УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРООЧИСТКИ ЗАПЫЛЕННЫХ ГАЗОВ Российский патент 1998 года по МПК B03C3/68 

Изобретение относится к способам отделения твердых частиц от потока запыленных газов с помощью коронного разряда и может быть использовано в теплоэнергетической, металлургической, химической и других отраслях промышленности.

Применяющиеся для очистки запыленных газов от твердых частиц электрофильтры (ЭФ) обычно имеют разделенную на несколько полей систему коронирующих и заземленных осадительных электродов, к которым приложено высоковольтное постоянное питающее напряжение. Увеличения степени очистки с помощью таких ЭФ можно достичь путем повышения питающего напряжения. Однако для повышения питающего напряжения существуют пределы, связанные с появлением обратных пробоев и ограниченной электрической прочностью ЭФ. Повысить электрическую прочность ЭФ можно только за счет дополнительного питания его импульсным напряжением.

Известно принимаемое в качестве прототипа устройство для электроочистки запыленных газов, содержащее по меньшей один электрофильтр, каждый из которых имеет по меньшей мере одно поле с системой корронирующих и осадительных электродов, источники питания электрофильтров постоянным и импульсным напряжением, по меньшей мере один разделительный конденсатор и токоограничительные элементы. При периодическом импульсном подключении дополнительного источника постоянного напряжения напряжение на электродах ЭФ на короткий период резко возрастает, что позволяет существенно повысить эффективность очистки газов при уменьшенных требованиях к электрической прочности ЭФ и повышении уровня напряжения, приводящего к появлению обратных пробоев. При этом существует сильная зависимость между амплитудным значением импульса и его длительностью - чем короче импульс, тем большее напряжение без пробоев выдерживает ЭФ. Вместе с тем, учитывая, что электрическая емкость электродной системы мощных ЭФ, используемых, например, на крупных тепловых электростанциях, довольно велика (порядка 50-100 нФ), достичь существенного увеличения амплитуды импульсного напряжения при одновременном уменьшении его длительности практически не удается, так как для того, чтобы зарядить электродную систему одного поля емкостью 100 нФ, например, с 30 до 70 кВ амплитудного значения за 1 мкс, импульсный генератор должен обеспечить прохождение зарядного тока величиной 4000 А при соответствующей мощности импульсного генератора 200 МВт. Тем более не приходится говорить об обеспечении такого характера импульсным питанием одновременно нескольких полей, число которых в ЭФ на электростанции может достигать нескольких десятков.

Достигаемым результатом изобретения является обеспечение возможности повышения амплитуды импульсного напряжения при одновременном уменьшении его длительности. Это обеспечивается тем, что в устройстве для электроочистки запыленных газов, содержащем по меньшей мере один ЭФ, каждый из которых имеет по меньшей мере одно поле с системой корронирующих и осадительных электродов, источники питания ЭФ постоянным и импульсным напряжением, по меньшей мере один разделительный конденсатор и токоограничительные элементы, согласно изобретению корронирующие электроды каждого поля разделены по меньшей мере на две соединенные индуктивными элементами группы, каждая из которых содержит по меньшей мере один корронирующий электрод.

Применительно к по меньшей мере двум ЭФ, каждый из которых имеет по меньшей мере два поля с системами корронирующих и осадительных электродов, согласно изобретению электродные системы полей с одинаковыми для каждого ЭФ порядковыми номерами могут быть соединены параллельно.

На чертеже в качестве примера реализации изобретения схематически изображена система из трех параллельно включенных по газопылевому потоку ЭФ 1 - 3, каждый из которых имеет четыре поля А, Б, В, Г с системой корронирующих 4 и осадительных 5 электродов. К каждому полю подключены независимые источники питания 6 и 7 соответственно постоянным и импульсным напряжением, причем электродные системы 4, 5 полей с одинаковыми номерами электрофильтров (1 - 3) соединены параллельно и подключены к источнику 6 питания постоянным напряжением через ограничительные элементы 8 - 10, а к источнику 7 питания импульсным напряжением - через разделительные конденсаторы 11 - 13, одновременно выполняющие функцию накопления энергии импульса. При этом корронирующие электроды 4 каждого поля А, Б, В, Г разделены на четыре соединенные индуктивными элементами 14 группы (ячейки), каждая из которых содержит в изображенном на чертеже примере один корронирующий электрод.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии геометрическая емкость электродной системы каждого поля ЭФ заряжена от источника 6 через ограничительные элементы 8 - 10 постоянным напряжением, величина которого определяется технологическими условиями и электрическими параметрами ЭФ. Разделительные (накопительные) конденсаторы 11, 12, 13 заражены до напряжения, равного сумме напряжений на источниках 6 и 7. При помощи не показанной на чертеже схемы управления заряженные высоким напряжением разделительные конденсаторы периодически на короткое время отключают от источника 7 импульсного напряжения и подключают к электронной системе параллельно с источником 6 постоянного напряжения. Амплитуда накладываемых на постоянную часть напряжения импульсов определяется выходным напряжением источник 7, частота следования импульсов - отмеченной выше схемой управления. Вследствие разделения корронирующих электродов индуктивными элементами 14 сосредоточенная емкость электродной системы каждого из полей А, Б, В, Г преобразуется в формирующую L-C линию с распределенными параметрами, представляющую собой L-фильтр высоких частот, где L-индуктивность, C-емкость ячейки распределенных параметров. Частоты выше затухают, ниже - проходят, но появляются на выходе фильтра (линии) с определенной задержкой где n - количество ячеек. Если длительность импульса он дойдет до конца линии, не затухая, за время, равное τ_лин. Физически перенос энергии в линии с распределенными параметрами заключается в том, что каждый конденсатор (межэлектродная емкость 4-5) перезаряжается через индуктивность 14 на последующий. При этом длительность импульса τ_яч на каждой ячейке линии с распределенными параметрами при практически одном и том же значении амплитуды уменьшается в n раз. Соответственно в том же отношении уменьшаются и требования к импульсному генератору (источнику 7 импульсного напряжения) по энергоемкости и амплитуде импульсного тока, что значительно упрощает схему импульсного генератора, обеспечивая возможность его надежной работы даже при одновременном питания от одного генератора нескольких полей. Нагрузочную способность линии определяет ее волновое сопротивление Каждый накопительный конденсатор 11, 12, 13 должен быть 1,2 - 1,5 раза больше емкости ячейки распределительной линии, т.е. в 10 - 20 раз меньше, чем емкость ЭФ в целом. При срабатывании ключа управляющей схемы энергии, накопленная в накопительном конденсаторе передается в первую ячейку энергии, накопленная в накопительном конденсаторе передается в первую ячейку линии, проходит подобно бегущей волне по всей линии, отражается от конца и через предусмотренный управляющей волне по всей линии, отражается от конца и через предусмотренный управляющей схемой диод возвращается в соответствующий накопительный конденсатор. Поскольку импульсное устройство заряжает до амплитудного значения не все поле, а только одну-две ячейки, энергоемкость импульсного устройства оказывается примерно на порядок меньше по сравнению с известным устройством [1].

