Электрическое оборудование электрофильтров

Питание электрофильтров осуществляется выпрямленным током высокого напряжения (60–80 кВ). Для преобразования переменного тока обычной частоты (50 Гц) и низкого напряжения (380 В) используют электрические агрегаты сравнительно небольшой мощности (20–150 кВт). Электрическое оборудование для электрофильтра состоит из повышающего трансформатора, выпрямителя, регулятора напряжения и пульта управления.

Для повышения напряжения, подаваемого на электрофильтр, используют специальные, в основном однофазные, трансформаторы. Специфические условия работы электрофильтра предъявляют особые требования к конструкции трансформатора и изоляции обмоток высокого напряжения, которая должна длительно выдерживать электродинамические перегрузки, возникающие при пробоях в электрофильтре. Для регулирования выходных параметров трансформатора его первичная обмотка секционируется.

На электроды электрофильтра должно быть подано напряжение определенной полярности, поэтому ток высокого напряжения, полученный после трансформатора, должен пройти выпрямление. Для этого применяют полупроводниковые выпрямители.

Полупроводниковые выпрямители характеризуются высоким КПД, малыми габаритами и большой стойкостью к механическим воздействиям. Пропуская ток только в одном направлении, полупроводниковые выпрямители позволяют применять простые схемы выпрямления переменного тока, лишенные всяких движущихся частей. Наибольшее распространение получили схемы с селеновыми и кремниевыми диодами (вентилями).

Допустимая плотность тока в селеновых вентилях не превышает 50 мА/см², поэтому их изготавливают в виде пластин значительной площади круглой, квадратной или прямоугольной формы с центральным отверстием. Па алюминиевую пластину наносят слой селена и поверх него контактный слой из легкоплавкого металла (сплав олова с кадмием). Селеновый диод рассчитан на действующее переменное напряжение 18–30 В; наибольший выпрямленный ток –  15–30 мА/см².

Диоды собирают в столбы на изолированной шпильке в количестве, соответствующем выходному напряжению трансформатора. Столбы диодов обычно помещают в бак вместе с трансформатором, где они охлаждаются циркулирующим маслом.

Предельная допустимая температура для селеновых выпрямителей 60–80 °С. Срок службы –   10 000 ч.

В настоящее время в агрегатах питания электрофильтров преимущественно применяют кремниевые выпрямители, которые, подобно селеновым, собирают и размещают в масляных баках вместе с трансформатором. Кремниевые диоды но сравнению с селеновыми более термостойки и компактны. Они допускают рабочую температуру до 150°С и значительно большую плотность тока. Срок службы кремниевых диодов практически не ограничен. Существуют различные схемы соединения полупроводниковых выпрямителей: в схеме с однополупериодным выпрямлением соотношение между напряжением выпрямленного и переменного тока составляет 0,45; в мостовой схеме соединения с двухполупериодным выпрямлением это соотношение равно 0,9. Применяют и другие, более сложные схемы соединения полупроводниковых выпрямителей.

В связи с непрерывным изменением температуры, влажности, запыленности и других параметров газового потока электрический режим работы электрофильтра непрерывно изменяется. Как следует из вольтамперной характеристики коронного разряда (см. рисунок 1), связь между напряжением на электродах и током короны нелинейна, и незначительное снижение рабочего напряжения (на 1 %) вызывает существенное уменьшение тока короны (на 5 %), в результате чего понижается эффективность работы электрофильтра.

В современных агрегатах питания максимально возможное по условиям пробоя напряжение на электродах поддерживается автоматическим регулированием электрического режима работы электрофильтра, осуществляемого следующими методами: поддержанием напряжения на границе дугового пробоя; по заданному числу искровых разрядов; по максимальному среднему напряжению на электродах; по максимальной величине полезной мощности, потребляемой электрофильтром. В настоящее время наиболее прогрессивна система автоматического регулирования режима работы электрофильтра, которая обеспечивает поддержание максимального среднего напряжения на электродах. С повышением первичного напряжения трансформатора среднее значение напряжения на электродах сначала линейно возрастает, достигая максимума, а затем начинает убывать в результате роста интенсивности искровых разрядов. Максимальное среднее напряжение на электродах соответствует оптимальному числу искровых разрядов в межэлектродных промежутках электрофильтра. Поэтому поддержание на максимальном уровне значения среднего напряжения на электродах соответствует режиму работы электрофильтра при оптимальном числе искровых разрядов, меняющихся с изменением параметров газового потока в широких пределах. Во всех случаях регулирование рабочего напряжения и выходного тока электрофильтра происходит за счет воздействия управляющего сигнала на главный регулятор, в качестве которого применяют автотрансформаторы, индукционные регуляторы, магнитные усилители, а в последнее время тиристоры (управляемые кремниевые диоды). Эффективность электрофильтров в значительной степени определяется работой агрегатов питания.

