Регуляторы питания электрофильтров

Электрофильтр

• Общая характеристика
• Устройство электрофильтра
• Агрегаты питания
• Управление работой электрофильтра

Общая характеристика электрофильтров

Электрофильтром называется устройство, в котом очистка газов происходит под действием электрического поля. Актуальность очистки дымовых газов в настоящий момент очень велика. Так, при сжигании твердого топлива на на одном из блоков ТЭС мощностью 500 МВт образуется примерно 500 м³ дымовых газов в секунду, содержащих до 20 т/м³ взвешенных частиц золы, что соответствует выбросам в атмосферу 360 тонн золы в час. Для решения данной проблемы и используют электрофильтры, которые обеспечивают наиболее эффективную очистку и обеспыливание газов.

Электрофильтр представляет собой корпус цилиндрической или прямолинейной формы, внутри которого размещены осадительные и коронирующие электроды различной конструкции. Коронирующие электроды подключены к высоковольтному источнику питания (агрегату питания) выпрямленным током напряжением 50-110 кВ.

Приложение высокого напряжения к коронирующим электродам сопровождается локальными пробоями в газовой среде у поверхности электрода. Такой пробой называют коронным разрядом в результате которого происходит зарядка частиц и ионизация молекул воздуха. Коронный разряд освобождает огромное количество ионов газа, которые перемещаются к осадительной пластине. Частицы пыли в потоке отрицательных ионов накапливают электрический заряд. Под воздействием электрического поля отрицательно заряженные частицы движутся к заземленной пластине осаждения. При достижении заряженными частицами пыли пластинчатого электрода происходит их сцепление с пластиной, образуя слой пыли. Осажденная пыль периодически удаляется встряхиванием и под воздействием силы тяжести опускается в бункер-пылесборник фильтра, после чего удаляется специальным оборудованием. Таким образом по мере прохождения дымовых газов через электрофильтр концентрация взвешенных частиц уменьшается.

Принцип действия электрофильтра

В активной зоне электрофильтра газ может двигаться вертикально или горизонтально, поэтому в зависимости от напрвления движения газа электрофильтры бывают горизонтальные или вертикальные.

По типу осадительных электродов электрофильтры разделяются на пластинчатые и трубчатые. Наиболее распространены электрофильтры горизонтально-пластинчатые и вертикально трубчатые.

В зависимости от вида улавливаемых частиц и способа их очистки электрофильтры подразделяются на сухие (горизонтально-пластинчатые и вертикальные) и мокрые. Осадительные электроды мокрых электрофильтров представляют собой трубы с различной формой сечения. Они изготавливаются для агрессивных и не агрессивных газов, имеющих различную температуру. В сухих электрофильтрах очистка осадительных электродов от пыли осуществляется путем их встряхивания с помощью специальных механизмов, а в мокрых - путем смывания.

В зависимости от числа полей, через которые проходит газ при очистке, электрофильтры подразделяют на однопольные и многопольные.

Электрофильтры, в некоторых случаях, разбивают на параллельные по ходу движения газа камеры, которые называют секциями. По этому признаку электрофильтры бывают одно- и многосекционными.

Некоторые фильтры оснащены нагревателями, которые используются для предотвращения утечки тока по поверхности на изоляторах высокого напряжения. Нагреватели могут быть использованы и для предотвращения скопления пыли на днище бункера.

Электрофильтры широко применяются почти во всех отраслях промышленности. Область применения электрофильтров непрерывно расширяется.

Общий вид электрофильтра снаружи

Dид электрофильтра изнутри

Вид электрофильтра в другой реализации

Еще одна реализация электрофильтра

• широкий диапазон производительности – от нескольких м³/час до миллионов м³/час;
• высокая степень очистки газов – до 99,9 % и выше;
• невысокое газодинамического сопротивление аппарата – не более 0,2 кПа (является основной причиной низких эксплуатационных затрат);
• электрофильтры могут улавливать сухие частицы, вирусы, табачный дым, капли жидкости и частицы тумана ( диапазон размером 0,1÷100 мкм и менее ) ;
• электрофильтры могут работать в условиях воздействия различных агрессивных сред, под давлением, разрежением и т.д.;
• возможность полной автоматизации процесса.

