АГРЕГАТЫ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ
5. СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
Агрегат питания электрофильтра является одним из важнейших узлов элсктрогазоочистной установки.
Достигнутому за последнее десятилетие заметному повышению эффективности и надежности работы установок в немалой степени способствовало создание новых современных автоматических агрегатов питания.
Рис. 18. Система электрофильтр — агрегат питания.
I — регулятор; 2 — повысительный трансформатор; 3 — выпрямитель; 4 — электрофильтр; 5 — интегратор.
Применение автоматических агрегатов позволило автоматизировать работу установок электрической очистки газов. Специфические особенности технологических процессов в отраслях промышленности, где применяются электрофильтры, привели к созданию аппаратов различных конструкций. Однако многообразие типов электрофильтров не предъявляет особых требований к конструкции и схеме агрегатов питания. Поэтому унифицированные агрегаты могут быть использованы для питания практически любого электрофильтра.
Система электрофильтр — агрегат питания (рис. 18) работает в режиме обратной связи; любое изменение в активной зоне электрофильтра отражается на режиме работы агрегата питания. Таким образом, эффективность работы электрофильтра в значительной степени определяется способом регулирования напряжения и тока.
По принципу действия агрегаты питания можно разделить на источники тока и источники напряжения. При питании электрофильтра от источника тока (автотрансформатор, магнитный усилитель с самонасыщением, тиристорный регулятор) ток короны практически остается постоянным, а выходное напряжение изменяется пропорционально сопротивлению нагрузки, определяемому состоянием активной зоны электрофильтра.
При питании от источника напряжения (магнитный усилитель с последовательным, параллельным или смешанным соединением обмоток) ток короны сильно изменяется в зависимости от напряжения.
Способы регулирования напряжения прошли все стадии — от использования примитивных реостатов, соединенных последовательно с автотрансформаторами, заторможенных асинхронных двигателей (индукционных регуляторов) до современных способов управления и контроля — магнитных усилителей и тиристорных регуляторов, обладающим высоким к. п. д., быстродействием и другими преимуществами, которые позволили создать современные системы управления режимами питания электрофильтров с применением компьютеров. В новых агрегатах вместо селеновых успешно применяются силовые кремниевые выпрямители. Последние более устойчивы к тепловым перегрузкам, занимают мало места и имеют большой срок службы.
Применение новых автоматических систем регулирования и полупроводниковых выпрямителей позволило разработать агрегаты питания мощностью до 100 кВт и обеспечить питание высокопроизводительных электрофильтров для энергоблоков мощностью 300, 500 и 800 МВт.
Регуляторы напряжения и тока.
Электрофильтры работают при рабочем напряжении, которое меньше пробивного всего на несколько процентов. При этом пробивное напряжение, зависящее от многих факторов (количества очищаемых газов, их температуры, плотности и влажности, концентрации взвешенных частиц в газах, наличия слоя пыли на электродах и др.), обычно колеблется в значительных пределах, поэтому скорость регулирования напряжения или тока и степень автоматизации этого процесса имеют первостепенное значение.
При изменении указанных выше параметров в электрофильтре возникают искровые разряды, переходящие при определенных условиях в электрическую дугу.
Искровые разряды в электрофильтре (рис. 19) представляют собой апериодические пробои длительностью порядка 10-3 с и не вызывают заметных перегрузок в системе. Искровые разряды в электрофильтре неизбежны и опасности для системы агрегат — электрофильтр не представляют, если исключить возможность перехода искрового разряда в затяжную дугу короткого замыкания.
Возникающие в электрофильтре дуговые разряды (рис. 20) длятся 0,1—5 с и сопровождаются значительным увеличением тока нагрузки и резким снижением напряжения.
Развитию дугового разряда способствуют электрическая емкость электрофильтра и соединительного кабеля, энергия магнитного поля в стали трансформатора
и энергия питающей сети. Последняя является основным источником, обеспечивающим переход искрового разряда в дуговой, поэтому современные системы регулирования строятся с расчетом быстрой отсечки или ограничения этой энергии при дуговом пробое в электрофильтре.
Разработано несколько способов регулирования, из которых наибольшее распространение получили системы регулирования по заданному току и напряжению: по дуговому пробою в фильтре; по заданному числу искровых разрядов в электрофильтре; по максимальной мощности, потребляемой коронным разрядом; по максимальному среднему напряжению.
При регулировании по заданному току или напряжению система автоматического регулирования поддерживает один из этих параметров на заданном уровне, т. е. агрегат работает в зоне напряжений, которая, как правило, значительно ниже пробивного напряжения.
Рис. 19. Осциллограмма работы агрегата питания АТФ в «спокойном» режиме (/2= =700 мА; U2=52 кВ).
1 — сигнал тиристора; 2 — напряжение сети; 3 — сигнал амплитудно-фазового преобразователя; 4 — сигнал селектора; 5 — ток Л; 6 — напряжение Ur. 7 — ток /2.
Рис. 20. Осциллограмма работы агрегата питания АТФ в режиме пробоев в электрофильтре (/2=700 мА; иг=52 кВ).
