Введение к работе
Актуальность темы.
Для очистки индустриальных газовых выбросов тепловых электростанций, цементных заводов и других предприятий от твердых частиц и аэрозолей широко применяются электрические фильтры (ЭФ). В России большая часть электроэнергии вырабатывается на тепловых электростанциях, ЭФ используются для улавливания большого количества золы, которая образуется при сжигании угля. Значительная часть электрофильтров не обеспечивает санитарных норм обеспыливания вследствие неблагоприятных для обеспыливания свойств аэрозолей, износа оборудования и недостаточных габаритов электрофильтров.
Наиболее распространенные способы повышения
эффективности работы электрофильтров (уменьшение скорости газов, увеличение числа полей, химическое кондиционирование газов) сопряжены с необходимостью реконструкции электрофильтра и газового тракта котла, заменой внутреннего изношенного оборудования, что требует больших капитальных вложений. Подобные изменения целесообразны на этапе разработки и создания новых установок и часто трудно осуществимы для модернизации действующих объектов. Поэтому весьма актуально использование методов интенсификации процессов электрогазоочистки, не связанных с заменой оборудования и увеличением габаритов электрофильтров. Одним из таких высокоэффективных методов является использование вместо униполярного питания ЭФ
специальных форм питающего напряжения (знакопеременного и различных типов импульсного питания). Применение импульсной и знакопеременной формы питающего напряжения при улавливании высокоомных зол на тепловых электростанциях показало возможность существенного увеличения эффективности работы ЭФ. При этом использование импульсного питания (ИП) позволило снизить пылевыбросы в атмосферу в 1,5-2 раза при улавливании зол с УЭС 10й-1013Ом-м. Использование знакопеременного питания (ЗПП) на промышленных электрофильтрах позволяет, в отдельных случаях, повысить эффективность работы электрофильтра и выявило эффект саморегенерации осадительных электродов (возможность работы без механизмов отряхивания осадительных электродов), что существенно повышает эксплуатационную надежность ЭФ. Угли, образующие при сжигании высокоомную золу, составляют только часть потребляемых тепловыми электростанциями. Значительная часть используемых углей образует низкоомную золу, при улавливании которой обратный коронный разряд не образуется. Для повышения эффективности работы электрофильтров и их эксплуатационной надежности в этих условиях, целесообразно использовать эффект повышения заряда частиц при импульсном питании и исследовать возможность реализации процесса саморегенерации осадительных электродов при питании ЭФ знакопеременным напряжением. При этом актуально создание высоковольтного комбинированного знакоперемно-импульсного источника питания, позволяющего одновременно реализовать преимущества как импульсного, так и знакопеременного питания на электрофильтре.
Цель работы заключается в повышении эффективности работы и эксплуатационной надежности электрофильтров при улавливании низкоомных. зол, обоснование комбинированной -импульсно-знакопеременной формы напряжения питания
электрофильтров и разработка технических предложений по
реализации такого источника на основе электронно-лучевых
вентилей.
В работе поставлены и решены следующие основные
задачи, обеспечивающие реализацию основной цели:
разработан экспериментальный источники импульсного питания для промышленных электрофильтров тепловых электростанций;
разработан измеритель концентрации твердых частиц в газоходах промышленных электрофильтров;
исследованы основные закономерности процесса саморегенерации осадительных электродов электрофильтра в режиме знакопеременного питания при улавливании низкоомной золы;
проведен анализ влияния изменения геометрических размеров на эффективность применения знакопеременного питания и саморегенерацию осадительных электродов;
исследована возможность реализации режима
самогенерации на промышленном электрофильтре и изменение эффективности его работы в этом режиме; исследована эффективность применения импульсной формы напряжения питания, при осаждении низкоомной золы на промышленном электрофильтре;
разработаны технические предложения по созданию источника комбинированного- знакопеременно-импульсного питания для промышленных электрофильтров на основе электронно-лучевых вентилей.
Методика исследования.
В работе использован комплексный подход к проведению исследований, включающий: эксперименты на физической модели, анализ их результатов, построение качественной модели. При обработке лабораторных экспериментов
применялся статистический анализ результатов. При проведении
экспериментов на промышленном электрофильтре
использовалась методика института НИИОГАЗ по определению эффективности их работы. Научная новизна.
В ходе проведения исследований были получены следующие основные научные результаты:
1. Исследована эффективность применения знакопеременного
питания при осаждении пылей без образования обратной
короны. Показано, что при относительно малой площади
осадительных электродов КПД пылеулавливания выше при
знакопеременном питании, чем при униполярном питании в
широком диапазоне удельного электрического сопротивления
(106Ом«м-10"Ом»м).
2. Выявлены основные закономерности влияния
знакопеременной формы напряжения питания на формирование
слоя на осадительном электроде. Показано, в частности, что
формирование слоя происходит медленнее, чем при
униполярном питании.
