Связь между током короны и напряжением в электрофильтре можно выразить уравнением
I=KGU(U—U0),
где К — безразмерный коэффициент; G — коэффициент, определяемый геометрией электродов; U — рабочее напряжение, В; U0 — критическое напряжение, В.
В свою очередь, скорость дрейфа частиц в электрофильтре зависит от напряжения на электродах:
где а — коэффициент, учитывающий диэлектрическую проницаемость среды и геометрические размеры электродов; г — радиус частиц, мкм; т) — эффективность электрофильтра.
Например, если отключить напряжение с фильтра, то скорость дрейфа и эффективность становятся равными нулю (без учета механического к. п. д.). С другой стороны, при увеличении скоростей дрейфа вдвое размеры электрофильтра уменьшаются в два раза.
Поскольку w=U2, даже относительно небольшое повышение напряжения приводит к заметному увеличению эффективности электрофильтра. Таким образом, система, питающая электрофильтр высоким напряжением, должна обеспечивать поддержание на электродах фильтра максимально возможного значения напряжения.
Ток короны определяется формой коронирующих электродов, разрядным расстоянием, а также физико-химическими свойствами пылегазового потока, пропускаемого через электрофильтр, основными из которых являются температура, давление, влагосодержание, скорость и химический состав.
Характер изменения вольт-амперной характеристики короны при изменении указанных параметров приведен на рис. 17.
Рис. 17. Зависимость вольт-амперной характеристики короны от температуры (а); давления (б); влажности (в); скорости (г); состава газа (й).
Питание электрофильтров выпрямленным напряжением.
В практике электрической очистки газов применяют однополупериодное и двухполупериодное выпрямление однофазного тока и шестифазное выпрямление трехфазного тока.
Если идеальное постоянное напряжение имеет форму волны, близкую к прямой линии, то напряжение, получаемое после выпрямителей, имеет пульсирующую форму волны. При этом наибольшую пульсацию имеет волна напряжения по схеме однополупериодного выпрямления; двухполупериодное выпрямление дает несколько сглаженную форму волны, а при выпрямлении трехфазного тока форма волны приближается к идеальному постоянному току.
Как показывает практика, для быстрого гашения дуги в электрофильтре предпочтительнее использовать пульсирующее напряжение, так как при этом сокращается время работы фильтра без напряжения и при сниженном его значении.
Быстрое гашение возникающего в электрофильтре дугового пробоя — одно из основных условий устойчивой работы. С этой точки зрения оптимальным является пульсирующее напряжение, так как падение потенциала в каждом полупериоде облегчает условия отсечки напряжения. При сглаженной форме кривой напряжения погасить дугу значительно труднее.
Пульсирующее напряжение часто способствует улавливанию высокоомной пыли.
При питании электрофильтра от шестифазного выпрямителя аппарат работает неустойчиво. Например, при питании от шестифазного выпрямителя пробивное напряжение составляет около 50 кВ, а от двухполупериодного — 65 кВ.
Практика показывает, что оптимальной частотой можно считать 50—120 Гц, однако использованию нестандартных частот препятствует стоимость преобразователя частоты.
Одно- и двухполупериодное выпрямление получило наибольшее распространение. Относительно длинные периоды затухания при однополупериодном выпрямлении обеспечивают достаточное время, чтобы возникшая искра успела погаснуть. Форма кривой для одно- и двухполупериодного выпрямления различается лишь тем, что при однополупериодном выпрямлении каждая вторая
полуволна теряется. Однополупериодное питание позволяет увеличить число полей электрофильтра, питаемых от одного агрегата. При выборе двух- или однополупериодного выпрямления исходят из следующих соображений.
Двухполупериодное выпрямление применяют для питания электрофильтров при улавливании частиц с удельным сопротивлением не выше 10м Ом-см и концентрации золы или пыли в газе не выше 40 г/м3.
Однополупериодное выпрямление рекомендуется применять при улавливании пыли, имеющей большое сопротивление или повышенную концентрацию в газе.
Ощутимых результатов от применения схем однополупериодного питания можно ожидать для электрофильтров, потребляющих ток выше 150 мА. Предполагается, что для таких электрофильтров уменьшение интенсивности ионного потока при условии сохранения прежней разности потенциалов не повлечет за собой ухудшения степени очистки. Эффективного применения однополупериодного питания можно ожидать также там, где увеличение разрывов между импульсами тока позволяет увеличить рабочее напряжение и, не увеличивая мощности, добиться улучшения работы электрофильтра.
