ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Новые системы питания и регулирования напряжения на электрофильтрах

В данной главе решаются следующие задачи:

– Разработать методику и провести анализ процессов в системе «ИП – Э/Ф» с учетом характеристик коронного разряда. Такой подход позволил более обоснованно подойти к выбору формы напряжения и параметрам источника питания.

– Разработать способ и методику выделения тока короны в системе «ИП – Э/Ф».

– Разработать предложения по дальнейшему развитию и совершенствованию системы регулирования напряжения на электрофильтрах.

– Исходя из преимуществ импульсного питания электрофильтров разработать простой и надежный источник.

 

Система «Источник питания – электрофильтр».

Сочетание тиристорной системы регулирования, выпрямителя и нелинейной емкостно-омической нагрузки делает анализ процессов в системе «ИП – Э/Ф» не очень простым. В работе избран путь сочетания экспериментальных исследований с теоретическими расчетами. Для этого был разработан специальный стенд на основе источника питания электрофильтров АТФ-400 с тиристорным регулятором напряжения.

Разработана методика анализа процессов в системе «ИП – Э/Ф», включающая этап моделирования сложной нелинейной нагрузки, которой является электрофильтр, составлении схемы замещения и решении дифференциальных уравнений, описывающих переходный процесс в схеме.

Показано, что можно приближенно учитывать динамику поведения объемного заряда в промежутке через некоторую эквивалентную емкость Сф и сопротивление rф, включенное последовательно с противо эдс Uэ. Эквивалентные параметры электрофильтра определяются как:

где С'г – геометрическая емкость электрофильтра;

G, Gc – коэффициенты, зависящие от геометрии электродов, находится экспериментально.

Электрическая схема замещения системы представлена на рис. 4.

Составлены системы дифференциальных уравнений, описывающих электромагнитные процессы в схеме рис. 4 для трех интервалов времени, соответствующих состоянию тиристоров. Показано, что установившийся режим можно рассчитывать при нулевых начальных условиях. Результаты расчетов сопоставлены с экспериментом и получено удовлетворительное согласие.

Впервые оказалось возможным выделить ток короны в системе «ИП – Э/Ф» и увязать процессы, происходящие в системе питания, с процессами, происходящими в электрофильтре. Это дает возможность анализировать и рассчитывать режимы работы электрофильтров.

Рис. 4. Электрическая схема системы
«Источник питания – электрофильтр»

 

Система регулирования напряжения.

Наиболее прогрессивной до настоящего времени считалась система регулирования, состоящая в обеспечении максимального значения среднего напряжения. Эта система не требует настройки на оптимальное число искровых пробоев для каждого технологического процесса. Однако эта система регулирования не вполне соответствует физическим процессам, происходящим в электрофильтре.

Степень очистки газа в электрофильтрах получается наибольшей, если скорость осаждения частиц w максимальна:

W = Eср.ос. · q · B-1 ,    (6)

где B = (6πμа)-1 – механическая подвижность частиц.

Заряд q = 12πε0a2Em (t), т.е.
W≡ Еср.ос. · Еm ≡ Еср.ос.(x, y,t) · Eцсл (x, y, z, t)

Если рассматривать изменение напряжения и, следовательно, напряженности во времени, то максимальная напряженность пропорциональна амплитудному значению напряжения Ua, а средняя – среднему значению напряжения на электрофильтре Ucp. Тогда w≡Ua· Ucp.

Из рис. 5 следует, что при регулировании по максимуму произведения максимального и среднего значений напряжения этот максимум достигается при большем значении первичного напряжения. Это однозначно свидетельствует о более высокой степени очистки, достигаемой при предлагаемом способе.

Преимущества нового способа регулирования напряжения показаны на примерах электрофильтра типа ДПГ 55х2 Черепетской ГРЭС и полимерного электрофильтра, работающего в Череповецком ОАО «Аммофос». В последнем случае по сравнению с регулированием по заданному числу пробоев (n = 15 мин-1) унос получается в 1, 7 раза меньше.

Предложена упрощенная реализация метода, не требующая существенной перенастройки разработанного регулятора по максимуму среднего напряжения. Анализ показывает, что максимуму произведения среднего и максимального напряжений соответствует примерно на 3 % больше значение среднего напряжения.

Таким образом, требуется только задать увеличенное значение рабочего напряжения.

 

Рис. 5. Типичная зависимость амплитудного (Ua), среднего напряжения (Ucp) и их произведения от первичного напряжения (U1) высоковольтного трансформатора агрегата питания электрофильтра

 

Определенные особенности имеет регулирование напряжения в случае многопольных электрофильтров. Предложен способ настройки оптимального режима многопольных электрофильтров на минимальный пылеунос по следующему полю.

Исходя из особенностей вольтамперной характеристики электрофильтров при наличии и отсутствии обратной короны и сопоставления ее с нагрузочной характеристикой агрегата питания, в основу способа регулирования заложено изменение амплитуды пульсаций напряжения на поле электрофильтра в зависимости от появления обратной короны в поле или изменения концентрации частиц, поступающих на вход этого поля.

Импульсное питание.

