ЭЛЕКТРОФИЛЬТР
ELECTRIC FILTER

Изобретение относится к области электрической очистки газов от пыли, а именно к электрофильтрам, и может применяться в очистных сооружениях в разных отраслях промышленности.
Сухие горизонтальные электрофильтры, как правило, состоят из нескольких (от двух до пяти) расположенных друг за другом полей фильтрации. Каждое поле (или полуполе, в случае двухсекционного фильтра) фильтрации питается током высокого напряжения от индивидуального источника питания. Источник питания работает в автоматическом режиме, поддерживая оптимальные параметры работы поля фильтрации электрофильтра для достижения максимальной эффективности. Применение современных трехфазных и высокочастотных источников питания для электрофильтра позволяет добиться эффективности значительно превосходящей законодательные требования.
Встряхивание осевшей на осадительных электродах пыли осуществляется ударно-молотковым механизмом, представляющим собой вал, на который с помощью хомутов с радиальным интервалом крепятся молотки. Вращение вала обеспечивается редуктором (мотор-редуктором) в диапазонах 0,1…0,5 об/мин. Основным режимом работы системы встряхивания электродов электрофильтра является либо непрерывный, либо цикличный с повторяющимися интервалами работы и паузы. В цикличном режиме интервал работы выбирается исходя из частоты вращения молоткового вала, и составляет промежуток времени не меньший, чем необходимый для совершения одного полного его оборота. Это обусловлено гарантированностью встряхивания всех электродов в одном поле (полуполе) фильтрации.
В патенте России №2257957 описан электрофильтр, который содержит корпус с накопительным бункером, электроды, по которым посредством вала встряхивания и молотков на нем производятся удары для удаления с электродов слоя накопленной пыли. На валу встряхивания молотки равномерно смещены вдоль вала и вокруг него, относительно друг друга. Данный электрофильтр выбран в качестве прототипа заявленного изобретения.
Недостатками электрофильтра прототипа являются низкая эффективность работы (коэффициент полезного действия) по причине большой мощности потребляемой электроэнергии, короткий срок службы по причине высоких токовых нагрузок, высокого износа механического оборудования и наличия перегрузок систем пылевыгрузки, вследствие отсутствия в конструкции электрофильтра блока управления, который управляет работой источников питания, на основе показаний датчика выходной запыленности, а также управляет работой приводов встряхивания осадительных электродов на основе показаний энкодеров и сейсмодатчиков, установленных на молотковых валах.
Техническим результатом изобретения является создание электрофильтра с повышенной эффективностью работы (коэффициентом полезного действия) по причине меньшей мощности потребляемой электроэнергии, большим сроком службы по причине низких токовых нагрузок, низкого износа механических элементов и отсутствия перегрузок элементов пылевыгрузки, за счет наличия в конструкции электрофильтра блока управления, который управляет работой источников питания для каждого поля фильтрации, на основе показаний датчика выходной запыленности, а также управляет работой приводов встряхивания осадительных электродов на основе показаний энкодеров и сейсмодатчиков, установленных на молотковых валах.
Поставленный технический результат достигнут путем создания электрофильтра, содержащего блок управления, источники питания и накопительные бункеры, соединенные с корпусом, в котором расположен набор коронирующих и осадительных электродов, приводы встряхивания осадительных электродов, датчик выходной запыленности, энкодеры молотковых валов и сейсмодатчики, при этом коронирующие и осадительные электроды соединены и выполнены с возможностью получения электропитания от источников питания; приводы встряхивания осадительных электродов, датчик выходной запыленности, энкодеры молотковых валов и сейсмодатчики соединены с блоком управления, а приводы встряхивания осадительных электродов также механически соединены с молотковыми валами, на которых закреплены молотки, энкодеры  и сейсмодатчики, причем
- коронирующие и осадительные электроды, приводы встряхивания осадительных электродов, датчик выходной запыленности, энкодеры молотковых валов и сейсмодатчики сгруппированы по полям фильтрации;
- накопительные бункеры выполнены с возможностью сбора отфильтрованных частиц каждого поля фильтрации;
- датчик выходной запыленности выполнен с возможностью измерения в режиме реального времени остаточной запыленности фильтруемого газа после его прохождения через коронирующие и осадительные электроды;
- энкодеры выполнены с возможностью контроля положения молотков, которые выполнены с возможностью ударения по осадительным электродам, при этом встряхивания с них отфильтрованных частиц в накопительные бункеры;
- сейсмодатчики выполнены с возможностью контроля силы удара молотков по осадительным электродам;
- блок управления выполнен с возможностью анализа показаний датчика выходной запыленности и с возможностью формирования на основе них сигналов управления источниками питания, а также с возможностью анализа показаний энкодеров и сейсмодатчиков и с возможностью формирования на основе них сигналов управления приводами встряхивания осадительных электродов.
