Электрические фильтры

Электрофильтр — устройство, в котором очистка газов от аэрозольных, твердых или жидких частиц происходит под действием электрических сил. В результате действия электрического поля заряженные частицы выводятся из очищаемого газового потока и осаждаются на электродах. Зарядка частиц происходит в поле коронного разряда. Электрофильтр представляет собой корпус прямолинейной или цилиндрической формы, внутри которого смонтированы осадит, и коронирующие электроды различной конструкции (в зависимости от назначения и области применения электрофильтров, а также от специфики улавливаемых частиц). Коронирующие электроды подключены к высоковольтному источнику питания выпрямляющим током напряжением 50—60 кВ электрофильтры, в которых улавливаемые твердые частицы удаляются с электродов встряхиванием, называются сухими, а те, в которых осаждают частицы смываются с электродов жидкостью или улавливаются жидкие частицы (туман, брызги), — мокрыми.

Преимущества электрического пылеулавливания: 

        возможность работы при высоких температурах до 425°С;

        работа установки в среде перенасыщенной влагой;

        возможность работы электрофильтра в агрессивных средах;

        возможность продолжительной работы установки за пределами технологических параметров, предусмотренными картой эксплуатации;

        низкое гидравлическое сопротивление установки ~200 Па;

        низкие эксплуатационные расходы;

        простота в обслуживании;

        высокая надежность узлов и механизмов.

Электрические фильтры могут улавливать твердые и жидкие частицы размером от 0,01 мкм (вирусы, табачный дым) до десятков мкм.

В зависимости от направления движения газа электрические фильтры делятся на горизонтальные и вертикальные. Сухие аппараты могут быть как вертикальными, так и горизонтальными. Преимущественное применение среди сухих электрофильтров имеют аппараты с горизонтальным ходом газа - горизонтальные многопольные аппараты, в которых очищаемый газ проходит последовательно через несколько электрических полей.

В зависимости от формы осадительных электродов известны электрофильтры трубчатые и пластинчатые. Трубчатые электрофильтры состоят из большого числа элементов, имеющих круглое или сотообразное сечение. По оси трубчатого элемента расположен коронирующий электрод. В пластинчатом электрофильтре имеется большое количество параллельных пластин. Между ними находятся натянутые коронирующие электроды.

Формы осадительных и коронирующих электродов могут быть самыми разнообразными. Коронирующие электроды могут набираться из тонких круглых или толстых шестигранных стержней, стальных пилообразных полос, профилированных лент с игольчатой выштамповкой. Иногда применяются и другие формы. Осадительные электроды сухих фильтров выполняют в виде профилированных пластин, желобов, реже - коробок с круглыми или сложными вырезами для лучшего удержания осажденной пыли от вторичного уноса. В мокрых электрофильтрах проблема вторичного уноса несущественна, поэтому электроды выполняют в виде наборов прутков и гладких пластин, что позволяет легко смывать осадок.

Электроды сухих фильтров встряхивают соударением или при помощи специальных ударно-молотковых механизмов. Соударения применяют в основном для встряхивания коробчатых электродов. Остальные типы коронирующих и осадительных электродов встряхивают ударами вращающихся молотковых механизмов по наковальням, прикрепленным к этим электродам. Сухие вертикальные электрофильтры обычно используются при дефиците производственной площади.  В районах с умеренным климатом электротехническое оборудование размещают, как правило, на открытом воздухе, в суровых климатических условиях - в отапливаемых помещениях. Для устранения конденсации влаги на внутренних частях корпус электрофильтра теплоизолирован.

Корпуса электрофильтров рассчитаны на применение в районах с определенной сейсмичностью, которая указывается в характеристике аппаратов. Для районов с повышенной сейсмичностью необходима разработка специальных корпусов.

Высокое напряжение к электрофильтрам подводится специальным кабелем при расположении агрегатов питания в закрытых подстанциях или шинами при установке агрегатов на крышке электрофильтров.

Очистка газов в электрофильтрах широко применяется как в России, так и за рубежом. Разнообразные конструкции электрофильтров хорошо зарекомендовали себя во многих отраслях промышленности. Очистка газов в электрофильтрах является наиболее универсальным методом: в электрофильтрах происходит улавливание как микронных, так и крупных частиц. Электрофильтры могут работать в широких диапазонах температур и давления. Потери давления электрофильтром пренебрежимо малы и, следовательно, потребление электроэнергии на прохождение газов через электрофильтр сводится к минимуму.

Эффективность работы электрофильтров зависит от свойств частиц и газа, скорости и равномерности распределения очищаемого потока в сечении фильтров и т.д. Чем выше напряженность поля и меньше скорость газа, тем лучше улавливаются частицы. Электрические фильтры предназначены для высокоэффективной очистки технологических газов и аспирационного воздуха от твердых или жидких частиц, выделяющихся при технологических процессах в различных отраслях промышленности. Электрические фильтры применяют в энергетике, черной и цветной металлургии, промышленности строительных материалов, химической промышленности и др.

