Таблица 5.28

Формулы для расчета коэффициента ж

Способ подвода орошения	Скорость газа vг , м/с	Длина горловины трубы, lг, м	Формула
Центральный подвод орошения, предварительное дробление орошающей жидкости, пленочное орошение	 60 < 60	(0,1512,0) D	ж = 1,68 сух (lг/D)0,29·m1 – b, где b = 1,121 (lг/D)–0,045 ж = 3,49 сух (lг/D)0,266 m1 – b, где b = 0,98 (lг/D)0,266
Периферийное орошение в конфузоре	> 80 < 80	0,15 D	ж = 13,4 сух m0,024 ж = 1,4 сух m–0,316
Батарея труб Вентури	40–150	0,15 D	ж = 0,215 сух m–0,54

3. Рассчитывают эффективность очистки, используя вероятностно-энергетический метод (формулы (5.6), (5,7), (5.71), (5.72)). Величина lg _ принимается равной 0,29.

5.5. Электрофильтры

Теоретические основы осаждения пыли в электрофильтре изложены в разделе 4.

Электрофильтр представляет собой аппарат с вертикальным и горизонтальным движением газового потока, в котором размещены осадительные и коронирующие электроды. Осадительные электроды заземлены, а к коронирующим подводится выпрямленный электрический ток высокого напряжения от преобразовательной подстанции.

Конструктивная схема электрофильтра представлена на рис. 5.86. Между двумя осадительными плоскостями натянут ряд проводов. В пространстве между плоскостей поступает запыленный газ. В поле коронного разряда, частицы заряжаются и движутся к осадительным плоскостям, с которых они периодически удаляются.

Процесс очистки газов в электрофильтре можно разделить на стадии: зарядка взвешенных частиц в поле коронного разряда, движения заряженных частиц к электродам, осаждение частиц на электродах, удаление осажденных частиц с поверхности электродов. (рассмотреть самостоятельно).

Преимущества электрических фильтров:

— низкие энергозатраты (0,1–0,5 кВч) на 1000 м³ газов;

— высокая степень очистки газов — до 99 % , и выше при улавливании частиц любых размеров;

— низкое газодинамическое сопротивление (100–150 Па);

— возможность работы в агрессивных средах;

— возможность очистки высокотемпературных газов;

— возможность полной автоматизации; процессы регулирования напряжения, удаление с электродов уловленных частиц и выгрузки пыли в электрофильтрах могут полностью механизированы и автоматизированы;

— широкий диапазон

— возможность очистки как от твердых, так и от жидких частиц.

Однако удельные капитальные затраты для установок электрической очистки газов возрастают с уменьшением их единичной производительности. По этим соображениям сухие электрофильтры применяют, если количество очищаемых газов более 80–100 тыс. м³/ч.

Мокрые электрофильтры применяют и для очистки меньших количеств газов, особенно при очистке вентиляционного воздуха от жидких частиц, когда напряжение, подаваемое на электроды, не превышает 10–15 кВ.

Недостатки электрических фильтров:

— высокая чувствительность процесса фильтрации к отклонениям от заданных параметров технологического режима и к механическим дефектам в активной зоне аппаратов;

— высокая требовательность к уровню обслуживания;

— невозможность очистки от взрывоопасной пыли.

Рис. 5.86. Схема электрофильтра:

1 — выключатель; 2 — предохранительное устройство; 3 — регулятор напряжения; 4 — трансформатор; 5 — выпрямитель; 6 — кабель; 7 — изолятор; 8 — осадительный электрод; 9 — коронирующий электрод; 10 — заземление

Конструкция электрофильтра в основном определяется технологическими условиями его работы: составом и свойствами очищаемых газов и частиц пыли, температурой, давлением и влажностью газов, требуемой степенью очистки и другими факторами.