В предпочтительном варианте осуществления электрофильтра источники питания являются высоковольтными, а их мощность рассчитана по формулам:
; ; ;
где:  X – мощность источника питания, рассчитанная по площади осаждения поля (полуполя) фильтрации, кВА;
N – номер поля (полуполя) фильтрации по ходу движения фильтруемого газа.
Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими графическими материалами.
Фиг. Схема электрофильтра, выполненного согласно изобретению.
Элементы:
1 – корпус;
2 – накопительный бункер;
3 – коронирующий электрод;
4 – осадительный электрод;
5 – токоподвод;
6 – источник питания;
7 – привод встряхивания осадительного электрода;
8 – датчик выходной запыленности;
9 – энкодер молоткового вала;
10 – сейсмодатчик;
11 – блок управления;
12 – молотковый вал;
13 – молоток.
Рассмотрим более подробно вариант выполнения заявленного электрофильтра (Фиг. 1, 2).
Электрофильтр содержит блок управления 11, высоковольтные источники питания 6 и накопительные бункеры 2.  Накопительные бункеры 2 соединены с корпусом 1. В корпусе 1 расположен набор коронирующих и осадительных электродов 3, 4, приводы 7 встряхивания осадительных электродов, датчик 8 выходной запыленности, энкодеры 9 молотковых валов и сейсмодатчики 10. Коронирующие и осадительные электроды 3, 4 соединены с высоковольтными источниками питания 6 и получают от них электропитание. Приводы 7 встряхивания осадительных электродов, датчик 8 выходной запыленности, энкодеры 9 молотковых валов и сейсмодатчики 10 соединены с блоком управления 11. Приводы 7 встряхивания осадительных электродов также механически соединены с молотковыми валами 12, на которых закреплены молотки 13, энкодеры 9 и сейсмодатчики 10.
Коронирующие и осадительные электроды 3, 4, приводы 7 встряхивания осадительных электродов, датчик 8 выходной запыленности, энкодеры 9 молотковых валов и сейсмодатчики 9 сгруппированы по полям фильтрации.
Накопительные бункеры 2 собирают отфильтрованные частицы каждого поля фильтрации.
Датчик 8 выходной запыленности измеряет в режиме реального времени остаточную запыленность фильтруемого газа после его прохождения через коронирующие и осадительные электроды 3, 4.
Энкодеры 9 контролируют положение молотков 13. Молотки 13 ударяют по осадительным электродам 3, 4, при этом встряхивают с них отфильтрованные частицы в накопительные бункеры 2.
Сейсмодатчики 10 контролируют силу удара молотков 13 по осадительным электродам 4.
Блок управления 11 анализирует показания датчика 8 выходной запыленности и формирует на основе них сигналы управления высоковольтными источниками питания 6, которые меняют режим работы источника питания 6 и, соответственно, режим работы коронирующих и осадительных электродов 3, 4 поля фильтрации. Кроме того, блок управления 11 анализирует показания энкодеров 9 и сейсмодатчиков 10 и формирует на основе них сигналы управления приводами 7 встряхивания осадительных электродов.
Необходимая мощность каждого источника питания 6 поля (полуполя) фильтрации зависит от площади осаждения (площади поверхности осадительных электродов 4) и межэлектродного расстояния. Так как в одном электрофильтре, как правило, все поля (полуполя) фильтрации имеют одинаковую конструкцию и, соответственно, площадь осаждения и межэлектродное расстояние, то источники питания имеют одинаковые характеристики и мощности для всех полей (полуполей) фильтрации.
