СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ВЫБОРА И РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПИТАНИЯ ФИЛЬТРА Российский патент 2001 года по МПК B03C3/68 

Изобретение относится к области электрической очистки газов от пылей и туманов в различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве и может быть использовано в системах автоматического регулирования высоковольтных преобразовательных агрегатов питания электрофильтров.

Известны способы автоматического регулирования по максимуму среднего значения рабочего напряжения на электрофильтре, при котором угол регулирования тиристорного ключа увеличивается до достижения естественного максимума среднего значения рабочего напряжения, ограниченного либо номинальными параметрами преобразовательного агрегата, либо вольтамперной характеристикой электрофильтра - наличие обратной короны, искровые и дуговые пробои осадительного пространства и т.п. (см. авторское свидетельство СССР N 355606, опубл. 30.09.1972).

Известен также способ автоматического регулирования напряжения электрофильтра путем изменения угла регулирования тиристорного ключа, при котором, с целью ограничения тока обратной короны, регулирование ведут в зависимости от величины рабочего напряжения на электрофильтре. Увеличению напряжения на электрофильтре соответствует увеличение угла регулирования, уменьшению напряжения - уменьшение угла. Т.е. осуществляется положительная обратная связь по напряжению. Это дает возможность остановить увеличение тока, когда нарастание напряжения на электрофильтре прекратится (см. авторское свидетельство СССР N 12821000, опубл. 07.01.1987. Бюл. N 1).

С целью уменьшения тока обратной короны и увеличения степени очистки газов от пыли, а также снижения расхода электроэнергии в мировой практике широко применяют режимы питания электрофильтров выпрямленным током с пониженной частотой следования импульсов тока. Такие режимы питания в зарубежной литературе называют "Semipuls" - полуимпульсный. А в отечественной - "черезпериодный".

Наиболее близким аналогом изобретения является способ автоматического определения, выбора и регулирования режима электрического питания фильтра путем измерения плотности тока электрофильтра и изменения частоты включения и угла регулирования ключа в силовой цепи высоковольтного преобразовательного агрегата питания электрофильтра (см. патент РФ N 2040975, опубл. 18.11.1987).

Существенным недостатком приведенных выше устройств является то, что частоту следования импульсов выпрямленного тока, т.е. изменение электрического режима питания фильтра, устанавливают вручную при существующем в момент настройки регулятора технологическом режиме работы электрофильтра.

Известно, что наличие и интенсивность обратной короны, пробивной уровень напряжения осадительного пространства электрофильтра зависит от целого ряда параметров очищаемого газа (степень запыленности, влажность, температура, удельное электрическое сопротивление, дисперсный состав улавливаемой пыли и др.).

Изменение параметров газа связано с неоднородностью обжигаемого или размалываемого сырья, сжигаемого топлива, с отклонением от нормы температурного режима работы технологического оборудования (печь, мельница, котел и др.).

Таким образом, задание частоты следования импульсов выпрямленного тока зависит от точности оценки режима работы электрофильтра (от опыта наладчика) и может быть удовлетворительно осуществлено только в некоторой узкой области вольт-амперной характеристики электрофильтра, существующей в момент наладки. Это может приводить к неоправданному снижению величины среднего значения напряжения на электродах фильтра и, как следствие, к ухудшению степени очистки газов.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности очистки газов электрофильтром за счет увеличения среднего напряжения на электродах, уменьшение расхода электроэнергии в режимах искровых и дуговых пробоев, обратной короны и промежуточных режимах в условиях, связанных с нестабильностью технологических процессов.

Из теории электрической очистки газов известно, что КПД - коэффициент полезного действия электрофильтра описывается следующей зависимостью:
η = 1-exp(-wf),
здесь W - скорость движения заряженных частиц пыли к осадительному электроду,
f - удельная поверхность осаждения.

W = kU_мU_ср,
где k - коэффициент пропорциональности,
U_м - амплитудное значение напряжения электрофильтра,
U_ср - среднее значение напряжения электрофильтра.

Отсюда следует, что для поддержания КПД электрофильтра на оптимальном уровне при различных режимах питания произведение U_мU_ср всегда должно быть наибольшим.

При очистке газов от пыли с высоким ρ - удельным электрическим сопротивлением на слое пыли накапливаются заряды, которые из-за низкой проводимости пыли медленно стекают на металлическую поверхность осадительного электрода. На слое пыли образуется падение напряжения, величина которого зависит от толщины слоя - b, удельного электрического сопротивления пыли - ρ , плотности тока - j и выражается зависимостью
U = bρj,
Напряженность электрического поля в слое пыли определяется выражением
E = U/b = ρj.
При достаточно большом сопротивлении пыли и при плотности тока, превышающей некоторую критическую величину, в воздушных порах слоя происходят электрический пробой, сопровождающийся выбросом положительных зарядов в осадительное пространство. Это явление носит название обратной короны положительной полярности. Оно сопровождается частичной нейтрализацией отрицательного объемного заряда, ростом тока и снижением напряжения.

