Очистка Воздуха как генератор доходов

Основной причиной загрязнения воздуха, как в городах, так и в сельской местности является отсталая структура топливно-энергетического баланса, что приводит к повышенной запыленности атмосферы углем и продуктами его сгорания. Основные загрязняющие вещества, обнаруживаемые в атмосфере городов Китая – угольная пыль, диоксид серы, окислы азота, взвешенные вещества и твердые аэрозольные частицы. Основными проблемами, связанными с качеством атмосферного воздуха, являются загрязнение продуктами сжигания угля и широкое распространение кислотных осадков. Увеличение запыленности атмосферы и все чаще встречающийся смог практически во всех крупных городах Китая не могли не сказаться на здоровье населения: возросла смертность населения от заболеваний дыхательных путей и от злокачественных заболеваний.

Кислотные осадки как фактор ландшафтной дифференциации.

В настоящее время Китай занимает третье место в мире (после стран Европы и Северной Америки) по степени подверженности кислотным осадкам.

Для уменьшения концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе и, в первую очередь, соединений серы, азота и угарного газа, на поселково-волостных и городских промышленных предприятиях сооружаются дымовые трубы большей высоты (50-80 м). Это позволило уменьшить концентрацию загрязняющих веществ вокруг заводской территории, однако привело к их рассеиванию на большие расстояния и создало угрозу природным ландшафтам.

Для решения проблемы загрязнения воздуха в Китае можно применить отечественную разработку ФГУП Всероссийский Электротехнический Институт имени В.И Ленина

Очистка дымовых газов тэс с помощью электрофильтров

Основными источниками вредных выбросов являются, в основном, промпредприятия такие как тепловые электростанции (ТЭС), цементные заводы, металлургические и химические комбинаты, и др. Тепловые угольные электростанции являются основными поставщиками в атмосферу выбросов твёрдых частиц золы размером от 10 до 100 мкм среднеомных и высокоомных в зависимости от сорта, влажности, технического состояния устройств приготавливающих пылеугольную горючую смесь, цементные заводы – среднеомные пыли, металлургические и химические комбинаты - низкоомные. Так при сжигании твёрдого топлива только на одном блоке мощностью 500 МВт образуется примерно 500 м3 дымовых газов в секунду, содержащих до 20 г/м3 взвешенных частиц золы. Это соответствует выбросам в атмосферу 360 тонн золы в час или выбросы с учётом КПД 98%, 7,2 тонны в час, за год выбросы с учётом КПД 98% будут составлять 57 000 тонн золы в год. Поэтому улучшение степени пылеочистки в два раза это снижение выбросов до 28 500 тонн золы в год.

Во всех технологических процессах промышленные газы содержат мелкие твёрдые или жидкие частицы, от которых должны быть очищены. В целом ряде производств эти частицы являются конечным продуктом, например, в производстве некоторых цветных металлов, сажи, цемента, улавливании катализаторов при нефтеперегонке.

Наиболее широкое распространение получили электрофильтры для санитарной очистки дымовых газов тепловых электростанций. Так, например, при сжигании твёрдого топлива только на одном блоке мощностью 500 МВт образуется примерно 500 м3 дымовых газов в секунду, содержащих до 20 г/м3 взвешенных частиц золы. Это соответствует выбросам в атмосферу 360 тонн золы в час.

Электрофильтры являются на сегодняшний день наиболее эффективным средством очистки газов благодаря ряду особенностей:

• В электрофильтрах достигается высокая степень очистки газа до 99,9%;

• Электрофильтры имеют очень низкое динамическое сопротивление потоку газа;

• Электрофильтры позволяют улавливать взвешенные частицы в широком диапазоне размеров (от долей микрометров до десятков миллиметров);

• Электрофильтры легко регенерируются;

• Весь процесс очистки газов электрофильтрами легко поддается автоматизации.

Принципиальная схема электрофильтра представлена на рис.1. Между двумя плоскими осадительными электродами расположен ряд коронирующих проводов. В промежуток между коронирующими и осадительными электродами поступает запыленный газ. В поле коронного разряда, возникающего при подаче высокого напряжения на провода, частицы заряжаются и под действием поля движутся к осадительным плоскостям, с которых они периодически удаляются. Таким образом, концентрация взвешенных частиц по мере прохождения через электрофильтр постепенно уменьшается.

Практически для получения промышленной очистки используется множество таких электрофильтров. На рис.2 представлен пример использования электрофильтров. Наиболее распространены пластинчатые электрофильтры - аппараты с осадительными электродами в виде пластин, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Между пластинами расположены коронирующие электроды, укрепленные на рамах. В одном корпусе электрофильтра может быть расположено несколько независимых, последовательно расположенных систем электродов электрофильтра пылеочистки, например, типа ЭГА 1-36-9-5-3 осадительные электроды пластинчатые S - образного профиля, коронирующие электроды ленточно-игольчатые.

