СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОЧИСТКИ ГАЗОВ В ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЕ Российский патент 2001 года по МПК B03C3/68 B01D46/46 

Изобретение относится к электрической очистке отходящих газов от дисперсных взвесей в производстве брикетов из бурого угля, в химических и нефтехимических производствах, а также улавливанию в электрофильтрах золы в теплоэнергетике и мусоросжигательных заводов, пылей в черной и цветной металлургии.

Известен способ управления процессом очистки газов в электрофильтре (см. а. с. СССР N 312612, М.Кл. B 01 D 46/46, опубл. 31.08.71 г.), основанный на зависимости напряжения питания от текущего уровня удельного электрического сопротивления пыли.

Управление процессом очистки газов с использованием уровня удельного электрического сопротивления пыли совпадает с существенными признаками заявляемого изобретения.

При этом датчик удельного электрического сопротивления пыли вырабатывает сигнал, пропорциональный отклонению среднеарифметического фазового угла возникновения искровых разрядов в фильтре от заданного фазового угла, соответствующего оптимальному уровню удельного сопротивления пыли в слое на осадительном электроде фильтра.

Этим сигналом через электронный регулятор регулируют подачу кондиционирующего реагента в газовый поток.

Датчик удельного электрического сопротивления подключается к повысительно-выпрямительному агрегату, питающему поле электрофильтра.

Длительность и полярность управляющих импульсов, формируемых электронным регулятором, определяются уровнем и полярностью сигнала, поступающего на вход регулятора от датчика удельного электрического сопротивления пыли.

Изменение расхода кондиционирующего реагента, задаваемого электронным регулятором, изменяет величину удельного электрического сопротивления пыли, обеспечивая уменьшение разности заданного и фактического фазовых углов возникновения искровых разрядов.

Основной причиной, препятствующей получению требуемого технического результата, является прежде всего низкая наработка на отказ.

Это объясняется прежде всего тем, что искровые разряды вызывают электроэрозионное разрушение элементов электрофильтра, в частности коронирущих электродов.

А высоковольтное оборудование электрофильтра: концевые муфты, ввод высокого напряжения в аппарат, высоковольтные кабели и изоляторы, работающие в условиях сильного перенапряжения при возникновении искровых разрядов, выходит из строя.

Кроме того, известный способ управления электофильтром не обеспечивает необходимо высокую степень очистки из-за того, что искровые разряды дестабилизируют процесс осаждения, до 8% частиц пыли не улавливаются, так как в потоке газа резко возрастает количество нейтрализованных пылевых частиц.

Осуществление кондиционирования, изменяя удельное электрическое сопротивление газового потока, направлено на полное исключение обратной короны. А обратная корона в регулируемых пределах повышает эффективность очистки газа, так как способствует лучшей ионизации при запирании основного коронного разряда.

Следует также отметить, что кондиционирование существенно повышает материальные и энергетические затраты на очистку газов в электрофильтре.

Известен способ управления процессом очистки газов в электрофильтре (см. а. з. Японии N 61-35203, М.Кл.⁵ B 03 C 3/68, опубл. 15.08.86), в котором пытаются предотвратить возникновение искровых разрядов. Способ состоит в том, что часть газа перед подачей его в электрофильтр отводят в контрольную камеру, в которой установлены электроды, где инициируют искровой разряд. При этом определяют значения тока и напряжения, которые и в дальнейшем являются эталонными при регулировании напряжения в электрофильтре. Наличие эталонных параметров совпадает с существенными признаками заявляемого изобретения.

Причины, препятствующие получению требуемого технического результата, приводят к тому, что известный способ не обеспечивает эффективную очистку газа и надежную работу электрофильтров, так как не полностью устраняет возможность возникновения искровых разрядов.

Способ не учитывает влияния на условия возникновения напряжения пробоя свойств пылевого слоя на электродах, являющегося определяющим при очаговом развитии обратной короны и возникновении стриммеров. И, таким образом, способ не устраняет опасность перенапряжений в высоковольтных элементах. Способ не применим для нестабильных процессов, в которых изменяются объемный расход, запыленность газового потока, так как в нем сигналы эталонных величин тока и напряжения измеряются не непрерывно, а дискретно в соответствии с частотой инициирования искрового разряда в контрольной камере.