Практически одно поле современного ЭФ в зависимости от конструкции имеет емкость в пределах 0,05 - 0,2 мкФ и содержит 32 - 36 рамок корронирующих электродов, чередующихся с осадительными. При емкости поля 0,1 - 0,12 мкФ емкость одной рамки составляет ≈3 - 4 нФ. Оптимальное значение индуктивности 14 ячейки линии лежит в пределах 20 - 80 мкГн. При меньших значениях может сказаться влияние индуктивности рамки корронирующего электрода, а большие значения индуктивности трудно реализовать технически.

Для C≈3 нФ (одна рамка на ячейку)
L - 30 мкГн, n - 36, τ_яч= 0,3 мкс, ρ = 100 Ом.
Для C≈10 нФ (три рамка на ячейку)
L - 50 мкГн, n - 12, τ_яч= 0,7 мкс, ρ = 70 Ом.
Следует учитывать, что каждая ячейка линии шунтируется активным сопротивлением соответствующих электродов ЭФ, возникающим при прохождении тока короны. Величину активного сопротивления можно определить ориентировочно как Ra - U_поля/I_поля≈40000/0,2 - 200 кОм. Активное сопротивление ячейки линии с распределенными параметрами соответственно в n раз больше. Таким образом, Ra ≫ ρ, т.е. потери энергии при прохождении импульса от ячейки к ячейке лини будут пренебрежимо малы. В связи с тем, что при использовании предлагаемого устройства меняется роль источников 6 постоянного напряжения, величина этого напряжения может устанавливаться ниже уровня коронного разряда, что значительно разгружает их по току. Это дает возможность питать одним источником постоянного напряжения несколько полей различных ЭФ.

Может быть использовано для отделения твердых частиц от потока запыленных газов с помощью коронного разряда и может быть использовано в теплоэнергетической, металлургической, химической и других отраслях промышленности. В устройстве для электроочистки запыленных газов, содержащем по меньшей мере один электрофильтр, каждый из которых имеет по меньшей мере одно поле с системой коронирующих и осадительных электродов, источники питания электрофильтров постоянным и импульсным напряжением, по меньшей мере один разделительный конденсатор и токоограничительные элементы, причем коронирующие электроды каждого поля разделены по меньшей мере на две соединенные индуктивными элементами группы, каждая из которых содержит по меньшей мере один коронирующий электрод. При использовании в указанном устройстве по меньшей мере двух электрофильтров, каждый из которых имеет по меньшей мере два поля с системами коронирующих и осадительных электродов, электродные системы полей с одинаковыми для каждого электрофильтра порядковыми номерами рекомендуется соединять параллельно. Изобретение позволяет обеспечить возможность повышения амплитуды импульсного напряжения при одновременном уменьшении его длительности. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для электроочистки запыленных газов, содержащее по меньшей мере один электрофильтр, каждый из которых имеет по меньшей мере одно поле с системой коронирующих и осадительных электродов, источник питания электрофильтров постоянным и импульсным напряжением, по меньшей мере один разделительный конденсатор и токоограничительные элементы, отличающееся тем, что коронирующие электроды каждого поля разделены по меньшей мере на две соединенные индуктивными элементами группы, каждая из которых содержит по меньшей мере один коронирующий электрод. 2. Устройство по п. 1, содержащее по меньшей мере два электрофильтра, каждый из которых имеет по меньшей мере два поля с системами коронирующих и осадительных электродов, отличающееся тем, что электродные системы полей с одинаковыми для каждого электрофильтра порядковыми номерами соединены параллельно.