Тема № 2 «Электростатические установки»

 

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ

Научиться выбирать электрооборудование для технологических процессов, использовать экологически чистые технологии производства.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

 

Самостоятельно ознакомиться с теоретичеческими положениями, подготовить ответы на контрольные вопросы. Занятия проходят в интерактивной форме с решением технологических ситуаций, а также могут проходить в виде устного опроса по теоретичеческим положениям.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Установки электрофильтров

Электрофильтры применяются для очистки воздуха, выбрасываемого в атмосферу, от мельчайших пылевых частиц и капель вредных жидкостей.

Возможность эффективного улавливания тончайших частиц пыли сухим способом открывает широкие перспективы применения электрофильтров в цементной, химической, угольной, металлургической и других отраслях промышленности.

В электрофильтрах используется принцип действия электростатического коронного сепаратора. Очищаемый воздух проходит через электрическое поле высокой напряженности и ионизируется коронными разрядами. В результате ионизации на пылевых частицах концентрируются отрицательные заряды, вызывающие оседание пыли на положительно заряженных электродах. Электрофильтры бывают трубчатые и пластинчатые.

Трубчатые электрофильтры – с вертикальным потоком газа. Подлежащие чистке газы проходят внутри трубчатых осадительных электродов 2, по оси которых располагаются коронирующие электроды 1.

В трубчатом электрофильтре осадительными электродами (рис. 1, а) являются трубы диаметром 200-300 мм и длиной 4 м; по оси трубы натянут коронирующий электрод (проволока
Æ 2-4 мм из стали, нихрома, титана).

В поле коронного разряда частицы заряжаются, под действием электрического поля движутся к осадительным электродам и осаждаются на них. Слой пыли удаляют периодическим встряхиванием электродов. Очищенный воздух выходит из проточной камеры – 3, через патрубок – 6, а пыль ссыпается в бункер – 5 (рис. 1, а).

 

а

б

 

Рис. 1.Схема электрофильтров: а – трубчатый;
б – пластинчатый

 

Коронирующий электрод – 1 изолирован от земли и подключен к отрицательному полюсу источника питания, осадительный электрод присоединен к положительному полюсу и заземлен. При достаточно большом напряжении (рис. 2, а) переменный ток подается на выпрямитель 2 через повышающий трансформатор 1 приложенном к межэлектродному промежутку, напряженность поля около коронирующего электрода достаточна для возникновения коронного разряда. В результате после разряда образуются отрицательно заряженные частицы, которые под действием сил электрического поля движутся от коронирующих – электродов 4 к осадительным – 3.

 

 

Рис. 2. Принципиальная схема электрофильтра
для газоочистки

Частицы золы или пыли, встречая на своем пути ионы, адсорбируют их, заряжаются и под действием сил поля
(рис. 2, б) также движутся к осадительным электродам, где
и осаждаются.

Начальные напряжения, при которых появляется коронный разряд, имеют большое значение для практики электрогазоочистки.

Из условия следует, что начальная напряженность является функцией только радиуса коронирующего электрода и не зависит ни от материала этого электрода, ни от формы другого электрода.

Для известного критического значения Е₀ необходимую разность потенциалов U_к между коронирующим электродом радиуса r₀ и осадительным радиуса R можно определить по формуле:

. (1)

Линейную плотность тока в коронном разряде для рассматриваемого случая определяют по формуле:

, (2)

где – сила тока с единицы длины коронирующего электрода;
– напряжение, приложенное к электродам; k – подвижность ионов; – начальное напряжение коронного разряда.

Частицы, движущие под действием сил поля, в результате столкновения с ионами газа приобретают заряд. Предельная величина заряда, при котором частица не получает новые ионы, определяется по формуле:

, (3)

где E₃ – напряженность электрического поля в той же точке, где частица получает свой заряд, В/ м; r – радиус частицы.

Кривые зависимости отношения заряда, приобретаемого сферической частицей, к его предельному значению от времени зарядки показаны на рис. 3. Более 99 % частиц радиусом мкм приобретают предельный заряд за время с; при известной скорости газа можно определить необходимую длину аппарата.

Для известного значения и напряженности поля
в точке, и где находятся частицы, сила взаимодействия электрического поля и заряда частицы выражается формулой:

(4)

Так, как напряженность электрического поля является функцией расстояния от коронирующих электродов, то сила F– величина переменная. Во внешней области короны, где находятся отрицательные ионы, эта сила направлена к осадительному электроду (рис. 2, б).

