СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИМ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕМ Российский патент 2013 года по МПК B03C3/68 B01D46/46 

Область техники

Настоящее раскрытие сущности относится к способу управления работой электростатического пылеуловителя, который выполнен с возможностью удаления частиц пыли из технологического газа, который образуется в процессе горения. Раскрытие сущности дополнительно относится к устройству для управления работой электростатического пылеуловителя.

Уровень техники

Электростатические пылеуловители (ESP) широко используются в течение многих десятилетий для того, чтобы удалять частицы пыли из технологических газов, таких как отработавшие газы из процессов горения. Один пример ESP раскрыт в US 5114442.

Одной проблемой, связанной с ESP, являются так называемые обратные коронные разряды, т.е. то, что удельное сопротивление слоя уже собранных частиц пыли на электроде приводит к уменьшению формируемого электрического поля, что может повторно вводить собранные частицы в технологический газ.

Сущность изобретения

Следовательно, задача настоящего раскрытия сущности заключается в том, чтобы обеспечить способ или устройство для управления ESP, которое имеет улучшенную способность исключения обратных коронных разрядов при одновременном сохранении возможности эффективного удаления частиц пыли из технологического газа.

Эта задача достигается посредством способа по п.1, т.е. способа управления работой электростатического пылеуловителя, ESP, который выполнен с возможностью удаления частиц пыли из технологического газа, который формируется в процессе горения, отличающегося посредством формирования индикаторного сигнала, который отображает температуру воздуха для горения, подаваемого в процесс горения, и управления ESP в зависимости от индикаторного сигнала. Автор изобретения обнаружил, что обратные коронные разряды коррелируются с температурой воздуха для горения, который подается в процесс горения. Чем выше температура, тем выше риск появления обратных коронных разрядов. Следовательно, посредством приспособления (адаптирования) управления ESP к температуре воздуха для горения ESP может становиться более эффективным.

Один вариант для приспособления (адаптирования) ESP состоит в том, чтобы управлять средним током, подаваемым на электроды ESP, на основе индикаторного сигнала таким образом, что средний ток уменьшается с увеличением температуры воздуха для горения. Это эффективно приспосабливает ESP к более подверженной обратным коронным разрядам пыли, которую формирует более высокая температура воздуха для горения.

Другой способ достигать такого приспособления (адаптирования) в случае, когда на электроды ESP подаются импульсы напряжения/тока, состоит в том, чтобы увеличивать продолжительность периода прерывания между импульсами с увеличением температуры воздуха для горения. Это может достигаться, например, посредством использования меньшего числа импульсов напряжения в устройстве питания на основе полуимпульсов.

Еще один способ состоит в том, чтобы инициировать обстукивание ESP-электродов в моменты, когда температура воздуха для горения является сравнительно низкой, так что возмущения при обстукивании ограничены периодами времени, когда ESP в меньшей степени подвержен обратным коронным разрядам.

Индикаторный сигнал типично может формироваться посредством температурного датчика. Тем не менее таймер также может использоваться для того, чтобы формировать индикаторный сигнал, например, в тропических или субтропических регионах, где температура варьируется достаточно предсказуемо в течение дня.

Цель дополнительно достигается посредством устройства для управления работой электростатического пылеуловителя, ESP, который выполнен с возможностью удаления частиц пыли из технологического газа, который формируется в процессе горения, отличающегося тем, что упомянутое устройство выполнено с возможностью приема индикаторного сигнала, который отображает температуру воздуха для горения, подаваемого в процесс горения, и тем, что устройство выполнено с возможностью управлять электростатическим пылеуловителем в зависимости от индикаторного сигнала.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 схематично иллюстрирует устройство процесса горения, в котором электростатический пылеуловитель, ESP, используется для того, чтобы удалять частицы пыли из сформированных технологических газов.

Фиг.2 иллюстрирует приспособление (адаптирование) рабочей точки ESP к температуре воздуха для горения.

Фиг.3A и 3B иллюстрируют схему управления на основе полуимпульсов при использовании источника питания с тиристорным управлением.

Фиг.4 иллюстрирует то, как такая схема управления на основе полуимпульсов может осуществляться в зависимости от температуры воздуха для горения.

Фиг.5 иллюстрирует то, как работа источника питания с транзисторным управлением может осуществляться в зависимости от температуры воздуха для горения.

Фиг.6 иллюстрирует то, как синхронизация обстукиваний может быть оптимизирована на основе температуры воздуха для горения.

Подробное описание

Фиг.1 схематично иллюстрирует устройство процесса горения, в котором электростатический пылеуловитель выполнен с возможностью удаления частиц пыли из технологических газов, сформированных в процессе горения.

