Электрофильтры

Преимуществом электрофильтров является способность улавливать тонкую золу с частицами 10 мкм и менее, поэтому они особенно эффек­тивны при приготовлении пыли в шаровых барабанных мельницах. Элек­трофильтры очищают газы до концентрации твердых частиц в дымовых газах за фильтром порядка 50 мг/м³. При грамотном проектировании, хо­рошем изготовлении и правильной эксплуатации с помощью электро­фильтров может быть обеспечена очистка газов на 99–99,8 %.

Принцип действия электрофильтра (рис. 1) базируется на создании неравномерного электрического поля высокой напряженности и образо­вании коронного разряда в окрестности коронирующих электродов, рас­положенных в корпусе электрофильтра. Вокруг электрода, имеющего профиль с острыми углами, при напряженности электрического поля око­ло 1,5 МВ/м возникает интенсивная ионизация дымовых газов в узкой области, прилегающей к электроду (зона а ). Возникает коронный разряд, в результате которого из молекул дымовых газов выталкиваются отрица­тельно заряженные электроны и образуются положительно заряженные ионы дымовых газов. Электроны под действием сил электрического поля приходят в движение в направлении от коронирующих к осадительным электродам (зона b). Встречая на своем пути частицы золы, электроны абсорбируются на них и передают им свой отрицательный заряд (зона с ). Теперь уже частицы золы движутся по направлению к осадительным лектродам, где и осаждаются (зона d) под действием сил электростати­ческого поля и адгезии (сцепления).

Рис. 1. Процесс ионизации (а) и принцип работы электрофильтра (б)

Ранее осадительные электроды имели S-образный про­филь с косыми карманами для отвода уловленной золы. У новых электро­фильтров серии ЭГА (электрофильтр горизонтальный типа А) осадитель­ные электроды карманов не имеют. Широкополосные осадительные элек­троды, имеющие одинаковый электрический потенциал, связываются между собой в жесткую систему. Осадительные электроды набираются из четырех- восьми элементов. Профильно-пластинчатые осадительные электроды обеспечивают хорошее удержа­ние золы в углубленных их частях, достаточно жесткую конструкцию и минимальный расход металла. Осадительные электроды заземляются.

Коронирующие электроды устанавливают между осадительными электродами и крепят к рамам, подвешенным к опорно-проходным изоляторам. Для получения наивысшей напряженности электрического поля коронирующие электроды должны иметь заостренную форму. В настоящее время применяют коронирующие электроды с фиксированными точками разряда — ленточно-игольчатые в виде узких полос с выштампованными иголками. На концах иголок достигается наивысшая напряженность электрического поля. Подвод электрического тока (заряда) высокого напряжения к коронирующим электродам электрофильтров (60—80 кВ) осуществляется агрегатами питания.

Необходимый электрический ток для игольчатых коронирующих элек­тродов, мА, определяется по формуле

I = J _A A _п (1)

где J _A – плотность тока, мА/м²;

А _п – площадь поверхности осадительных электродов, приходящаяся на один агрегат, м².

Плотность тока принимается в пределах 0,2—0,35 мА/м² при сжигании каменного угля и 0,3—0,5 мА/м² при сжигании бурого угля. Жела­тельно на каждую систему осадительных электродов («каждое поле») ус­танавливать самостоятельный агрегат питания.

Зола с осадительных электродов удаляется при ударах встряхивающе­го механизма. Для встряхивания электродов наибольшее распростране­ние получили ударно-молотковые механизмы. Эффективность удаления золы с электродов зависит от режима встряхивания. Наихудшие резуль­таты получаются при непрерывной системе встряхиваниями и при встря­хивании всех полей через одинаковые промежутки времени. Длительность интервалов между встряхиваниями первого поля рассчитывается по формуле. Для остальных полей соотношения интервалов встряхивания осадительных электродов электрофильтра выбираются по таблице в зави­симости от номера поля и числа полей у электрофильтра.

