Вопрос 2

Какие условия необходимо соблюдать для сохранения эффективности электрофильтра в процессе эксплуатации?

1) Скорость газа в активном сечении является одним из определяющих факторов работы электрофильтра.

С точки зрения влияния на процесс осаждения частиц этот параметр взаимосвязан с другим- активной длиной электрофильтра, поскольку оба определяют время пребывания газопылевого потока в аппарате или, что по существу то же самое, удельную поверхность осаждения электрофильтра.

Для обеспечения требуемой эффективности увеличение скорости газа может быть компенсировано соответствующим увеличением активной длины электрофильтра, т.е. должно быть обеспеченно требуемое время пребывания газа в аппарате.

В действительности при превышении определенного предела скорости любое увеличение длины электрофильтра не может предотвратить снижения его эффективности. Это объясняется тем, что скорость газа является важнейшим фактором влияющим на процессы вторичного уноса. Увеличение скорости газа в сухом горизонтальном электрофильтре с 1,5 до 3 м/с приводит к возрастанию уноса пыли при встряхивании в 8-10 раз. В то же время при скорости газа до 1 м/с унос пыли при встряхивании незначителен.

Поэтому максимальная скорость газа ограничивается определенными пределами в зависимости от конструкции электрофильтра. Для сухих электрофильтров с плоскими осадительными электродами и вертикальных электрофильтров скорость газа принимается обычно в пределах 0,8-1,0 м/с.

В горизонтальных сухих электрофильтрах с профилированными электродами в зависимости от требуемой выходной запыленности и условий улавливания верхний предел скорости газа не превышает 1,5-1,7 м/с, за исключением особо благоприятных условий.

Поскольку увеличение скорости газа в электрофильтре сильно снижает его эффективность, важнейшим условием нормальной работы электрофильтра является равномерное распределение очищаемого газа по всему активному сечению аппарата. Местное увеличение скорости запыленного газового потока на 20-30 % ее среднего значения, по которому рассчитан электрофильтр, вызовет резкое снижение эффективности, а следовательно, и проскок неочищенного газа, который существенно снизит степень улавливания электрофильтра в целом. Этот увеличенный проскок не будет компенсироваться увеличением эффективности в зонах пониженных скоростей газа ввиду экспоненциальной зависимости эффективности от скорости газа.

2) Электрические параметры электрофильтра являются другим важнейшим фактором, определяющим его эффективность. Параметры напряжение на электродах и сила тока короны – характеризуют интенсивность электрического поля. В свою очередь частицы в электрическом поле получают заряд, а зарядившись, под воздействием сил поля обретают скорость дрейфа к электродам.

Определяющим параметром с точки зрения дрейфа заряженных частиц в электрическом поле является напряженность поля. Скорость дрейфа частиц пропорциональна квадрату напряженности электрического поля, которая зависит от отношения напряжения на электродах к межэлектродному промежутку. Таким образом, наилучшие условия для осаждения частиц создаются при поддержании максимального напряжения на электродах.

Удельная мощность, подводимая к электрофильтру, также используется в качестве обобщенной характеристики, которая в конечном счете определяет интенсивность процессов, проходящих в активной зоне электрофильтра.

Зависимость степени улавливания золы из дымовых газов от удельной мощности, подводимой к электрофильтру, дана на рис. 6,28 б.

3) Концентрация и дисперсность частиц, подлежащих улавливанию, также оказывает влияние на эффективность электрофильтров. Здесь следует прежде всего отметить влияние этих параметров на зарядку частиц.

При больших входных концентрациях частиц их объёмный заряд оказывает существенное влияние на характеристики коронного разряда, и при определенных условиях происходит затухание тока коронного разряда, т.е. возникает явление, называемое запиранием короны. Решающую роль в данном случае играет счетная концентрация частиц- их количество в единице объема. Поэтому в случае очень мелких частиц запирание короны может происходить даже при сравнительно небольших весовых концентрациях, и наоборот, в случае крупных частиц электрофильтр может справляется с относительно большой из входной концентрацией.

Результатом запирания короны является недозарядка частиц и соответствующее снижение эффективности электрофильтра.

Для летучей золы теплоэлектростанций условия запирания короны практически соответствуют входной запыленности 30-40 г/м³ при нормальных условиях.

Для предотвращения запирания короны перед электрофильтром и для уменьшения входной запыленности в электрофильтре устанавливается дополнительная механическая ступень очистки газа, однако чаще всего этого не достаточно, и целесообразнее увеличить размеры электрофильтра.

4) Удельное электрическое сопротивление пыли является фактором, который существенно влияет на ход процесса электрической очистки газа в сухих электрофильтрах и может в некоторых случаях значительно искажать этот процесс, затрудняя или даже исключая возможность высокоэффективного пылеулавливания.