Классификация электрических фильтров. Электрофильтры разделяются на однозонные и двухзонные аппараты. В однозонных электрофильтрах зарядка и осаждение частиц пыли производится в одной конструктивной зоне электродов, а в двухзонных аппаратах зарядка и осаждение пыли происходит в двух последовательных зонах — ионизаторе и осадителе. Двухзонные электрофильтры применяются в основном для очистки вентиляционного воздуха, а однозонные аппараты получили широкое применение для улавливания пыли почти во всех отраслях промышленности.

В зависимости от количества последовательно расположенных электрических полей электрофильтры подразделяются на однопольные и многопольные, а в зависимости от числа параллельных аппаратов — на одно- и многосекционные. В зависимости от направления газового потока в активной зоне аппарата электрофильтры подразделяются на горизонтальные и вертикальные.

По конструкции осадительных электродов электрофильтры подразделяются на пластинчатые и трубчатые. В пластинчатых электрофильтрах осадительные электроды выполняются в виде параллельных поверхностей, набираемых из пластин определенного сечения, а в трубчатых электрофильтрах осадительные электроды выполнены в виде труб круглого, овального или шестигранного сечения.

Осадительные электроды должны удовлетворять следующим требованиям:

— обладать достаточной механической прочностью и жесткостью;

— иметь гладкую без острых кромок поверхность;

— обладать высокими аэродинамическими характеристиками;

— обеспечивать эффективное встряхивание осажденной пыли.

Гладкая поверхность осадительного электрода необходима для обеспечения максимальной напряженности электрического поля. Гладкие электроды просты в изготовлении, хорошо встряхиваются, однако обладают существенным недостатком, связанным с повышением вторичным уносом пыли при встряхивании ее с электродом.

По этой причине гладкие (плоские) осадительные электроды применяются при скоростях газов не более 1 м/с. В то же время для обеспечения надежной работы в условиях высоких температур и сильных вибрации конструкция осадительного электрода должна обеспечить минимальный вторичный унос пыли и обладать достаточной механической прочностью.

Рис. 5.87. Типы осадительных электродов:

а — гладкие; б — прутковые; в — коробчатые (тюльпанообразные); г — желобчатые; д — С-образные; е — широкополосные С-образные; ж — трубчатые; з — сотовые; 1 — осадительные электроды; 2 — коронирующие электроды

Основные конструкции осадительных электродов представлены на рис. 5.87. Наиболее распространенными электродами в сухих пластинчатых электрофильтрах являются прутковые, коробчатые, С-образные.

Исследования, проведенные в НИИОгазе, показали, что наиболее полно требованиям к осадительным электродам удовлетворяют С-образные электроды, прокатываемые из стальной ленты. По сравнению с другими электродами они выгодно отличаются пониженной металлоемкостью (удельная масса 20 кг/м²), имеют высокие аэродинамические характеристики, хорошо встряхиваются. Кроме того, на С-образных электродах равномерно распределяется осажденная пыль.

К коронирующим электродам предъявляются следующие основные требования:

— точная форма — для создания интенсивного и достаточно однородного коронного разряда;

— механическая прочность и жесткость — для обеспечения надежности и долговечности работы электрофильтра в условиях вибрации, воздействия механизмов встряхивания и пылегазового потока;

— простота изготовления и низкая стоимость; поскольку в современных высокопроизводительных аппаратах длина коронирующих электродов составляет десятки километров, это требование очень существенно;

— стойкость к агрессивным средам.

По характеру коронирования электроды подразделяются на две группы: без фиксированных точек ионизации и с фиксированными точками ионизации. В электродах первой группы разрядные точки расположены вдоль поверхности электрода; они непостоянны как по месту расположения, так и по времени. Для обеспечения коронирования такие электроды изготавливают с достаточно малым радиусом кривизны, но при этом должна обеспечиваться и жесткость электрода при выборе его поперечного сечения (рис. 5.88, а).