При использовании однополупериодного выпрямления число агрегатов сокращается вдвое, повышается электрическая устойчивость работы агрегата, лучше используется установленная мощность.
Для высокопроизводительных электрофильтров при большой концентрации пыли рекомендуется применять комбинированное одно- и двухполупериодное питание.
В этом случае однополупериодное питание можно применять на первых и вторых полях, а двухполупериодное — на выходных полях.
Такую схему питания электрофильтров следует применять, исходя из следующих предпосылок. Первые по ходу газа электрические поля фильтра работают при большой концентрации пыли в газах и с большим слоем пыли на осадительных электродах. Поэтому потребление тока уменьшается и процесс очистки газа протекает менее устойчиво, вследствие чего питание целесообразно осуществлять током с большими импульсами волны напряжения. Последние поля электрофильтра работают с меньшей пылевой нагрузкой, с более чистыми электродами и имеют большие токовые нагрузки. Их работа
протекает со стабильными характеристиками, поэтому здесь можно применять ток со сглаженной формой волны напряжения.
Питание электрофильтра переменным напряжением.
Попытки применять переменное напряжение для электрофильтров предпринимались неоднократно. Однако ряд исследователей приходит к заключению о нецелесообразности этого вида напряжения, так как при подаче, например, 40-периодного напряжения направление электрического поля в аппарате меняется 100 раз в секунду и заряженные частицы столько же раз в секунду меняют направление своего движения. Естественно, для частиц, находящихся вблизи осадительного электрода, вероятность осаждения на плоскости окажется большей. Остальные частицы (более 75%) под воздействием переменного поля и газового потока могут выноситься из электрофильтра.
Однако в некоторых случаях питание электрофильтра переменным напряжением считается целесообразным, например при улавливании некоторых агрессивных туманов, когда коронирующий электрод должен быть защищен каким-либо стойким диэлектриком. В этом случае получение короны постоянной полярности вообще невозможно. При подаче переменного напряжения разноименно заряженные частицы вследствие взаимного притяжения коагулируют, соединяясь в комплексы и двигаясь под влиянием силы тяжести, могут развивать скорости большие, чем скорости движения газа, и могут быть выведены из газового потока.
Переменное напряжение дает хороший эффект при питании электрофильтра напряжением звуковой или ультразвуковой частоты. Применение этого метода дает следующие преимущества. При наличии короны и электрического поля переменной полярности частицы приобретают предельные электрические заряды. Под воздействием кулоновских сил заряженные частицы, перемещаясь, сталкиваются и образуют крупные агломераты, которые легче осадить, чем мелкие частицы.
Во Франции и Бельгии разработаны методы питания электрофильтра асимметричным переменным напряжением, что имеет большое значение для предупреждения и эффективного гашения дугового пробоя в электрофильтре.
Питание электрофильтра смешанным напряжением.
Этот способ питания электрофильтра заключается в том, что на электроды подается одновременно два вида напряжения. Электрофильтр имеет два осадительных электрода — основной (заземленный) и вспомогательный (изолированный) в виде системы из железных прутков. К коронирующим электродам прикладывается переменное высокое напряжение, способное создать коронный разряд, а к вспомогательному и основному осадительному электродам подается постоянное напряжение, способное создать электрическое поле. Осаждение частиц происходит только на основном осадительном электроде, а вспомогательный способствует созданию короны.
Как показали эксперименты, осаждение можно осуществлять при относительно небольшом уровне постоянного тока, что обеспечивает «спокойную» работу электрофильтра без пробоев.
Для улавливания пыли разработан электрофильтр со вспомогательными электродами с питанием смешанным напряжением — постоянным и импульсным. При подаче постоянного напряжения между вспомогательными и основным электродами создается однородное электрическое поле. Значение постоянного напряжения выбирается таким, что не создает ионизации, а служит лишь для улавливания заряженных частиц, поступающих из неоднородного электрического поля, находящегося между коронирующими и осадительными электродами. В электрофильтре предусмотрено чередование полей в следующей последовательности: неоднородное — однородное— неоднородное — однородное и т. д. На коронирующий электрод для образования короны и предотвращения обратной короны дополнительно подается импульсное или постоянное напряжение. Ионизация и образование носителей зарядов начинается лишь тогда, когда дополнительный потенциал достигнет определенного знания, достаточного для возникновения короны.