В результате увеличивается непроизводительный расход электроэнергии и ухудшается технологический КПД электрофильтра.

Поэтому для достижения оптимальной степени очисти газов от пыли, при возникновении обратной короны, т.е. при увеличении плотности тока электрофильтра больше некоторой критической величины, необходимо изменение режима электрического питания фильтра - изменение частоты следования импульсов выпрямленного тока.

Технический результат достигается тем, что в способе автоматического определения, выбора и регулирования режима электрического питания фильтра, заключающемся в измерении плотности тока электрофильтра и в изменении частоты включения и угла регулирования ключа в силовой цепи высоковольтного преобразовательного агрегата питания электрофильтра, согласно изобретению измерение плотности тока электрофильтра осуществляют в режимах искровых и дуговых пробоев, обратной короны и промежуточных режимах, и при достижении ею некоторой критической величины, последовательно, на равные промежутки времени Т1, достаточные для достижения установившегося состояния работы электрофильтра, устанавливают питание электрофильтра импульсами выпрямленного тока частотой следования F = 2f_с/2n + 1, в течение каждого из этих промежутков времени измеряют установившиеся амплитудные и средние значения напряжений на электрофильтре, вычисляют их произведения и запоминают, затем сравнивают величины этих произведений для различных частот следования импульсов выпрямленного тока и в работе оставляют тот частотный режим питания, для которого произведение установившихся значений амплитудного и среднего напряжений - наибольшее.

F - частота следования импульсов выпрямленного тока,
f_с - частота питающей сети,
n - натуральный ряд чисел 0, 1, 2, 3,...

Другим отличием предлагаемого способа регулирования является то, что если для некоторых промежутков времени произведения амплитудных и средних значений напряжений, при различных частотах следования импульсов выпрямленного тока, - равны, то в работе оставляют тот режим питания, для которого частота следования импульсов выпрямленного тока - наименьшая.

Третьим отличием предлагаемого способа регулирования является то, что контрольные измерения, вычисление произведений амплитудного и среднего значений напряжений и их сравнение производят периодически через равные промежутки времени Т2 значительно большие Т1 и только тогда, когда плотность тока электрофильтра превышает некоторую критическую величину.

Сопоставительный анализ показывает, что отличия предлагаемого способа по сравнению с прототипом являются существенными. Это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

На чертеже представлен один из возможных вариантов блок-схемы устройства для осуществления заявляемого способа.

Блок - схема (чертеж) содержит тиристорный ключ 1, токоограничивающий дроссель 2, высоковольтный преобразовательный агрегат 3, электрофильтр 4, датчик 5 напряжения электрофильтра, датчик 6 тока электрофильтра, интегратор 7 тока электрофильтра, амплитудный детектор 8 напряжения электрофильтра, интегратор 9 напряжения на электрофильтре, фазосдвигающее устройство 10, управляемый делитель 11 частоты, формирователь 12 импульсов управления тиристорным ключом 1, компаратор 13, задатчик 14 критической плотности тока, аналоговый перемножитель 15, коммутатор 16, программное устройство 17, запоминающее устройство 18 результатов перемножения U_мU_ср для частотного режима 2f_с, запоминающее устройство 19 результатов перемножения U_мU_ср для частотного режима 2f_с/3, запоминающее устройство 20 результатов перемножения U_мU_ср для частотного режима 2f_с/5, арифметическое устройство 21, программируемый коммутатор 22.

Работает схема следующим образом.

При подаче на преобразовательный агрегат и регулятор напряжения питающей сети и осуществлении операции "Пуск" на тиристорном ключе 1 появляются импульсы управления с формирователя 12, фазовое положение которых задается фазосдвигающим устройством 10, а частота следования - 2f_с управляемым делителем частоты 11. Начальный угол регулирования - Φ имеет минимальное значение. Тиристорный ключ открывается. На электрофильтре 4 появляется напряжение, величина которого несколько ниже напряжения начала коронирования. Ток электрофильтра - отсутствует.

Одновременно напряжение электрофильтра с датчика 5 подается на вход амплитудного детектора 8 и интегратора 9. С выхода 23 интегратора 9 напряжение, пропорциональное напряжению электрофильтра, подается на вход фазосдвигающего устройства 10. Это инициирует процесс разгона системы преобразовательный агрегат - электрофильтр. Напряжение на фильтре начинает плавно нарастать.

Когда напряжение на электрофильтре превысит напряжение начала коронирования, через фильтр потечет ток, величина которого будет возрастать по мере увеличения угла регулирования Φ.