Процесс горения может проводиться в котле 1, в который подается горючий материал, такой как уголь 3 и воздух 5 для горения. Процесс горения формирует технологические газы 7, которые содержат частицы пыли. Технологические газы, т.е. отработавшие газы, иногда называемые топочными газами, подаются в электростатический пылеуловитель, ESP 9, который удаляет частицы из потока газа, чтобы формировать поток 11 выходного газа, который содержит сравнительно немного частиц и который может обрабатываться в дополнительных технологических операциях (не показаны), чтобы удалять загрязнения не в форме частиц, например, диоксид серы.

Настоящее раскрытие сущности относится к устройству 13 управления, которое управляет работой ESP 9 на основании температуры воздуха для горения. Оно предоставляет возможность совершенствования работы ESP несколькими способами, как описано ниже, при одновременном сохранении низкого объема остающихся частиц пыли в потоке 11 выходного газа.

В общем, обнаружено, что чем выше температура воздуха 5 для горения, тем выше риск обратных коронных разрядов. Это становится особенно заметным в тропических и субтропических климатических зонах, где дневная температура воздуха для горения зачастую может превышать 40°C.

Устройство 13 управления настоящего раскрытия сущности получает индикаторный сигнал, который отображает температуру воздуха для горения, подаваемого в процесс горения. Как правило, этим индикатором является фактический сигнал датчика от температурного датчика 15, который считывает температуру потока воздуха для горения. Такой датчик типично может размещаться в отверстии для впуска воздуха для горения или в фактическом потоке. Тем не менее также можно использовать температурный датчик, который размещается в любом месте в окружающей атмосфере около рассматриваемого производственного оборудования. В таком случае, может быть полезным выбирать местоположение, которое открыто для прямого солнечного света примерно в те же моменты времени, что и отверстие для впуска воздуха для горения.

Следует отметить, что индикаторный сигнал в принципе может получаться также без использования температурного датчика. Изменения температуры во многих местоположениях могут иметь высокую корреляцию как со временем суток, так и со временем года, и, следовательно, индикаторный сигнал на основе тактового генератора 17 также может быть применим для того, чтобы совершенствовать процесс ESP. В общем, индикаторный сигнал коррелируется с температурой воздуха для горения.

Далее поясняются различные способы, которыми устройство 13 управления может влиять на ESP 9 в зависимости от индикаторного сигнала. Даже если другие управляемые аспекты ESP являются возможными, наиболее интересными считаются три аспекта. Во-первых, средний ток ESP может управляться на основе индикаторного сигнала. Во-вторых, на схемы импульсного управления на основе транзистора или полуимпульсов может оказываться влияние, и в качестве третьего варианта может рассматриваться синхронизация обстукиваний (встряхиваний). Разумеется, на один, два или более таких аспектов может оказывать влияние индикаторный сигнал.

Индикаторный сигнал может включаться в схему управления по-разному. В одной схеме управления индикаторный сигнал может включаться в алгоритм управления таким образом, что непрерывное увеличение или уменьшение температуры воздуха для горения приводит к непрерывному изменению, например, напряжения ESP. В другой схеме превышение или недостижение порогового значения температурой воздуха для горения может инициировать конкретное действие в ESP или прерывистое изменение режима работы ESP. Эти схемы, разумеется, могут комбинироваться.

Могут рассматриваться схемы линейного, кусочно-линейного и нелинейного управления, а также, например, схемы управления на основе нечеткой логики.

В первой схеме ток ESP управляется на основе индикаторного сигнала. Под током ESP здесь подразумевается средний ток, который подается на электроды ESP, чтобы заряжать и собирать частицы.

Фиг.2 иллюстрирует приспособление рабочей точки ESP к температуре воздуха для горения. Чертеж схематично показывает вольтамперные характеристики 19 для ESP, указанные посредством сплошной линии. Характеристики являются релевантными для ESP, когда некоторая обладающая сопротивлением пыль уже собрана на электроде. Напряжение между электродами увеличивается с увеличением среднего тока, но только до определенного максимального напряжения V_max. Еще большие токи могут приводить к падению напряжений, главным образом вследствие обратных коронных разрядов. Тем не менее может быть уместным выбирать рабочую точку 21 в диапазоне, где напряжение уменьшается с увеличением среднего тока, поскольку эффективность удаления пыли тесно коррелируется с подаваемой мощностью, которая обычно имеет максимум в этом диапазоне.

