Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Этапы становления электрогазоочистки
1.1 Экологический аспект газоочистки 6
1.2 Промышленные отходы и газоочистка 7
1.3 Становление газоочистки 10
1.4 Образование отечественной газоочистительной отрасли 14
1.5 Безотлагательная необходимость усиления природоохранной деятельности и создания электрофильтров нового поколения 25
1.6 Выводы 31
Глава 2. Современное оборудование электрогазоочистки и проблемы его совершенствования
2.1 Введение 32
2.2. Принципиальные особенности современных электрофильтров 32
2.3 Конструкции современных электрофильтров 42
2.4 Улавливание пылей с особыми свойствами 46
2.5 Задачи по созданию электрофильтров нового поколения 50
Глава 3. Современные электродные системы - основа для создания электрофильтров нового поколения
3.1 Введение 56
3.2 Требования к системам электродов 58
3.3 Методы расчета поля коронного разряда 63
3.4 Экспериментальные методы 71
3.5 Анализ систем электродов 74
3.6 Выводы 87
Глава 4. Новые системы питания и регулирования напряжения на электрофильтрах
4.1 Введение 88
4.2 Система «Источник питания - электрофильтр» и ее анализ 90
4.3 Усовершенствование системы регулирования напряжения на электрофильтрах 109
4.4 Импульсное питание электрофильтров 118
4.5 Разработка и исследование системы релаксационного питания 125
4.6 Исследование влияния параметров системы «Источник питания -электрофильтр» в релаксационном режиме на степень очистки газов 140
4.7 Практическая реализация системы релаксационного питания электрофильтров 147
4.8 Выводы 155
Глава 5. Особености работы электрофильтров при высокой концентрации дисперсной фазы
5.1 Введение 157
5.2 Анализ работы электрофильтров при высокой концентрации дисперсной фазы 158
5.3 Методика расчета степени очистки газов от частиц в электрофильтрах при высокой концентрации дисперсной фазы 167
5.4 Сопоставление расчетных и экспериментальных значений степени очистки газов в пластинчатых электрофильтрах с учетом влияния дисперсной фазы 177
5.5 Влияние дисперсной фазы улавливания частиц в трубчатых электрофильтрах 185
5.6 Выводы 189
Глава 6. Электрофильтры нового поколения: принципы и реализация
6.1 Введение 191
6.2 Принципы разработки электрофильтров нового поколения 191
6.3 Возможности и область применения электрофильтров нового поколения 213
6.4 Конструкции электрофильтров нового поколения 216
6.5 Выводы 220
Глава 7. Комбинированные электрофильтры
7.1 Введение 221
7.2 Обоснование необходимости разработки комбинированного электрофильтра 221
7.3 Принципы конструирования комбинированного электрофильтра 225
7.4 Электрофильтр как элемент комбинированного аппарата 233
7.5 Применение рукавных фильтров в комбинированном электрофильтре 235
7.6 Особенности улавливания заряженных аэрозолей в тканевых фильтрах 245
7.7 Область применения комбинированных электрофильтров 263
7.8 Новые условия организации производства, монтажа и эксплуатации установок электрогазоочистки 265
7.9 Выводы 267
Заключение 269
Список использованных источников 274
Приложения 283
- Промышленные отходы и газоочистка
- Принципиальные особенности современных электрофильтров
- Требования к системам электродов
- Система «Источник питания - электрофильтр» и ее анализ
Введение к работе
Электрофильтры, реализующие принцип электрогазоочистки, являются одними из основных газоочистных аппаратов. История их развития в течение более 100 лет включает разработку научных основ, совершенствование принципов конструирования, производство электрофильтров и накопление опыта их эксплуатации. В результате в настоящее время работают достаточно надежные аппараты, очищающие большие объемы дымовых газов, прежде всего выбросов тепловых электростанций.
Современные требования к электрогазоочистке существенно возрастают в связи с интенсивным развитием промышленности и значительным увеличением объемов газов, нуждающихся в переработке. Появление новых отраслей промышленности расширяет номенклатуру пылей со специфическими свойствами, трудно улавливаемых в электрофильтрах. Резко ужесточаются требования к чистоте газов после электрофильтров. Это определяется повышением требований к охране окружающей среды. В результате ставится задача разработки научных основ конструирования электрофильтров нового поколения, обладающих более высокими показателями как в отношении степени очистки газов, так и возможности увеличения объемов очищаемых газов. Учитывая длительный срок развития электрофильтров и то, что технические возможности электрического метода газоочистки в значительной степени реализованы, новая задача представляется достаточно сложной. Данная работа посвящена решению этой задачи.
Разработка нового оборудования всегда является обобщением опыта работы, накопленного в предшествующий период. Поэтому анализ этапов развития электрогазоочистки необходим для лучшего понимания возможностей и перспектив предлагаемых новых решений.
Новые предложения могут появиться на стыке нескольких направлений развития технологий, так как иногда сочетание различных методов и элементов оборудования может привести к существенному повышению эффективности аппарата в целом. Каждый этап развития газоочистки завершался изданием каталога газоочистного оборудования. Фактически новое поколение электрофильтров является четвертым поколением.
В Приложении 1 даны краткие характеристики электрофильтров, указанных в каталоге треста «Газоочистка», изданном в 1941 г. В каталог вошли электрофильтры для химической промышленности, прежде всего, для очистки генераторного газа от смолы и пыли, для очистки газов, отходящих от различного рода плавильных печей и т.д. Практически не представлены электрофильтры для энергетики. Перечисленные в этом каталоге электрофильтры следует рассматривать как электрофильтры первого поколения.
В послевоенный период электрогазоочистка развивалась очень интенсивно, что нашло отражение в каталоге оборудования, изданном трестом «Газоочистка» в 1958 г. Изменилась не только номенклатура газоочистительных аппаратов, но и производство в целом - появились такие отрасли, как атомная и электронная промышленность, что потребовало создания принципиально нового газоочистительного оборудования. Электрофильтры, представленные в каталоге 1958 г. и в Приложении 2 - электрофильтры второго поколения.
Сформировавшийся в 70-80 гг. научно-технический коллектив и традиции явились основанием для создания электрофильтров третьего поколения. Они представлены в Приложении 3 и извлечены из каталога «Газоочистное оборудование» 1988 г.
В Приложении 4 указаны электрофильтры нового поколения из «Каталога пылеулавливающего оборудования», изданного холдинговой группы «Кондор Эко - СФ НИИОГАЗ» в 2006 г.
В рамках данной работы мы будем пользоваться понятием «экотехника», которая является составной частью экологии.
Промышленные отходы и газоочистка
Ученые подсчитали, что до XVIII в. человечество использовало лишь 12 элементов таблицы Менделеева: углерод, свинец, олово, ртуть, серебро, медь, серу, золото, железо, мышьяк, сурьму, фосфор. В XVIII в. их стало 37 - добавились платина, никель, цинк, водород, азот, марганец, титан. В XIX веке было открыто, изучено, использовалось в хозяйстве, а, следовательно, вовлечено в биогеохимический круговорот, уже 75 элементов. Сейчас известно свыше 100 элементов и более сотни изотопов, количество которых все увеличивается.
О масштабах потерь и отбросов говорит сам по себе уровень загрязнения окружающей среды. Поэтому в современных условиях любую технологию следует оценивать по степени ее экологической опасности, по количеству образующихся отходов. Количество выбросов - отходящих газов, сточных вод и твердых отходов - наиболее объективный показатель несовершенства используемых технологических систем.
Как известно, наибольшее количество электроэнергии вырабатывается сейчас тепловыми электростанциями, сжигающими различные виды минерального топлива. При этом образуются дымовые газы, в атмосферу поступает огромное количество пыли, сернистого ангидрита, окислов азота и других соединений. Образуются сточные воды, загрязненные различными соединениями, и твердый остаток в виде золы и шлама. Одна тепловая электростанция мощностью 1000 мегаватт, работающая на угле с содержанием серы 2,5 %, выбрасывает в воздушный бассейн около 400 тысяч тонн сернистого ангидрита в год. В результате в целом ряде мест уже сейчас возникла угроза необратимых изменений в природе. Не меньшую угрозу для природы представляют производство серной кислоты, азотная промышленность [1-2].
Четверть века назад были приведены следующие цифры поступлений в ат-мосферу антропогенных продуктов: пыль -2,5 -10 ; газы токсические и другие -6-7-10 ; окислы углерода - 15-25 -10 тонн. Удвоение этих цифр происходит каждые 7-8 лет, так что не трудно подсчитать, как изменились эти показатели к настоящему времени.
Сжигание углей, нефти, торфа, битумов, асфальта включило в биохимический кругооборот не только дополнительные массы окислов углерода, соединений серы, азота, фосфора, кремния, алюминия, но и такие редкие элементы, как кобальт, молибден, ванадий, бериллий, германий, бор, вольфрам.
Но основными элементами, играющими важнейшую роль в природе, являются кислород и углерод. В земной коре содержание углерода невелико, однако углерод и его соединения являются основой всех форм жизни. В настоящее время антропогенное поступление двуокиси углерода в биосферу более чем в 150 раз превышает его естественное поступление в процессе дыхания растительных и животных организмов, гниения и других окислительных процессов. Помимо сжигания топлива не меньший вклад вносят металлургия и химическая промышленность.
Тревожно выглядят прогнозы снижения концентрации кислорода и озона в связи с увеличением их расхода при сжигании топлива и на окисление антропогенных соединений азота, серы, углеводородов, водорода. Ученые подсчитали, что в настоящее время на все формы сжигания топлива, на металлургическую и химическую промышленность, на дополнительное окисление различных отходов ежегодно расходуется 10-20 -109 тонн кислорода. Его ежегодная фотосинтетическая продукция составляет 120-190 -109 тонн. Таким образом, дополнительный расход кислорода, вызванный хозяйственной деятельностью человека, составляет 15-16 % ежегодно от его биогенного образования.
Глобальной опасностью для человечества является проникновение соедине- ний азота в стратосферу, что ведет за собой разрушение озонового слоя и прорыв ультрафиолетовой радиации в тропосферу и биосферу с губительными последствиями для жизни на Земле. Азотосодержащие соединения, образующиеся при сжигании органического топлива в соединении с естественными источниками, образуют антропогенные аэрозоли. В их составе оксиды железа и свинца, сажа, хлор, бром, фтор, ртуть. Пыль над индустриальными районами содержит до 20 % оксида железа, 15 % силикатов, 5 % сажи, примеси свинца, ванадия, мышьяка, сурьмы и других металлов. Особую опасность для биосферы представляют аэрозоли с содержанием свинца. Оксид азота и серный ангидрид в соединении с парами воды образуют кислоты, которые являются источником образования так называемых кислотных дождей. Окислы азота и серы составляют около трети общего количества промышленных выбросов.
В XX веке вредные выбросы в атмосферу резко возросли, что связано с громадным увеличением потребления всех металлов и других химических элементов. Наиболее стремительный рост добычи минерального сырья и энергоносителей произошел во второй половине XX столетия, когда началась научно-техническая революция. В период с 1960 г. по 1980 г. из недр планеты было извлечено свыше 40 % всего количества добытого с начала столетия угля, почти 55 % железной руды, свыше 73 % всей нефти, более 77 % природного газа, 64 % калийных солей, 66 % фосфатов и почти 80 % бокситового сырья. На долю Советского Союза за период 1950-1980 гг. приходилось 20-25 % суммарного производства полезных ископаемых.
По оценкам ученых в настоящее время в земную атмосферу ежегодно выбрасывается до 1 миллиарда тонн пыли и других видов загрязнений, что приводит к тяжелым, нередко трагическим последствиям.
В последние годы наиболее эффективное и безопасное использование природных ресурсов связывают с концепцией безотходного производства, которое представляет собой такой метод производства продукции, при котором все сырье и энергия используются наиболее рационально и комплексно, а любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования.
Во многих отраслях промышленности именно газоочистительная аппаратура совместно с другим технологическим оборудованием обеспечивает малоотходное производство. Это касается энергетики, черной и цветной металлургии, химической и нефтеперерабатывающей промышленности.
Можно указать на целый ряд технологий, когда наряду с предотвращением загрязнения окружающей среды вырабатывается полезный продукт.
Например, использование металлургической пыли, которая является отходом любого металлургического производства, не только предупреждает загрязнение воздуха, но и экономически целесообразно. Зола каменного угля может быть потенциальным источником для получения соединений алюминия. Наличие в золе кальция, магния, алюминия позволяет использовать ее в производстве бетона, цемента, кирпича и плитки.
Принципиальные особенности современных электрофильтров
Прежде всего, отметим очевидный факт, что существующее газоочистное оборудование базируется на общих физических представлениях о процессах в электрофильтрах, которые изложены в основных монографиях [2 - 1,2,3].
Вместе с тем следует выделить характерные принципиальные особенности, которые заложены в конструкцию электрофильтров и определяют эффективность улавливания частиц.
С-образные осадительные электроды. Эти электроды (рис. 2.1) технологичны, т.к. прокатываются из стальной ленты, обладают меньшей металлоемкостью по сравнению с другими осадительными электродами. Ленточно-игольчатые коронирующие электроды. Вопрос о выборе корони-рующих электродов является одним из главных при проектировании электрофильтров. От того, насколько правильно выбран коронирующий электрод, непосредственно зависит эффективность работы электрофильтров. Исследованию параметров электрического поля для коронирующих электродов различной геометрии посвящено большое количество работ, результаты которых отражены в монографиях [2 -1,2,3].
Коронирующий электрод в виде ряда тонких проводов диаметром менее 1 мм удовлетворяет требованиям в отношении электрических характеристик, но не имеет необходимой электрической прочности.
В современных электрофильтрах используются так называемые электроды с фиксированными точками коронного разряда. Иглы, как основной элемент электродной системы, позволяют получить наименьшее начальное напряжение, обеспечить наибольшую плотность тока, исключить нестабильность и временные пульсации в токе. Основываясь на результатах исследования, проведенныхМо-сковским НИИОГАЗ, Семибратовским филиалом НИИОГАЗ совместно с институтом «Гипрогазоочистка», разработали игольчатые коронирующие электроды нескольких модификаций (рис. 2.2).
Таким образом, ленточно-игольчатые электроды и их модификации являются основным видом коронирующих электродов в современных электрофильтрах.
Конструктивные параметры - высота электродов и число полей (длина электрофильтра). Для того чтобы корпус электрофильтра имел минимальную стоимость, он должен иметь форму куба, однако на практике это форма паралли-пипеда. Дефицит и необходимость экономии производственной площади требуют увеличения высоты электрофильтра, а для уменьшения уноса при встряхивании электроды должны иметь малую высоту.
Большое значение для эффективной работы электрофильтра имеет правильный выбор количества его полей. С увеличением количества полей при сохранении их суммарной активной длины, определяемой заданной степенью очистки, очистка газов улучшается из-за возможности создания наилучшего электрического режима в каждом поле. Также появляется возможность организации дифференцированного встряхивания по полям. Положительно влияет на улучшение работы электрофильтра уменьшение поверхности осаждения, приходящейся на один агрегат питания, так как уменьшает влияние расцентровки. Однако необходимо учесть соответствующее удорожание установки.
В современных электрофильтрах длина полей изменяется от 2,5 м до 5,2 м в установках 3-го габарита, число полей от 1-2 до 5.
Важным конструктивным параметром, влияющим на степень очистки, является высота электродной системы.
Электрофильтры типа ЭГА-3 3-го габарита обладают более низкой удельной металлоемкостью и стоимостью по сравнению с аппаратами, у которых высота электродной системы составляет 7,5 м (типа УГ 2-го габарита) и которые занимают значительно большую площадь. Однако увеличение высоты электродов приводит к увеличению вторичного уноса при встряхивании в связи с увеличением высоты падения пыли. Кроме того, увеличение высоты электродов, как правило, связано с укрупнением полей. Также следует принимать во внимание ухудшение центровки из-за затруднений при монтаже высоких электродных систем.
Для дальнейшего продвижения по пути увеличения высоты электродной системы необходимо проведение исследований, позволяющих уменьшить влияние указанных негативных факторов.
В существующих электрофильтрах для создания равноценных условий для улавливания в аппаратах с электродами 12 м по сравнению с аппаратами 7,5 м необходимо увеличение длины электродов электрофильтров в 1,2-1,4 раза.
Совершенствование системы встряхивания электродов. Для эффективной работы электрофильтра пыль с поверхности осадительных и коронирующих электродов должна удаляться. В зависимости от свойств пыли толщина слоя пыли, при котором необходимо включать механизмы встряхивания, может отличаться очень сильно.
В современных электрофильтрах пыль с электродов удаляется путем придания электродам ускорений требуемой величины, при которых происходит разрыв адгезионных связей в слое пыли. В отечественных электрофильтрах применяются молотковые механизмы встряхивания.
Требования к системам электродов
Развитие коронирующих электродов началось с цилиндрических проводов. Особенно большим достижением в совершенствовании коронирующих электродов было применение электродов с фиксированными точками разряда [3-2]. Этими электродами оборудовано большинство электрофильтров, выпускаемых в последнее время. Игольчатые электроды позволили снизить начальное напряжение и увеличить ток короны, тем самым, интенсифицируя работу электрофильтров.
Как следует из теории осаждения частиц в электрофильтрах (гл. 6) и анализа системы регулирования напряжения (гл. 5), наиболее эффективно электрофильтр работает, если обеспечивается максимум произведения Ем Eq,. Причем максимальная напряженность Ем соответствует максимальному заряду частиц, а среднее значение Еср вдоль поверхности осадительного электрода определяет процесс осаждения частиц.
Рассматривая характерные значения напряженности, необходимо иметь в виду возможность изменения этих величин во времени и в пространстве. Как будет подробно рассмотрено в гл. 5, напряжение в условиях работы электрофильтра в режиме периодических пробоев имеет отличающиеся значения UM и Ucp во времени. Соответствующие значения Ем и Eq, во времени отвечают за заряды частиц и среднюю скорость осаждения. В отношении распределения напряженности в пространстве отметим, что наибольшая Ем относится к области у вершины игольчатых электродов и возрастает с увеличением степени заострения игл (зубьев). В практике газоочистки заряд частиц оценивается по величине: Ем = к3-ЕцС (3.1) где ЕцС - средняя напряженность вдоль центральной силовой линии, проходящей через иглу (рис. 3.1); к3 - коэффициент, ответственный за увеличение заряда частиц в области вблизи коронирующих электродов. Увеличение степени заострения игл коронирующих электродов определяет снижение начального напряжения Uo и, соответственно, увеличение скорости дрейфа и степени очистки. При снижении Uo до величины ниже 10-12 кВ уве личение степени очистки этим путем из-за возросших затрат на изготовление электродов оказывается ограниченным [3-1].
Под величиной Еср понимается среднее значение напряженности вдоль поверхности осадительного электрода. Конструкция коронирующего электрода должна обеспечивать наибольшее значение этой величины.
Анализ литературы показывает, что основным правилом при выборе коро-нирующих электродов было обеспечение максимальной величины плотности тока на единицу площади осадительного электрода и равномерное распределение величины плотности тока по поверхности осадительного электрода.
Однако напомним, что наиболее важной величиной, непосредственно влияющей на осаждение частиц, является напряженность поля. Нельзя сказать, что ранее это обстоятельство не принималось во внимание [3-3,3-4].
Уже Решидов И.К., используя метод зондовых характеристик, определил по распределению потенциала среднюю напряженность в сечении, проходящем через коронирующие иглы [3-2]. В результате разработки и применения метода пробного тела [3-1,5,6] возможности непосредственного определения напряженности поля увеличились. Получены значения напряженности для многих систем электродов при разных напряжениях [3-2]. Однако систематического определения средних и максимальных значений напряженности в том виде, как это необходимо для анализа работы электрофильтров не проводилось. Необходимо, используя метод пробного тела и расчетные методы, определить целесообразную форму коро-нирующих электродов, по значениям максимальной и средней напряженности поля. Ранее такого систематического исследования не было, часто ограничивались требованиями обеспечения максимума плотности тока по плоскости.
При выборе геометрии и характеристик коронирующих электродов будем исходить из следующих требований: 1. Обеспечить наибольшее среднее значение напряженности у поверхности осадительного электрода. 2. Обеспечить наибольшее среднее значение напряженности поля вдоль центральной силовой линии, проходящей через кончик игл. 3. Определить коэффициент увеличения напряженности поля (или заряда частиц) у коронирующих электродов по отношению к средней напряженности. 4. Обеспечить равномерное (по возможности) распределение напряженности поля вдоль осадительного электрода. 5. Согласовать требуемые параметры поля с работой системы регулирования напряжения. Эти требования могут быть удовлетворены путем обеспечения наибольшей величины тока на единицу площади осадительного электрода и исключения зон с резко уменьшенной плотностью объемного заряда и близким к электростатическому распределением поля. Конкретно следует обеспечить: 1. Увеличение числа игл. Расстояние между иглами не должно быть более 40 мм, когда еще не сказывается экранирование игл друг другом. 2. Высота игл должна быть увеличена до 20-25 мм. Это способствует интенсификации коронного разряда. 3. Применение сдвоенных рядов игл и, соответственно, увеличенной ширины ленты ( 25 мм). 4. Уменьшенные расстояния между рядами игл (80 мм вместо 160 мм). 5. Обеспечение (по возможности) одинакового расстояния от концов игл до элементов осадительного электрода («равнопрочная» конструкция).
В наибольшей мере указанным требованиям удовлетворяет конструкция электродов, представленная на рис. 3.2. Основой коронирующих электродов является металлическая лента шириной 25 мм с иглами длиной 25 мм (рис. 3.3а). В результате отгиба поочередно зубьев в разные стороны и на разный угол получаются 3 модификации коронирующего электрода (рис. 3.3б,в и рис. 3.3). С целью экономии материала возможны штамповка и отгиб зубьев в другой плоскости (рис. 3.13, вариант 3). Общая конструкция коронирующего электрода (рис. 3.2) удовлетворяет условию равнопрочности, которое выражается в равенстве кратчайших расстояний от концов игл до выступающих частей осадительного электрода (/наим = 205 мм при 2h = 460 мм).
Система «Источник питания - электрофильтр» и ее анализ
Схема стенда приведена на рис. 4.2. Источником питания является агрегат питания АТФ-400 с тиристорным регулятором напряжения и кремниевым выпрямителем. Схема управления напряжением (СУН) обеспечивает медленный подъем напряжения до пробоя в электрофильтре, закрывание тиристоров после пробоя на 4-6 полупериодов сетевого напряжения, быстрый подъем до напряжения несколько ниже напряжения пробоя и последующий медленный подъем напряжения до пробоя в электрофильтре. Тиристорный регулятор напряжения состоят из встречно-параллельно включенных тиристоров Ті и Tj. Напряжение питания 380 В подается на агрегат питания через контактор К, в схему управления которого заведены блокировки ВК] - ВКз и защита от перегрузок РТ] и РТг. Контактор введен для создания разрыва в цепи, так как в закрытом состоянии тиристоры Ті и Тг имеют определенные токи утечек, которые достаточны для создания напряжения (5-7)-103 В при нагрузке - поле электрофильтра, и обеспечивает безопасность работы на стенде. Нагрузкой агрегата питания является, в соответствии с критериями подобия коронного разряда [4-1], геометрически подобная коронирующей системе поля промышленного электрофильтра. Осадительные электроды - Сообразные, шириной элемента 0,35 м, длина осадительных электродов L =3,23 м, высота В =7 м. Коронирующие электроды ленточно-игольчатые, рамной конструкции, шаг элементов в ряду do= 0,18 м, шаг игл - 40-10" м, высота игл - 12-10" м, длина одного элемента коронирующего электрода 6,8 м, число элементов в ряду - 16. Существующие методики контроля электрических режимов питания электрофильтров предполагают снятие В АХ электрофильтра по средним значениям.