А отсутствие обратной связи о параметрах возникновения и интенсивности обратной короны также приводит к недостаточной эффективности очистки газов и низкой надежности электрофильтров, на которых способ реализуется.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ управления процессом очистки газов в электрофильтре (см. а. с. СССР N 1018696, М.Кл. B 01 D 46/46, опубл. 1983 г.) путем регулирования напряжения питания электрофильтров в зависимости от удельного электрического сопротивления пыли, определяемого по одновременно измеряемым температуре, химическому составу и расходу очищаемого газа, а также в зависимости от вычисленной по току и напряжению агрегатов питания величины чувствительности проводимости поля к изменению напряжения.

Регулирование напряжения на агрегатах питания в зависимости от удельного электрического сопротивления и от вычисленной характеристики электрического поля являются признаками, которые совпадают с существующими признаками заявляемого изобретения.

В прототипе заявляемого изобретения вычисленной характеристикой выбирают чувствительность проводимости поля по напряжению, т.е. отношение приращения проводимости поля ΔПp к приращению напряжения ΔU , которая определяется по формуле

где γ - чувствительность проводимости;
Пр - величина, обратная электрическому сопротивлению межэлектродного промежутка;
ΔПp - приращение проводимости;
ΔU - приращение напряжения.

Значение чувствительности проводимости поля определяет область нахождения электрического режима в данный момент времени.

Затем на данном такте управления определяют управляющее воздействие по напряжению обратно пропорционально значению чувствительности проводимости поля в текущий момент времени.

Одновременно через весовые коэффициенты осуществляют коррекцию рассчитанного управляющего воздействия по текущему напряжению и по прогнозируемой на такт вперед пробивной проводимости поля.

Прогнозируемую пробивную проводимость поля электрофильтра рассчитывают на основе измеренных значений температуры, расхода газа, химического состава, текущего значения проводимости, тока и напряжения электрофильтра, а также двух предыдущих значений проводимости поля.

Сформированную величину управляющего воздействия выдают на агрегат питания.

По знаку значения чувствительности проводимости поля, определяющему наличие пробоя, проводят анализ результата выдачи основного управляющего сигнала по напряжению:
если значит произошел пробой;
если то пробоя нет и нормальный режим управления электрическим полем электрофильтра.

Причины, препятствующие получению требуемого технического результата, обусловлены следующими факторами.

В электрофильтре из-за возникающих искровых и дуговых разрядов происходят неуправляемые скачки напряжений в элементах высоковольтной цепи, которые приводят к их частому выходу из строя, а также электроэрозионное разрушение коронирующих электродов.

А эффективность очистки газов известным способом является недостаточной из-за того, что способ не обеспечивает регулирование интенсивности обратного коронного разряда на оптимальном необходимом уровне, на котором влияние обратной короны на степень ионизации становится высоким и обеспечивает эффективность очистки и в то же время не происходит образование стриммеров и разрушение осадительных электродов.

Неизбежное возникновение искровых и дуговых разрядов, отсутствие параметров регулирования интенсивности обратного коронного разряда связано с тем, что проводимость поля электрофильтра определяется суммарно следующими составляющими:
- проводимостью поля коронного разряда;
- проводимостью поля искрового разряда;
- проводимостью поля дугового разряда;
- проводимостью поля обратного дугового разряда.

Способ реализуется в области вероятных возникновений искровых и дуговых разрядов, то есть в предпробойной области, где определяющее влияние на проводимость оказывают именно эти разряды.

Влияние на проводимость коронного разряда в этой области практически не учитывается, а влияние проводимости обратной короны становится заметным только с момента ее очагового развития, образования стриммеров.

Кроме того, известный способ при расчете прогнозируемой пробойной проводимости поля не учитывает влияние свойств пылевого слоя на электродах, которые являются существенными при очаговом развитии обратной короны и возникновении стриммеров.

