СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПИТАНИЯ ФИЛЬТРА
METHOD FOR AUTOMATIC CONTROL OF FILTER SUPPLY MODE

Изобретение относится к области электрической очистки газов от пылей и туманов в различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве и может быть использовано в системах автоматического регулирования высоковольтных преобразовательных агрегатов питания электрофильтров.
Известны способы автоматического регулирования по максимуму среднего значения рабочего напряжения на электрофильтре, при котором угол регулирования тиристорного ключа увеличивается до достижения естественного максимума среднего значения рабочего напряжения, ограниченного либо номинальными параметрами преобразовательного агрегата, либо вольтамперной характеристикой электрофильтра - наличие обратной короны, искровые и дуговые пробои осадительного пространства и т.п. (см. авторское свидетельство СССР №355606, опубл. 30.09.1972).
Известен также способ автоматического регулирования напряжения электрофильтра путем изменения угла регулирования тиристорного ключа, при котором, с целью ограничения тока обратной короны, регулирование ведут в зависимости от величины рабочего напряжения на электрофильтре. Увеличению напряжения на электрофильтре соответствует увеличение угла регулирования, уменьшению напряжения - уменьшение угла. Т.е. осуществляется положительная обратная связь по напряжению. Это дает возможность остановить увеличение тока, когда нарастание напряжения на электрофильтре прекратится (см. авторское свидетельство СССР №12821000, опубл. 07.01.1987. Бюл. №1).
С целью уменьшения тока обратной короны и увеличения степени очистки газов от пыли, а также снижения расхода электроэнергии в мировой практике широко применяют режимы питания электрофильтров выпрямленным током с пониженной частотой следования импульсов тока. Такие режимы питания в зарубежной литературе называют «Semipuls» - полуимпульсный. А в отечественной - «череспериодный».
Наиболее близким аналогом изобретения является способ автоматического определения, выбора и регулирования режима электрического питания фильтра путем измерения плотности тока электрофильтра и изменения частоты включения и угла регулирования ключа в силовой цепи высоковольтного преобразовательного агрегата питания электрофильтра (см. патент РФ №2040975, опубл. 18.11.1987).
Существенным недостатком приведенных выше устройств является то, что частоту следования импульсов выпрямленного тока, т.е. изменение электрического режима питания фильтра, устанавливают вручную при существующем в момент настройки регулятора технологическом режиме работы электрофильтра.
Известно, что наличие и интенсивность обратной короны, пробивной уровень напряжения осадительного пространства электрофильтра зависит от целого ряда параметров очищаемого газа (степень запыленности, влажность, температура, удельное электрическое сопротивление, дисперсный состав улавливаемой пыли и др.).
Изменение параметров газа связано с неоднородностью обжигаемого или размалываемого сырья, сжигаемого топлива, с отклонением от нормы температурного режима работы технологического оборудования (печь, мельница, котел и др.).
Таким образом, задание частоты следования импульсов выпрямленного тока зависит от точности оценки режима работы электрофильтра (от опыта наладчика) и может быть удовлетворительно осуществлено только в некоторой узкой области вольтамперной характеристики электрофильтра, существующей в момент наладки. Это может приводить к неоправданному снижению величины среднего значения напряжения на электродах фильтра и, как следствие, к ухудшению степени очистки газов.
Целью настоящего изобретения является повышение эффективности очистки газов электрофильтром за счет увеличения среднего напряжения на электродах, уменьшение расхода электроэнергии в режимах искровых и дуговых пробоев, обратной короны и промежуточных режимах в условиях, связанных с нестабильностью технологических процессов.
Из теории электрической очистки газов известно, что КПД - коэффициент полезного действия электрофильтра описывается следующей зависимостью:
η=I-exp(-W f),
где W - скорость движения заряженных частиц пыли к осадительному электроду,
f - удельная поверхность осаждения.
W=kUм Ucp,
где k - коэффициент пропорциональности,
Uм - амплитудное значение напряжения электрофильтра,
Ucp - среднее значение напряжения электрофильтра.
Отсюда следует, что для поддержания КПД электрофильтра на оптимальном уровне при различных режимах питания, произведение UmUcp всегда должно быть наибольшим.
При очистке газов от пыли с высоким ρ - удельным электрическим сопротивлением на слое пыли накапливаются заряды, которые из-за низкой проводимости пыли медленно стекают на металлическую поверхность осадительного электрода. На слое пыли образуется падение напряжения, величина которого зависит от толщины слоя - b, удельного электрического сопротивления пыли - ρ, плотности тока - j и выражается зависимостью
U=bpj,
Напряженность электрического поля в слое пыли определяется выражением
E=U/b=pj.
