ИСТОЧНИК ЗНАКОПЕРЕМЕННОГО ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРА.
Для целей очистки отходящих из топки дымовых газов широко применяются электрические фильтры (ЭФ), имеющие ряд преимуществ по сравнению, например, с рукавными - это большая долговечность, простота технического обслуживания, наличие непрерывного цикла золоудаления при достаточно высокой эффективности. Одним из недостатков ЭФ является:
- вторичный пыле унос, связанный с необходимостью непрерывного или периодического отряхивания осадительных электродов,
- падение эффективности газоочистки при улавливании высокоомной пыли .
Широко используемая система механического отряхивание электродов вызывает износ не только этих механизмов, но и самих осадительных электродов.
Как правило штатное питание ЭФ осуществляется от униполярного агрегата питания напряжением от 35 до 70 кВ при токе от 0,3 до 1А в зависимости от типа используемого ЭФ и физико-химических свойств пылегазового потока. При напряжениях питания близких к пред пробойным (при наличии высокоомных пылей) возможно появление "обратной короны" на осадительных электродах снижающей рабочее напряжение при увеличении потребляемого тока, что в конечном итоге приводит к снижению эффективности пылеочистки и увеличению энергозатрат. Поэтому работы по совершенствованию систем питания ЭФ направлены также на уменьшение потребления электрической энергии и значительное увеличение периода между отряхиванием осадительных электродов при сохранении или повышении эффективности пылеулавливания.
Как известно, даже простое отключение напряжения питания ЭФ приводит к залповому выбросу пыли с электродов. То есть напрашивается применение импульсного питания, при котором периодическое снятие напряжения на очень короткий промежуток времени приведёт к частичному отряхиванию электродов облегчающему режим работы систем механического отряхивания. Для более эффективного подавления "обратной короны" и ещё большего увеличения периода между включениями механизмов отряхивания, целесообразна перемена полярности напряжения питания ЭФ т.е. режим знакопеременного питания (ЗПП). Время воздействия (длительность) положительного и отрицательного импульсов, амплитуда, длительность фронта и спада подбираются экспериментально по минимуму выходной запылённости независимо для каждой полярности. Практически длительность импульса составляет 0,5...90 с. Во время оптимизации длительности величина выходной запылённости должна непрерывно контролироваться с помощью, например, оптического пылемера, установленного на выходе ЭФ в газоходе за дымососом, а режим работы котла поддерживаться стабильным.
Принцип действия ЗПП заключается в поочерёдной подаче на коронирующий электрод ЭФ импульсов напряжения отрицательной и положительной полярности с длительностью заданной от системы автоматического управления. ЗПП реализуется с помощью переключателя , например типа ПЭЛМ 0,5/80-М используемого как приставку к реконструированному штатному униполярному агрегату питания или тапа АПЭЛ 0,5/80-М - полностью автономному.
Максимальная амплитуда напряжения прикладываемая к ЭФ определяется типом используемого электронно-лучевого вентиля (ЭЛВ). Например, при использовании вентиля ЭЛВ 200/1 максимальное коммутируемое напряжение положительной и отрицательной полярности до 80 кВ (предельное прямое и обратное напряжение анод-катод этого ЭЛВ не менее 200кВ) при токе до 2 А. По конструкции ЭЛВ - триод, однако обладает ярко выраженной пентодной характеристикой. Вольтамперные характеристики прибора приведены на рис.1, а внешний вид представлен на рис.2.
Рис. 1. Вольт-амперные характеристики электронно-лучевого вентиля ЭЛВ 200/1
Рис. 2. ЭЛВ 200/1: 1 - анод; 2 - управляющий электрод; 3 - катод; 4 - магнитораз-рядный насос.
