Конструкции электрофильтров

Электрофильтры можно классифицировать по многим признакам. По расположению зон зарядки и осаждения электрофильтры подразделяют на однозонные и двухзонные. В однозонных электрофильтрах зоны зарядки и осаждения совмещены, а в двухзонных коронирующие и осадительные электроды разделены и размещены в разных конструктивных зонах.

В соответствии с направлением движения газового потока фильтры подразделяют на горизонтальные и вертикальные. По форме осадительных электродов различают электрофильтры пластинчатые, трубчатые и иногда шестигранные. В зависимости от числа последовательно расположенных полей электрофильтры бывают однопольные и многопольные, а в зависимости от числа параллельно работающих секций — односекционные и многосекционные.

По способу удаления осаждающихся на электродах частиц различают сухие и мокрые электрофильтры. В сухих электрофильтрах осевшие на электродах частицы удаляют при помощи механизмов встряхивания; под действием сил тяжести они осыпаются в бункера с последующим удалением из аппарата. В мокрыхэлектрофильтрах оседающие на электродах частицы смываются водой. Поскольку в процессе зарядки некотораячасть пыли приобретает положительный заряд и осаждается на коронирующих электродах, их также снабжают механизмами встряхивания или обмывания водой.

Для обозначения ряда конструктивных элементов этих аппаратов используются специальные термины, которые к настоящему времени утвердились в научно-технической литературе.

Часть электрофильтра, в которой размещены электроды, называют активной зоной. Активная зона электрофильтра может быть разделена по ходу движения газа на несколько частей (полей), имеющих автономные коронирующие электроды. Высота электродов и длина подобного поля в пределах активной зоны называются, соответственно, активной высотой и активной длиной поля.

Сумма активных длин всех полей составляет активную длину электрофильтра, свободное сечение активной зоны называется активным сечением. Длина всех элементов коронирующих электродов в активной зоне составляет активную длину коронирующих электродов, а суммарная поверхность осадительных электродов в ней – поверхность осаждения.

Сухие электрофильтры, как правило, состоят из нескольких расположенных последовательно по ходу газа ячеек с автономным электрическим питанием. Установленные в ячейках системы осадительных и коронирующих электродов образуют самостоятельные электрические поля. В зависимости от числа полей электрофильтры называются однопольными, двухпольными, трехпольными и т. п. В последнее время для интенсификации работы электрофильтров начинают применять конструкции, в которых электрические поля одного аппарата снабжают осадительными и коронирующими электродами различной формы и неодинаковыми разрядными расстояниями.

Коронирующие электроды в электрофильтрах могут представлять собой круглый или квадратный в сечении провод, гладкий или снабженный острыми кромками, иглами для обеспечения фиксированных точек коронного разряда (рис.53).

Взависимости от типа осадительных электродов в настоящее время применяют два основных типа электрофильтров: трубчатые и пластинчатые.

В трубчатых электрофильтрах запыленный газ пропускают по вертикально расположенным трубам диаметром 200–300 мм, по оси которых натянуты коронирующие электроды – провода диаметром 2–4 мм. Осадительными электродами служат сами трубы, на внутренней поверхности которых и оседает основная масса уловленной пыли.

Трубчатые электрофильтры широко используются при улавливании аэрозолей и туманов. Примером мокрого трубчатого электрофильтра является электрофильтр БВК с повышенной напряженностью электрического поля (рис.54), которая достигается за счет максимального приближения коронирующих электродов к осадительным при помощи коронирующих полос. Этот электрофильтр используется для улавливания тумана серной кислоты.

В пластинчатых электрофильтрах используются осадительные электроды нескольких основных типов (рис.55):

1) зигзагообразные, представляющие собой открытый жесткий широкополосный (360 мм) элемент, имеющий впадины для сбора и отвода осажденной пыли. Эти элементы изготавливают из листовой стали 1–1,5 мм с образованием кромок жесткости и монтируют в раме вертикально;

2) волнистые, профилированные из листовой стали толщиной 1,5 мм с шагом волны около 130 мм;

3) желобчатые, профилированные в виде тюльпанообразных элементов из листовой стали и собираемые в раме с наклоном под углом около 7° к вертикали;