Рис.1 Конструкция ЭФ Рис.2 Технологическая схема пылеочистки с помощью 3-х

польных электрофильтров

Степень очистки газа в электрофильтре является основной характеристикой эффективности его работы. Она определяется содержанием пыли или жидких частиц в газе до поступления в электрофильтр и после выхода из него:

h =(Z_вх-Z_вых)/ Z_вх =1- Z_вых/ Z_вх

Z_вх - концентрации пыли на входе в электрофильтр; Z_вых - концентрация пыли на выходе из электрофильтра. Осаждение частиц происходит из области непосредственно примыкающей к электроду. Убыль частиц в этой области восполняется за счёт дрейфа частиц в электрическом поле и за счёт увлечения их турбулентными потоками. Так как течение газа в электрофильтре всегда турбулентное, то именно оно способствует выравниванию распределения концентрации частиц  в межэлектродном промежутке. В результате действия всех факторов: дрейфа частиц в поле, осаждения частиц на электродах и турбулентных пульсаций в межэлектродном промежутке устанавливается определенное распределение концентрации (рис.3) не меняющееся по длине электрофильтра, а уменьшается лишь её абсолютное значение.

Рис.3 Распределение концентрации частиц в межэлектродном промежутке  (1 - осадительные электроды; 2 - коронирующие электроды.

     Для повышения эффективности улавливания пыли необходимо с одной стороны увеличивать скорость движения частиц к осадительному электроду и длину электрофильтра, а с другой стороны уменьшать скорость газового потока и ширину межэлектродного расстояния. В первую очередь в электрофильтре осаждаются крупные частицы, а затем мелкие, у которых скорость дрейфа мала. Квадратичный характер зависимости скорости от напряжённости поля свидетельствует о целесообразности работы электрофильтра на предельно возможных напряжениях, что очевидно, соответствует предпробивному режиму. При этом предпочтительнее работать на отрицательной полярности питающего напряжения, т.к. при этом коронный разряд более устойчивый, а пробивное напряжение значительно выше, что хорошо иллюстрируется фигурами Либкнехта (рис.3).

а) отрицательная корона б)положительная корона

Рис.3 Фигуры Лихтенберга

     По мере зарядки частиц дисперсной фазы, имеющих значительно более низкую подвижность, происходит так называемое запирание коронного разряда, сопровождающееся снижением ионной составляющей тока, уменьшением плотности объёмного заряда ионов и прекращением дальнейшей зарядки частиц, а соответственно и снижению степени пылеочистки.

     Наиболее эффективный способ подавления обратной короны – кратковременное – импульсное изменение полярности напряжения питающего коронирующий электрод с отрицательной на положительную. Создаётся технология, так называемого, знакопеременного питания (рис.4).

Рис.4 Форма напряжения на коронирующем электроде при ЗПП электрофильтра

 Дополнительное преимущество знакопеременного питания в том, что при перемене полярности накопившийся за время присутствия отрицательного потенциала слой пыли самостоятельно соскальзывает с поверхности осадительного электрода без механического воздействия системы отряхивания. Пробой слоя наступает при его удельном электрическом сопротивлении rv>108-109ом м. Это соотношение принято считать критерием возникновения обратного коронного разряда. Время возникновения обратного коронного разряда определяется из условия зарядки слоя без учёта утечек зарядов через слой.

t_ок = 2 ε_сл ε₀ (E_{пр сл} - E_к/ε_сл)/j.

     При интенсивном коронном разряде процесс осаждения может полностью прекратиться. Наибольшее распространение получили три способа борьбы с этим вредным явлением:

• Кондиционирование газовой среды, приводящее к снижению удельного объёмного сопротивления ниже критического уровня;

• Импульсное питание коронирующих электродов, снижающее поток ионов к поверхности слоя и снижающее вероятность образования обратной короны;

• Знакопеременное питание электрофильтра, позволяющее заряжать частицы пыли зарядами обоих знаков и тем самым регулировать напряжённость поля внутри порошкового слоя.

     Электрофильтры имеют ряд преимуществ по сравнению с другими фильтрами - это большая долговечность, простота технического обслуживания, наличие непрерывного цикла золоудаления при достаточно высокой эффективности, отсутствие сменных элементов, большая пропускная способность и др. Cтоимость знакопеременных источников питания больше стоимости униполярных, однако, в абсолютном значении стоимость реконструкции электрофильтра значительно больше стоимости любых новых источников. Промышленные испытания источников ЗПП в режиме штатного отряхивания ОЭ, проведенные для пылей с УЭС ρv = 5∙10¹⁰…5∙10¹² Ом∙м у нас в России на углях Кузнецкого, Канск-Ачинского, Экибастузского бассейнов показали возможность экономии  энергопотребления на 20…80% по сравнению с униполярным питанием. И те и другие источники с питанием от сети 50 Гц. В результате  получено снижения концентрации пыли на выходе из газоочистительного аппарата в 1,5…2 раза. Применение любого типа источников питания, а особенно в источниках ЗПП промежуточного высокочастотного звена на частоте более 10 кГц позволит существенно снизить массогабаритные показатели, уменьшить уровень пульсаций выходного напряжения, снизить себестоимость. На рис.5 показан внешний вид осадительных электродов электрофильтра на ОАО «Каустик» г. Стерлитомак, при использовании штатного униполярного питания, а на рис.5 – ЗПП при осаждение гипохлорита кальция.

Рис.4 Вид осадительного электрода при работе Рис.5 Вид осадительного электрода при работе с ЗПП

с униполярным, штатным источником питания

Китайские тепловые электростанции обеспечивают более 72% электроэнергии, идея оснащения каждой ТЭС данными фильтрами также имеет экономическую привлекательность для нашего проекта.

.

11