сопротивления золы по эмпирическому соотношению

m o = 3-0,25lg  (28)

При известной степени проскока золы через весь электрофильтр степень проскока через одно поле определяется по соотношению

Р п =Р 1/ n , (29)

а степень улавливания золы полем электрофильтра

 п = 1-Р п =1-Р 1/ n , (30)

где n –число полей по ходу газов.

Концентрация золы на входе в m -е поле определяется по выражению

(31)

где С вх – концентрация золы при входе в первое поле электрофильтра.

Рис. 7. Движение пылегазового потока через неактивные зоны

а - движение потока в поле электрофильтра: 1 - активная зона, 2 - полуактивная зона, 3 - бункер; 4 - поле скоростей в активной зоне, 5 - поля скоростей и правление движения в нижней (бункерной) неактивной зоне; 6 - движение потока в верхней неактивной зоне; 7 - и изоляторные коробки;б - потока через бункер электрофильтра н в зависимости от типа и количества перегородок

В табл. 5. приведены рассчитанные по приведенной методике оптимальные соотношения интервалов встряхивания осадительных электродов.

Таблица 5 Оптимальные соотношения интервалов встряхивания осадительных электродов

Номер поля	Степень очистки газов в электрофильтре 
Трехпольный электрофильтр
Четырехпольный электрофильтр

Параметр золоулавливания при равномерном поле скоростей П р определяется из эмпирического соотношения

(32)

где n – число полей электрофильтра; L п длина одного поля, м; t – расстояние между осадительными и коронирующими электродами; К ун – коэффициент, учитывающий вторичный унос уловленной золы, определяемый по выражению

где К н = 7,5/Н – коэффициент, который учитывает. Что при увеличении высоты электрода Н вторичный унос возрастает, так как часть золы не успевает осесть в бункере; К вс - коэффициент, учитывающий режим встряхивания. При периодическом встряхивании при оптимальном режиме К вс = 1,3 электрофильтров, а для четырехпольных К вс = 1,7; К эл – коэффициент, учитывающий тип электродов. Для современных электродов с фиксированными точками разряда К эл =1.

Скорость дрейфа определяется по выражению

(34)

где d – диаметр частичек золы, м; Е эф – эффективная напряженность электрического поля, определяемая по выражению

Е эф =К ок  Е (35)

где К ок – коэффициент, учитывающий снижение эффективности улавливания золы при наличии обратной короны.

Таблица 5

Средние значения напряженности электрического поля Е и

коэффициента К ок для золы некоторых топлив России

Месторождение и марка топлива
Кузнецкий Т
Экибастузский СС
Подмосковный Б
Донецкий АШ, ГСШ
Канско-ачинский Б

При точных расчетах скорость дрейфа по формуле (35) необходимо считать для каждой фракции золы отдельно. Для упрощенных расчетов рассевку золы можно характеризовать средним медианным диаметром d 50 (d 50 – это диаметр ячейки сита, при котором 50% золы по массе остается на сите).

Для упрощенных расчетов формула (35) записывается в виде

(36)