Конструкция коронирующих электродов второй группы обеспечивает фиксацию точек коронирования по их длине. У таких электродов ионизация происходит с поверхности шипов или остриев, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. Изменяя расстояние между шипами или иглами, а также меняя высоту шипов можно управлять коронным разрядом. В зависимости от свойств пылегазового потока и улавливаемой пыли, а также условий работы электрофильтра чаще всего применяют различные типы игольчатых электродов (рис. 5.88, б). Использование игольчатых коронирующих электродов дает возможность получить коронный разряд с заданной неравномерностью при пониженных значениях токов, что в целом является благоприятным фактором.

Конструкция электрофильтров. Основными конструктивными элементами электрофильтров являются: система осадительных и коронирующих электродов; устройства встряхивания (смыва) осевшей пыли с электродов; узлы газораспределения в аппарате; корпус, где размещается механическое оборудование; узлы подвода и отвода очищаемых газов; устройства для вывода из аппарата уловленного продукта; узлы ввода в электрофильтр тока высокого напряжения.

Рис. 5.88. Типы коронирующих электродов:

а — без фиксированных точек ионизации; б — с фиксированными точками ионизации; 1 — круглый провод; 2 — штыкового сечения; 3 — ленточный; 4 — спиральный; 5 — канатный; 6 — ленточный с изгибами; 7 — крестообразный; 8–11 — игольчатые; 12 — колючая проволока; 13 — ленточно-зубчатый; 14 — полоса «экспалит»; 15 — пилообразный; 16, 17 — с фиксированными выступами

Системы встряхивания и промывки электродов. По способу удаления пыли с электродов различают сухие и мокрые электрофильтры. В сухих электрофильтрах пыль с электродов удаляется с помощью механизмов встряхивания, осыпается в бункер и поступает в систему пылеудаления. В мокрых аппаратах осевшие частицы пыли смываются с электродов водой.

Осадительные электроды встряхивают путем сообщения электродам возмущающего усилия, способного оторвать накопившийся на их поверхности слой пыли. Очистка поверхности происходит лучше, если электроду сообщается большее ускорение, однако при увеличении силы удара появляется опасность механического повреждения как электродов, так и систем их подвески.

Рис. 5.89. Ударно-молотковое встряхивание:

1 — элемент осадительного электрода; 2 — вал встряхивания; 3 — молоток; 4 — полоса встряхивания

В сухих электрофильтрах для удаления пыли с осадительных электродов применяются следующие системы встряхивания: ударно-молотковая система, пружинно-кулачковый механизм, магнитно-импульсное и вибрационное встряхивания. Устройство ударно-молотковой системы встряхивания, которое, как показала практика, является наиболее эффективной, приведено на рис. 5.89.

В ударно-молотковой системе встряхивание электродов осуществляется поочередно молотками шарнирно-рачажного типа, укрепленными на валах со смещением по винтовой линии относительно друг друга на 24. Валы встряхивания каждого поля приводятся во вращение электродвигателем с редуктором с частотой вращения 0,3 об/мин.

Удар молотка передает энергию осадительному электроду, элементы которого начинают колебаться. Для эффективного удаления пыли с осадительных электродов необходимо встряхивающие ускорения порядка (100150) g. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют C-образные широкополосные электроды с ударно-молотковой системой встряхивания. Для эффективного встряхивания C-образные элементы должны иметь надежный контакт с полосой встряхивания.

Пружинно-кулачковая система не обеспечивает интенсивного соударения электродов при встряхивании, имеют сложности в обслуживании и регулировки, поэтому в последнее время не используется.

В магнитно-импульсной системе производится удар по штанге встряхивания стальным плунжером входящим в состав электромагнита постоянного тока. Несмотря на возможность регулирования интенсивности встряхивания в широких пределах, из-за трудностей конструктивного характера не находит широкого применения.

Вибрационное встряхивание осуществляется электромагнитными вибраторами. Существенным недостатком, сдерживающим его широкое применение является усталостное разрушение металлоконструкций электрофильтра.

