Тема: Электрофильтры

Наиболее перспективным типом золоуловителей для круп­ных ТЭС являются электрофильтры, которые могут обеспечить высокую степень очистки газов при аэродинамическом со­противлении не более 150 Па практически без снижения температуры и без увлажнения дымовых газов.

В электрофильтрах запыленный газ движется в каналах образованных осадительными электродами 1 (рис. 3), которыми расположены через определенное расстояние коронирующие электроды 2.

Сущность процесса электрической очистки газов заключается в следующем. Запыленный газ проходит через систему, состоящую из заземленных осадительных электродов 1 и раз­мещенных на некотором расстоянии (называемом межэлект­родным промежутком) коронирующих электродов 2, к которым подводится выпрямленный электрический ток высокого на­пряжения с отрицательным знаком.

При достаточно высоком напряжении, приложенном к меж­электродному промежутку, у поверхности коронирующего элект­рода происходит интенсивная ударная ионизация газов, сопро­вождающаяся возникновением коронного разряда (ток короны)и

Газовые ионы различной полярности, образующиеся в зоне короны, под действием сил электрического поля движутся к разноименным электродам, вследствие чего в электродном промежутке возникает электрический ток, который и пред­ставляет ток короны. Частицы золы из-за адсорбции на их поверхности ионов приобретают в межэлектродном промежутке электрический заряд и под влиянием сил электрического поля движутся к электродам, осаждаясь на них. Основное количество частиц осаждается на развитой поверхности осадительных электродов, меньшая их часть попадает на коронирующие электроды. По мере накопления на электродах осажденные частицы удаляются встряхиванием или промывкой электродов.

Процесс электрогазоочистки можно разделить на следующие стадии: зарядка взвешенных в газе частиц, движение заряжен­ных частиц к электродам, осаждение частиц на них, удаление этих частиц с электродов.

Коронный разряд возникает при достижении определенной напряженности электрического поля, называемой критической или начальной, которая, например, для воздуха при атмосфер­ном давлении и температуре 20° С составляет около 15 кВ/см. При дальнейшем повышении напряженности нарушается элект­рическая прочность газового промежутка между электродами, наступает искровой или дуговой электрический разряд.

К коронирующим электродам подводится отрицательный заряд, так как подвижность отрицательных ионов выше положительных. Кроме того, при

Рис.2.Принцип работы электрофильтра:

1-осадительный электрод; 2- коронирующий электрод; 3- частицы золы; 4-электрическое поле; 5- слой осевшей золы; 6- заряженная зола.

отрицательной короне удается поддержать более высокое напряжение без искрового пробоя между электродами.

Рабочая часть электрофильтра, в которой существует элек­трическое поле, называется активной зоной. Она разделена на несколько электрических полей, через которые очищаемый газ проходит последовательно. Электрофильтры бывают однопольными и многопольными.

На большинстве электростанций, оснащенных элект­рофильтрами, применены аппараты типа УГ (унифицированный горизонтальный). Запыленные газы после газораспреде­лительной решетки 6 (рис. 3) поступают в коридоры, образованные вертикально висящими широкополосными осадительными электродами С-образной формы. Коронирующие электроды представляют собой профильные ленточные элементы с штампованными иглами, укрепленные в специальной рамке. Для удаления осевшей на электродах золы предусмотрены встряхивающие устройства в виде молотков, ударяющих по наковальням электродов. Осевшая зола попадает в бункера и затем через гидравлические затворы направляется в систему ГЗУ. Расчетная температура газов до 250° С.

Электрические поля имеют самостоятельное питание и си­стему встряхивания. На рис.3 показан трехпольный элект­рофильтр типа УГ. В первом поле оседает наибольшее количество золы, в последнем — минимальное.

Рис.3

Важным условием, определяющим эффективность работы электрофильтра, является агрегат электрического питания. Каждый агрегат обслуживает одно поле (или половину поля), состоит из трех узлов: повысительно-выпрямительного блока с высоковольтным распределительным устройством, блока магнитных усилителей, дросселей и пульта управления. Для поддержания напряжения в любой момент работы электрофильт­ра на грани пробивного, когда обеспечивается наилучшая ионизация газов, применена автоматическая схема регулирования.

Электрофильтры серии УГ имеют две разновидности: УГ2 с высотой электрода 7,5 и активной длиной каждого поля 2,5 м и УГЗ с высотой электрода 12,2 и длиной поля 4 м.

Число полей п в каждом электрофильтре может быть три и четыре. Поперечные сечения для прохода газов F_T, м², для электрофильтров УГ2 имеют следующие значения: 26, 37, 53, 74; для электрофильтров УГЗ: 88, 115, 177, 230, 265. Параметры золоулавливания электрофильтра определяются расчетным путем. Степень осаждения определяется двумя факторами — скоростью дрейфа частиц золы и удельной поверхностью осаждения f. Увеличивая f, можно получить высокую степень улавливания, однако это связано с большими расходами металла и увеличе­нием габаритов электрофильтров.