Характеристики ЭЛВ 200/1 :
- максимальное напряжение на аноде (с использованием
внешней изоляции) ,кВ.............................................................................200;
- максимальное значение среднего тока, А..........................................2,0;
- мощность рассеиваемая на аноде, кВт...............................................10;
- напряжение накала, В..............................................................................9;
- ток накала, А.............................................................................................8,5;
- напряжение на ускоряющем электроде, кВ.........................................3,0;
- мощность затрачиваемая на управление, Вт......................................35;
- напряжение запирания (при анодном напряжении 200 кВ)
не более, кВ...............................................................................................-1,0;
- прямое падение напряжения (при анодном токе до 2А)
не более, кВ................................................................................................1,0;
- масса, кг.....................................................................................................15;
- срок службы в режиме постоянного тока амплитудой до 1А
не менее, ч.................................................................................................10000.
Практически оптимальное с точки зрения максимума пылеочистки время перепада импульсов ЗПП с положительной на отрицательную полярность и обратно регулируется в интервале от 5 до 50 мс в зависимости от особенностей осаждения золы на осадительных электродах ЭФ при оптимизации режима работы.
На рис.3 представлена структурная схема источника ЗПП типа ПЭЛМ 0,5/80-М, а на рис.4 - типа АПЭЛ 0,5/80-М. Агрегат питания связан с ЭФ посредством высоковольтного импульсного кабеля, например типа КВИ-100.
Рис.3 Структурно-принципиальная электрическая схема источника знакопеременного питания типа ПЭЛМ 0,5/80-М.
1 - соединительный высоковольтный импульсный кабель КВИ-100,
2 - разделительный сетевой трансформатор,
3 - блок управления источником,
4 - блок формирования импульсов управления тиристорами,
5 - подмодуляторы,
ПЭЛМ - приставка знакопеременного питания,
АТФ - модифицированный блок высоковольтного питания.
ЭЛВ1 коммутирует положительную полярность напряжения, а ЭЛВ2 - соответственно отрицательную. Накопительные фильтровые конденсаторы С1, С2 обеспечивают уменьшение пульсаций выходного напряжения. R6, R7 - являются балластными резисторами в цепи питания. Для управления ЭЛВ используется подмодуляторы (5).
Блок управления (3) осуществляет регулировку длительности положительного и отрицательного импульсов питания ЭФ и угла открывания тиристоров. Для контроля величины амплитуды высокого напряжения положительной и отрицательной полярности используются высоковольтные делители (R2/R3, R4/R5, R8/R9). Контроль тока ЭФ осуществляется по падению напряжения на резисторе R1. Силовой высоковольтный трансформатор Тр1, сетевой дроссель Др1, блоки силовых тиристоров VT1,VT2 регулирующих амплитуду выходного напряжения могут использоваться от штатных источников униполярного питания.
При включении сетевого питания амплитуда напряжения на ЭФ увеличивается до тех пор, пока не наступит пробой между коронирующими и осадительными электродами. Система автоматического управления получая токовый сигнал "I" с резистора R1 регистрирует этот пробой и уменьшает угол открывания силовых тиристоров. Затем от периода к периоду плавно отрабатывается такой угол включения силовых тиристоров, который обеспечивает поддержание предельно высокого предпробойного напряжения питания ЭФ (обеспечивая максимальную эффективность газоочистки).
Принцип работы переключателя типа АПЭЛ-0,5/80-М (рис.4) практически не отличается от ПЭЛМ-0,5/80-М. Основное его преимущество в том, что предельно допустимые амплитуды токов положительной и отрицательной полярности не зависят от соотношения их длительностей, а также тем, конструктивно все силовые элементы расположены в одном металлическом баке.
Рис.4 Структурно-принципи-альная электрическая схема источника знакопеременного питания типа АПЭЛм 0,5/80.
В ГУП ВЭИ имени. В.И. Ленина разработаны источники ЗПП в двух вариантах:
- переключатель типа ПЭЛМ 0,5/ 80-М, выполненный в виде приставки к реконструированному униполярному штатному источнику питания,
- переключатель типа АПЭЛ(М) - 0,5/80-М, устанавливаемый вместо униполярного штатного источника и при необходимости оперативно переводимый в униполярный режим.