При проектирование системы встряхивания важно найти оптимальное соотношение между мощностью встряхивания и обеспечением надежности и долговечности оборудования электрофильтра.

Рис. 5.90. Корпус пластинчатого горизонтального электрофильтра:

1 — колонна постамента; 2 — опорный пояс корпуса; 3 — бункер форкамеры; 4 — правая стенка форкамеры; 5 — левая стенка форкамеры; 6 — крышка форкамеры; 7 — балка крышки корпуса; 8 — монтажный проем; 9 — стенка левая; 10 – утопленная изоляторная коробка; 11 — стенка правая; 12 — балка крышки корпуса; 13 — горловина люка обслуживания; 14 — опорный карниз для установки осадительных электродов; 15 — стойка корпуса; 16 — площадки обслуживания; 17 — горловина люка обслуживания; 18 — скользящая опора корпуса; 19 — бункер электрических полей

Корпуса и газораспределительные устройства. Корпус пластинчатого электрофильтра (рис. 5.90) представляет собой прямоугольную камеру, выполненную в виде прямоугольных рам, несущих на себе основные элементы оборудования.

Снаружи корпуса электрофильтров покрывают слоем теплоизоляции, которая предупреждает появление температурных деформаций и препятствует конденсации влаги на внутренних стенках корпуса.

Для равномерного распределения газов по сечению электрофильтра аппарат снабжен газораспределительным устройством (рис. 5.91), состоящим из одной или нескольких газораспределительных решеток, перед которыми обычно устанавливают направляющие лопатки. Живое сечение решеток составляет 35–45 %. Для предохранения от залипания пылью в отдельных случаях, обусловленных технологическими условиями, они снабжаются механизмами встряхивания.

Агрегаты питания электрофильтров. Высокое напряжение на электрофильтры (60–80 кВ) подается от повысительно-выпрямитель­ных устройств, которые в технической литературе получили название «агрегаты питания» электрофильтров (рис. 5.86). Система электрический фильтр — агрегат питания работает в режиме оборотной связи (рис. 5.92): любое изменение в активной зоне электрического фильтра отражается в режиме работы агрегата питания.

Рис. 5.91. Газораспределительное устройство:

1 — лопатки; 2 — газораспределительная решетка

Разработано достаточно много способов автоматического регулирования напряжения: системы регулирования по заданному току и напряжению; по дуговому пробою в фильтре; по заданному числу искровых разрядов в электрофильтре; по максимальному значению мощности коронного разряда; по максимальному среднему напряжению.

Рис. 5.92. Блок схема Электрофильтр — агрегат питания:

1 — регулятор; 2 — повышающий трансформатор; 3 — выпрямитель; 4 — электрофильтр

Конструкция агрегата питания состоит из двух основных блоков: «бака», в котором размещены высоковольтный трансформатор и выпрямительное устройство, и «шкафа», в котором находится электрическая и электронная аппаратура, осуществляющая управление работой агрегата. На коронирующие электроды подается отрицательное напряжение. Это вызвано тем, что при отрицательной короне величины пробивных напряжений в разрядном промежутке значительно большие, чем при положительной короне.

В настоящее время используются агрегаты питания типов АФАС, АРС, АИФ, АУФ, АТФ с автоматическим регулированием напряжения. Буквы в названиях агрегатов обозначают: А — агрегат; Ф — для фильтров; С — с селеновым выпрямительным устройством; И — с регулированием по числу искрений; У — универсальный; Т — тиристовый. Все указанные типы агрегатов — однофазные.

Агрегаты питания электрофильтров устанавливаются в отдельном помещении — подстанции. Кроме агрегатов питания, в подстанции установлены системы управления и сигнализации аппаратов и механизмов установки электрической очистки газов. Питание к подстанции, где установлены агрегаты, подводится от заводских понизительных подстанций. Трехфазный переменный ток напряжением 380–500 В подается по кабелям на распределительный щит подстанции.