С увеличением температуры воздуха для горения состав пыли изменяется для некоторых процессов горения, как подробнее поясняется ниже. Это изменение может быть обусловлено формированием более мелких частиц пыли, имеющих размер в несколько мкм, как поясняется ниже. С увеличением температуры воздуха для горения вольтамперные характеристики, следовательно, могут изменяться так, чтобы соответствовать пунктирной линии 23 на фиг.2. Обнаружено, что удельное сопротивление частиц может приводить к возникновению обратных коронных разрядов при более низком среднем токе и в большей степени.

Устройство управления на фиг.1, следовательно, позволяет изменять рабочую точку, т.е. заданный средний ток до более низкого значения 25, чтобы приспосабливаться (адаптироваться) к новым характеристикам и обеспечивать подходящую мощность ESP. Например, если индикаторным сигналом является сигнал датчика температуры, может использоваться алгоритм управления, который задает средний ток ESP как обратно зависимый от температуры воздуха для горения в рамках заранее определенного диапазона. Ток ESP затем типично повышается по мере того, как воздух для горения становится более прохладным, например, после заката.

Как правило, средний ток ESP изменяется посредством изменения времени отпирания в тиристорной схеме, хотя другие принципы для изменения тока могут быть возможными в зависимости от структуры ESP.

Другим параметром, который может быть релевантным для того, чтобы исключать обратные коронные разряды, является период прерывания между импульсами, когда ESP запитывается импульсным способом.

ESP, например, может использовать так называемую схему управления на основе полуимпульсов, как вкратце описано со ссылкой на фиг.3A и 3B, и на работу этой схемы может оказывать влияние индикаторный сигнал.

Под схемой управления на основе полуимпульсов здесь подразумевается схема, в которой во входном переменном токе не все полупериоды используются для того, чтобы подавать ток на ESP-электроды. Вместо этого используются каждый третий, пятый, седьмой и т.д. (нечетные числа, чтобы сохранять переменный ток). Фиг.3A иллюстрирует, например, переменный ток как формируемый посредством традиционной схемы питания с тиристорным управлением. Переменное напряжение с синусоидальным колебанием прикладывается к схеме, и система управления решает, в какой момент в течение каждого полупериода тиристоры имеют намерение начинать проведение зарядов, как указано посредством угла управления α на фиг.3A. Чем меньше угол управления, тем больше средний ток. В схеме управления на основе полуимпульсов, как указано на фиг.3B, тиристоры вообще не активируются в течение некоторых полупериодов. В проиллюстрированном случае каждый 3-й полупериод используется, но каждый 5-й, 7-й и т.д. полупериод также может использоваться.

Отделение импульсов периодами прерывания уменьшает обратные коронные разряды, т.е. электрический потенциал создается в слое уже собранных частиц на электроде, что принудительно отправляет некоторые из собранных частиц пыли обратно в поток газа.

Устройство управления (см. 13, фиг.1) тем самым может управлять ESP и использует схему управления на основе полуимпульсов, так что меньшее число импульсов (например, каждый седьмой импульс вместо каждого третьего) используется в случае, если температура воздуха для горения повышается. Это схематично проиллюстрировано на фиг.4, где первый, относительно низкий диапазон температур воздуха для горения (T) должен подразумевать, что все импульсы используются как "1", тогда как более высокие диапазоны температур должны подразумевать, что каждый 3-й, 5-й и т.д. импульсы используются таким образом, что период (t) прерывания между импульсами увеличивается. Это должно уменьшать обратные коронные разряды по мере того, как средний ток уменьшается, что приводит к более низкому электрическому потенциалу в слое пыли. Можно поддерживать требуемый уровень зарядки до большей или меньшей степени посредством одновременного изменения вышеуказанного угла управления α.

Аналогичная схема управления для схемы питания ESP с транзисторным управлением проиллюстрирована на фиг.5. В таком случае период прерывания между подаваемыми импульсами может выбираться произвольно, без какой-либо взаимосвязи с частотой электросети, как имеет место в системе с тиристорным управлением. Как указано, период (t) прерывания может быть линейно зависимым от температуры воздуха для горения (T), хотя это только пример.

Как упомянуто, обстукивание (встряхивание) ESP-электродов также может управляться на основе температуры воздуха для горения. Желательно концентрировать обстукивание в периоды, когда риск обратных коронных разрядов является сравнительно небольшим.

В частности, обстукивание последней части или области EPS или обстукивание при отключенном питании, так называемое обстукивание в выключенном состоянии, может выполняться только тогда, когда температура воздуха для горения находится в самой низкой части ее цикла. Фиг.6 иллюстрирует то, как обстукивания, указанные посредством символа "x", могут концентрироваться в моменты времени, когда температура воздуха для горения является относительно низкой, например ниже среднего за сутки или скользящего среднего.