Скорость дрейфа , м/с, определяется в основном элект­рическими характеристиками электрофильтра и пылегазового потока и выражается как

, (1)

где —диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м; — относительная диэлектрическая проницаемость вещества части­цы; Е₃ — напряженность электрического поля зарядки,В/м; Е_ос — напряженность электрического поля осаждения, В/м.

Из (1) следует, что скорость дрейфа пропорциональна произведению напряженностей полей зарядки и осаждения и диаметру частицы (влияние остальных факторов менее существенно). Однако определить теоретическим путем вели­чины Е₃ и Е_ос затруднительно, из-за чего расчет по приведен­ному выражению возможен при наличии опытных данных по электрическим характеристикам.

Основными факторами, определяющими скорость дрейфа, являются электрические свойства пылегазового потока и в пер­вую очередь электрическое сопротивление золы. На рис. 4, а показана зависимость удельного сопротивления летучей золы , Ом • м, при работе электрофильтра от температуры. Мак­симум электрического сопротивления золы соответствует тем­пературе 100—130° С. Наибольшее р имеет зола углей с малым содержанием горючих в уносе, низким содержанием серы и влаги в топливе. К углям, зола которых имеет наиболее высокое электрическое сопротивление, относятся экибастузский и кузнецкий каменные угли. На рис. 4, б показано изменение скорости дрейфа от удельного сопротивления . В области = 10⁸ …10⁹ Ом-м происходит резкое падение скорости дрейфа.

Анализ работы электрофильтров на ТЭС показал, что основная причина менее эффективной очистки заключается в высоком удельном электрическом сопротивлении (УЭС) слоя золы, образующемся на осадительных электродах электрофильтра. Вследствие высокого УЭС проводимость слоя пыли уменьшается, что приводит к увеличению потенциала поверхности слоя, увеличению падения напряжения в слое при одновременном его уменьшении в газовом промежутке. При увеличении разности потенциалов между поверхностью слоя и заземленным электродом до значения, достаточного для пробоя газов, на некоторых участках поверхности слоя возникают относительно стабильные местные разряды. Это явление, вызывающее образование и выброс в межэлектродное пространство ионов со знаком, обратным знаку ионов, образую­щихся в основном процессе, принято называть обратной короной. Положительные ионы, образовавшиеся в зоне обратной короны, под действием электрического поля двигаются к коронирующему электроду, встречают на своем пути частицы золы, заряженные отрицательно, и нейтрализуют их заряды. В резуль­тате этого прекращается движение золовых частиц к осадительному электроду и снижается степень очистки газов в электрофи­льтре. Устойчивая обратная корона характеризуется появлением в слое пыли точек локализованных разрядов голубого цвета.

Высокое УЭС летучей золы обусловлено как параметрами дымовых газов (концентрация серного ангидрида и зависящая от него кислотная точка росы, парциальное давление водяных паров, температура газов и др.), так и химическим составом самой золы, главным образом соотношением в ней алюмосиликатов (Al₂O₃ + SiO₂) и щелочных металлов, в первую очередь натрия и лития. При определенной комбинации низких содержаний серы, водорода и влаги в угле с низкими концентрациями щелочных металлов в золе при общепринятых в котельной практике температурах уходящих газов 120—150° С удельное электричес­кое сопротивление золы вырастает до 10¹⁰… 10¹² Ом -м. При таких параметрах обратная корона возникает и развивается в электрофильтре исключительно быстро.

На степень улавливания золы большое влияние также оказывает равномерность распределения поля скоростей дымо­вых газов по сечению электрофильтра. С целью создания достаточно равномерного поля скоростей газов на входе в электрофильтр устанавливают газораспределительные решетки.

Современные электрофильтры серии ЭГА — горизонтальные, модификации А, изготавливаются в широком диапазоне типора­змеров при глубокой унификации узлов и деталей. Максималь­ная температура газов до 330° С. Электродная система — система, составленная из широкополосных (ширина элемента 640 мм) элементов открытого профиля и рамных коронирующих электродов с игольчатыми элементами. Шаг между одноимен­ными элементами составляет 300 мм. В электрофильтрах по ширине размещается от 10 до 88 газовых проходов. Номиналь­ная высота электродов принимается из ряда 6; 7,5; 9; 12 м.

В связи с повышением мощности энергоблоков потребо­валось создание двухъярусного фильтра. Для энергоблоков 800 МВт Березовской ГРЭС-1 разработан и изготовлен на базе серии ЭГА электрофильтр типа ЭГД (горизонтальный, двухъярусный) (рис. 2.9).

Электрофильтры серии У В — унифицированные вертикальные пластинчатые сухие для очистки газов с тем­пературой до 250° С, выпускаются взамен электрофильтров ДВП и ДВПН. Электрофильтры типа УВ имеют одно поле активной длины 7,4 м и разделены по газу на одну — три секции. Осадительные электроды—пластинчатые с нижним молотковым отряхиванием. Коронирующие электроды—рам­ные с верхним подвесом и молотковым встряхиванием.

Электрофильтры УВ рассчитаны на невысокую запылен­ность газов и скорость их в активном сечении до 1 м/с.