В соответствии с экспериментальными данными в результате работы заявленного электрофильтра на технологическом газе, потребляемая мощность источников питания 6, работающих в оптимальном режиме, распределяется следующим образом:
; ; ;
где:  X – мощность источника питания 6, рассчитанная по площади осаждения поля (полуполя) фильтрации, кВА;
N – номер поля (полуполя) фильтрации по ходу движения фильтруемого газа.
Исходя из вышеизложенного, на одном электрофильтре применяют источники питания 6 разной мощности и характеристик, выбранных на основе эксперементальных данных.
Для работы с эффективностью, обеспечивающей законодательные требования и не влекущей дополнительные затраты на энергоносители заявленный электрофильтр содержит систему управления, включающую в себя: датчик 8 выходной запыленности, который измеряет остаточную запыленность после электрофильтра в режиме реального времени; блок управления 11, который анализирует показания датчика 8 выходной запыленности и регулирует работу источников питания 6 по всем полям (полуполям) фильтрации электрофильтра.
При возрастающей эффективности пылеулавливания, возрастает риск «залпового» сброса пыли в накопительные бункеры 2 электрофильтра при встяхивании всего поля (полуполя) фильтрации. Это приводит к перегрузке пылевыгрузных устройств и к значительному вторичному уносу пыли. Для снижения данного риска в заявленном электрофильтре предусмотрена система управления встряхиванием, которая состоит из: установленного на каждый молотковый вал 12 энкодера (датчика положения) 9, который контролирует положение молотков 13 и, соответственно, встряхивает каждый по-отдельности осадительный электрод 4 в поле (полуполе) фильтрации; блока управления 11, который анализирует сигналы энкодера 9 и управляет каждым молотковым валом 12 по алгоритму, исключающему как возможность «залпового» сброса, так и возможность одновременной работы приводов 7 встряхивания осадительных электродов 4 на нескольких полях (полуполях) фильтрации.
Заявленный электрофильтр обладает следующими преимуществами.
Мощность высоковольтных источников питания 6 не одинакова по всем полям (полуполям) фильтрации, а рассчитана по формулам:
; ; ;
где:  X – мощность источника питания, рассчитанная по площади осаждения поля (полуполя) фильтрации, кВА;
N – номер поля (полуполя) фильтрации по ходу движения технологического газа. Это обеспечивает снижение капитальных затрат на установку, ремонт, либо модернизацию электрофильтра, при этом его эффективность (КПД) сохраняется.
Система управления электрофильтром включает в себя датчик 8 выходной запыленности, который установлен после электродов 3, 4 электрофильтра и работает в режиме «реального времени», и блок управления 11, который регулирует работу источников питания 6 для каждого поля (полуполя) фильтрации на основании полученных данных от датчика 8 выходной запыленности. Это снижает эксплуатационные затраты (затраты на электроэнергию) при сохранении выходной запыленности на выходе электрофильтра на уровне, отвечающем законодательным требованиям, а также продлевает срок службы электрофильтра за счет снижения токовых нагрузок.
На молотковый вал 12 ударно-молотковой системы встряхивания осадительных электродов 4 установлен датчик вращения (энкодер) 9 для контроля вращения и сейсмодатчик 10 для контроля удара молотка 13 по соответствующему осадительному электроду 4. Блок управления 11 электрофильтром на основании данных, полученных от энкодеров 9 и сейсмодатчиков 10, регулирует режим работы систем встряхивания осадительных электродов 4, исключая «залповые» сбросы уловленной пыли, предотвращая тем самым перегрузку пылевыгрузных устройств и вторичный унос пыли из электрофильтра. Это повышает эффективность работы (КПД) электрофильтра, продлевает срок его службы за счет снижения износа механического оборудования, исключает перегрузку систем пылевыгрузки.
Хотя описанный выше вариант выполнения заявленного изобретения был изложен с целью иллюстрации заявленного изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла заявленного изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.