3. Исследован процесс накопления слоя до критической
величины, изучены и экспериментально подтверждены
основные особенности режима саморегенерации осадительных
электродов.
4. Проведен анализ влияния размеров осадительных электродов
на эффективность применения знакопеременного питания.
Моделирование позволило экстраполировать
экспериментальные данные при изменении геометрических
размеров осадительных электродов с учетом влияния
вторичного пылеуноса.
5. Показана возможность существенного повышения
эффективности работы электрофильтра, улавливающего
низкоомную золу при использовании импульсного питания.
б.Исследованы особенности формирования импульсов высокого
напряжения при использовании электронно-лучевого вентиля в
качестве ключа в предложенной схеме показано его преимущество.
Практическая ценность работы:
-
Проведены длительные эксплуатационные испытания разработанного источника знакопеременного питания в промышленных условиях на электрофильтре ТЭЦ-22 (Мосэнерго). Показано, что источники знакопеременного питания АПЭЛ 0,5/80 и ПЭЛМ 0,5/80 отвечают заданным требованиям по электрическим характеристикам, продемонстрированы их высокая надежность при промышленной эксплуатации. Применение знакопеременного питания позволило реализовать саморегенерацию осадительных электродов электрофильтра, что позволяет существенно повысить надежность работы электрофильтра, приводит к экономии энергопотребления за счет отключения механизмов отряхивания.
-
Разработан оптический пылемер, основанный на преобразовании ослабленного. в результате прохождения через контролируемую среду инфракрасного излучения. Схемотехническое решение позволило устранить общий недостаток таких приборов - зависимость показаний от запыления элементов оптического канала. Длительные эксплуатационные испытания показали, что оптический пылемер отвечает заданным требованиям, надежен в работе, что позволяет в перспективе реализовать полную автоматизацию систем пылегазоочистки.
3. Создан лабораторный макет электрофильтра, который
позволяет проводить исследования влияния режимов питания и
моделирование в лабораторных условиях процессов
пылегазоочистки различных промышленных объектов.
4. Разработанная методика моделирования роли геометрических
размеров электрофильтра позволяет экстраполировать
результаты лабораторных исследований при изменении
геометрических размеров зоны осаждения с учетом вторичного пылеуноса.
5. Разработан экспериментальный источник импульсного
питания и проведены его испытания на промышленном
электрофильтре. Показана возможность снижения концентрации
пыли в газах на выходе из электрофильтра в 1,5 - 1,8 раза при
оборудовании одного поля трехпольного электрофильтра таким
источником.
6. Предложена концепция комбинированной формы напряжения
питания для электрофильтров и разработаны технические
предложения по реализации такого источника на основе
электронно-лучевых вентилей, что позволит осуществить
саморегенерацию осадительных электродов и повысить
эффективность очистки при улавливании как высокоомной, так
и низкоомной пыли.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Результаты экспериментов, раскрывающие особенности
формирования на осадительном электроде слоя низкоомной
золы и их влияние на КПД при питании электрофильтра
знакопеременным напряжением. Показано что, при
знакопеременном питании КПД выше, чем при униполярном
питании в широком диапазоне изменения удельного
электрического сопротивления осажденного слоя (10б Ом*м -
10" Ом'м).
2. Экспериментально установленный механизм
саморегенерации осадительных электродов. Показано, что он
состоит из двух составляющих, - частичный сход в процессе
осаждения и обрушение осажденного слоя при достижении
критической массы. Метод моделирования влияния этих
процессов на КПД электрофильтра.
3. Результаты изучения режима саморегенерации осадительных
электродов промышленного электрофильтра в течение
продолжительного периода времени при питании его
знакопеременным напряжением, подтверждающие стабильность
его КПД по сравнению со штатным режимом работы
электрофильтра, позволяющий повысить
среднеэксплуатационные характеристики электрофильтра за счет отказа от механизмов механического отряхивания осадительных электродов.
4. Параметры импульсного питания, которые позволяют
значительно повысить эффективность применения
электрофильтров при улавливании низкоомных пылей.
5. Технические предложения по созданию источника
комбинированного знакопеременно-импульсного питания на
основе электронно-лучевых вентилей, который позволяет
увеличить эффективность работы электрофильтра в 1,5-2 раза и
обеспечить саморегенерацию осадительных электродов при
осаждении высокоомной и низкоомной золы.
Апробация работы.
Основные положения работы докладывались и обсуждались на:
Четвертой Международной конференции по
Электростатической Очистке (Будапешт 1996 г.) Международном семинаре «Энергетика и экология», (Велена, Словения, 1997 г.)
Седьмой Международной конференции по
Электростатической Очистке (Корея 1998 г.) научных семинарах ВЭИ им. В.И. Ленина. (1993 - 2000г.)
Публикации. Основной материал диссертационной работы
отражен в шести печатных работах.
Структура и объем работы:
