Очистка дымовых газов в электрофильтрах

    

    Рис. 3 Различные типы коронирующих электродов: 
а — гладкие; б — с фиксированными точками разряда;

    1 — круглого сечения; 2 — штыкового  сечения;

    3 - звездообразный; 4 — ленточный; 5 —  колючая проволока;

    6 — пилообразный; 7 — игольчатый

     
  При расчете электрических  параметров за радиус игольчатого  коронирующего электрода рекомендуется  принимать радиус провода, эквивалентного  по вольтамперной характеристике  игольчатому электроду и равного  R ~ 0,3 мм. Осадительные электроды трубчатых электрофильтров чаще всего выполняют из труб круглого сечения диаметром 200-300 мм, длиной 3-5 м. Иногда применяют и трубы квадратного или шестиугольного сечений. Листовые пластинчатые осадительные электроды  применяют только в мокрых электрофильтрах, так как в сухих при удалении пыли с электродов встряхиванием они дают значительный вторичный унос. Прутковые электроды применяют в условиях высоких температур, так как они меньше подвержены короблению. В целях снижения вторичного уноса применяют коробчатые и желобчатые осадительные электроды. Коробчатый осадительный электрод представляет собой двустенную коробку, в которую направляется стряхиваемая с электродов пыль. Таким образом, пыль выводится из зоны движения газового потока и падает вниз внутри изолированной от потока коробки. Коробчатые электроды бывают карманными, перфорированными, тюльпанообразными. Общие недостатки коробчатых электродов—сложность изготовления, значительный расход металла.

    

 

    Рис. 4 Плоские осадительные электроды: 
а — листовые; б — прутковые 

    

    Рис. 5 Различные типы осадительных электродов

    сложного  профиля 
а — перфорированные, б — карманные;

    в — тюльпанообразные; г — желобчатые,

    д, е — открытого профиля  

    На  практике все шире применяют желобчатые электроды, которым в меньшей  мере присущи недостатки коробчатых электродов. В этих конструкциях стряхиваемая с электродов пыль осыпается внутри застойных зон, отделенных от газового потока, вследствие чего вторичный унос также снижается. Хотя условия падения пыли не так идеальны, как в замкнутом пространстве коробки, желобчатые электроды эффективнее, так как в застойную зону электрода попадает значительно больше пыли, чем внутрь коробчатого электрода. Желобчатые электроды бывают волнистые, U-образные, э-образные, с-образные, w-образные, то есть они отличаются друг от друга формой профиля. В России наибольшее распространение получили электроды открытого профиля, характеризующиеся относительной простотой изготовления, достаточной жесткостью и заметно меньшим расходом металла. Распределение пыли по поверхности для этих электродов значительно благоприятнее, чем, например, для перфорированных электродов, у которых внутрь коробки попадает не более 12 % осаждающейся на электроде пыли. Пыль с электродов, как уже отмечалось, может удаляться сухим и мокрым способами. Сухое удаление пыли с электродов осуществляют встряхиванием, для чего используют различные системы. В России наибольшее распространение получили системы ударно-молоткового действия.

    

 

    Рис. 6 Ударно-молотковый механизм встряхивания электродов: 
1 — электропривод; 2 — подшипник; 3 — вал;

    4 — молоток; 5 — наковальня 

      В нижней части осадительные  электроды связаны между собой  полосой встряхивания . При вращении  вала 3, приводимого от специального  электродвигателя, молоток 4 периодически  ударяет по наковальне 5, передающей удар полосе встряхивания и связанным с ней электродам. Молотки насажаны со смещением на 24° с тем, чтобы во избежание увеличения вторичного уноса не все электроды  встряхивались одновременно. Пружинно-кулачковый механизм встряхивания выполняет ту же задачу при помощи кулачка и пружины. Магнитно-импульсная система встряхивания основана на взаимодействии стального плунжера и электромагнитного поля. Вибрационная система встряхивания электродов работает при помощи вибраторов, устанавливаемых в определенных местах на конструкции электрофильтра. Основным недостатком, мешающим широкому распространению этого метода удаления пыли, является ускоренный усталостный износ конструкций электрофильтра. Работа механизмов встряхивания значительно влияет на эффективность электрофильтра. Для каждого поля следует подбирать оптимальную программу включения механизмов встряхивания и интенсивности ударов. Поля следует встряхивать не одновременно, чтобы в последующем поле улавливался вторичный унос предыдущего.  
  В мокрых электрофильтрах удаление пыли осуществляется смывом ее водой с поверхности электродов. Смыв можно осуществлять непрерывно и периодически. В первом случае на поверхности осадительных электродов образуется непрерывно текущая пленка воды, которая и смывает осаждающиеся частицы пыли; во втором случае смыв осуществляется при помощи периодически включающихся брызгал и форсунок, направляющих смывающую жидкость на поверхность электродов.  

    В изоляторных коробках размещены  изоляторы, обеспечивающие подачу напряжения на коронирующие электроды. Изоляторы работают в тяжелых условиях: высокая температура, загрязненный газ, значительные механические усилия, особенно в моменты встряхивания коронирующих электродов. Вынос изоляторов из газового потока и размещение их в изоляторных коробках существенно 
облегчают условия их работы вследствие снижения рабочей температуры и предотвращения попадания на их поверхности пыли, вызывающей утечку тока и пробой. В зависимости от условий работы в электрофильтрах применяют изоляторы из фарфора, плавле- 
ного кварца, бакелита и других изоляционных материалов. Для предотвращения осаждения пыли на внутренних поверхностях изолятора в шапках изоляторов делают отверстия для подсоса воздуха. При очистке влажных газов изоляторные коробки снабжают теплоизоляцией и электроподогревом для предотвращения конденсации паров на поверхностях изоляторов.  На крышках изоляторных коробок иногда устанавливают приводы механизмов встряхивания для коронирующих электродов. 

    

 

    Рис. 7 Опорные изоляторы унифицированных электрофильтров: 
а — проходной; б — опорно-проходной;

    1 — опорная балка; 2 — шапка;

    3 — фланец; 4 — юбка;

    5 — труба подвеса рамы коронирующих  электродов;

    6 — днище изоляторной коробки;

    7 — отверстия для подсоса воздуха   

    Для сбора пыли, уловленной в электрофильтрах, служат бункера, размещаемые в нижней части аппарата. Как правило, для  каждого поля отдельный бункер. При  большой влажности пыли во избежание  ее слеживания бункера теплоизолируют, а иногда снабжают обогревом. Если пыль склонна к налипанию, бункер может быть оборудован вибратором. Усилие вибратора передается через шток и раму специальным пруткам, которые, вибрируя, разрушают своды пыли, образующиеся на стенках бункера. Оптимальный цикл работы вибратора подбирают на месте в зависимости от свойств пыли. Обычно вибратор включают на 15-20 с через каждые 5-6 мин. Во избежание больших присосов воздуха пыль выгружается из бункера периодически. Для выгрузки применяют роторные (ячейковые) питатели, шнеки или скребковые транспортеры. Датчиками для автоматического включения питателей могут служить сигнализаторы уровня пыли в бункере. 

    

 

    Рис. 8 Бункер электрофильтра с вибратором:

    1 — вибратор; 2 — шток;

    3 — сальниковые уплотнения; 4 — рама;

    5 — прутки 

2.3 Степень очистки газов в электрофильтре

 
 

    Эффективность работы электрофильтров зависит  от свойств пыли и газа, скорости и равномерности распределения  запыленного потока в сечении аппаратов и т.д. Чем выше напряженность поля и меньше скорость газа в аппарате, тем лучше улавливается пыль.

    Напряжение  поля на расстоянии к метров от оси  коронирующего электрода определяется по зависимости 

    Е_х = u/2,31g(R₂/R₁), 

    где u — напряжение, приложенное к электродам, В;

    R₁ и R₂ — радиусы коронирующего и осадительного электродов, м.

    Критическое напряжение электрического поля, при  котором возникает корона, для воздуха определяется по формуле (в В/м) 

    u_кр = 3,04 (β + 0,0311 , 

    отношение плотностей газа в рабочих и стандартных условиях 

    β = 293(Р_бар + Р)/101,3*10⁵(273 + t), 

    где Р_бар — барометрическое давление, кПа;

    Р — разряжение или избыточное давление в аппарате, кПа;

    t — температура газов, °С. 
 
