УДК 621.928.9

Ерошенко В.Г., канд.техн.наук
г. Харьков, Украина

Требования к экологической безопасности в различных отраслях производственной деятельности человека повсеместно ужесточаются и исключительно большое значение приобретает проблема предотвращения загрязнения атмосферы промышленными выбросами, в т.ч. содержащих твердые вещества.

Электрофильтры, благодаря высокой эффективности и низким, по сравнению с другими пылеулавливающими аппаратами (тканевые фильтры, скрубберы), эксплуатационными затратам, нашли самое широкое применение в различных отраслях промышленности: металлургия, тепловая энергетика, производство цемента и др.

В то же время хорошо известно, что, по ряду причин, которые мы здесь не рассматриваем, в основных "пылевыделяющих" отраслях промышленности Украины (как и в большинстве стран СНГ) - тепловая энергетика, металлургия, производство цемента и др. - в настоящее время более 90% парка пылеулавливающих установок с электрофильтрами, скрубберами и др. аппаратами не обеспечивают требуемого международными и современными украинскими стандартами качества очистки выбрасываемых в атмосферу газов (50 мг/нм³ и, в некоторых случаях, - не более
20-30 мг/нм³).

Далее мы будем рассматривать только электрофильтры применительно к затронутым вопросам сокращения выбросов твердых веществ в атмосферу.

Задача масштабной реконструкции и обновления действующего парка электрофильтров Украины, с целью обеспечения требуемого качества очистки выбрасываемых в атмосферу газов, актуальна и все более ускоряющимися темпами приобретает общегосударственное значение, как с точки зрения экологической безопасности страны, так и в связи с решением ряда межгосударственных проблем и вопросов интеграции Украины в Европейское содружество.

Решение проблемы сокращения выбросов твердых веществ в атмосферу в Украине с применением электрофильтров осуществляется несколькими путями:

1) прямое или через местных украинских посредников (дилеры, представительства и т.п.) привлечение к поставкам электрофильтров зарубежных производителей электрофильтров, среди которых можно выделить такие фирмы как "FLS", "ZVVZ", "ALSTOM Power Stavan";

2) поставка украинскими производителями электрофильтров советского периода разработки с рядом усовершенствований, касающихся, в основном, периферийного и вспомогательного оборудования электрофильтров (электропитание, управление, исполнительные механизмы и устройства и т.п.);

     в некоторых случаях в этих электрофильтрах используются также заимствованные от зарубежных фирм (Lurgi, др.) профили элементов осадительных и коронирующих электродов;

3) поставка украинскими производителями современных электрофильтров, в основе которых заложены технические и архитектурные решения как собственных разработок, так и, в основном, зарубежных: Lurgi (Германия), BHA (США), FLS (Дания), ALSTOM Power Stavan (Франция-Швеция);

4) поставка украинскими производителями современных электрофильтров, в основе которых заложены как концептуальные, так и технические и архитектурные решения собственных разработок;

     в этих электрофильтрах, естественно, используется ряд общеизвестных решений и устройств, широко применяемых в мировой практике электрофильтростроения.

К таким электрофильтрам мы с полным основанием можем отнести электрофильтры типа ЭФД и ЭФДк.

Применение электрофильтров типа ЭФД/ЭФДк при реконструкции, модернизации и обновлении действующего парка промышленных электрофильтров, по нашему глубокому убеждению, подтверждаемому практикой, обеспечит требуемое качество очистки выбрасываемых в атмосферу газов. При этом также решается в определенной степени задача создания дополнительных рабочих мест для отечественных промышленных предприятий.

Электрофильтры по п.п.1)…3) мы здесь не рассматриваем. При необходимости, они могут быть рассмотрены отдельно.

Высокая эффективность работы электрофильтров ЭФД/ЭФДк достигается путем увеличения времени "эффективного контакта" (время взаимодействия электрически заряженных частиц с электрическим полем электрофильтра в приэлектродной области) улавливаемых частиц (пыль, зола, туман) с поверхностью осадительных электродов электрофильтра. С этой целью в электрофильтрах ЭФД/ЭФДк организованы (Рис. 1):

а) возможность естественных перетоков очищаемого газа между газовыми каналами электрофильтра через осадительные электроды за счет турбулентных пульсаций газового потока - ЭФД-тип электрофильтра (электрофильтры с прямоточным движением газа в активной части), либо

б) принудительное движение очищаемого газа из канала в канал через осадительные электроды - ЭФДк-тип электрофильтра (электрофильтры с продольно-поперечным (комбинированным) движением газа в активной части).

Рис. 1

Соответствующее движение очищаемых газов в активной части электрофильтров ЭФД/ЭФДк обеспечивается в обоих вариантах их исполнения за счет применения специального типа осадительных электродов - объемные газопроницаемые [1 - 5].

Как показали исследования, следует особо отметить, что, благодаря газопроницаемости осадительных электродов электрофильтров ЭФД/ЭФДк, даже в "прямоточном" исполнении аппарата (ЭФД) "аэродинамическая" доставка улавливаемых частиц к поверхности осадительных электродов более интенсивна, чем у традиционных электрофильтров со сплошными осадительными электродами, что обусловливает более эффективную работу аппарата. Эффективность очистки газов в электрофильтрах ЭФД/ЭФДк с плоскими газопроницаемыми осадительными электродами существенно ниже, чем в аппаратах с объемными газопроницаемыми осадительными электродами.

Степень очистки газов в электрофильтре ЭФД с объемными газопроницаемыми осадительными электродами описывается выражением [2]:

где: w_е - электрическая составляющая скорости дрейфа, равная скорости дрейфа частиц в существующих электрофильтрах со сплошными осадительными электродами,

w_а - дополнительная, аэродинамическая составляющая скорости дрейфа, "работающая" в электрофильтрах ЭФД,

v - скорость газа в электрофильтре,

L - длина электрофильтра,

2h - межэлектродное расстояние.

