Метода Электрофильтры и сепараторы Малахова 2014

0

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева»

Кафедра электроснабжения горных и промышленных предприятий

Составитель

Т. Ф. Малахова

ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЫ, ЭЛЕКТРОСЕПАРАТОРЫ, УСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ ОКРАСКИ

Методические указания к практическому занятию

Рекомендованы учебно-методической комиссией направления 140400.68 «Электроэнергетика и электротехника»

в качестве электронного издания для использования в учебном процессе

Кемерово 2014

1

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

С. А. Захаров – заведующий кафедрой электроснабжения горных и промышленных предприятий

И. Ю. Семыкина – председатель учебно-методической комиссии направления подготовки 140400.68 «Электроэнергетика и электротехника»

Малахова, Татьяна Федоровна. Электрофильтры, электросе-

параторы, установки электростатической окраски: методические указания к практическому занятию по дисциплине «Потребители электроэнергии и их электрооборудование» [Электронный ресурс] для студентов направления подготовки 140400.68 «Электроэнергетика и электротехника», магистерская программа «Электроэнергетика», очной формы обучения / сост.: Т. Ф. Малахова. – Кемерово: КузГТУ, 2014. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM) ; зв. ; цв. ; 12 см. – Систем. требования: Pentium IV; ОЗУ 8 Мб; Windows ХР ; (CD- ROM-дисковод); мышь. – Загл. с экрана.

Составлены в соответствии с программой дисциплины «Потребители электроэнергии и их электрооборудование» и предназначены для проведения практических занятий и самостоятельной работы студентов. Представлено электрооборудование электростатического действия: электрофильтры, электросепараторы, установки электростатической окраски. Приведены электрические схемы установок схемы замещения электрооборудования.

©КузГТУ, 2014 © Малахова Т. Ф., составление, 2014

2

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Всоответствии с рабочей программой целью изучения дисциплины «Потребители электроэнергии и их электрооборудование» является изучение конструкций, особенностей и принципов работы электрооборудования.

Цель практического занятия: научиться выбирать электро-

оборудование для очистки воздуха, электросепарации (электростатическое обогащение), электростатической окраски.

2.СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ

ИМЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

КСАМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

Тема «Электрофильтры, электросепараторы, установки электростатической окраски» изучается магистрами на практических занятиях и является частью самостоятельной работы.

Самостоятельная работа заключается в написании конспекта по теме занятия. Для успешного выполнения самостоятельной работы необходимо составить план по теме занятия; изучить тему по литературе, выданной преподавателем на лекции или на практическом занятии.

В содержание конспекта обязательно должны войти:

–наименование и цель практического занятия;

–краткое изложение физико-энергетических основ электротехнологических процессов;

–схемы, таблицы, графики потребителей электроэнергии и их электрооборудования;

–принципы действия электрооборудования в зависимости от технологического процесса;

–источники питания электрооборудования.

В конце конспекта представить список использованной литературы, оформленный по всем правилам библиографии (автор, название работы, место издания, издательство, год издания, количество страниц).

По окончанию написания конспекта для самопроверки студенту необходимо ответить на контрольные вопросы.

3

Защита самостоятельной работы производится на практическом занятии по результатам выполненного конспекта и правильных ответов на вопросы, заданные преподавателем.

На практическом занятии магистры изучают электроустановки, работающие по методу электростатического действия: электрофильтры, электросепараторы, установки электростатической окраски материалов, их основные виды и схемы. Практическое занятие проходит как соревнование между студентами, выполняющими схожее задание, которое затем оценивается при защите практической работы.

3.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

3.1.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.

Вэлектрофильтрах 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 (рис. 1, а).

Втрубчатом электрофильтре осадительными электродами являются трубы диаметром 200-300 мм и длиной 4 м, по оси трубы

натянут коронирующий электрод (проволока 2-4 мм из стали, нихрома, титана).

4

Рис. 1. Схема электрофильтров: а – трубчатый; б – пластинча-

тый

В поле коронного разряда частицы заряжаются, под действием электрического поля движутся к осадительным электродам

иосаждаются 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).

Коронирующий электрод – 4 (рис. 2, а) изолирован от земли

иподключен к отрицательному полюсу источника питания, осадительный электрод присоединен к положительному полюсу и заземлен. При достаточно большом напряжении 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.

Частицы золы или пыли, встречая на своем пути ионы, адсор-

5

Рис. 2. Принципиальная схема электрофильтра для газоочистки

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 Uк между коронирующим электродом радиуса r0 и осадительным радиуса R можно определить по формуле:

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

ионов; Uк – 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:

6

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 Qïð от времени

зарядки показаны на рис. 3. Более 99 % частиц радиусом r 2 3 мкм приобретают предельный заряд за время t 1 с; при

известной скорости газа можно определить необходимую длину аппарата.

Для известного значения Qпр и напряженности Eос поля

в точке, и где находятся частицы, сила взаимодействия электрического поля и заряда частицы выражается формулой:

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/Qпр

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

8

мом. 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.

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

9

промышленной сети, их выходное напряжение равно 80 4 кВ, КПД 95 %, выпрямленный ток 250-400 мА.

Рис. 5. Высоковольтный выпрямительный блок ВКВ:

а– принципиальная схема; б – конструктивная схема

Вотношении 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; экстремальный, искровой и периодический.

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

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