ЭЛЕКТРОФИЛЬТР

Заявляемое устройство относится к области электрической очистки газов от пыли и может быть использовано в энергетике, металлургии, производстве цемента и других отраслях промышленности.
Известен электрофильтр [Юдашкин М.Я. Пылеулавливание и очистка газов в черной металлургии. М., Металлургия, 1984, с.197-235], содержащий корпус, входные и выходные патрубки. Внутри корпуса параллельно установлены вдоль направления движения газа осадительные электроды, оборудованные верхней и нижней балками. Между балками установлены и закреплены пластинчатые осадительные элементы. Причем нижняя балка является балкой встряхивания. В каналах между осадительными электродами расположены коронирующие электроды. Удаление пыли, оседающей на коронирующих электродах, осуществляется путем обстукивания коронирующих электродов, которые жестко закреплены на опорных рамах в одном или нескольких уровнях. Удаление слоя пыли с осадительных электродов, которые установлены верхними балками на опорных элементах корпуса электрофильтра, осуществляется обстукиванием последних путем удара молотками по балкам встряхивания, которые закреплены в нижнем торце осадительных электродов. Ограничение поперечного (относительно хода газа) перемещения осадительных электродов осуществляется при помощи ограничителей, например вилок, закрепленных на корпусе электрофильтра или его элементах, в которых с зазором установлены балки встряхивания осадительных электродов или фиксаторы, закрепленные на балках встряхивания.
Недостатком известного электрофильтра с электродами увеличенной высоты (7÷15 м и больше) является неэффективная очистка верхней части осадительных электродов от слоя уловленной пыли (а соответственно снижение эффективности работы электрофильтра) и недолговечность элементов узлов встряхивания (молотки, оси, наковальни, болтовые соединения и др.), а также снижение эффективности очистки за счет снижения среднего значения рабочего напряжения (и тока коронного разряда) из-за увеличения значения децентровки электродной системы.
Неэффективное удаление слоя пыли с верхней части (до 30% поверхности) осадительных электродов и, связанное с этим, снижение эффективности работы электрофильтров общеизвестно, особенно при очистке газов от высокоомной пыли, например, в теплоэнергетике, что обусловлено потерями по высоте электрода энергии удара молотка по наковальне, расположенной на балке встряхивания в нижнем торце осадительного электрода.
Увеличение энергии удара (при встряхивании) путем увеличения массы молотка разрушает элементы электрода и резко снижает долговечность узла встряхивания и элементов осадительного электрода, а поэтому практически не используется.
Кроме того, в известном электрофильтре не решается вопрос снижения децентровки коронирующих электродов и повышения эффективности их очистки от слоя пыли.
Известен также электрофильтр [Попов Ю.А., Янковский С.С. и др. Газоочистное оборудование: Каталог, М., ЦИНТИХимнефтемаш, 1981, с.5-7], в котором коронирующие электроды обстукивают в двух уровнях. Такое решение улучшает удаление слоя пыли с коронирующих электродов, но этого недостаточно, учитывая значительные потери энергии удара в опорных рамах из-за жесткого соединения коронирующих электродов с опорными рамами.
В таком электрофильтре не решается также проблема снижения децентровки электродных систем экономически приемлемым путем, а также улучшения очистки от слоя пыли верхней, наиболее отдаленной от балки встряхивания, части осадительных электродов.
7
e
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является электрофильтр [Патент Украины №70055, МПК В03С 3/08, опубл. 15.09.2004 г.], который содержит корпус, входные и выходные патрубки. Между патрубками параллельно газовому потоку установлены осадительные электроды, набранные из пластинчатых осадительных элементов, закрепленных в верхней и нижней балках осадительного электрода. Между осадительными электродами расположены коронирующие электроды, установленные на опорных рамах, которые подвешены на изоляторах. Молотковые механизмы встряхивания электродов взаимодействуют с наковальнями. Осадительные электроды выполнены по высоте секционными, торцы смежных секций осадительных электродов оснащены горизонтальными планками, закрепленными на пластинчатых осадительных элементах. При этом планки смежных по высоте секций соединены между собой и образуют дополнительную среднюю балку встряхивания осадительного электрода, которая с обоих концов оснащена дополнительными фиксаторами и наковальней, установленной на одном из концов средней балки встряхивания. Фиксаторы взаимодействуют с установленными на корпусе дополнительными ограничителями поперечного перемещения осадительного электрода. Коронирующие электроды выполнены секционными, каждая секция свободно установлена на опорных рамах и оснащена соединенными с опорными рамами фиксаторами. При этом наименьшее расстояние в просвете между балкой встряхивания осадительного электрода и торцами секций смежных коронирующих электродов и расстояние в просвете между осадительными и коронирующими электродами выбирают из соотношения d≤h, где h - пробойное расстояние. Осадительный электрод выполнен газопроницаемым и состоит из пластинчатых осадительных элементов, выполненных в виде профиля, поперечное сечение которого имеет вид ломаной линии Z-образной формы, которая состоит из трех последовательно соединенных отрезков. Причем крайние отрезки имеют одинаковую длину, параллельны между собой и расположены в параллельных плоскостях, удаленных друг от друга. Средний отрезок ломаной линии соединяет оба крайних отрезка.