Эмпирически определено, что параметр A = k_А h^-1, а коэффициент k_А = (1 + v/v₀)^-1, где v₀ 0,2 м/с.

В электрофильтрах ЭФДк, по сравнению с электрофильтрами ЭФД, скорость v_эо очищаемого газа (и улавливаемых заряженных частиц в газе) внутри объемного газопроницаемого осадительного электрода значительно (в 2 ÷ 3, до 4 раз) меньше скорости v газа в активном сечении электрофильтра и определяется выражением:

где - коэффициент живого сечения объемного газопроницаемого осадительного электрода.

Благодаря этому обстоятельству, эффективность очистки газов в электрофильтрах типа ЭФДк существенно выше, чем в электрофильтрах типа ЭФД.

К отличительным концептуальным особенностям электрофильтров ЭФД/ЭФДк, по сравнению с электрофильтрами других Изготовителей (как отечественных, так и зарубежных), обеспечивающих их высокую эффективность, помимо вышеуказанного нового принципа их работы, можно отнести также:

- нового типа объемный газопроницаемый осадительный электрод с увеличенной на 30-60% поверхностью осаждения (2-х исполнений: с профилированными Z-образными или пластинчатыми элементами);

- нового типа коронирующий электрод с расщепленной иглой (РКИ-электрод) с П-образной формой тока коронного разряда и увеличенной на
10-12% токоотдачей;

- принципиально новое устройство активной части электрофильтра, обеспе-чивающее использование аэродинамических сил газового потока в процессе улавливания частиц.

При разработке электрофильтров ЭФД/ЭФДк исследованы и оптимизированы следующие основные параметры электрофильтра, обеспечивающие повышение эффективности их работы:

- распределение электростатического поля в межэлектродном пространстве - достигнуто близким к идеальному плоско-параллельному;

- распределение электрического поля и объемное распределение тока коронного разряда в межэлектродном пространстве - занимают объем, в 2÷3 раза больше, чем в существующих электрофильтрах;

- распределение тока коронного разряда на поверхности осадительного электрода - равномеризировано и распределяется на поверхности, более чем в 2 раза превышающей эту поверхность в существующих электрофильтрах;

- форма и соотношение геометрических размеров расщепленной коронирующей иглы (РКИ - электрод) - обеспечивают П-образную (вместо
-образной) форму тока и электрического поля коронного разряда в межэлектродном пространстве с РКИ - электродом;

- форма, устройство и соотношения геометрических размеров элементов (Z-образный профилированный и пластинчатый) и их компоновка в полотне осадительного электрода - обеспечивается увеличение активной поверхности осаждения, объемность и оптимальная газопроницаемость электрода;

- значение параметра d/h (d - шаг между элементами коронирующего электрода в ряду, h - разрядное расстояние) - обеспечивает повышенную энергонасыщенность межэлектродного пространства.

Высокая эффективность работы электрофильтров ЭФД/ЭФДк обеспечивается также благодаря ряду оригинальных технических решений и новых технологических приемов, к которым можно отнести следующие:

1. Уменьшенный более чем в 2 раза унос пыли при регенерации электродов;

2. Интенсифицирован процесс зарядки и улавливания частиц пыли посредством нестандартных технических решений: увеличенная в 2÷3 раза энергонасыщенность межэлектродного пространства, П-образная форма тока и поля коронного разряда с РКИ-коронирующим электродом и пр.

3. Пониженная "чувствительность" электрофильтра в пределах порядка к высокому удельному электрическому сопротивлению улавливаемой пыли.

4. Уменьшенная в ~ 2 раза величина децентровки электродной системы при ее высоте 9...15 м и более;

5. Повышенная эффективность очистки электродов от уловленной пыли и долговечность работы узлов встряхивания;

6. Облегченный монтаж, обслуживание и ремонт электродных систем, в особенности при их высоте 9…15 м и более.

Электрофильтры ЭФД/ЭФДк оснащаются современными высокопроизводительными системами АСУ, обеспечивающими полный контроль и высокую эффективность работы электрофильтров при минимизации затрат на очистку.

Электрофильтры ЭФД/ЭФДк внедрены за вращающимися печами в цементной промышленности, в том числе за печами Ø 5 х 185 м, на энергоблоках 200 МВт ТЭС на производительность по газу до 1,8 млн.м³/ч и др. при реконструкции действующих электрофильтров типа УГ, ПГД, ЭГ и др.

Электрофильтры ЭФД/ЭФДк содержат ряд "ноу-хау", защищены патентами Украины и Российской Федерации [4,5].

Библиографический список.

1. Авторское свидетельство 559727 (СССР). Осадительный электрод / В.Г.Ерошенко, В.П.Дзиган. - Опубликовано в Бюллетене информации, 1977,
№ 20. Приоритет от 2.10.1973г.

2. Ерошенко В.Г., Волков В.К. Очистка газов от пыли в электрофильтре с объемными газопроницаемыми осадительными электродами. - Межотраслевая информационная серия, 03-19, ИЛ № 052-76 / Черметинформация. - М.: Металлургия, 1976. - 4 с.

3. Ерошенко В.Г. Особенности обеспыливания газов электрофильтром ЭФА. / Промышленная и санитарная очистка газов. М., 1983, № 5, с. 7-8.

4. Изобретение "Электрофильтр", Патент Украины № 70055, опубл.15.08.2006г., Бюллетень № 8.

5. Изобретение "Электрофильтр", Патент Российской Федерации № 2296012, опубликовано 27.03.2007 г., Бюллетень № 9.