Пластинчатые электрофильтры имеют осадительные электроды в виде пластин, расположенных на некотором расстоянии
(рис. 3) друг от друга. Электрическое поле в пластинчатых электрофильтрах несколько слабее, чем в трубчатых, поэтому их проще изготовить и в них легче обеспечить встряхивание.

 

 

Рис. 3. Кривые зависимости от времени зарядки Q/Q_пр

Например, электрофильтр УПВ-12,2 представляет собой проточную камеру 1 (рис. 4, а). В камере (рис. 4, б) натянуто 11 струнных коронирующих электродов 2 (проволока из нержавеющей стали диаметром 1,5-3,0 м) и подвешено 12 осадительных электродов 3. Осадительные электроды набраны из двойного ряда пластин шириной 450 мм.

 

 

Рис. 4. Устройство электрофильтра УПВ-12.2: а – общий вид; б – расположение коронирующих и осадительных электродов; 1 – стенки камеры; 2 – коронирующие электроды; 3 – осадительные электроды; 4 – подвесное устройство коронирующих электродов; 5-7 – элементы встряхивающего механизма; 8 – пылевой бункер

 

Между пластинами образуется канал для ссыпаемой пыли при встряхивании осадительного электрода 3. Встряхивание электродов производится через каждые 2 мин специальным ударным механизмом. Установленная мощность электрооборудования 5,4 кВт, производительность по воздуху 22000 м³/4.

Использование при работе электрофильтра высокого напряжения и наличие в воздухе тонкодисперсной пыли создают повышенную взрыво- и пожароопасность. Это определяет особые требования к четкости ведения технологического процесса для обеспечения безопасности и к строгости соблюдения правил эксплуатации электрофильтров. Электрофильтры работают в автоматическом режиме. Система автоматизации должна обеспечить строгое соблюдение заданной влажности и температуры паровоздушной смеси. При выходе контролируемых параметров за допустимые пределы срабатывает блокировка, выключающая высокое напряжение.

Качество работы электрофильтров в значительной степени определяется агрегатами высоковольтного питания. В настоящее время в электрофильтрах часто используются агрегаты, состоящие из высоковольтных трансформаторов, выпрямителей тока, шкафов управления с системой регулирования и защиты. По принципу действия агрегаты можно разделить на источники тока и напряжения. При питании электрофильтра от источника тока ток короны практически постоянен, а выходное напряжение изменяется пропорционально сопротивлению нагрузки; при питании от источника напряжения ток короны сильно изменяется
в зависимости от напряжения.

Устройство высоковольтного выпрямительного блока типа ВКВ (рис. 5) представляет собой однофазный мост 1 с заземленным через миллиамперметр положительным полюсом.

 

 

Рис. 5. Высоковольтный выпрямительный блок ВКВ:
а – принципиальная схема; б – конструктивная схема

Плечи выпрямительного моста охвачены симметрирующими экранами 2, выравнивающими динамическое распределение напряжения вдоль последовательной цепочки вентилей. На выходе выпрямительного моста включен высоковольтный ограничитель 3, состоящий из параллельно соединенных катушки индуктивности и резистора. Он предназначен для ограничения импульсных токовых перегрузок при искрениях электрофильтра.

Все элементы выпрямительного блока смонтированы на металлическом каркасе 4, в нижней части которого крепится высоковольтный трансформатор 5. Каркас подвешивается к крышке бака 6, заполненного трансформаторным маслом.

В каждом плече выпрямителя включено последовательно от 20 до 40 высоковольтных кремниевых вентилей, зашунтированных конденсаторами. Блоки ВКВ рассчитаны на питание от обычной промышленной сети, их выходное напряжение равно
80 кВ, к.п.д. 95 %, выпрямленный ток 250-400 мА.

В отношении повышения эффективности и безопасности работы электрофильтров еще применяют тиристорные агрегаты питания типа АУФ (рис. 6).

Агрегаты типа АУФ имеют универсальную систему регулирования, включающую в себя три независимых принципа регулирования; экстримальный, искровой и периодический.

Блок-схема автоматического агрегата АУФ-400 показа на рис. 6.

 

 

Рис. 6. Блок-схема автоматического агрегата АУФ-400

Контрольные вопросы

 

1. В каких электроустановках применяют электрофильтры?

2. На чем основан принцип действия электрофильтров?

3. Как влияет скорость движения частиц в электрофильтрах?

4. Влияние напряженности поля на процесс фильтрации.

5. Зачем в схемах электроустановок с фильтрами необходимо применить повышающий трансформатор?

6. Недостатки работы установок с электрофильтрами.