• невозможность использования для очистки взрывоопасных и пожароопасных сред, так как при работе электрофильтра существует вероятность возникновения искровых разрядов;
• высокая чувствительность к неудовлетворительной центровке электродной системы;
• высокая чувствительность к механическим дефектам внутреннего оборудования;
• высокая чувствительность процесса фильтрации газов при отклонении технологического режима от проектного;
• существенные размеры и высокая стоимость аппаратов;
• в случаях большого значения удельного электрического сопротивления (УЭС) осажденного слоя пыли , возникает необходимость применения специальных мер по снижению УЭС пыли, что удорожает стоимость пылеулавливающей установки;
• высокие требования при проведении монтажных работ;
• высокие требования к квалификации обслуживающего персонала.

Эффективность работы электрофильтра зависит от свойств частиц и газа, от скорости и равномерности очищаемого потока, от конструкции самого электрофильтра. Чем длинее электроды, тем качественнее электрофильтр. Чем выше напряженность поля и меньше скорость газа, тем лучше очищается газ. Затраты электроэнергии при очистке газа составляют 0,36-1,8 МДж на 1000 м³.

Устройство электрофильтра

• электрофильтра (однопольный или многопольный);
• агрегата питания (для каждого поля свой агрегат питания);
• системы управления электрофильтром.

• металического корпуса;
• осадительных электродов;
• коронирующих электродов;
• газораспределительного устройства для равномерного распределения газов в активной зоне аппарата;
• устройства для всряхивания коронирующих и осадительных электродов;
• бункера для сбора пыли;
• устройства транспортировки уловленной пыли.

Электрофильтр пластинчатого горизонтального типа

Электрофильтр пластинчатого типа, предназначенный в основном для улавливания сажи из взрывоопасных газов сажевого производства. Осадительные электроды — прутковые, коронирующие — свободно подвешенные провода диаметром 2 мм с грузовым натяжением. Встряхивание электродов — ударно-молотковое. К особенностям электрофильтра следует отнести наличие над каждым из полей предохранительных клапанов большого сечения, а также систему обдувки изоляторов, предотвращающую отложение на них улавливаемой сажи.

Схема трубчатого вертикального электрофильтра

В трубчатом электрофильтре осадительные электроды выполненны в виде труб диаметром 150-300 мм и длиной 3-4 м. По оси труб проходят коронирующие электроды из проволоки, которые подвешены к раме. Запылённый газ подаётся в нижнюю часть аппарата и движется вверх внутри труб-электродов. Под действием электростатического поля взвешенные в газе частицы пыли поляризуются и оседают на электродах. С электродов пыль удаляют путём их встряхивания.

Агрегаты питания

Электрофильтры получают питание от традиционных источников постоянного тока высокого напряжения через тиристорный комплект трансформатор/выпрямитель.

"KRAFT" (Швеция)

«ЮГ-ПРОМ»(Россия)

"Элиз" (Украина)

«АТФ»(Россия)

Условия работы электрофильтров предъявляют особые требования к конструкции трансформатора – возможность длительно выдерживать электродинамические перегрузки, возникающие при пробоях в электрофильтрах. На электроды электрофильтра должно быть подано напряжение определенной полярности, поэтому ток высокого напряжения, полученный после трансформатора, должен пройти выпрямление. Для этого применяют полупроводниковые выпрямители.

Основные технические характеристики агрегата питания

Агрегаты питания с регуляторами напряжения

Управление работой электрофильтра

В связи с непрерывным изменением параметров газового потока (температуры, влажности, запыленности) электрический режим работы электрофильтров непрерывно изменяется. Незначительное снижение рабочего напряжения снижает эффективность электрофильтра. Поддержание максимально возможного напряжения на электродах в современных агрегатах питания поддерживается автоматически. Для этого используются регуляторы напряжения электровильтра.