Показано, что применение импульсного питания позволяет в ряде случаев повысить эффективность очистки, уменьшить влияние обратного коронного разряда. Для реализации преимуществ импульсного питания необходимо применение периодических импульсов наносекундной длительности переднего фронта импульса напряжения в сочетании с постоянной составляющей (подпором). Экспериментально показано, что применение импульсного питания приводит к более равномерному распределению плотности тока по сравнению с постоянным напряжением. Увеличивается также рабочее напряжение при частоте выше 200 Гц.

Широкое использование импульсного питания связано с возможностью создания простого и надежного источника. Выполнен анализ большого количества различных источников, описанных в литературе. Лучшие из них исследованы экспериментально. Наиболее удачным решением следует признать схему, в которой осуществляется резонансная перезарядка емкости электрофильтра с использованием разрядника.

Система релаксационного питания.

Предложен источник, схема которого формируется на основе схемы рис. 4 путем подключения на выходе выпрямительного моста накопительной емкости Сн и параллельно через разрядник электрофильтра. В такой схеме возникают колебания релаксационного характера. Удачным оказался разработанный специально для этой цели игнитронный разрядник ИРТ-4, который позволяет реализовать резонансный заряд емкости электрофильтра от емкостного накопителя с периодом до 1 мкс.

Для определения амплитуды и формы импульса напряжения использовался принцип расчета, изложенный ранее для системы «ИП – Э/Ф» (рис. 4). При анализе дифференциальных уравнений сделано допущение, связанное с неучетом изменения объемного заряда в рабочем пространстве электрофильтра.

Сочетание результатов расчета процессов в схеме релаксационного питания и в схеме «ИП – Э/Ф» при постоянном напряжении позволили выявить влияние основных параметров релаксационного питания: площадь осаждения в электрофильтре, напряжение пробоя разрядника, емкость накопителя.

При расчете электромагнитных процессов в схеме релаксационного питания использовался ряд параметров, определяемых экспериментально. С целью получения функциональной связи основных факторов с параметрами формы волны напряжения на электрофильтре реализован полнофакторный активный эксперимент. Получены уравнения регрессии, в которых функциями отклика приняты: постоянная составляющая, амплитуда импульсов и среднее напряжение на электрофильтре, напряжение на накопительном конденсаторе. Обосновано наличие максимума степени очистки для высокоомных полей при частоте 100–200 Гц. Эксперименты проводились на физической модели системы «ИП – Э/Ф».

Уравнения регрессии позволяют определить параметры схемы релаксационного питания для получения требуемой формы волны напряжения и оценить влияние параметров пылегазового потока на режим работы источника.

Влияние релаксационного питания на степень очистки.

Влияние параметров системы релаксационного питания на степень очистки исследовалась экспериментально на опытно-промышленном электрофильтре, включенном параллельно основному электрофильтру Черепетской ГРЭС. Разработана и налажена система пылегазовых замеров, включающая кроме пылезаборных трубок фотоэлектрические датчики запыленности.

В результате экспериментов выбраны параметры релаксационного питания, при которых пылеунос минимален: пробивное напряжение разрядника, величина накопительной емкости. Максимальный эффект получен при скорости газа Vг= 1 м/с и температуре газа Т = 280–300° С, когда степень очистки получается высокой и при питании выпрямленным напряжением. Пылеунос минимален в диапазоне частот 100–200 Гц в случае наличия обратной короны на постоянном напряжении и снижается при увеличении частоты до 400 Гц при ее отсутствии. Амплитуда импульсов напряжения, при которой происходил пробой в электрофильтре, существенно выше, чем при питании выпрямленным током.

Для систематизации данных по влиянию основных факторов поставлен полнофакторный эксперимент и получены нормированные уравнения регрессии, связывающие пылеунос, средние токи первого поля и амплитудные значения напряжения первого поля с основными параметрами системы питания.

Результаты табл. 3 позволяют сделать вывод, что наибольший эффект от перевода системы «ИП – Э/Ф» в релаксационный режим достигается, если при этом была максимальная степень очистки газов при питании постоянным напряжением.

Таблица 3.

Влияние технологического режима на эффективность релаксационного питания при U0 = 19 · 103 В

Скорость газа Vг=1,0 м/с

Vг=2,0 м/с

Температура газов Т=150° С Т=300° C Т=150° С Т=300° С
Ток питания пост. имп. пост. имп. пост. имп. пост. имп.
Запыленность входящих газов г/м3 при н.у. 15,90 21,10 25,22 27,91 13,043 13,55 22,40 21,45
Запыленность выходящих газов г/м3 при н.у. 0,65 0,37 0,30 0,06 1,077 0,83 1,35 0,71
Степень очистки, % 95,94 98,23 98,80 99,80 91,83 93,86 93,97 96,68
Относительный унос 0,041 0,018 0,012 0,002 0,082 0,061 0,060 0,033
Снижение относительного уноса 2,29 5,77 1,33 1,82

 

Практическая реализация релаксационного питания.

Источники релаксационного питания использовались для интенсификации процессов осаждения в электрофильтрах очистки отходящих газов рудотермических печей в производстве фосфора в объединении «Куйбышевфосфор». В результате при частоте импульсов на первом поле 100 гц и на втором – 150 гц амплитуда напряжения по сравнению с питанием выпрямленным напряжением возросла на 10–12 %, а степень очистки – от 97 % до 99,1 %.

Релаксационное питание было использовано в качестве источников напряжения для промышленных электрофильтров различных производств. Как показано в табл. 4 их применение было эффективным.