При достаточно большом сопротивлении пыли и при плотности тока, превышающей некоторую критическую величину, в воздушных порах слоя происходят электрический пробой, сопровождающийся выбросом положительных зарядов в осадительное пространство. Это явление носит название «обратной короны» положительной полярности. Оно сопровождается частичной нейтрализацией отрицательного объемного заряда, ростом тока, снижением величины заряда частиц, улавливаемой пыли, снижением минимального, а, следовательно, и среднего значений напряжений на электродах электрофильтра.
В результате увеличивается непроизводительный расход электроэнергии и ухудшается технологический КПД электрофильтра.
Поэтому для достижения оптимальной степени очисти газов от пыли, при возникновении обратной короны, т.е. при увеличении плотности тока электрофильтра больше некоторой критической величины, необходимо изменение режима электрического питания фильтра - уменьшение плотности выпрямленного тока и, как следствие, увеличение минимального и среднего значений напряжений. При этом величина минимального значения напряжения должна быть больше величины напряжения начала коронирования - Uo, т.е. напряжения, при котором появляется ток отрицательной короны.
Величина Uo является относительно постоянной и для современных электрофильтров находится в пределах от 18 до 20кВ.
Технический результат достигается тем, что в способе автоматического регулирования режима электрического питания фильтра, заключающемся в изменении плотности тока электрофильтра, согласно изобретению непрерыво измеряют величину минимального значения напряжения Umin электрофильтра и величину тока электрофильтра устанавливают в зависимости от этой величины такой, при котором значение минимального напряжения Umin электрофильтра равно или больше величины напряжения начала коронирования Uo.
Сопоставительный анализ показывает, что отличия предлагаемого способа по сравнению с прототипом являются существенными. Это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «изобретательский уровень».
На фиг.1 представлен один из возможных вариантов блок-схемы устройства для осуществления заявляемого способа; на фиг.2-4 -осцилограммы работы модели системы "преобразовательный агрегат электрофильтр" при различных режимах.
Блок - схема содержит тиристорный ключ 1, токоограничивающий дроссель 2, высоковольтный преобразовательный агрегат 3, электрофильтр 4, датчик 5 напряжения электрофильтра, датчик 6 тока электрофильтра, интегратор 7 напряжения электрофильтра, фазосдвигающее устройство 8, формирователь 9 импульсов управления, детектор 10 минимального значения напряжения электрофильтра, интегратор 11 тока электрофильтра, устройство 12 сравнения минимального значения напряжения Umin и напряжения начала коронирования Uo электрофильтра, задатчик 13 напряжения начала коронирования Uo, задатчик 14 критической плотности тока, ключ 15.
Работает схема следующим образом. При подаче на преобразовательный агрегат и регулятор напряжения питающей сети и осуществлении операции «Пуск» на тиристорном ключе 1 появляются импульсы управления с формирователя 9, фазовое положение которых задается фазосдвигающим устройством 8, начальный угол регулирования α имеет минимальное значение.
Тиристорный ключ 1 открывается. На электрофильтре 4 появляется напряжение, величина которого несколько ниже напряжения начала коронирования Uo. Ток электрофильтра отсутствует.
Одновременно напряжение электрофильтра с датчика 5 подается на вход детектора 10 минимального значения напряжения электрофильтра, и интегратор 7 напряжения электрофильтра.
С выхода интегратора 7 напряжение, пропорциональное напряжению электрофильтра, подается на вход фазосдвигающего устройства 8. Это инициирует процесс разгона системы преобразовательный агрегат-электрофильтр. Напряжение на фильтре начинает плавно нарастать.
Когда напряжение на электрофильтре превысит напряжение начала коронирования Uo, через фильтр потечет ток, величина которого будет возрастать по мере увеличения угла регулирования α.
Одновременно будут нарастать и напряжения Uм, Ucp и Umin электрофильтра.
В нормальных условиях, при отсутствии «обратной короны», минимальное значения напряжения электрофильтра Umin всегда больше величины напряжения начала коронирования Uo. И поэтому сигнал на выходе устройства 12 сравнения отсутствует. Ток и напряжение электрофильтра будут нарастать и увеличение их прекратится или при достижении естественного максимума, определяемого мощностью преобразовательного агрегата, или наличием пробоев в электрофильтре.
При наличии «обратной короны», при некоторой критической величине плотности тока, значение минимального напряжения электрофильтра Umin будет меньше величины напряжения начала коронирования Uo. На выходе 16 устройства 12 сравнения и входах 16 и 17 ключа 15 появятся сигналы положительной полярности.
Ключ 15 откроется и подаст сигнал на вход 18 интегратора 7 напряжения электрофильтра. Величина тока электрофильтра стабилизируется на уровне критической плотности тока, т.е. будет непрерывно поддерживаться условие Umin≥Uo, т.е. на границе возникновения «обратной короны» КПД электрофильтра увеличится.