Основные методы автоматической работы электрофильтров:
1.Поддержание напряжения на границе дугового пробоя.
При этом режиме работы напряжение на электродах автоматически плавно повышается до возникновения пробоя. В момент пробоя напряжение отключается на 40 ÷ 3000 мс или резко снижается до величины, обеспечивающей гашение дуги. За время отключения напряжение автоматически снижается на небольшую величину, так чтобы при повторном включении не возникало дугового разряда. Далее напряжение вновь плавно поднимается до наступления пробоя, после чего опять следует отключение, после чего цикл повторяется. При таком периодическом способе регулирования большую часть времени электрофильтр работает в безыскровой зоне напряжения. В результате этого рабочее напряжение на электродах ниже максимально возможного уровня. Практика показала, что работа в зоне искровых разрядов возможна до тех пор, пока они не переходят в устойчивый дуговой пробой.

2.Поддержание заданного числа искровых разрядов.
При работе в зоне искровых разрядов рабочее напряжение близко к максимально возможному и, следовательно, эффективность очистки наиболее высока. Установлено, что оптимальная величина напряжения определяется числом искровых разрядов в минуту. Наиболее выгодным является 40÷70 искровых разрядов в минуту. При большом числе искровых разрядов эффективность работы электрофильтра снижается из-за увеличения потерь мощности в режиме частых искровых пробоев. Недостатком системы регулирования по числу искровых разрядов является работа по заданному постоянному числу искровых разрядов. Однако оптимальная частота искровых разрядов меняется с изменением параметров газового потока и пробивной прочности разрядного промежутка, на которые система не реагирует.

3.Работа по максимальному среднему напряжению на электродах.
С повышением первичного напряжения трансформатора среднее значение напряжения на электродах сначала линейно возрастает, достигает максимума, а затем начинает убывать за счет 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. Оптимальное число искровых разрядов изменяется с изменением параметров газового потока в широких пределах.

Регуляторы электрофильтров

Общая характеристика регуляторов агрегата питания

Регулятор агрегата питания электрофильтра газоочистки предназначен для автоматического и ручного управления высоковольтным преобразовательным агрегатом типа KRAFT, АТФ(АТПОМ), ЭЛИЗ и их аналогов с рабочим напряжением (50-100) кВ и током от 100 до 1200 мА. Регулятор обеспечивает защиту агрегата питания в нештатных ситуациях и его диагностику. Регулирование напряжения на электрофильтре осуществляется поддержанием питания электродов путем управления угла открывания встречно включенных тиристоров в цепи первичной обмотки. Основным режимом работы регулятора является автоматическое поддержание напряжения на фильтре в предпробойном состоянии с предотвращением дуговых разрядов. Такой режим обеспечивает максимальную эффективность фильтрации отходящих газов.

Виды реализации:

• c силовым тиристорным блоком МЛ 621.000.016;
• без силового тиристорного блока.
• со встряхиванием коронирующих и осадительных электродов;
• без встряхивания.

В качестве панели оператора жет быть использован:

• регистратор МЛ275 с 6-дюймовым графическим дисплеем;
• промышленный графический терминал серии Magelis;
• регистратор МЛ914 на базе 4-х строчного буквенно-цифрового ЖК-индикатора (LCD-дисплей).

Кроме панели оператора на передней панели могут быть установлены органы управления:

• кнопка «Пуск»;
• кнопка «Стоп»;
• переключатель «Режим», позволяющий переключаться из ручного режима работы в автоматический и наоборот.

Регулятор в виде щита управления c силовым блоком и панелью оператора МЛ275.

Регулятор в виде щита управления c силовым блоком и панелью оператора МЛ914.

Регулятор без силового блока с панелью оператора МЛ275.

Регулятор без силового блока с панелью оператора МЛ914.

Регулятор имеет оповещатель свето-звуковой сигнализации для вывода технологических сигналов о состоянии объекта управления.

Щиты управления с силовыми блоками агрегатов питания трехпольного электрофильтра

Щиты управления с силовыми блоками агрегатов питания двухпольного электрофильтра

Щиты управления с силовыми блоками агрегатов питания на одной из ТЭС Украины

Функциональные возможности

• короткое замыкание в поле электрофильтра;
• холостой ход в поле электрофильтра;
• пробой или обрыв силового тиристора;
• обрыв цепи высоковольтной части агрегата;
• превышение током первичной обмотки, током и напряжением поля электрофильтра установленных уставок;

• предельное напряжение поля электрофильтра (кВ);
• предельный ток поля электрофильтра (мА);
• шаг снижения напряжения поля электрофильтра;
• время де-ионизации;
• время быстрого нарастания;
• время нормального нарастания
• и ряд других параметров, позволяющих подобрать оптимальный режим работы электрофильтра в конкретных условиях.