Вышеописанное раскрытие сущности считается, в частности, релевантным для процессов горения, которые зачастую формируют пыль с высоким удельным сопротивлением, например, работающие на угле электростанции, некоторые металлургические процессы и некоторые цементировочные процессы. Под пылью с высоким удельным сопротивлением, в общем, подразумевается пыль с удельным сопротивлением выше 10¹² Ом*см, хотя процесс также может быть релевантным для составов пыли с большей проводимостью. Одно вероятное допущение относительно того, почему обратные коронные разряды увеличиваются с увеличением температуры воздуха для горения, состоит в том, что более высокая температура приводит к формированию более мелких частиц, например так называемых частиц PM10. Под частицами PM10 подразумевается вещество в виде частиц с диаметром, который составляет менее 10 мкм, и тем самым понятие PM10 также включает в себя гораздо меньшие частицы.

Подводя итог вышеуказанному, данное раскрытие сущности относится к способу или устройству для управления работой электростатического пылеуловителя, ESP. ESP используется для того, чтобы удалять частицы пыли из технологического газа, который формируется в процессе горения. Индикаторный сигнал формируется типично посредством температурного датчика, причем этот сигнал отображает температуру воздуха для горения, который подается в процесс горения. ESP управляется в зависимости от индикаторного сигнала. Тем самым обратные коронные разряды можно исключать в значительной степени.

Раскрытие сущности не ограничено вышеописанными вариантами осуществления и может изменяться по-разному в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к способу и устройству управления работой электростатического пылеуловителя, который выполнен с возможностью удаления частиц пыли из технологического газа. Способ управления работой электростатического пылеуловителя, ESP, который выполнен с возможностью удаления частиц пыли из технологического газа, формируемого в процессе горения, отличается тем, что он содержит этапы, на которых формируют индикаторный сигнал, который отображает температуру воздуха для горения, подаваемого в процесс горения, и управляют ESP в зависимости от индикаторного сигнала. Изобретение позволяет повысить эффективность удаления частиц пыли из технологического газа и снизить риск возникновения обратных коронных разрядов. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ управления работой электростатического пылеуловителя, ESP (9), который выполнен с возможностью удаления частиц пыли из технологического газа (7), формируемого в процессе горения (1), отличающийся тем, что он содержит этапы, на которых:
- формируют индикаторный сигнал, который отображает температуру воздуха (5) для горения, подаваемого в процесс горения, и
- управляют ESP (9) в зависимости от индикаторного сигнала.

2. Способ по п.1, в котором средний ток, подаваемый на электроды ESP (9), управляется на основе индикаторного сигнала таким образом, что средний ток уменьшается с увеличением температуры воздуха (5) для горения.

3. Способ по п.1 или 2, в котором на электроды ESP (9) подаются импульсы, и период прерывания между импульсами увеличивается с увеличением температуры воздуха (5) для горения.

4. Способ по п.3, в котором период прерывания увеличивается посредством использования меньшего числа импульсов напряжения в устройстве на основе полуимпульсов.

5. Способ по п.1, в котором обстукивание ESP(9)-электродов выполняется в моменты, когда температура воздуха (5) для горения является сравнительно низкой.

6. Способ по п.1, в котором индикаторный сигнал формируется посредством температурного датчика (15).

7. Способ по п.1, в котором индикаторный сигнал формируется посредством таймера (17).

8. Устройство (13) для управления работой электростатического пылеуловителя, ESP (9), который выполнен с возможностью удаления частиц пыли из технологического газа (7), который формируется в процессе (1) горения, отличающееся тем, что упомянутое устройство выполнено с возможностью приема индикаторного сигнала, который отображает температуру воздуха (5) для горения, подаваемого в процесс горения, и тем, что устройство выполнено с возможностью управления ESP в зависимости от индикаторного сигнала.

9. Устройство по п.8, выполненное с возможностью управления средним током, подаваемым на электроды ESP (9), на основе индикаторного сигнала таким образом, что средний ток уменьшается с увеличением температуры воздуха (5) для горения.

10. Устройство по п.8 или 9, в котором на электроды ESP (9) подаются импульсы тока, и устройство выполнено с возможностью управлять периодом прерывания между импульсами таким образом, что период прерывания увеличивается с увеличением температуры воздуха (5) для горения.

11. Устройство по п.10, в котором период прерывания увеличивается посредством использования меньшего числа импульсов напряжения в устройстве на основе полуимпульсов.

12. Устройство по п.8, при этом устройство (13) выполнено с возможностью инициировать обстукивание ESP(9)-электродов в периоды, когда температура воздуха (5) для горения является сравнительно низкой.

13. Устройство по п.8, в котором генератором сигналов является температурный датчик (15).

14. Устройство по п.8, в котором генератором сигналов является таймер (17).