1 — сигнал тиристора; 2 — напряжение сети; 3 — сигнал амплитудно-фазового преобразователя; 4 — сигнал селектора; 5 —ток Л; 6 — напряжение U; 7 — ток /г.
При регулировании напряжения в электрофильтре по дуговому пробою автоматическая система поддерживает напряжение на предпробойном уровне. Достигается это тем, что через интервалы времени, задаваемые программным реле, происходит зондирование меняющегося пробивного уровня напряжения. После пробоя напряжение па фильтре автоматически снижается до определенного значения и агрегат работает с таким выходным напряжением до следующего пробоя.
Возникающие при таком способе регулирования периодические пробои приводят к тому, что электрофильтр работает в безыскровой зоне напряжений, в результате чего напряжение на фильтре всегда ниже максимально возможного уровня.
При регулировании по заданному числу искровых разрядов агрегат работает в зоне искровых разрядов, в результате чего рабочее напряжение электрофильтра несколько повышается. При изменении пробивной прочности разрядного промежутка в фильтре меняется частота искровых разрядов. Так как система работает по заданной программе, она не реагирует на эти изменения и эффективность очистки снижается.
При регулировании по максимальной полезной мощности и по максимальному среднему напряжению интегратор суммирует мощность, потребляемую электрофильтром, и поддерживает ее на оптимальном уровне. При регулировании по максимальному среднему напряжению используется зависимость между напряжением на первичной обмотке повысительного трансформатора и средним значением напряжения на электродах фильтра.
Недостатком рассмотренных способов регулирования напряжения и тока является то, что независимо от способа регулирования агрегат не может обеспечить оптимальный режим электрофильтра при улавливании золы или пыли с высоким удельным электрическим сопротивлением, когда аппарат работает в режиме обратной короны.
В новых агрегатах питания серии АТФ принята более совершенная система регулирования, которая практически обеспечивает режим работы в зоне максимального напряжения.
В агрегатах питания применяются в основном три принципа регулирования или их комбинации:
периодическое регулирование напряжения, осуществляемое по дуговому пробою в электрофильтре;
искровой принцип, основанный на поддержании оптимального числа искровых разрядов в активной зоне электрофильтра;
экстремальное регулирование, обеспечивающее поддержание на электродах электрофильтра максимального значения среднего напряжения.
Кратко рассмотрим основные режимы работы регуляторов напряжения и тока современных агрегатов питания.
Магнитный усилитель включается последовательно с первичной обмоткой повысительного трансформатора агрегата, что позволяет в широких пределах регулировать его входное напряжение и, следовательно, напряжение на электродах электрофильтра.
Ток в обмотке управления определяет режим усилителя по току в силовой обмотке, которому пропорционален ток короны в электрофильтре, а приложенное напряжение распределяется между последовательно включенным магнитным усилителем и трансформатором.
При возникновении пробоя в фильтре вследствие резкого падения сопротивления электрофильтра и происходящего в результате этого перераспределения падения напряжения между магнитным усилителем и электрофильтром напряжение на последнем резко снижается. Жесткая токовая характеристика усилителя препятствует возникновению большие бросков тока короткого замыкания. Это предохраняет электроды фильтра от оплавления при пробое, а также защищает силовой блок от перегрузок.
При срабатывании релейной системы гашения дуги (в случае пробоя) отключается ток подмагничивания усилителя, что приводит к еще большему уменьшению напряжения в фильтре. Возникшая в электрофильтре дуга гаснет.
После гашения дуги подмагничивание усилителя восстанавливается, но при меньшем токе управления, в результате чего агрегат после пробоя работает при несколько сниженном значении тока и напряжения.
Магнитные усилители, применяемые для агрегатов питания типа АРС, выполняются сухими. Усилитель размещается непосредственно в шкафу пульта управления агрегата.
Магнитные усилители агрегатов АИФ и АУФ размещаются в отдельном баке, заполненном маслом.
Большая постоянная времени цепи управления с магнитным усилителем, равная примерно 0,1 с, приводит к тому, что усилитель медленно реагирует на изменение управляющего сигнала (напряжения). Возникающая в электрофильтре электрическая дуга не может быть быстро погашена, чnj приводит к снижению эффективности фильтра, а в ряде случаев к оплавлению , коронирующих электродов.
В отличие от магнитных усилителей тиристорные регуляторы, применяемые в агрегатах типа АТФ, практически безынерционны и обладают следующими основными преимуществами: быстродействие, малая масса и небольшое тепловыделение, относительно высокий к. п. д. и др.
Режим работы тиристора подобен режиму тиратрона. Он периодически отпирается при определенном заданном и регулируемом значении напряжения, а затем к концу рабочего полупериода переменного напряжения вновь запирается.
Исследования, проведенные в промышленных условиях, показали, что агрегаты с тиристорными регуляторами обеспечивают полное снятие напряжения с электрофильтра за время 0,1 с, что обеспечивает минимальные перерывы в питании; по сравнению с магнитным усилителем тиристорный регулятор позволяет поддерживать на электродах фильтра более высокий уровень напряжения, что приводит к повышению степени очистки газов.