Технические характеристики

Технические данные ЩУ приведены в таблице:

• выключатель нагрузки LA2/D 250A 690V;
• пульт оператора МЛ275;.
• модуль регулятора МЛ382.300;
• источник электропитания двухканальный МЛ730 (12 В, 0,8 А каждый);
• модуль силовой МЛ621;
• трансформатор тока Т-0,66-150/5;
• автоматические выключатели ВА2001(2)-2р/3А;
• автоматический выключатель ВА77-1-250 160А с независимым расцепителем для аварийного отключения питания агрегата;
• автоматические выключатели ВА2005-М06;
• пускатели магнитные ПМ1-0910;
• быстродействующий предохранитель M00UQU-N/160A/690V;
• кнопки, индикаторы и переключатели.

Устройство и работа

Общий вид передней панели ЩУ

ЩУ обеспечивает поддержание оптимального режима питания электродов поля электрофильтра высоким напряжением в условиях возникновения искровых и дуговых пробоев. Поддержание режима питания электродов осуществляется путем управления углами открывания тиристоров VS1, VS2, включенных встречно-параллельно в цепи первичной обмотки высоковольтного трансформатора. Управление работой АП может производиться как органами управления, расположенными на его передней панели (местное), так и с удаленного рабочего места (дистанционное), например, с диспетчерского пульта (далее – ДП). Выбор типа управления осуществляется переключателем ДИСТ/МЕСТН. Если выбрано местное управление, то для запуска АП следует нажать кнопку ПУСК в секторе АГРЕГАТ ПИТАНИЯ, при этом на управляющие выводы тиристоров подаются открывающие сигналы,вследствие чего между электродами электрофильтра возникает электрическое поле и начинается процесс фильтрации газопылевой смеси. В то же время на ДП подается сигнал о том, что АП включен. Нажатие кнопки СТОП в том же секторе при местном управлении приостанавливает работу АП, при этом тиристоры запираются, и тем самым снимается высокое напряжение с электродов электрофильтра. Также снимается сигнал о включении АП.

В автоматическом режиме ЩУ увеличивает напряжение на электродах поля электрофильтра до возникновения искрового пробоя или до достижения предельных значений тока или напряжения поля, устанавливаемых в уставках.При обнаружении искры тиристоры закрываются на время ТВu, необходимое для де-ионизации газопылевой смеси, проходящей через поле электрофильтра. После де-ионизации за время быстрого нарастания T(fast) напряжение в поле увеличивается до значения, меньшего на шаг снижения Fu(-Su) от величины Uspark, при которой произошел предыдущий разряд. Далее за время нормального нарастания Тu(slow) напряжение растет до величины Uspark-[Fu(-Su)+Fu(+Su)], после чего идет выдержка времени, соответствующая параметру «Пауза 1».

График управления работой электрофильтра

Ручной режим предназначен для изменения управляющего воздействия вручную, используя клавиши на лицевой панели ПО. В ручном режиме контролируется наличие искрового разряда, и в случае его появления управляющее воздействие сбрасывается до нуля, после чего напряжение на фильтре автоматически выводится до предискрового значения.В ручном режиме так же, как и в автоматическом, контролируются значения напряжения и тока поля электрофильтра и тока потребления, а также значение управляющего воздействия и в случае достижения ими предельных значений дальнейшее увеличение управляющего воздействия блокируется.

В ЩУ реализован алгоритм линейного контроля, основанный на поддержании частоты пробоев в предустановленном диапазоне от 1 до 60 искр в минуту. ЩУ обеспечивает работу по одному из четырех типовых рецептов. Все рецепты представляют собой наборы одинаковых параметров, но с разными значениями. Номер рабочего рецепта определяется отдельным параметром.

Примеры экранов на базе регистратора МЛ275

Вид мнемосхемы №1

Вид мнемосхемы №2

Примеры экранов на базе терминала Magelis XBT GT2130

Вид №1 экрана подменю «Монитор»

Вид №3 экрана подменю «Монитор»

Вид экрана "Ручной режим"

Вид экрана подменю АДМИН

Пример экрана на базе регистратора МЛ914

АРМ оператора по обслуживанию электрофильтров

Программа разработана для цементного завода:

• Мельничное отделение — 14 полей для очистки отходящих газов;
• Сушильное отделение — 9 полей для очистки отходящих газов;
• Обжиг клинкера — 6 полей для очистки отходящих газов.