Недостатком этого электрофильтра является высокая металлоемкость из-за применения секционированных осадительных и коронирующих электродов, что влечет необходимость использования большего количества механизмов встряхивания, балок, металлоконструкций (трапов, люков и тд). Кроме того, из-за малоэффективного нижнего встряхивания элементов осадительных электродов электрофильтр предрасположен к образованию отложений некоторых видов пыли.
Техническим результатом, который достигается в заявленном электрофильтре, является повышение эффективности его работы за счет увеличения площади осадительных электродов. Использование осадительного элемента Z-образной формы с углом α=110°-119° повышает жесткость и увеличивает площадь осаждения до 30% в заданном объеме. Кроме того, заявляемый электрофильтр обеспечивает более эффективное удаление слоя уловленной пыли с поверхности электродов, за счет верхнего встряхивания осадительных и коронирующих электродов, которое эффективнее встряхивания снизу. Это повышает эффективность очистки газа в электрофильтре, снижает металлоемкость устройства, уменьшает габариты и упрощает устройство, что соответственно повышает надежность и эффективность работы электрофильтра в целом.
Технический результат достигается тем, что электрофильтр содержит корпус с входным и выходным патрубками. Между патрубками внутри корпуса установлены осадительные и коронирующие электроды. При этом каждый осадительный электрод выполнен в виде осадительных элементов, поперечное сечение которых имеет Z-образную форму, и закреплен на верхней и нижней балках. Каждый коронирующий электрод выполнен в виде пластин, закрепленных в раме. Механизм встряхивания включает молотки, взаимодействующие с наковальнями. Наковальни механизма встряхивания расположены на верхней балке каждого осадительного электрода и на верхней балке крепления каждого коронирующего электрода. При этом угол α между горизонтальным участком и вертикальным участком осадительного элемента Z-образной формы составляет от 110° до 119°. Пластины каждого коронирующего электрода выполнены в виде ленточно-зубчатых элементов, каждый зубец имеет расщепленный конец, длина зубца равна 11 мм. Каждый зубец с внешней стороны имеет скос, а угол между скосом зубца и ленточной частью элемента составляет 120°±0,5°.
В последующем заявляемое техническое решение поясняется подробным описанием конкретного, но не ограничивающего настоящее решение, примера его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1 - представлен заявляемый электрофильтр в разрезе;
фиг.2 - поперечное сечение осадительного элемента Z-образной формы;
фиг.3 - ленточно-зубчатый элемент коронирующего электрода.
Электрофильтр (фиг.1) содержит корпус 1 с входным патрубком 2 и выходным патрубком 3. Осадительные электроды 4 расположены внутри корпуса 1 и собранные из осадительных элементов 5. Осадительные элементы 5 имеют поперечное сечение Z-образной формы (фиг.2) и закреплены между верхней балкой 6 и нижней балкой 7. Между осадительными электродами расположены коронирующие электроды 8, состоящие из ленточно-зубчатых элементов 9, закрепленные в рамах 10. Коронирующие электроды 8 через разъем 11 подключены к блоку питания (на чертеже не показан). Механизм встряхивания представляет собой наковальни и взаимодействующие с ними молотки. На верхней балке 6 каждого осадительного электрода 4 и на верхней балке крепления каждого коронирующего электрода 8 закреплены наковальни 12 и 13 соответственно. Молотки 14 и 15 механизмов встряхивания взаимодействуют с соответствующими наковальнями 12 и 13. Для сбора пыли корпус 1 снабжен бункером 16.
Осадительный элемент 5 с поперечным сечением Z-образной формы (фиг.2) образован двумя одинаковыми пластинами (а) и (с), которые расположены в параллельных плоскостях и соединены между собой внахлест по длинным сторонам при помощи поперечной пластины (b), угол α между пластиной (b) и соответственно пластинами (а) и (с) составляет от 110° до 119°.
Пластина коронирующего электрода 8 выполнена в виде ленточно-зубчатого элемента 9 изображенного на фиг.3, и состоит из ленточной части, на которой расположены зубцы с расщепленными концами. Длина зубца равна 11 мм, а угол между внешним скосом зубца и ленточной частью зубчатого элемента 9 составляет 120°±0,5°.