Мгновенное значение тока преобразовательного агрегата с датчика 6 подается на вход интегратора 7, с выхода которого напряжение, пропорциональное среднему значению тока, поступает на вход 27 компаратора 13. С выхода задатчика 14 на вход 28 компаратора 13 подается сигнал, определяющий величину критической плотности тока электрофильтра. На входы 25 и 26 аналогового перемножителя 15 подаются сигналы, пропорциональные соответственно среднему и амплитудному значениям напряжения электрофильтра. С выхода аналогового перемножителя 15 на вход 29 коммутатора 16 подается сигнал, пропорциональный произведению U_мU_ср. Когда плотность тока электрофильтра превысит заданное критическое значение, на входе 30 коммутатора 16 и входе 31 программного устройства 17 появляется сигнал, запускающий программу.

Работает программа следующим образом. На равные промежутки времени - Т1, последовательно, преобразовательный агрегат включается на частотные режимы - 2f_с, 2f_с/3, 2f_с/5. В течение этих промежутков времени измеряются U_м и U_с, вычисляются их произведения и результаты измерений заносятся в соответствующие запоминающие устройства - 18, 19, 20. Затем сигналы, пропорциональные произведениям U_мU_ср, подаются в арифметическое устройство 21, где вычисляется наибольшее значение из этих произведений. Посредством коммутатора 22 и управляемого делителя 11 частоты задается такой частотный режим работы преобразовательного агрегата, которому соответствует наибольшее значение произведения U_мU_ср и плотность тока электрофильтра меньше критической величины, установленной в соответствии с типоразмером электрофильтра, задатчиком 14.

Продолжительность рабочего цикла - Т2 задается программой и может варьироваться в широких пределах.

По истечении рабочего цикла процесс измерения U_м и U_ср для различных частотных режимов преобразовательного агрегата, вычисление их произведений, запоминания и поиск наибольшего значения произведения U_мU_ср - повторяется.

В случае, когда произведения U_мU_ср для различных частотных режимов равны, в работе остается тот режим питания электрофильтра, для которого частота следования импульсов выпрямленного тока - наименьшая.

Операции измерения U_м и U_ср для различных частотных режимов работы преобразовательного агрегата, вычисление их произведений, запоминания, поиск наибольшего значения произведения U_мU_ср и выбора рабочего режима производятся только тогда, когда плотность рабочего тока электрофильтра превышает заданное критическое значение.

Изобретение относится к системам автоматического регулирования высоковольтных агрегатов для питания электрофильтров газоочистки выпрямленным током высокого напряжения при работе системы "выпрямительный агрегат-электрофильтр" в условиях с резким изменением технологических параметров очищаемого газа и позволяет повысить степень очистки газа. Электрический режим фильтра - пробивной уровень напряжения осадительного пространства, величина тока электрофильтра изменяется в широких пределах. Возникновение обратной короны сопровождается увеличением плотности тока фильтра и снижением напряжения на его электродах. Для достижения оптимальной степени очистки газов от пыли, при возникновении обратной короны, т.е. при увеличении плотности тока электрофильтра больше некоторой критической величины, последовательно, на равные промежутки времени Т1, достаточные для достижения установившегося состояния работы электрофильтра, осуществляют питание электрофильтра импульсами выпрямленного тока частотой следования F = 2f_c/2n + 1. В течение каждого из этих промежутков времени измеряют установившиеся амплитудные и средние значения напряжений на электрофильтре, вычисляют их произведения и запоминают, затем сравнивают величины этих произведений для различных частот следования импульсов выпрямленного тока и в работе оставляют тот частотный режим питания, для которого произведение установившихся значений амплитудного и среднего напряжений - наибольшее. Периодически, через промежутки времени Т2, процесс тестирования, определения и выбора нового частотного режима питания электрофильтра автоматически повторяется. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ автоматического определения, выбора и регулирования режима электрического питания фильтра путем измерения плотности тока электрофильтра и изменения частоты включения и угла регулирования ключа в силовой цепи высоковольтного преобразовательного агрегата питания электрофильтра, отличающийся тем, что измерение плотности тока электрофильтра осуществляют в режимах искровых и дуговых пробоев, обратной короны и промежуточных режимах, и при достижении ею некоторой критической величины, последовательно, на равные промежутки времени Т1, достаточные для достижения установившегося состояния работы электрофильтра, устанавливают питание электрофильтра импульсами выпрямленного тока частотой следования F = 2f_c/2n + 1, в течение каждого из этих промежутков времени измеряют установившиеся амплитудные и средние значения напряжений на электрофильтре, вычисляют их произведения и запоминают, затем сравнивают величины этих произведений для различных частот следования импульсов выпрямленного тока и в работе оставляют тот частотный режим питания, для которого произведение установившихся значений амплитудного и среднего напряжений - наибольшее. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что если для некоторых промежутков времени произведения амплитудных и средних значений напряжений, при различных частотах следования импульсов выпрямленного тока, - равны, то в работе оставляют тот режим питания, для которого частота следования импульсов выпрямленного тока - наименьшая. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что контрольные измерения, вычисление произведений амплитудного и среднего значений напряжений и их сравнение производят периодически через равные промежутки времени Т2 значительно большие Т1 и только тогда, когда плотность тока электрофильтра превышает некоторую критическую величину.