Агрегат питания должен обеспечивать проведение в процессе эксплуатации следующих основных операций:

а) включения и выключения электрофильтра с панели управления на месте и дистанционно;

б) регулирования выходного напряжения на электрофильтре в широких пределах;

в) поддержания на электродах электрофильтра напряжения, по возможности близкого к пробойному;

г) ограничения и последующего гашения электрических дуг, возникающих при пробоях электрофильтра;

д) автоматического повторного включения высокого напряжения после гашения дуги в электрофильтре.

В каждый современный агрегат питания электрофильтра входят следующие основные элементы: высоковольтный повышающий трансформатор; выпрямитель для преобразования переменного тока в постоянный; регулятор напряжения; высоковольтный выключатель; панель управления.

В настоящее время выпускается пять модификаций агрегатов питания, отличающихся друг от друга силой выпрямленного тока и потребляемой мощностью.

Электроагрегаты питания электрофильтров устанавливают в специальных помещениях, называемых преобразовательными подстанциями. В соответствии с требованиями, предъявляемыми к закрытым распределительным устройствам напряжением свыше 1000 В, высота подстанции в свету должна быть не менее 4 м. При длине подстанции более 7 м она должна иметь два выхода.

В помещении подстанции может быть установлено не более 20 агрегатов питания с общим количеством масла до 10 т или 12 агрегатов с общим количеством масла до 12 т. Подстанция должна быть снабжена приточно-вытяжной вентиляцией. Питание подстанции от заводских понижающих подстанций осуществляется через кабели 380–500 В. К осадительным электродам ток подводится стальной шиной, присоединенной в нескольких местах к контуру заземления. К коронирующим электродам ток подводится по высоковольтному бронированному одножильному кабелю. Для подавления радиотелевизионных помех все здание подстанции экранируется металлической сеткой, закладываемой в стены здания. Кроме того, в агрегатах устанавливают фильтры высокой частоты в виде дроссельных катушек с большим индуктивным и малым активным сопротивлением.

Основные преимущества электрической очистки газов следующие:

– широкий диапазон производительности – от нескольких м³/час до миллионов м³/час;

– высокая степень очистки газов – до 99,9 % и выше;

– гидравлическое сопротивление – не более 0,2 кПа (является основной причиной низких эксплуатационных затрат);

– низкие энергетические затраты на улавливание частиц, состоящие из потерь энер­гии на преодоление газодинамического сопротивления аппарата (не превышает 150-200 Па) и затрат энергии (обычно ее расход га осаждение частиц пыли составляет всего 0,3-1,8 МДж или 0,1…0,5 кВт-ч на 1000 м³ газа;

– возможность улавливания частиц размером 100…0,1 мкм и менее, при этом концентрация взвешенных частиц в газах может колебаться от долей до 50 г/м³ и более, а их температура может превышать 500 °С;

– могут работать под давлением и разрежением, а также в условиях воздействия различных агрессивных сред;

– электрофильтры могут улавливать сухие частицы, капли жидкости и частицы тумана;

– в электрофильтрах улавливаются частицы размером от 0,01 мкм (вирусы, табачный дым) до десятков микрон;

– весь процесс очистки газов можно полностью автоматизировать.

Преимущественная и экономически более целесообразная область применения электрофильтров – очистка больших объемов газов, отходящих от технологических агрегатов большой мощности, однако, в ряде случаев, применение электрофильтров может оказаться целесообразным и при очистке относительно малых объемов газов.

Недостатки электрофильтров:

– особенностью электрофильтров является высокая чувствительность процессов электрической очистки газов к неудовлетворительной центровке электродной системы и отклонениям технологического режима от проектного, а также к механическим дефектам внутреннего оборудования, которые могут являться результатом недостаточно тщательного проведения монтажных работ или неквалифицированного обслуживания при эксплуатации (относится их высокая чувствительность к отклонениям от заданных параметров технологического режима, а также к незначительным механическим дефектам в активной зоне аппарата);

– применение электрофильтров ограничено, если очищаемый газ представляет собой взрывоопасную смесь или такая смесь может образоваться в ходе процесса в результате отклонения от нормального технологического режима, так как при работе электрофильтра существует вероятность возникновения искровых разрядов. В исключительных случаях электрофильтры могут устанавливаться в условиях возможного образования взрывоопасных сред, однако при этом принимаются особые меры предосторожности, включающие специальные конструктивные решения, автоматическое выключение электропитания при возникновении взрывоопасных ситуаций и др.;

– в тех случаях, когда удельное электрическое сопротивление осажденного слоя пыли (УЭС) чрезмерно высоко, применение электрофильтров требует использования специальных мер по снижению УЭС пыли, что удорожает стоимость пылеулавливающей установки;

– из-за высокого УЭС (удельного электросопротивления) слоя золы некоторых углей на осадительных электродах возникает разность потенциалов выше пробойной и в местах кратеров, трещин возникают коронные разряды (обратная корона – источник положительных ионов, ведущий к вторичному уносу). Эти ионы двигаются к коронирующим электродам и нейтрализуют встречные отрицательные заряды.