В данной главе научно обоснованы характерные параметры электрофильтров нового поколения и рассмотрены особенности их конструкции. Исходным для анализа является уравнение Дейча-Попкова для степени очистки, которое определяет главные влияющие факторы.

1. Оптимальная конструкция электродов электрофильтров. Показано, что коронирующие электроды электрофильтров должны обеспечивать при рабочем напряжении наибольшие значения максимальной и средней во времени и в пространстве напряженности поля. Этим требованиям удовлетворяют коронирующие электроды объемно-игольчатой конструкции, у которых (рис. 1):

– иглы имеют достаточную длину (≈ 25 мм) с малым радиусом закругления;

– расстояние между иглами составляет 25–50 мм, что позволяет получить достаточно большое число игл на единицу длины коронирующего электрода при отсутствии заметного экранирования;

– используются широкополосные коронирующие электроды (~ 30–50 мм) с уменьшенным расстоянием между рядами (80 мм вместо 160 мм);

– обеспечивается одинаковое расстояние от концов всех игл до элементов осадительных электродов, что также способствует равномерному распределению плотности тока коронного разряда по осадительным электродам.

При использовании хорошо зарекомендовавших себя осадительных электродов Эко МК 4х160 (СЧС-640) в качестве упрощенных промежуточных вариантов коронирующих электродов рекомендуются электроды Н-образной формы. Модернизированные осадительные электроды в полной мере удовлетворяют требованиям равнопрочности.

По сравнению с ленточно-игольчатыми электродами, которые использовались в электрофильтрах прошлого поколения, коронирующие электроды нового поколения обладают существенно сниженным, несмотря на увеличение разрядного расстояния, начальным напряжением (14 кВ), более высоким значением напряженности у поверхности осадительных электродов и более равномерным распределением вдоль их поверхности, более равномерным распределением плотности тока.

Сопоставление с американской конструкцией свидетельствует в пользу предлагаемых коронирующих электродов.

2. Увеличенное межэлектродное расстояние. В последний период в мировой практике используются электрофильтры с увеличенным межэлектродным расстоянием. Это приводит к существенной экономии материальных ресурсов и снижению стоимости аппаратов.

В соответствии с формулой Дейча-Попкова увеличение межэлектродного расстояния приводит к снижению степени очистки, однако на практике получено, что она не снижается. Ряд зарубежных фирм выпустил аппараты с межэлектродным расстоянием 500 мм.

Убедительным доказательством целесообразности применения увеличенного межэлектродного расстояния являются результаты испытаний электрофильтров ЭГА и ЭГАВ на энергоблоке 300 МВт Ладыженской ГРЭС. Электрофильтр ЭГВ имел межэлектродное расстояние 460 мм, а ЭГА – 300 мм. При одинаковых пылегазовых параметрах степень очистки имела одинаковую величину – 98 %, несмотря на отличие поверхности осаждения в 1,5 раза.

Неизменность степени очистки с увеличением межэлектродного расстояния впервые получила теоретическое обоснование в данной работе.

В соответствии с формулой Дейча-Попкова степень очистки для электрофильтров ЭГВ и ЭГА (см. выше) будет одинаковой, если:

 

 т.е. отношение напряженностей будем оценивать по ее значениям у поверхности осадительного электрода по центральной силовой линии.
Воспользуемся результатами расчета напряженности при коронном разряде в эквивалентной системе «Ряд проводов между плоскостями». Тогда при условии U_р>>U₀ получим:

 

 

Этот результат подтверждается экспериментальными исследованиями распределения поля в системе с игольчатыми коронирующими электродами с высотой игл 12 мм, расстоянием между иглами 400 мм и межэлектродными расстояниями 275, 350 и 400 мм (E_ср = 3, 35 кВ/см). Так, при изменении 2 h от 275 мм до 400 мм напряженность возрастает в 1,09 раза.

Второй причиной сохранения степени очистки является возрастание среднего градиента рабочего напряжения с ростом межэлектродного расстояния. Это обстоятельство отмечали американские исследователи, и это подтверждается сравнительными испытаниями электрофильтров ЭГА (2 h = 460 мм) и ЭГА (2h = 300 мм). Средний рабочий градиент возрастает примерно на 10 %.

Наиболее вероятной причиной этого является уменьшение влияния расцентровки коронирующих электродов, что подтверждается расчетами.

Выбор базового межэлектродного расстояния 2 h = 460 мм определяется также тем, что для питания таких электрофильтров достаточно использовать агрегаты с номинальным напряжением 110 кВ, а не разрабатывать новые агрегаты.

Важным критерием выбора межэлектродного расстояния 460 мм явилось рациональное использование корпусов электрофильтров ЭГА и УГ при их реконструкции.

3. Увеличение высоты электродов до 18 м. Проблема, связанная с размещением электрофильтров на определенном пространстве в соответствии с компоновкой блоков на современных ТЭС, сжигающих уголь, приводит к необходимости увеличивать высоту электродной системы до 18 м. Существующие до настоящего времени электрофильтры не позволяют это сделать из-за необходимости встряхивания электродных систем, в особенности коронирующих, в нескольких уровнях по высоте аппарата.

В связи с этим были проведены исследования динамических характеристик электродных систем при верхнем расположении механизмов встряхивания. Для этого использовалась программа «Элос–2003», позволяющая учесть эксцентриситеты приложения ударной силы в двух плоскостях, а также наличие пыли на электродах.