Эффективность работы золоуловителя, в том числе и электрофильтра, согласно теории золоулавливания оценивается параметром золо­улавливания П:

П=vА/V=vA / u ω, (2)

где v – скорость движения частиц золы под действием сил осаждения к поверхности осаждения (скорость дрейфа), м/с;

А – площадь поверхности осаждения, м²;

V – объемный расход дымовых газов, м³ /с;

и – сред­няя скорость движения пылегазового потока, м/с;

ω – сечение для про­хода газов, м².

Применительно к электрофильтру площадь поверхности осаждения

A = 2 m n L _п Н, (3)

где m – число проходов для газов;

n – число полей по ходу газов;

L _п – длина одного поля, м;

Н – высота электродов, м.

Сечение для прохода газов

ω = 2 m t Н, (4)

где t – расстояние между коронирующими и осадительными электрода­ми, м.

Таким образом, параметр золоулавливания для электрофильтра

(5)

Согласно теории золоулавливания параметр золоулавливания связан со степенью проскока летучей золы ε формулой

ε = С_вых / С_вх = ехр (– П) (6)

Тогда степень золоулавливания:

η = 1 – ε (7)

Для электрофильтра параметр золоулавливания и, следовательно, сте­пень золоулавливания возрастает с увеличением эффективной скорости дрейфа частиц v, числа полей у электрофильтра n и длины каждого поля L_п и уменьшается с ростом скорости дымовых газов и и расстояния t между коронирующими и осадительными электродами.

На основе обобщения данных испытаний отечественных электро­фильтров было получено полуэмпирическое выражение для параметра золоулавливания:

(8)

где к_ун – коэффициент вторичного уноса.

Основное влияние на степень золоулавливания в электрофильтре ока­зывает скорость дрейфа (скорость осаждения) v. Согласно теории движе­ния заряженной частицы в электростатическом поле скорость дрейфа оп­ределяется электрическими характеристиками электрофильтра и запы­ленного потока газов по формуле

(9)

где ε₀ – диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м (ε₀ = 8,85 × 10^-12 Ф/м);

ε_ч – относительная диэлектрическая проницаемость вещества частицы;

Е_з – напряженность электрического поля при заряд­ке, кВ/м;

Е _ос – напряженность электрического поля осаждения, кВ/м;

d – диаметр частицы, м;

µ — динамическая вязкость газов, Па × с.

В формуле (9) ε_ч и µ пылегазового потока меняются практически ма­ло. Примем для золы в среднем ε_ч = 4 и для дымовых газов среднего со­става при температуре 100—150 °С

µ = 24 • 10^-6 Па × с.

Подставляя значения ε₀, ε_ч и µ в формулу (9), получаем для обычных условий эксплуатации работы электрофильтров упрощенное выражение для скорости дрейфа

v = 0,25 Е₃ Е_ос d (10)

Для дальнейшего упрощения заменим произведение Е₃ Е_ос на сред­нюю напряженность поля Е в квадрате и получим

v = 0,25 E²d. (11)

Под средней напряженностью поля будем понимать

Е = U / t, (12)

где U — напряжение, подведенное к электрофильтру, кВ;

t — расстояние между осадительным и коронирующим электродами, м.

На работу электрофильтра существенное влияние оказывает удельное электрическое сопротивление золы r_у, Ом/см. На рис. 2. показана зависимость r_у от температуры дымовых газов и от содержания в топли­ве серы S ^р.

Рис. 2. Зависимость электрического сопротивления золы от температуры и кон­центрации в топливе серы S^p

Наиболее эффективно улавливается зола, для которой 2 × 10⁷ < r_у < 8× 10⁷. Степень улавливания существенно снижается при log r_у > 9. В этом случае образуется так называемая «обратная корона», когда про­исходят перезарядка осевших частиц золы и их обратный выброс в газо­вый поток.

Высокой степени очистки дымовых газов малосернистых углей с вы­соким удельным электрическим сопротивлением летучей золы можно достичь в основном двумя способами.

Рис. 3. Двухступенчатый золоуловитель для золы топлив с высоким удельным электрическим сопротивлением:

1 — вход запыленных газов; 2 — мокрый скруббер; 3 — подвод орошающей воды мок­рого скруббера; 4 — швеллерная решетка для задержания капель; 5 — газораспредели­тельные решетки; 6 — система осадительных электродов; 7 — бункера для уловленной золы; 8 — выход очищенных и увлажненных дымовых газов

Первый способ – размещение электрофильтра до воздухоподогрева­теля в зоне относительно высоких температур газов (200–300 °С), когда удельное сопротивление золы резко падает (рис. 2).