Основные понятия и возможности

• Управляющее значение регулятора (% открытия тиристора) Fu ,%;
• Напряжение фильтра (среднее за полупериод) Udc, кВ;
• Вторичный ток фильтра (среднее за полупериод) Idc, мА;
• Вторичный ток фильтра (пиковое за полупериод) Idc^, мА;
• Первичный ток (среднеквадратичное) Ip, A;
• Кол-во искр за последнюю минуту;
• Значения Fu, Udc, Idc при последней искре;
• Предискровые значения Udc, Idc перед последней искрой;

• Включение/выключение работы регулятора;
• Включение/выключение канала встряхивания №1;
• Включение/выключение канала встряхивания №2;
• Включение/выключение канала встряхивания №3;

• № рабочего рецепта (0..3);
• Максимально допустимое управление Fu (0..100%);
• Максимально допустимое значение напряжения Udc (кВ) для каждого из 4-х рецептов;
• Максимально допустимое значение вторичного тока Idc (мА) для каждого из 4-х рецептов;
• Врем работы встряхивания и паузы для каждого из 3-х каналов встряхивания независимо;

• Мельничное отделение — 14 регуляторов электрофильтров.
• Сушильное отделение — 9 регуляторов электрофильтров.
• Обжиг клинкера — 6 регуляторов электрофильтров.

• В момент встряхивания регулятор автоматически выключается (Fu=0), а после завершения встряхивания автоматически включается в работу (оптимальный режим работы).
• Регулятор работает вне зависимости от встряхивания.
• В момент встряхивания регулятор автоматически «сбрасывает» управление до Fu_(при встряхивании)- параметр программирования, а после завершения встряхивания переходит в обычный режим работы.

Страница «Регулятор напряжения»

Регулятор поля №2 мельничного отделения в работе, встряхивание по всем каналам выключено, предупреждающее сообщение — ограничение по напряжению фильтра.

Регулятор поля №1 сушильного отделения (адрес №15) в работе, встряхивание по всем каналам включено оператором от АСУТП

Аварийный останов регулятора поля №12 мельничного отделения в случае, когда значение первичного тока менее допустимого при управляющем воздействии более 20%

Страница «Общая схема»

Связь с регуляторами с адресами 13-14,27-29 отключена. Регуляторы полей №1-8,10-12 мельничного отделения в работе,регулятор поля №9 выключен оператором от АСУТП, в поле №4 мельничного отделения включено встряхивание от АСУТП каналов встряхивания №1 и №2.В поле №1 сушильного отделения включено встряхивание всех 3-х каналов. Внизу по каждому отделению ведется журнал предупреждающих и аварийных ситуаций, где фиксируется время появления новой ситуации и время пропадания.

Аварийный останов регулятора поля №12 мельничного отделения в случае, когда значение первичного тока менее допустимого при управляющем воздействии более 20%

Страница «Регуляторы»

Табличный вид вид просмотра работы регуляторов

Страница «Архив»

Представление данных (архив) в виде таблицы в разрезе каждого отделения

Страница «Уставки - Основные уставки»

Примерный вид страницы «Уставки» для каждого регулятора отдельно

Страница «Уставки - Полный набор уставок»

Представление всех уставок регуляторов в виде таблицы

Страница «Журнал»

На данной странице можно просмотреть сообщения предупреждающие и аварийные по каждому регулятору.

Страница «Тренды — Встряхивание»

За выбранную дату и выбранный интервал времени в мельничном отделении встряхивание было по полям №11 , №12 и №1 с одинаковой длительностью по 45 сек.

Страница «Тренды — Параметры»

Представление основных значений параметров фильтра в виде графиков выбранного регулятора (поле №1) за выбранную дату и интервал времени.

Более детальный анализ, по двойному клику мыши, по одному из графиков.

Страница «Тренды — Вольт-амперная характеристика»

Вольт-амперная характеристика поля №3