В связи с тем что процесс осаждения и удаления осажденных части с электродов в сухих электрофильтрах в значительной степени зависит от удельного электрического сопротивления осажденного слоя, принято делить пыли на 3 группы:

Пыли первой группы с удельным электрическим сопротивлением слоя менее 10² Ом*м (низкоомные пыли);

Пыли второй группы с удельным электрическим сопротивлением слоя 10²-10⁸ Ом*м;

Пыли третьей группы с удельным электрическим сопротивлением слоя более 10⁸ Ом*м (высокоомные пыли).

Нормальный процесс осаждения и улавливания частиц с электродов характерен для пылей второй группы, которые обычно хорошо улавливаются в электрофильтрах. При осаждение на электроде эти пыли разряжаются не сразу, а через некоторое время, достаточное для накопления слоя и формирования из мелких осаждений частиц агломератов под действием электрических и аутогезионных сил.

Размер агломератов обычно таков, что основная часть пыли при встряхивании электродов попадает в бункер электрофильтра и только небольшое количество уносится газовым потоком, образуя вторичный унос.

Улавливание пылей первой группы связано с определенными сложностями, так как низкоомные пыли мгновенно разряжаются, попадая на электрод. Если при этом пыли не агломерируются за счет аутогезионных сил, то большая часть осажденной пыли вновь уноситься газовыми потоками. Примером такой пыли могут служить частицы недогоревшего топлива (недожог) в дымовых газах котельных агрегатов, плохо улавливаемые в электрофильтрах.

Однако наибольшие трудности возникают при улавливании в электрофильтрах высокоомной пыли. При этом могут происходить явления, существенно нарушающие процесс электрогазоочистки. На осадительном электроде образуется пористый изолирующий слой. При превышении некоторого критического значения напряженности электрического поля в слое происходит электрический пробой пористого слоя, в результате которого образуется тонкий канал, заполненный положительными ионами. Канал выполняет роль острия, с которого развивается мощный обратный коронный разряд, действующий навстречу основному. Эффективность электрофильтра, работающего в условиях обратной короны, резко снижается.

Снижение эффективности объясняется уменьшением электрического заряда частиц за счет их частичной перезарядки в зоне короны обратного знака, снижением пробивного напряжения, достигающим в отдельных случаях 50%; деформацией электрического поля в межэлектродном пространстве, вызывающей существенное уменьшение скорости дрейфа частиц.

Поскольку одним из факторов, способствующих возникновению обратной короны, является местное увеличение удельной плотности тока в межэлектродном пространстве, стремятся свести этот фактор к минимуму за счет применения электродных систем с характеристиками, обеспечивающими равномерное распределение удельных токов.

5) Свойства газа, влияющие на электрические параметры системы, также в значительной степени оказывают воздействие на ход процесса. К числу таких свойств газа относятся его температура, влажность, плотность, химический состав, включая микросодержание некоторых примесей, положительно влияющих на процесс (например, SO₃).

Влияние температуры очищаемого газа и его влажности на эффективность улавливания в сухих электрофильтрах определяется связью этих параметров с пробивным напряжением и удельным электрическим сопротивлением слоя пыли.

Пробивное напряжение возрастает с увеличением плотности газа, поэтому при снижении температуры пробивное напряже­ние увеличивается, обеспечивая устойчивую работу электрофильтра при более высоком напряжении.

Водяные пары в газе в свою очередь увеличивают пробивное напряжение (рис. 6.30), обеспечивая тем самым лучшие усло­вия улавливания.

Удельное электрическое сопротивление слоя пыли является одним из важнейших факторов, от которых зависит эффектив­ность электрофильтра. Поэтому важно проследить влияние температуры и влаж­ности газа на удельное сопротивление пы­ли, которое может быть проиллюстрирова­но рис 6 31.

Температура газа,°С Рис. 6.30. Зависимость пробивного напря­жения от температуры и влажности возду­ха (для определенных геометрических па­раметров системы электродов)

Удельное электрическое сопротивление материала обычно понижается с ростом температуры, что справедливо также и для сухой пыли улавливаемой в электрофиль­тре (кривая А на рис. 6.31).

Температура.

Рис. 6.31. Влияние температуры и точки росы газа на величину удельного сопро­тивления слоя пыли

Поэтому для того чтобы понизить удельное электрическое сопротивление пы­ли ниже уровня, соответствующего обрат­ной короне, в некоторых случаях доста­точно вести процесс электрической очистки при более высокой температуре.

Однако на удельное электрическое со­противление слоя пыли влияет также спо­собность частиц адсорбировать на своей поверхности присутствующие в газе ком­поненты, обладающие низким удельным сопротивлением, прежде всего воду и сер­ный ангидрид. Адсорбция этих компонен­тов резко увеличивается, а удельное элек­трическое сопротивление падает, когда температура газа приближается к точке.