Сопоставление с результатами расчетов при нижнем расположении механизмов встряхивания показывает, что при верхнем расположении требуется меньшая величина скорости молотка в момент удара и обеспечивается более равномерное распределение величины ускорения по высоте электрода. Результаты стендовых испытаний осадительных электродов на специальном экспериментальном стенде подтвердили результаты расчетов. Получено, что успешная регенерация обеспечивается при скорости удара 0,5 м/с.

Минимальная величина ускорения при верхнем встряхивании электрода в одном уровне составляет менее 100 g, что ниже критического уровня ускорений для отряхивания пыли в промышленных электрофильтрах.

Отсюда следует однозначный вывод о необходимости встряхивания коронирующих электродов высотой 18 м в двух рядах для обеспечения требуемого минимального ускорения 100 g.
В связи с необходимостью обеспечения оптимального режима встряхивания, при котором вторичный унос может быть снижен в 1,3–2,5 раза по сравнению с непрерывным встряхиванием, автором данной работы предложен электропривод с частотным регулированием скорости вращения выходного вала мотор-редуктора (0,125–7,5 об/мин).

Такие возможности нового электропривода позволяют для каждого поля установить оптимальный режим встряхивания осадительных электродов. Это особенно важно для электродов большой высоты, так как позволяет минимизировать унос в последних полях электрофильтров.

Для изготовления осадительных электродов высотой 18 м была создана специальная автоматическая линия холодного профилирования.

Итак, в электрофильтрах нового поколения предусмотрено применение электродов высотой до 18 м. Для коронирующих электродов рекомендуется верхнее расположение механизмов со встряхиванием в двух рядах. Для осадительных электродов возможно совместное как нижнее, так и верхнее расположение механизмов встряхивания, но последнее является предпочтительным, если требуется достигнуть ускорения более 100 g для осадительных электродов выше 12 м.

4. Уменьшение влияния неактивных зон. В работе показано, что даже при малой доле потока газа через неактивные зоны они оказывают существенное влияние на степень очистки. Однако устранению перетоков газа через неактивные зоны ранее уделялось мало внимания.
В работе предложен ряд решений, устраняющих влияние этого явления путем установки дополнительных перегородок, экранов и уменьшения некоронирующих зон в рамах коронирующего электрода.

Показано, что для электрофильтров нового поколения необходима установка последовательно двух газораспределительных решеток на входе. В этом случае коэффициент неоднородности распределения потока может быть принят равным 1,1.

Впервые обращено внимание на искажение распределения потока в последних полях электрофильтров. Исследования показали, что за счет этого пылеунос из последнего поля может увеличиться в 2,6 раза.

Для уменьшения неравномерности поля скоростей в последнем поле следует устанавливать дополнительную решетку, конструкция которой разработана специально для установки в конфузоре.

6. Новая система регулирования напряжения. За основу взята предложенная в данной работе система регулирования по последующему полю, а последнее поле по максимуму произведения Uср • Uмакс. Для использования уже существующего регулятора по максимуму среднего напряжения предлагается упрощенный способ, заключающийся в том, чтобы выпрямленное напряжение было в 1,03–1,05 раза больше максимального (U_a · U_cp)/U²_пр= max, если улавливаются пыли II группы.

Электрофильтры нового поколения предназначены для очистки технологических газов при температуре до 330º С, запыленности до 75 г/нм³, имеют производительность до 1.7 млн. м³/ч и степень очистки до 99,9 %. Они могут быть использованы в различных отраслях промышленности: в энергетике, в черной и цветной металлургии, цементной, химической и других отраслях, для реконструкции действующих и строительства новых установок.

В работе сопоставлены варианты применения электрофильтров нового поколения с действующими электрофильтрами в сходных условиях. Рассмотрены случаи улавливания золы второй группы по электропроводности, высокоомной золы, получающейся при сжигании экибастузского угля, улавливания клинкерной пыли при сухом способе производства цемента.

Из сопоставления следует, что электрофильтры нового поколения обладают целым рядом преимуществ. В качестве примера конструкции первых электрофильтров нового поколения может быть представлен электрофильтр ЭГВ, уже выпускаемый в настоящее время. Его характеристики: межэлектродное расстояние – 460 мм. Высота электродов – до 15 м, число полей – 2–8 штук длиной 2,56–3,84 м. Производительность при скорости газа 1 м/с – 50–1300 тыс. м³/ч. Концентрация частиц на входе должна быть не более 90 г/м³, а на выходе удовлетворяет действующим нормативам. В электрофильтрах ЭГВ используются коронирующие электроды СФ-2 и широкополосные осадительные электроды Эко МК 4х160.

Применены новые конструктивные решения узлов встряхивания и их верхнее размещение. В Электрофильтрах типа ЭГВМ и ЭГАВ реализованы все отличительные особенности аппаратов нового поколения. Аппараты типа ЭГАВ 2х56-12-5-4 внедрены на заводе «Северсталь» для очистки аспирационных газов литейного двора. Применение верхнего встряхивания коронирующих электродов позволило сократить межпольный промежуток с 1,6 до 1 м и увеличить активную длину электрофильтра на 25 % в том же корпусе за счет установки в каждом поле еще одного дополнительного элемента осадительного электрода.