Электрофильтр работает следующим образом.
Работа электрофильтра основана на процессе осаждения электрически заряженных частиц пыли. Частицы пыли заряжаются в поле коронного разряда, возникающего в электрическом поле между коронирующими электродами 8 (высоковольтными) и осадительными электродами 4 (заземленными на корпус), вследствие резко выраженной неоднородности электрического поля.
Для питания электрофильтра постоянным током высокого напряжения используется блок питания, преобразующий переменное напряжение 380/220 В в постоянное напряжение до 110 кВ. Высокое напряжение от блока питания подается высоковольтными кабелями (или по шине питания) на коронирующие электроды 8 электрофильтра через разъем 11.
При подаче высокого напряжения между коронирующими и осадительными электродами возникает электрическое поле, напряженность которого можно изменять путем регулирования напряжения питания. Микропроцессорная система управления агрегатом питания позволяет достигать максимальных значений напряжения и тока в поле электрофильтра в каждый момент времени. Это обеспечивает максимально возможную эффективность работы электрофильтра. При увеличении напряжения до определенной величины между электродами образуется коронный разряд, в результате которого возникает направленное движение заряженных частиц к электродам, т.е. между электродами электрофильтра начинает протекать ток. Длина зубца (11 мм) и угол между внешним скосом и ленточной частью элемента (120°±0,5°) в ленточно-зубчатом элементе 9 выбраны из условия наиболее оптимального развития коронного разряда, при котором обеспечивается более высокий ток короны при более низком напряжении зажигания короны. Загрязненный газ поступает в электрофильтр для очистки через входной патрубок 2 и направляется в межэлектродное пространство, образованное осадительными электродами 4 и коронирующими электродами 8. При прохождении газов, содержащих взвешенные частицы, через межэлектродное пространство электрофильтра происходит их зарядка движущимися ионами. Заряженные взвешенные частицы под действием электрического поля движутся к осадительным электродам 4 и осаждаются на них. Обеспыленный газ, пройдя электрическое поле, выводится из электрофильтра через выходной патрубок 3.
Коронирующие электроды 8 выполнены в виде рам 10, в которых закреплены с натяжением ленточно-зубчатые элементы 9.
За счет газопроницаемости осадительных электродов 4, набранных из осадительных элементов 5 с поперечным сечением Z-образной формы, обеспечивается проникновение газа с электрически заряженными частицами пыли к внутренней поверхности осадительных элементов 5 под действием турбулентных пульсаций газового потока или за счет перетока газа между межэлектродными пространствами электрофильтра. Выполнение угла α равным 110°-119° обеспечивает осадительному элементу 5 механическую жесткость на ~13-15% большую, чем в известных электрофильтрах, что крайне важно особенно для электродных систем высотой выше 7 метров. Кроме того, это позволяет увеличить площадь осадительных электродов и как следствие повысить эффективность очистки. Использование угла α меньше 110° приводит к увеличению металлоемкости электрофильтра, а увеличение угла больше 119° - уменьшает жесткость элемента и его площадь осаждения.
После накопления определенного слоя пыли на осадительных электродах 4 с заданной цикличностью включают механизмы встряхивания. Молотки 14 ударяют по наковальням 12, что приводит к возникновению в осадительных электродах 4 вибраций, под действием которых осевшая пыль стряхивается в бункер 16. Часть пыли, осевшая на коронирующих электродах 8, стряхивается с них при ударах молотков 15 по наковальням 13. Очищенный газ выводится из электрофильтра через выходной патрубок 3.
Для равномерного распределения газов по всему сечению электрофильтра, а также для исключения прохода газов вне активной зоны очистки электрофильтр может быть снабжен газораспределительными устройствами (на чертеже не показаны), состоящими из газораспределительных решеток, установленных во входном патрубке 2 и в выходном патрубке 3 электрофильтра.
Установленные на входе в электрофильтр газораспределительные решетки создают подпор (сопротивление) движущемуся потоку газа, в результате газ равномерно распределяется по всему поперечному сечению электрофильтра. Пыль, осевшая на газораспределительных решетках, так же очищается путем их встряхивания с помощью механизма встряхивания.
Заявляемый электрофильтр имеет уменьшенные габариты и более простую конструкцию, что соответственно повышает надежность и эффективность его работы в целом. Верхняя система встряхивания осадительных электродов в сочетании с верхней системой встряхивания коронирующих электродов позволяет достигнуть высокой степени очистки газов от пыли. Электрофильтр может быть использован в различных отраслях народного хозяйства.