Таким образом, характер зависимости- удельного электрического сопротивления слоя описывается кривой с максимумом. Обычно этот максимум лежит в области температур 170—300°С (рис. 6.32).

Удельное электрическое сопротивление можно уменьшить, снизив температуру газа. Если же это по каким-либо причи­нам невозможно, то можно приблизить точку росы к рабочей температуре увели­чением в газах компонентов, повышающих эту точку, — водяных паров, серного ан­гидрида и др.

В ряде случаев для обеспечения тре­буемой степени очистки газа приходитеся специально кондиционировать газ, увели­чивая его влажность или добавляя в не­больших количествах серный ангидрид, если последний не связывается улавливае­мым продуктом, или аммиак.

6) Процессы вторичного уноса также должны быть учтены при оцен­ке эффективности электрофильтра. Процессы связаны с тем, что однажды осажденные на электродах частицы вновь попадают в газовый поток. Наиболее су­щественно вторичный унос проявляется при встряхивании электродов, самообрушении слоя пыли, осажденного на элек­тродах, а также при выбивании пыли и* слоя оседающими частицами Учитывая постоянно повышающиеся требования к очистке промышленных газов и соответ­ственно высокую эффективность современ­ных электрофильтров, следует иметь в ви­ду, что процессы вторичного уноса в ряде случаев становятся факторами, определяю­щими эффективность сухого электрофиль­тра, поскольку однократное осаждение ча­стиц в таких электрофильтрах осуществля­ется с большой степенью вероятности.

В результате исследований [6.16] пока­зано, что срыва частиц из осажденного слоя при обдуве его не запылённым пото­ком при скорости до 3 м/с не происходит, однако, если на слой действует запылен­ный поток, происходит выбивание (эрозия) осажденных частиц из слоя крупными ча­стицами, находящимися в потоке. Унос частиц при осаждении пропорционален ки­нетической энергии их движения Е_к, Дж:

Где d — медианный диаметр осаждаемой частицы, м; w — скорость частицы, м/с; р — плотность материала частицы, кг/м³

Анализ данных показывает, что унос при осаждении значительно снижает эф­фективность очистки газов, если крупность основной массы частиц на входе превы­шает 20—30 мкм. Таким образом можно объяснить имеющие место в ряде случаев аномально низкие значения степени очистки газов в электрофильтрах (или в их первых полях) при улавливании крупной пыли, которая должна улавливаться наи­более эффективно.

Существенное значение имеет унос пы­ли при падении осажденной пыли с элек­тродов в бункер электрофильтра. Этот процесс происходит при встряхивании электродов, а также при самообрушении пыли с осадительных электродов в случае накопления слоя большой толщины.

Пыль от электродов отрывается в виде достаточно крупных агрегатов. Однако при отрыве от электрода после удара (при встряхивании) и в результате столкнове­ний агрегатов между собой и с электрода­ми при падении в бункер происходит дезагрегирование части пыли, а после па­дения в бункер образуется вторичное пылевое облако, чем и объясняется захват дезагрегированных частиц газовым пото­ком.

Решающее влияние на унос при прочих равных условиях оказывает пылеемкость осадительного электрода — масса пыли на единице его поверхности перед встряхива­нием.

Увеличение пылеемкости электрода зна­чительно снижает вторичный унос при встряхивании. Однако при превышении некоторого значения пылеемкости наблю­дается самообрушение слоя осажденной пыли, что приводит к возрастанию уноса. Таким образом, при определенной величи­не пылеемкости электрода суммарный унос при встряхивании и самообрушении явля­ется минимальным. Вместе с тем следует учитывать, что накопление слоя на элек­тродах ухудшает электрический режим электрофильтра, особенно при улавливании высокоомной пыли. Поэтому оптимальная пылеемкость электрода т₀ должна выби­раться с учетом того, чтобы ухудшение улавливания за счет ухудшения электрического режима компенсировалось снижени­ем уноса пыли при встряхивании.

Расчет оптимального интервала встря­хивания, т. е. паузы между ударами по одному и тому же осадительному электро­ду. мин, может быть проведен по следую­щей зависимости:

где S_П—площадь осаждения поля, м²; V—количество газов, поступающих в по­ле, м³/с; z_вх — запыленность на входе в поле, г/м³;ɳ— степень очистки газов полем электрофильтра.

Оптимизация встряхивания электродов повышает эффективность электрофилотров. Применение оптимального периодического встряхивания вместо непрерывного позво­лило в ряде случаев снизить выбросы в 2—3 раза.