В совокупности известный способ ни прямым, ни косвенным образом не учитывает условия возникновения и развития обратной короны и их влияние на измеряемый параметр, и в то же время не устраняет вредное влияние на надежность и эффективность электрофильтра возникающих искровых и дуговых разрядов.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является исключение вероятности возникновения искровых тем более дуговых разрядов и регулирование интенсивности обратного коронного разряда на оптимальном уровне с точки зрения эффективности процесса электроосаждения дисперсных взвесей в очищаемых газах. Решение обозначенной задачи позволит устранить неуправляемые скачки напряжений в элементах высоковольтной цепи и образование стриммеров обратного коронного разряда. При этом будет получен технический результат, который выражается в повышении эффективности работы электрофильтра, его надежности и времени безотказной работы.

Сущность изобретения состоит в том, что в заявляемом способе управления процессом очистки газов в электрофильтре регулирование напряжения на агрегатах питания осуществляют в зависимости от удельного электрического сопротивления пыли в потоке очищаемого газа и от вычисленной по току и напряжению характеристики электрического поля. Отличительными от наиболее близкого аналога признаками являются:
- регулирование напряжения осуществляют в диапазонах перенапряжения, которые выбирают в обратной зависимости от текущих значений удельного электрического сопротивления пыли, а в качестве характеристики электрического поля выбирают плотность коронного разряда, которую в процессе очистки поддерживают в пределах 0,4 - 0,6 мА/м²;
- улавливание пыли с удельным электрическим сопротивлением менее 10⁹ Ом•м при регулировании напряжения в диапазоне перенапряжений 2,7-3,1; с удельным электрическим сопротивлением пыли от 10⁹ до 10¹¹ Ом•м - в диапазоне перенапряжений 2,3-2,7; удельным электрическим сопротивлением больше 10¹¹ Ом•м - в диапазоне перенапряжений 1,9 - 2,3 соответственно.

Заявляемые режимы способа управления процессом очистки газов в электрофильтре в зависимости от текущих значений удельного электрического сопротивления улавливаемой пыли, пределов плотности коронного разряда и диапазонов перенапряжений электрического поля установлены экспериментально и подтверждаются данными промышленных испытаний (таблица 1).

Перенапряжение сильного электрического поля коронного разряда определяется как отношение U/U₀, где U₀ - напряжение зажигания коронного разряда, определяется конструкцией электрофильтра, формой коронирующих электродов, а также свойствами пылегазового потока; U - текущее напряжение на коронирующих электродах. Понятие перенапряжения известно в теории (см. Верещагин И.П. и др. Электрогазодинамика дисперсных систем - М.; Энергия, 1975, 264 с.).

Однако в качестве параметра регулирования до настоящего времени эта величина не использовалась.

В то же время перенапряжение является универсальным параметром, характерным для процесса электрогазоочистки для всех конструкций электрофильтра.

Плотность тока коронного разряда, которую выбирают в качестве характеристики электрического поля, является величиной, регулирование которой в заданных пределах позволяет исключить возможность возникновения других видов разрядов, например искровых, и одновременно обеспечить высокую эффективность очистки газа.

Исключение вероятности возникновения искровых разрядов, тем более дуговых, повышает время безотказной работы электрофильтра за счет устранения неуправляемых скачков напряжений в элементах высоковольтной цепи и повышения их надежности, а также за счет предотвращения электроэрозионного разрушения электродов.

Плотность тока коронного разряда является той характеристикой электрического поля, которая позволяет учитывать влияние на процесс электрогазоочистки свойств пылевого слоя на электродах. Регулируя в зависимости от удельного электрического сопротивления пыли эту характеристику в указанных пределах при задаваемом диапазоне перенапряжения, предотвращают возникновение стриммеров и регулируют интенсивность обратного коронного разряда на уровне, обеспечивающем высокую эффективность электрогазоочистки.

При очистке низкоомной пыли диапазон перенапряжений выбирают достаточно высоким, чтобы предотвратить вторичный пылеунос, однако напряженность поля не доводится до критической, и заданная плотность коронного разряда регулирует величину объемного заряда в газовом потоке.

При очистке высокоомной пыли диапазон перенапряжений выбирают минимальным, а заданная плотность коронного разряда регулирует интенсивность обратного коронного разряда, предотвращая образование стриммеров и возникновение дуговых пробоев.

Таким образом, одновременный выбор диапазона перенапряжений электрофильтра заданным образом, измерение и поддержание плотности тока коронного разряда в указанных пределах позволяет повысить эффективность газоочистки, а также время безотказной работы электрофильтра.