 

    Пыль  с малой электрической проводимостью вызывает явление обратной короны, которое сопровождается образованием положительно заряженных ионов, частично нейтрализующих отрицательный заряд пылинок, вследствие чего последние теряют способность перемещаться к осадительным электродам и осаждаться. На проводимость пыли оказывает влияние состав газа и пыли. С повышением влажности газов удельное электрическое сопротивление пыли снижается. Наличие в очищенных газах десятых и сотых долей процента SO₂ и NH₃ значительно улучшает электрическую проводимость пыли.

    При высоких температурах газа понижается электрическая прочность межэлектродного  пространства, что приводит к ухудшению  улавливания пыли. С повышением температуры  газов возрастает их вязкость и объем, а следовательно, увеличивается  скорость потока в электрофильтре, что снижает степень обеспыливания. С увеличением скорости газа возрастает так называемый вторичный унос.

    Для нормальной работы электрофильтров  необходимо обеспечить чистоту осадительных и коронирующих электродов. Отложения  загрязнений на коронирующем электроде способствуют повышению начального напряжения коронирования, но это не всегда возможно. Если пыль имеет большое электрическое сопротивление, то слой на электроде действует как изолятор и коронный разряд прекращается.

    Теоретическая степень очистки газов в электрофильтре:

    для трубчатого электрофильтра 

    η= 100[1 -ехр(-2w_чL/w_гR)] 

    для пластинчатого электрофильтра 

    η= 100[1 -ехр(-w_чL/w_гh)] 

    где w_ч — скорость движения частиц к осадительным электродам (скорость дрейфа частиц), м/с;

    w_r — скорость газов в активном сечении электрофильтра, т. е. в свободном сечении для прохода газов, м/с; L — активная длина электрофильтра, т. е. протяженность электрического поля в направлении хода газов (в вертикальных электрофильтрах совпадает с высотой электродов), м;

    R - радиус трубчатого осадительного электрода, м;

    H - расстояние между коронирующим электродом и пластинчатым осадительным электродом (меж-электродный промежуток), м.

    В пределах применимости формулы Стокса скорость w₄ (в м/с) рассчитывают по следующим формулам: для частиц диаметром d_чl mkm 

    w_ч=0,118*10^-10Е²d_ч/2μ 

    для частиц диаметром d_ч mkm 

    w_ч=0,17*10^-11Ес_к/μ 

    где с_к — коэффициент, равный Aλ/d₄ (A = 0,8 15—1,63);

    λ — длина среднего свободного пробега молекул газа (λ— 10~⁷ м).

    Скорость  осаждения заряженных частиц 

    v₀=qEс_к/π3μ_г d_ч 
 
 
 

2.4 Действующие электрофильтры

 
 
 

       В приведенном ниже списке указаны некоторые действующие электрофильтры.  

       Электрофильтр типа ЭГД – горизонтальный, с двухъярусной компоновкой электродов. Предназначен для очистки от золы и пыли отходящих дымовых газов при разрежении не более 5 кПа, температуре не более 160° С, скорости в активном сечении не более 1,6 м/сек. от котельных агрегатов большой мощности в условиях ограниченных ячеек. Особенностью является расположение электродных систем условной высотой 9 метров в два яруса, таким образом, общая высота электродов составляет 18 метров, что дает возможность повысить эффективность полезного использования территории электростанции и газоочистного оборудования. Опытный образец смонтирован в 1984 г., серийное производство начато в 1986 г. Электрофильтрами типа ЭГД оснащены Чайковская ТЭЦ, Пермская и Березовская ГРЭС, а также электростанции в городах Цзисянь, Иминь и Суйчжун Китайской Народной Республики.  

       Электрофильтр типа ПГД – пылевой, горизонтальный, дымовой. Разработан на базе желобчатых элементов из стали толщиной 1 мм, которые обладали значительно меньшей металлоемкостью и трудоемкостью исполнения по сравнению с карманными осадительными электродами. Коронирующие электроды – рамной конструкции, с натянутыми вертикально проводами штыкового сечения. Встряхивание осадительных электродов у электрофильтров типа ПГД-2-20 впервые было применено нижнее, ударно-молотковое, с опрокидывающимися молотками. Коронирующие электроды встряхивались при помощи механизма «обгоняй-догоняй» (как у электрофильтров типа ДГПН). Электрофильтрами типа ПГД были оснащены