Второй способ – кондиционирование дымовых газов, осуществляе­мое впрыском химического агента, снижающего удельное электрическое сопротивление летучей золы (вода, аммиак, сернистый ангидрид, извест­ковое молоко и другие вещества).

Удобной оказалась установка мокрого золоуловителя – скруббера – перед электрофильтром (рис. 3).

Рис. 4. Горизонтальный трехпольный электрофильтр:

1 — входзапыленного газа; 2 — выход очищенного газа; 3 — газораспределительная

ре­шетка; 4— защитная коробка для подвода электрического тока высокого напряжения;

5 — рама коронирующих электродов; 6 — осадительный электрод; 7 — механизм

встря­хивания коронирующих электродов; 8 — механизм встряхивания осадительных электро­дов;9 — корпус электрофильтра; 10 — золовой бункер; 11— газоотражательные пере­городки бункеров; 12— подъемная шахта; 13 — газораспределительные объемные

эле­менты; 14 — конфузор за электрофильтром

На степень улавливания большое влияние оказывает скорость газов, причем в отличие от циклонных золоуловителей степень улавливания золы в электрофильтрах растет с уменьшением скорости. Поэтому для углей с высоким удельным электрическим сопротивлением золы прихо­дится принимать малые скорости газового потока (u = 1–1,2 м/с), а для прочих топлив u = 1,6–1,8 м/с. Для газового потока с низкой скоростью необходима установка электрофильтров очень большого поперечного се­чения, что ведет к большим расходам металла и высоким капитальным затратам.

Эффективность работы электрофильтра во многом зависит от равно­мерности поступающего потока, а также от рациональной организации потока в электрофильтре. Необходимо обеспечить равномерный по сече­нию поток и отсутствие проскока части запыленного газа в бункера под полями электрофильтров.

Для глубокой очистки дымовых газов для экологически безопасных ТЭС требуются многопольные электрофильтры с числом полей от 4 до 8. Один из вариантов такого электрофильтра был представлен на рис. 3, другой вариант дан на рис. 5. Здесь изображен четырехпольный элек­трофильтр для энергоблока мощностью 800 МВт. Чтобы обеспечить тре­буемую малую скорость движения дымовых газов в электрофильтре, приходится из-за большого расхода газов применять двухъярусную компо­новку электрофильтров.

Такие электрофильтры позволяют достигать высокой степени улавли­вания η = 99,5—99,8 % при гидравлическом со­противлении электрофильтра не более 150 Па.

Для удаления золы углей с неблагоприятными электрофизическими свойствами, как уже отмечалось, приходится прибегать к кондициониро­ванию поступающих в электрофильтр дымовых газов. Так, перед элек­трофильтрами, улавливающими золу экибастузских углей, устанавлива­ют мокрые скрубберы (см. рис. 3), где благодаря подаче в поток дымо­вых газов воды происходит снижение их температуры на 30—50 °С с од­новременным увеличением их влажности. Это приводит к снижению удельного электрического сопротивления золы и к лучшему ее улавлива­нию в электрофильтре. При этом можно получить очистку дымовых газов до концентрации порядка 30-50 мг/м и η= 99,8 %.

Рис. 5. Четырехпольный двухъярусный электрофильтр

1а, 1б — вход запыленных газов в верхний, нижний ярусы; 2а, 2б — выход очищенных газов из верхнего, нижнего ярусов; 3 — корпус; 4а, 4б — верхний, нижний бункера золы; 5 — канал для поступления золы из верхнего бункера в нижний; 6 — осадительный

элек­трод; 7 — коронирующий электрод; 8 — встряхивающий механизм осадительных элек­тродов; 9 — рама коронирующих электродов; 10 — подвод высокого напряжения к коронирующим электродам; 11 — электрообогрев бункера; 12 — газораспределительная

решетка

Дата добавления: 2015-10-21