То, что регулирование напряжения предлагается осуществлять в диапазонах перенапряжения, которые выбирают в зависимости от текущих, непрерывно измеряемых значений удельного электрического сопротивления, позволяет значительно расширить функциональные возможности способа, использовать его для управления электрофильтрами как с установившимися, так и с нестабильным газовым потоком. Нестабильный газовый поток возникает, например, при переходе с одного на другой технологический режим в основном процессе, отходящие газы которого очищаются электрофильтром.

На чертеже приведена блок-схема системы автоматического управления процессом очистки газа в электрофильтре, реализующей данный способ.

Запыленный газовый поток, образующийся в результате основного технологического процесса, например, при сушке буроугольных брикетов, подают в электрофильтр 1. Датчик 2, установленный во входном канале электрофильтра измеряет удельное электрическое сопротивление пыли в потоке очищаемого газа. В качестве датчика 2, измеряющего удельное электрическое сопротивление пыли, был использован разработанный НИИОГАЗом прибор "Циклон-1" (см. Алиев Г.М. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов. Справочник. М., Металлургия, 1986, с. 76-78).

Измеренное значение в виде соответствующего сигнала передается на блок 3, задающей соответствующий диапазон перенапряжений электрофильтра.

В соответствии с измеренным значением удельного электрического сопротивления выбирают диапазон перенапряжения электрофильтра , который составляет при УЭС < 10⁹ Ом, 2,7 < < 3,1; при 10⁹ Ом < УЭС < 10¹¹ Ом, 2,3 < < 2,7; при УЭС > 10¹¹ Ом, 1,9 < < 2,3 соответственно).

Сигнал с блока 3, задающего диапазон перенапряжения электрофильтра, поступает на первый вход электронного регулятора 4 напряжения, а с него подается на коронирующие электроды электрофильтра. Вольтметром 5 и амперметром 6 измеряют значения напряжения и тока на коронирующих электродах.

Измеренные приборами 5, 6 текущие значения напряжения и тока подают в вычислительный блок 7, где рассчитывают плотность тока коронного разряда и осуществляют ее сравнение с эталонной, составляющей 0,4 - 0,6 мА/м². Расчет плотности тока коронного разряда осуществляют по формуле
где I - текущее значение тока коронного разряда, мА.

S - площадь осаждения осадительных электродов, м².

По результатам сравнения с вычислительного блока 7 на второй вход электронного регулятора 4 поступает сигнал, разрешающий либо повышение перенапряжения на коронирующих электродах на , либо его снижение на кратное значение и только потом его повышение на .

Одновременно на третий вход электронного регулятора 4 поступает сигнал датчика 8, измеряющего остаточную запыленность в потоке отходящего газа. Сигнал о стабилизации остаточной запыленности, поступающий в электронный регулятор 4, запрещает последующее повышение перенапряжения на коронирующих электродах.

Вычислительный блок 7 вторым выходом соединен с исполнительным механизмом 9 узла регенерации осадительных электродов.

Если рассчитанная величина попадает в заявляемые пределы, то перенапряжения на агрегате питания повышают на установленное фиксированное значение .

Цикл измерения, расчета и сравнения повторяется.

Одновременно на выходе из электрофильтра измерят остаточную запыленность пылемером.

Повышение перенапряжения на осуществляют до тех пор, пока происходит снижение остаточной запыленности при условии совпадения плотности тока коронного разряда с заявляемыми пределами.

Таким образом, осуществляется корреляция по остаточной запыленности газа.

Если рассчитанная величина j меньше заявляемого предела, являющегося эталонным, то есть меньше 0,4 мА/м², то сигнал об этом подают на устройство встряхивания электродов. При этом непрерывно изменяют перенапряжение электрофильтра, циклично снижая его на , а затем повышая его на , после чего повторяют измерение, расчет и сравнение j с эталонным до восстановления их соответствия.

Если рассчитанная величина j выше заявляемого предела, являющегося эталонным, то есть выше 0,6 мА/м², то перенапряжение электрофильтра снижают на , затем повышают на то же , проводят соответствующий расчет и сравнение.

