Улавливание новыми электрофильтрами серии «Супер Э^ТМ» пылей второй группы (УЭС до 108 Ом·м), в том числе для улавливания высокоомной золы в энергетике, до уровня выбросов 50 мг/нм³ и менее на энергоблоках до 800 МВт технически реализовано и экономически обоснованно.

Улавливание золы экибастузских углей для энергоблоков до 500 МВт представляет серьезную проблему из-за ограниченной площади в ячейке, отведенной под установку для очистки дымовых газов. Требуемая для таких станций выходная запыленность из установки очистки по российским нормативам составляет 300 мг/нм³. Электрофильтры с проволочными (спиральными) электродами, установленные на Рефтинской ГРЭС, имеют 4 поля в длину и электроды высотой 12м, занимают всю площадь ячейки, отведенной для газоочистки. Достигнута практическая (рабочая) выходная запыленность 700-800 мг/нм³.

На пятом блоке Троицкой ГРЭС монтируется и пускается электрофильтр с игольчатыми коронирующими электродами. Электрофильтр тоже имеет 4 поля в длину и электроды высотой 12 м. При хорошем монтаже на этом электрофильтре расчетная выходная запыленность составит 600-700 мг/нм³. В обоих случаях требуемая нормативная выходная запыленность не достигается. Складывается впечатление что есть силы, которые обосновывают мнение о невозможности электрофильтрами достичь нормативную выходную запыленность на блоках 300 МВт, сжигающих экибастузские угли. На Рефтинской ГРЭС уже практически рассматривают применение рукавных фильтров. Рукавные фильтры, конечно, имеют на выходе запыленность 30 мг/нм³ и менее, но имеют и свои проблемы. Эксплуатационные затраты во много раз выше, появляются риски работы котла при снижении избытка воздуха, а для экибастузских углей, имеющих очень абразивную золу, работа каркасных фильтроэлементов при входной запыленности 50-100 г/нм³ очень далека от оптимальных условий работы фильтроэлементов в рукавном фильтре. Применение рукавных фильтров для золы экибастузских углей без подготовки газов обеспечивающих работу рукавного фильтра в оптимальных режимах представляет собой проблему для стабильной работы котла, а срок службы рукавов не будет отвечать требованиям котельщиков.

В этой работе представлена установка очистки дымовых газов блока 300 МВт Троицкой ГРЭС, обеспечивающая достижение нормативной выходной запыленности 300 мг/нм³ новыми электрофильтрами.

Для понимания процессов электронно-ионной технологии в электрофильтрах обычно рассматривают трубчатый электрофильтр, т.к. процессы можно рассматривать в двухмерном пространстве. На рис.1 приведены распределения напряженности поля в промежутке и вольтамперные характеристики (ВАХ), где U₀ – напряжения зажигания короны, U_сл – напряжение появления тока при наличии слоя на осадительных электродах, U_д.ф. – напряжения появления тока при наличии слоя и дисперсной фазы в промежутке.

 

Рис. 1. Схема коронного разряда (ε₁ < ε₂) (а) и распределения напряженности (б) и ВАХ (в) в трубчатом электрофильтре

 

Когда коронирующий электрод – провод, нужен маленький диаметр провода (менее 0,5 мм) с полированной поверхностью, что бы чехол короны был достаточно равномерный и ток на осадительном электроде меньше менялся во времени и по поверхности осадительного электрода. На практике с учетом обеспечения необходимой механической прочности применяют провод диаметром 2-3 мм и более. В этом случае чехол короны, особенно при небольших перенапряжениях (U – U₀) не однороден и соответственно на осадительном электроде мгновенные значения тока в выбранной точке измерения могут изменяться в сотни раз, а средние значения – в десятки раз. В 60-е годы в НИИОГАЗе было экспериментально установлено (рис.2), что скорость дрейфа частиц в поле коронного разряда с игольчатыми коронирующими электродами в несколько раз выше, чем при тонком проводе. Кроме того, из результатов этих экспериментов следует еще один вывод, на который ранее не обратили внимание. Скорость дрейфа частиц в электрофильтре существенно растет при снижении напряжения зажигания U₀ коронного разряда.

На рис.3 приведено распределение напряженности поля в пластинчатом электрофильтре и влияние дисперсной фазы на изменение распределения напряженности.

«Обратная корона» (рис.4,5) существенно влияет на вольтамперные характеристики. При возникновении «обратной короны» снижаются пробивные напряжения, иногда почти в 2 раза, возрастают рабочие токи агрегатов питания электрофильтров. Дисперсная фаза снижает токовые нагрузки (рис.1,5). Имеет место даже эффект запирания коронного разряда дисперсной фазой, когда токи нагрузки агрегатов питания падают почти до нуля.