4) карманные и тюльпанообразные, имеющие внутреннюю полость, предназначенную для удаления осажденной на их поверхности пыли. К сожалению, пыль при отряхивании в карманы не попадает и частично уносится потоком. В новых электрофильтрах эти электроды не используют;

5) пластины, составленные из вертикальных прутков круглого сечения диаметром 8 мм, используемые в горизонтальных электрофильтрах, обеспыливающих газы с температурой до 400ºС;

6) С–образные узкополосные шириной 170 мм или широкополосные шириной 340 мм профилированные из холоднокатаной листовой стали толщиной 1–1,5 мм со впадинами и полузакрытыми корытообразными каналами для сбора и отвода в бункер осаждаемой пыли. Высота этих жестких электродов, получивших сейчас наибольшее распространение в горизонтальных электрофильтрах, достигает 12,2 м.

Следует отметить, однако, что поверхность С-образных электродов (узкополосного и широкополосного) используют недостаточно эффективно из-за наличия экранированных участков, а также неудовлетворительного расположения игл коронирующих элементов по отношению к выступам и впадинам осадительных электродов. Поэтому С-образные электроды заменяют более рациональными, профиль которых показан на рис. 55. Такие широкополосные (640 мм) электроды без экранированных участков устанавливаются в усовершенствованных электрофильтрах.

Электроды должны выполнять следующие основные функции:

1) совместно с коронирующим электродом создавать направленное движение ионных потоков и заряженных частиц;

2) накапливать заряженную пыль на поверхности и отводить заряды в землю; предотвращать эрозию осажденного слоя пыли газовым потоком и электрическим ветром;

3) передавать импульсы механизма, отряхивающего пыль;

4) направлять пыль в бункер без взвихривания во избежание повторного уноса ее газовым потоком.

Следовательно, осадительные электроды должны быть гладкими, но с плавными выступами, защищающими пылевой слой от эрозии газовым потоком. Эти выступы не должны иметь острых кромок (во избежание обратной ионизации), располагать их следует вдали от игл коронирующих электродов (во избежание пробоя) так, чтобы они обеспечивали надлежащую жесткость при ударах, прямолинейность и устойчивость формы при повышенной температуре.

Эффективность осаждения в электрофильтре в значительной степени зависит не только от правильного (раздельного) выбора коронирующего и осадительного электродов, но главным образом от надлежащего сочетания геометрических форм и взаимного расположения элементов обоих электродов, а также их электрических характеристик с учетом аэродинамических особенностей.

Пластинчатые осадительные электроды используются как в вертикальных, так и в горизонтальных электрофильтрах. Примером вертикальных пластинчатых электрофильтров может служить электрофильтр типа УВ. Электрофильтры УВ – вертикальные, однопольные, многосекционные аппараты в стальном сварном корпусе. Разработано пять типоразмеров электрофильтров УВ в двухсекционном и трехсекционном исполнении с сечением каждой секции 10, 16 и 24 м². Общий вид электрофильтра УВ-2Х24 показан на рис. 56. Унифицированныеэлектрофильтры УВ предназначены для очистки дымовых газов и аспирационного воздуха в следующих основных отраслях промышленности:

тепловые угольные электростанции – улавливание золы после котлоагрегатов паропроизводительностью до 220 т/ч;

цементные заводы – для очистки газов вращающихся печей длиной не более 150 м и очистки аспирационного воздуха помольных агрегатов;

алюминиевые заводы – первая ступень газоочистки электролизных цехов;

аглофабрики – очистка аспирационного воздуха агломерационных машин.

Осадительные электроды набираются из С-образных широкополосных элементов. Коронирующие электроды выполнены из ленточно-зубчатых элементов, натянутых втрубчатых рамках. Они прикреплены в верхней части к общей раме, а в нижней части скреплены между собой дистанционными распорками для предотвращения раскачивания коронирующей системы.

В электрофильтрах УВ применена ударно-молотковая система встряхивания осадительных и коронирующих электродов. Газораспределительная система электрофильтров УВ состоит из форкамеры и отдельных газораспределительных элементов, расположенных в нижней части аппарата под каждым межэлектродным промежутком.