Практически электрофильтры работают во всех отраслях промышленности, но есть такие технологические процессы, в которых они незаменимы.

Энергетика: Блоки тепловых электростанций 150-800 мВт. Малые котельные. Мусоросжигающие заводы. Обработка угля, мельницы, сушилки бурого и каменного угля.

Промышленность строительных материалов: Цементная промышленность – сушильные установки, цементные мельницы, обжиг и помол клинкера при мокром и сухом способе производства. Выбросы от силосов и узлы погрузки. Известковые и гипсовые заводы – сушильные установки извести и гипса. Предприятия по производству стеновых материалов. Производство стекла, керамики, каолина, талька, графита.

Черная металлургия: Агломерационные фабрики – агломерационные ленты, барабанные и чашечные охладители агломерата, обжиговые печи, узлы пересыпки, транспортировки, сортировки агломерата, а также руды, кокса, известняка и др., зоны сжигания и охлаждения. Доменные цехи. Сталеплавильные цехи. Мартены. Конверторы. Электропечи. Печи шахтные. Печи отражательные. Коксохимические цехи. Производство огнеупоров. Прокатное, ферросплавное и др. производства.

Цветная металлургия: Свинцовые, цинковые, медеплавильные, никелевые, оловянные, алюминиевые, сурмяные, ртутные заводы. Производство германия, индия, селена, молибдена, вольфрама, ниобия, титана, циркония, магния. Очистка газов при производстве титанового и редкоземельного сырья. Плавильные, отражательные, шахтные, обжиговые печи, печи спекания, кальцинации и др. Порошковая металлургия. Производство электродов. Очистка вентиляционных газов.

Химическая промышленность: Концентраторы серной кислоты. Печи обжига пылевидного колчедана. Механические печи обжига колчедана. Печи обжига колчедана в кипящем слое. Печи сажевые и сажевые электрофильтры. Карбидные электрические печи. Сушильные установки хлористого кальция, руд на установках кальцинации и др. Производство серной кислоты, минеральных удобрений, моющих средств.

Нефтехимическая промышленность. Производство технического углерода, катализаторов, резинотехнических изделий, желтого фосфора, лакокрасочных материалов.

По назначению электрофильтры делятся на аппараты общепромышленного и специального назначения. К электрофильтрам специального назначения для химической, нефтехимической и горнодобывающей промышленности относятся:

Высокотемпературные электрофильтры. Электрофильтры для очистки газов от рудотермических печей для производства желтого фосфора. Электрофильтры для улавливания угольной пыли. Электрофильтры для улавливания пыли и смолы газогенераторных газов. Электрофильтры для очистки газов от смолы, масляных туманов. Электрофильтры для улавливания туманов серной кислоты. Электрофильтры, применяемые в производстве технического углерода и для улавливания катализаторной пыли. Электрофильтры для улавливания туманов фосфорной кислоты.

К специальным электрофильтрам для металлургической промышленности относятся высокотемпературные электрофильтры, а также:

Электрофильтры для очистки газов от смолы, масляных туманов и пыли. Электрофильтры для очистки газов от пыли и смолы. Электрофильтры для улавливания туманов серной кислоты.

Принцип очистки газов в электрофильтре универсален. В нем могут улавливаться любые твердые или жидкие частицы, так как все они способны иметь электрический заряд и, следовательно, должны осаждаться в электрическом поле. Однако универсальность принципа действия электрофильтров не удается распространить на их конструкции. В разных условиях требуются различные конструкции электрофильтров.

Технические характеристики сухих электрофильтров

общепромышленного применения

Таким образом, в заключение констатируем тот экспериментально и практически подтвержденнный вывод, что оптимальное значение параметра 
f = d / h для пластинчатых электрофильтров находится в пределах 0,6 - 0,8, а параметра  =  / h - в пределах 0,4 - 0,8, в зависимости от используемого типа коронирующих электродов с фиксированными разрядными точками.

Сухие аппараты могут быть как вертикальными, так и горизонтальными. Преимущественное применение среди сухих электрофильтров имеют аппараты с горизонтальным ходом газа - горизонтальные многопольные аппараты, в которых очищаемый газ проходит последовательно через несколько электрических полей.

Широкое распространение в промышленности поручили электрофильтры типа УГ, ЭГА и др. Эти аппараты применяют на тепловых электростанциях, в черной и цветной металлургии, химической промышленности, на предприятиях строительных материалов.

Для промышленной газоочистки из аппаратов отечественного производства могут быть рекомендованы электрофильтры общего назначения типов ЭГА, ЭГТ (горизонтальные сухие), УВ, ЭВВ (вертикальные сухие), а также ряд специализированных типов электрофильтров.