 Рис. 2. Зависимость средней скорости дрейфа частиц от напряжения при различных коронирующих электродах.
Разрядное расстояние 55 мм: 1 – провод диаметром 0,3 мм; 2 – игольчатый электрод.
Разрядное расстояние 135 мм: 3 – электрод штыкового сечения.
Разрядное расстояние 122 мм: 4 – игольчатый электрод.
Скорость газа: 1,3,4 – 0,5 м/с; 2 – 1 м/с

Рис. 3. Схема коронного разряда и распределения напряженности в пластинчатом электрофильтре

  

U_сл = ρ k E_сл
Uпр= U_пит = U_k + U₀ + U_сл
ω ≡ E_з · E_ос ≡ U_a · U_ср

Рис. 4. Схема распределения напряжения по промежутку при наличии слоя на осадительном электроде

 

Наличие слоя на осадительных электродах (рис.4) тоже снижает токовые нагрузки агрегатов питания. Эти особенности часто приводят к тому, что напряжение начала появления тока мало отличается от напряжения U_пр, при котором происходят пробои. Агрегаты питания и электрофильтр на таком режиме работает не устойчиво. Снижение U₀ позволяет снизить эффект запирания коронного разряда дисперсной фазой и влияние слоя на снижение токов коронного разряда.

 

 

 Рис. 5. Изменение плотности тока в электрофильтре

 

Исследованиями в 70-80-е годы была доказана эффективность импульсного питания электрофильтров для улавливания, особенно высокоомных пылей. Но запирающее влияние дисперсной фазы и слоя на снижение токов коронного разряда при практической реализации импульсного питания сводило к минимуму формирование пульсаций напряжения на электрофильтре и соответственно положительный эффект от импульсного питания. Снижение U0 в этой ситуации позволяет формировать требуемы пульсации напряжения на электрофильтре, которые показаны на рис.6. и обеспечить весь положительный эффект импульсного питания и увеличение ω-скорости дрейфа частиц в электрофильтрах.

 

 Рис. 6. Виды импульсного питания электрофильтра

 

На рис.7 показано распределение тока по осадительному электроду при игольчатом коронирующем электроде. Расположением игл по коронирующему электроду можно регулировать плотность тока коронного разряда и, соответственно, управлять плотностью тока и возникновением «обратной короны».
 

Рис. 7. Распределение токов короны на плоской части С-образного элемента осадительного электрода для ленточно-игольчатых электродов с различным шагом Iш между иглами при высоте игл 12 мм и при напряжении 50 кВ
а – I_ш=200 мм; б – I_ш=120 мм; в – I_ш=80 мм

 

  На рис.8 показаны коронирующие элементы с U₀ = 10 кВ которые применены в новом электрофильтре, вместо стандартных ленточно-игольчатых с U₀ = 22 кВ и ленточно-зубчатых с U₀ = 23 кВ.
 

Рис. 8. Схема коронирующего элемента с пониженным напряжением зажигания 
электрофильтра для Троицкой ГРЭС.
1 – профилированная пластина; 2 – игла; 3 – желоб жесткости 

 

С учетом изложенного, для энергоблока №7 Троицкой ГРЭС разработан (рис.9) пятипольный электрофильтр с высотой электродов 15 метров, который обеспечивает за счет новой конструкции расчетную выходную запыленность 300 мг/нм³.
Кроме этого, электрический режим импульсного питания позволяет довести выходную запыленность до 150 мг/нм³, зависимость от температуры УЭС золы экибастузского угля приведена на рис.10.

 

Рис. 9. Компоновка электрофильтра с импульсным питанием для энергоблока 300 МВт Троицкой или Рефтинской ГРЭС (экибастузские угли)

  

Рис. 10. Результаты измерения зависимости ρ= f(T):
1 – зола экибастузских углей марки СС; 2 – пыль после печей обжига керамзитового завода ЖБК-1;
3 – зола уловленная электрофильтром на Хабаровской ТЭЦ-3

Таблица
Параметры работы электрофильтров «Супер Этм» на высокоомных пылях

наименование объекта	температура на входе, °С	входная запыленность, г/нм3	выходная запыленность, мг/нм3	степень очистки, %
Хабаровская ТЭЦ-3	160	22	66	99,7
Троицкая ГРЭС	150	63,7	300	99,5 (расчетная)
ЖБК- 1 г .Белгород	185	1,1	15	99

 Рис. 11. Компоновка электрофильтра с импульсным питанием на керамзитовой пыли ЖБК-1

 

 

Рис. 12. Компоновка комбинированного электрофильтра для энергоблоков 500 МВт ГРЭС