Если соотношение не изменилось, то производят снижение перенапряжения на 2 , повышение его на , соответствующие измерения, расчет и сравнение.

Операцию повторяют до установления соответствия j верхнему заявляемому пределу. Одновременно подают сигнал об аварийной ситуации процесса очистки газа в электрофильтре.

Предлагаемый способ был испытан на Кумертаусской брикетной фабрике. За сушильными барабанами СПК-4 установлены электрофильтры УВП-12 в стальном корпусе.

Электропитание коронирующего промежутка осуществляли агрегатами питания АФТ-250, которые обеспечивают напряжение на коронирующих электродах до 50 кВ, при токах коронного разряда 125-250 мА.

Испытания предлагаемого способа проводили при трех объемных расходах паровоздушной смеси (в шахте) во входном канале электрофильтра - 11000 м³/ч, 25000 м³/ч, 40000 м³/ч, соответствующих трем разным технологическим режимам сушки бурого угля.

В каждом режиме сушки изменяется УЭС слоя пыли: ρ = 5•10¹¹ Ом•м; ρ = 9•10¹⁰ Ом•м; ρ = 7•10⁶ Ом•м, соответственно.

Плотность тока коронного разряда регулировали изменением перенапряжения на коронирующих электродах.

При разных значениях удельного электрического сопротивления пыли изменяли плотность тока коронного разряда в заявляемых пределах, выбирая одновременно соответствующий диапазон перенапряжений.

При этом измеряли эффективность электрофильтра (в %) методом внутренней фильтрации, а также усредненно по восьми электрофильтрам определяли время безотказной работы (в час).

Как видно из таблицы, оптимальным является способ управления электрофильтром, при реализации которого выполняются заявляемые режимы;
выбор диапазона перенапряжения в экспериментально установленной определенной обратно пропорциональной зависимости от удельного электрического сопротивления;
при одновременном измерении плотности тока коронного разряда и поддержании ее в пределах 0,4 - 0,6 мА/м².

Применение - электрическая очистка отходящих газов от дисперсных взвесей в производстве брикетов из бурого угля, в химических и нефтехимических производствах, а также улавливание в электрофильтрах золы в теплоэнергетике и мусоросжигательных заводов, пылей в черной и цветной металлургии. Сущность заявляемого способа управления процессом очистки газов в электрофильтре заключается в том, что регулирование напряжения осуществляют в диапазонах перенапряжения, которые выбирают в обратной зависимости от текущих значений удельного электрического сопротивления. В качестве характеристики электрического поля выбирают плотность коронного разряда, которую в процессе очистки поддерживают в пределах 0,4-0,6 мА/м². Улавливание пыли с удельным электрическим сопротивлением менее 10⁹ Ом•м осуществляют путем регулирования напряжения в диапазоне перенапряжений 2,7-3,1; с удельным электрическим сопротивлением от 10⁹ до 10¹¹ Ом•м - в диапазоне перенапряжений 2,3-2,7, с удельным электрическим сопротивлением более 10¹¹ Ом•м - в диапазоне перенапряжений 1,9-2,3 соответственно. При применении изобретения достигается технический результат, который выражается в повышении эффективности работы электрофильтра, его надежности и времени безотказной работы. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ управления процессом очистки газов в электрофильтре путем регулирования напряжения на агрегатах питания в зависимости от удельного электрического сопротивления пыли в потоке очищаемого газа и от вычисленной по току и напряжению агрегатов питания характеристики электрического поля, отличающийся тем, что регулирование напряжения осуществляют в диапазонах перенапряжения электрофильтра, которые выбирают в обратной зависимости от текущих значений удельного электрического сопротивления, а в качестве характеристики электрического поля выбирают плотность тока коронного разряда и очистку ведут при ее значении 0,4 - 0,6 мА/м². 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при удельном электрическом сопротивлении пыли менее 10⁹ Ом • м регулирование ведут в диапазоне перенапряжений электрофильтра 2,7 - 3,1, при удельном электрическом сопротивлении пыли (УЭС) от 10⁹ до 10¹¹ Ом • м в диапазоне перенапряжений 2,3 - 2,7, при удельном электрическом сопротивлении больше 10¹¹ Ом • м 1,9 - 2,3 соответственно.