Во многих отраслях промышленности широкое распространение получили горизонтальные электрофильтры (рис.57).

Сухой горизонтальный электрофильтр состоит из корпуса прямоугольной формы сварной конструкции. В корпусе размещаются системы осадительных и коронирующих электродов, механизмы встряхивания электродов, устройства для удаления пыли или золы. Для равномерного распределения газа по сечению аппарата в корпусе электрофильтра предусматривается форкамера с газораспределительной решеткой[17].

Осадительные электроды безрамной конструкции эксцентрично подвешены к балке подвеса, что позволяет придавать электроду возвратно-поступательное движение за счет удара молотка. В нижней части на крайних осадительных электродах подвешена полоса встряхивания. Встряхивание осадительных электродов предусмотрено молотковое, индивидуальное для каждого электрода.

В каждом поле рамы коронирующих электродов при помощи нижних и верхних кронштейнов крепятся к рамам подвеса, образуя единую секцию, которая подвешивается на трубы подвеса, опирающиеся на опорно-проходные изоляторы. Для предупреждения раскачивания коронирующих электродов в поперечном направлении последние объединяются по 5 – 6 шт. блоками кронштейнов и наковален, которые устанавливаются в средней части аппарата. Встряхивание коронирующих электродов осуществляется молотковыми механизмами, ударяющими по наковальням (рис.58). В зависимости от физико-химических свойств пылегазового потока, условий эксплуатации и необходимой эффективности электрофильтры комплектуются дополнительным оборудованием: коронирующими электродами различных типов, газораспределительными решетками, а также вибраторами для встряхивания бункеров.

Число бункеров электрофильтра определяется его производительностью. Как правило, каждое поле аппарата снабжают бункером. При наличии форкамеры электрофильтр оборудуют дополнительным бункером. Конструкция бункера определяется свойствами улавливаемой пыли (слипаемостью, текучестью и т.п.). Бункер, как правило, теплоизолируют.

В ряде отраслей промышленности широко используются горизонтальные электрофильтры ЭГА. Электрофильтры серии ЭГА (рис.59) предназначены для обеспыливания неагрессивных невзрывоопасных газовых выбросов с температурой до 330ºС. Корпуса аппаратов стальные, имеют прямоугольную форму. Максимальное разрежение в аппа рате 15 кПа, рабочее – 5 кПа.

Электрофильтры одно-, или двухсекционные состоят из двух, трех или четырех полей по ходу газового потока. Число осадительных электродов в одном активном поле может быть от 4 до 8, и в зависимости от этого его длина может составлять 2,56; 3,2; 3,84; 4,48; 5,12 м соответственно. Осадительные электроды представляют собой плоские полотна, состоящие из пластинчатых элементов – полос шириной 640 мм, а коронирующие электроды представляют собой трубчатые рамы, в которых натянуты ленточно-игольчатые элементы. Шаг между осадительными электродами 300 мм, что определяет ширину одного газового прохода. Число проходов 10–76. Высота электродов у разных типоразмеров 4–2 м.

Механизм встряхивания электродов ударно-молотковый. Электрофильтры с числом проходов 10–40 выполняются односекционными, а 40–88 – двухсекционными.

Условные обозначения типоразмера фильтра серии ЭГА содержат ряд цифр: первая означает число секций, вторая – количество газовых проходов, третья – номинальная высота электродов, четвертая – количество элементов в осадительном электроде, пятая – количество электрических полей по длине электрофильтра.

Например маркировка ЭГА-1-40-12-6-3 означает: электрофильтр горизонтальный модификация А, односекционный, 40-ходовой, с активной высотой электродов 12 м, с 6 осадительными элементами в каждом поле (и, следовательно, с длиной активного поля 3,84 м), трехпольный.

Основные технические характеристики электрофильтров ЭГА приведены в табл. прил. 7.

В системах кондиционирования воздуха и системах местной вентиляции широко используются малогабаритные двухзонные электрофильтры. В этих электрофильтрах зона зарядки с расположенными в ней коронирующими электродами пространственно разделена с зоной осаждения, где находятся осадительные электроды. Это позволяет при одинаковой производительности с однозонными фильтрами существенно уменьшить габаритные размеры аппаратов.