При реализации периодического встря­хивания следует иметь в виду увеличение нагрузки на систему пылезолоудаления, поскольку одноразовый сброс пыли в бун­кере значительно увеличивается и устрой­ства для выгрузки пыли из бункеров электрофильтров могут не справиться с увеличенным объемом пыли. В частно­сти, такая опасность существует при пере­воде на периодическое встряхивание боль­ших золоулавливающих электрофильтров на теплоэлектростанциях, оборудованных системами гидрозолоудаления. Поэтому при периодическом встряхивании необхо­дима проверка пропускной способности эолоудаляющей системы.

7) Конструктивные парамет­ры электрофильтров могут в зна­чительной мере влиять на эффективность процесса улавливания. Это в первую оче­редь относится к конструкции электродной системы, конфигурация и размеры которой должны обеспечивать оптимальные усло­вия электрического режима электрофиль­тра.

Большое значение для эффективной работы электрофильтра имеет правильный выбор количества его полей и величина поверхности осаждения, приходящаяся на один агрегат электропитания.

С увеличением количества полей при сохранении их суммарной активной длины очистка газов в электрофильтре улучшает­ся из-за возможности создания наилучше­го электрического режима в каждом поле, а также из-за возможности дифференциа­ции встряхивания по полям на основе оп­тимального встряхивания каждого поля. Также положительно влияет на улучшение работы электрофильтра уменьшение по­верхности осаждения, приходящейся на агрегат питания, поскольку при этом уда­ется снизить вероятность расцентровки системы, подключенной на один агрегат, и оптимизировать электрический режим. Од­нако разукрупнение как полей, так и аг­регатов значительно удорожает установки газоочистки, и поэтому при проектирова­нии необходим технико-экономический ана­лиз всех факторов для выбора оптималь­ного варианта.

Важным конструктивным параметром, влияющим на степень очистки, является высота электродной системы.

В последнее время в связи с необходимостью увеличения единичной произво­дительности электрофильтров, а также ограничения площадей для установки та­ких электрофильтров появилась тенденция к увеличению высоты электродных систем. Эта тенденция особенно сильно прояви­лась в оснащении установок золоулавли­вания новых мощных энергоблоков, где в настоящее время исключительное при­менение нашли электрофильтры с электро­дами высотой 12 м.

Электрофильтры типа УГ 3-го габарита обладают более низкими удельной метал­лоемкостью и стоимостью, отнесенными к 1 м² поверхности осаждения, если их сравнивать с аппаратами, у которых вы­сота электродной системы составляет 7,5 м (электрофильтры типа УГ 2-го габа­рита) и которые занимают при этом зна­чительно большую площадь. Однако уве­личение высоты электродов приводит к увеличению вторичного уноса при встря­хивании в связи с увеличением высоты падения пыли. Кроме того, увеличение высоты электродов, как правило, связано с укрупнением полей, приходящихся на агрегат электропитания, а также ухудше­нием центровки из-за затруднения монта­жа высоких электродных систем.

На основании анализа эксплуатацион­ных показателей этих электрофильтров высказывается мнение, что для создания равноценных условий улавливания в электрофильтрах с электродами высотой 12 м по сравнению с электрофильтрами с электродами 7—8 м необходимо увели­чение активной длины высоких электро­фильтров в 1,2—1,4 раза.

8) Показатели надежности также влияют на эффективность электро­фильтра Поскольку в результате отказов отдельных элементов механической и элек­трической частей электрофильтров проис­ходят соответствующие изменения процес­са, то со временем эксплуатационная эф­фективность электрофильтра снижается по сравнению с первоначальной. Решающую роль при этом играет ухудшение центров­ки электродных систем, которое происхо­дит обычно из-за коробления под влияни­ем температурных факторов, деформации от воздействия встряхивающих механиз­мов. Ухудшение эксплуатационных качеств электрофильтра иногда усугубляется пло­хим качеством его монтажа. Так, в случае некачественной первоначальной центровки в электродной системе могут возникнуть значительные электродинамические силы, приводящие к раскачке системы коронирующих электродов и резкому ухудшению электрического режима работы аппарата. Этот дефект характерен для электрофиль­тров с грузовым натяжением свободно подвешенных электродов, как сухих, так и мокрых.

Ухудшение работы электрофильтра мо­жет быть вызвано также ухудшением ра­боты встряхивающих механизмов, в ре­зультате чего может происходить посте­пенное накопление пыли на электродах.

Применение коронирующих электродов с фиксированными разрядными точками, как показала практика последних лет, мо­жет вызвать постепенное снижение эффек­тивности электрофильтра за счет снижения первоначально высоких электрических параметров из-за притупления коронирую­щих кромок (острий игл). Такое притуп­ление может быть вызвано коррозионными процессами, очень интенсивно протекающи­ми в зоне короны, а также технологиче­скими дефектами изготовления игольчатых электродов.

Существенное влияние на снижение эффективности электрофильтров может оказать ненадежная работа автоматизиро­ванной системы поддержания максималь­ного уровня напряжения на электродах.