Электрические параметры ПЭЛМ-0,5/80-М и АПЭЛ(М)-0,5/80 :
- коммутируемое напряжение до, кВ........................................................ ± 80,
- коммутируемый ток до, А..........................................................................1,
- напряжение питания при частоте сети 50 Гц, В.....................................220/380,
- длительность импульсов отрицательной и положительной
полярности изменяются не зависимо друг от друга в диапазоне, с.......0,5-100,
- время переключения полярности напряжения, мс.................................5-50 (ми-
нимальное значение определяется электрической ёмкостью ЭФ)
Предложенный новый способ электропитания ЭФ, реализующий периодическое изменение полярности на электродах ЗПП позволяет:
- повысить эффективность пылеочистки при использовании высокоомных пылей за счёт подавления обратной короны,
- эксплуатировать ЭФ с отключёнными системами механического отряхивания осадительных электродов или со значительно увеличенным периодом между отряхиваниями за счёт образования само отряхивающегося слоя, что может также повысить эффективность из-за снижения вторичного пылеуноса.
Контроль запыленности на выходе ЭФ осуществляется с помощью оптического пылемера, расположенного на газоходе после дымососа и разработанного специально для целей оптимизации режима ЗПП.
В ГУП ВЭИ им. В.И. Ленина разработаны источники ЗПП, в которых переключение полярности осуществляют специально созданные вакуумные ключевые лампы - ЭЛВ.
Применение ЗПП даёт дополнительные преимущества:
- увеличение эффективности газоочистки за счёт поддерживания на электродах ЭФ более высокого предпробойного напряжения и стабилизации тока коронного разряда,
- возможность быстрого отключения напряжения при искровом пробое ЭФ обеспечивающем предотвращение переходящего в дуговой с целью защиты электродов и источника питания,
- увеличение средней величины напряжения, приложенного к ЭФ за счёт уменьшения пульсаций питающего напряжения.
Эксперименты по исследованию эффективности применения ЗПП проводились в Москве на ТЭЦ 22, на Березовской ГРЭС г.Шарыпово, на Ачинском глиноземном комбинате (цементном заводе), на Назаровской ГРЭС, на Троицкой ГРЭС, на Ермаковской ГРЕС.
В процессе экспериментов осуществлялось изменение периода отряхивания осадительных электродов вплоть до полного отключения механизмов отряхивания в течение длительного времени. Осуществлялась также оптимизация электрических параметров: длительности положительных и отрицательных импульсов питания ЗПП по минимуму пылеуноса. За время наработки отмечалось снижение уровня выходной запыленности за счёт снижения вторичного пылеуноса и подавления обратной короны.
При экспериментах часть полей ЭФ питалась от униполярного штатного питания, а часть от агрегатов ЗПП и проводилось сравнение уровня выходной запылённости как по оптическому пылемеру, так и с помощью классического весового способа.
Результаты испытаний, проведенные на электростанциях при сжигании различных видов угля, показали, что в зависимости от величины удельного сопротивления пыли возможно максимальное увеличение эффективности газоочистки в 2,5 раза по сравнению со штатным униполярным режимом при редком отряхивании осадительных электродов (высокоомные угли Экибастузского бассейна). Повышение эффективности в 1,5…2 раза при полном отключении механических систем отряхивания (низкоомные угли Канско-Ачинского бассейна), сохранение величины эффективности на уровне штатной величины при полном отказе от систем отряхивания (низкоомные угли Кузнецкого бассейна).
Были также проведены испытания источников ЗПП совместно с фирмами Ansaldo и ENEL (Италия). Получен явный положительный эффект. Подтверждена возможность работы ЭФ с отключёнными системами механического отряхивания осадительных электродов при сжигании как высокоомных, так и низкоомных углей.
Источники ЗПП предложены в проекты строительства и реконструкции электростанций Сибири и Казахстана.
Эффективность применения ЗПП на электростанции оценивается окупаемостью при замене ими существующих систем униполярного штатного питания с системами механического отряхивания осадительных электродов. При оценке окупаемости рекомендуется выбирать следующие критерии:
- уменьшение ущерба окружающей среде и соответственно уменьшение платы за выбросы,
- экономия электроэнергии за счёт отключения или существенного уменьшения времени работы электродвигателей механизмов отряхивания осадительных электродов,
- снижение эксплуатационных расходов на обслуживание систем механического отряхивания (сокращение на 20% обслуживающего персонала).