Осциллограммы (рис. 4.3), снятые на модели электрофильтра при различных а (углах регулирования тиристоров), показывают сложную зависимость между амплитудными Ua и средними Uq, значениями, которая обусловлена как особенностями источника питания, так и нелинейностью нагрузки электрофильтра. ВАХ электрофильтра, полученные при работе разных источников на одну модель электрофильтра, различаются (рис. 4.4). Это различие обусловлено различием пульсации напряжения и нелинейностью нагрузки.
Для получения однозначности результатов при контроле электрических режимов питания, получения полной и объективной информации предложено снимать динамические ВАХ электрофильтра при различных углах регулирования а и осциллограмму напряжения и тока при минимальном а.
Динамические ВАХ снимаются при помощи осциллографа. На вход Y подается с делителя напряжения сигнал, пропорциональный мгновенным значениям напряжения на электрофильтре, а на вход X осциллографа - сигнал с токового шунта, пропорциональный мгновенным значениям тока, питающего электрофильтр. Если соединить точки динамической ВАХ, соответствующих Ua при каждом а, то получим кривую, которая практически совпала со значениями статической ВАХ, снятой на постоянном напряжения, когда пульсации напряжения на электрофильтре были полностью сглажены емкостью.
Обычно электрофильтр рассматривается как активно-емкостная нагрузка. В [4-2, 4-3] предложена схема замещения электрофильтра как нагрузки (рис. 4.7). При U Uo это линейная емкостная нагрузка, при U Uo - нелинейная активно-емкостная нагрузка. Предполагается емкость электрофильтра постоянной и равной геометрической емкости, потери в схеме замещения представлены путем линеаризации ВАХ последовательно включенными ЭДС=ио и активным сопротивлением.
Рассмотрим линеаризацию ВАХ с заданной точностью несколькими ЭДС и активными сопротивлениями. Линеаризация ВАХ электрофильтра одной ЭДС и одним активным сопротивлением при точности 10% возможна для Uo =18-10 В только до напряжения U=24,2 -10 В. Взяв за основу схему замещения [4-2] (рис. 4.7), ее необходимо уточнить введением сопротивления утечек Ryr, учитывающего токи утечек по изоляционным поверхностям, которые для электрофильтров первого габарита и малогабаритных составляют существенную часть тока нагрузки источника. Следует разделить в схеме замещения геометрическую емкость некоронирующих элементов Cr, которая будет линейной, и емкость коронирующих элементов Ск, которая является нелинейной. С учетом изложенных дополнительных требований к схеме замещения она преобразуется к виду, изображенному на рис. 4.8.
Осциллограммы напряжения на электрофильтре и тока нагрузки источника АТФ-400, работающего на модель электрофильтра при различных а и Soc= 180,8 м , приведены на рис. 4.3 (точность осциллограмм 10,0 %). Осциллограммы являются характерными для источника с выпрямителем на выходе, каким является АТФ-400, работающего на активно-емкостную нагрузку. На осциллограммах можно выделить два интервала: - когда протекает ток, то напряжение на электрофильтре растет, происходит накопление заряда; - когда ток нагрузки не протекает, то напряжение на электрофильтре снижается, накопленный в системе электродов электрофильтра заряд стекает.
Для источника с выпрямителем на выходе, работающего на линейную активно-емкостную нагрузку, существуют сложные связи [4-4, 4-5] между параметрами источника и нагрузкой, которые характеризуют средние токи и напряжения на электрофильтре, коэффициент формы напряжения и тока, пульсации напряжения и тока, угол отсечки тока 0 диодами. Ответить на вопросы о форме и параметрах формы волны напряжения и тока при нелинейной нагрузке можно только рассматривая взаимосвязанную систему «Источник питания - электрофильтр» [4-6]. Первым этапом достижения поставленной цели будет определение активной и емкостной составляющих нагрузки, которой является электрофильтр, без учета влияния дисперсной фазы и слоя частиц на электродах. Активная составляющая нагрузки может быть получена из ВАХ электрофильтра на постоянном, без пульсаций, напряжении (рис. 4.4, кривая 2). Постоянное напряжение на электрофильтре получено сглаживанием пульсаций напряжения конденсатором 0,4 10-6 Ф. Чем больше площадь осаждения модели подключалась к источнику, тем больше пульсации получались при сглаживания напряжения.