Электрофильтры серии ЭГА предназначены для обеспыливания неагрессивных невзрывоопасных газовых выбросов с температурой до 330°С. Корпуса аппаратов стальные, имеют прямоугольную форму. Корпус аппарата стальной теплоизолированный, имеет прямоугольную форму и рассчитан на разрежение до 4 кПа, в аппарате имеется 3 электрических поля, расположенных последовательно по ходу газа. Осадительные электроды представляют собой плоские полотна, набранные из прутков, а коронирующие - проволочные (диаметр проволоки 2,2 мм), натянутые при помощи грузов между осадительными. Длина одного активного поля 2,5 м, ширина 5,97 м (ширина корпуса 6,0 м), высота 7,74 м, расстояние между соседними осадительными электродами 260 мм. Уловленная пыль удаляется с электродов механическим встряхиванием посредством ударов молотков по наковальням осадительных и рамам подвеса коронирующих электродов. На базе электрофильтров ЭГА разработаны конструкции электрофильтров широкого промышленного применения ЭГА-М и ЭГАВ, для теплоэнергетики – ЭГСЭ и ЭГВМ.

Электрофильтр типа ЭГА-М отличается от ЭГА применением коронирующих электродов с пониженным напряжением зажигания коронного разряда, что позволят снизить выбросы до 50% в зависимости от типоразмера, экономичными приводами механизмов встряхивания электродных систем и и газораспределительных решеток с широким диапазоном регулирования скорости и защитой от коротких замыканий и перегрузок, использованием подвесной системы установки коронирующих электродов и применением осадительных элементов типа ЭКО МК 4х160, имеющих минимальные отклонения от номинальных размеров.

Электрофильтры типа ЭГАВ с верхним расположением механизмов встряхивания и применением новой электродной системы также позволили улучшить технические характеристики: площадь осаждения увели-чилась на 35–50%; время пребывания частиц в активной зоне увеличилось на 30–40%; удельная металлоемкость снизилась на 6–15%.

В теплоэнергетике всё большее применение находят электрофильтры типа ЭГВМ с межэлектродным расстоянием до 460 мм, высотой активной части до 18 метров и с использованием коронирующих элементов типа СФ-2.

Смоляной электрофильтр типа С-9,7 предназначен для очистки от смолы, масляных туманов и пыли генераторных и коксохимических газов и обеспечивает выбросы менее 50 мг/м3.

Рис. 1. Электрофильтр типа ЭГТ (Э - электрофильтр; Г - горизонтальный; Т – высокотемпературный):

1 - механизм встряхивания осадительных электродов; 2 - корпус; 3 - осадительный электрод; 4 - изоляторная коробка; 5 - механизм встряхивания коронирующих электродов; 6 - защитная коробка для подвода тока; 7 - коронирующий электрод; 8 – люк обслуживания.

Электрофильтры УГ предназначены для очистки дымовых газов с температурой до 250°С.

Рис. 2. Корпус двухсекционного и горизонтального пластинчатого электрофильтра типа УГ в процессе монтажа.

1 — колонны постамента; 2 — опорный пояс корпуса; 3 — бункер форкамеры; 4 — правая стенка форкамеры; 5 — левая стенка форкамеры; 6 — крышка форкамеры; 7 — балка крышки форкамеры; 8 — монтажный проем; 9 — левая стенка корпуса; 10 — утопленная изоляторная коробка; 11 — правая стенка кор пуса; 12 — балка крышки корпуса: 13 и 17 — люки для обслуживания: 14 — опорный карниз для монтажа осадительных электродов; 15 — стойка корпуса; 16 — площадка для обслуживания; 18 — скользящая опора корпуса: 19 — бункера.

Остальные цифры, приведенные в обозначении типа электрофильтра, указывают на число полей и его активное сечение. Например, тип электрофильтра УГ2-3-53 означает, что высота электродов 7500 мм, аппарат трехпольный активным сечением 53 м2.
Корпус пластинчатого сухого электрофильтра типа УГ (рис. 6) представляет собой прямоугольную камеру сварной конструкции, изготовляемую из стали на месте монтажа аппарата или на специализированных заводах. В некоторых случаях корпус электрофильтра изготовляется из железобетона.Маркировка электрофильтра означает: электрофильтр горизонтальный; первое число обозначает номер типоразмера (габарит) осадительного электрода, второе - количество полей, третье - активную длину поля, м; четвертое - площадь активного сечения, м2. Гидравлическое сопротивление фильтра 200 Па, разрежение в электрофильтре 3000 Па, пропускная способность по газу при скорости 1 м/с - 37 м3/с, температура очищаемых газов 130...250°С, ориентировачная степень очистки газов содорегенерационных котлоагрегатов 98%.

Таким образом электрофильтры разной конфигурации используют почти во всех отраслях промышленности, подбирая наиболее подходящие по свойствам, качеству и экономическим затратам.

Используемая литература

1.       Штокман Е.А. Очистка воздуха. - М.: Изд-во АСВ, 1999.

2.       Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю., Мягков Б.И., Решидов И.К. Очистка промышленных газов от пыли. – М.: Химия, 1981.

3.       Арбузов В.В. Экологические основы охраны атмосферы. Учебное пособие, Пенза, МАНЭБ, 1998.

4.       Алиев Г.М.-А. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов.

5.       Квашнин И.М., Юнкеров Ю.И. Расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу промышленными предприятиями. - Пенза: ПГАСА, 1998.

5