КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ.

В СССР первый электрофильтр был сооружен в 1925 году на заводе Красный Выборжец в Ленинграде для улавливания из отходящих газов окиси цинка. Затем в 1926 году была спроектирована и сооружена установка с электрофильтрами на заводе “Победа рабочих” в Ярославле также для улавливания окиси цинка.
В дальнейшем электрофильтры стали выпускаться серийно. Наибольшее применение они получили в теплоэнергетике, цементной промышленности, горной и цветной металлургии, а также в целом ряде других отраслей промышленности.
Конструкции электрофильтров постепенно изменялись по мере изучения процессов улавливания пыли. Кроме того, конструкции этих аппаратов зависят от свойств пылегазовой среды (удельное электрическое сопротивление, размеры частиц, температура, химический состав, давление газов и т.д.). Электрофильтры являются наиболее универсальным аппаратом для извлечения измельченных веществ из воздуха и газов.
Электрическая очистка газов имеет следующие основные особенности:

• электрофильтры могут обеспечивать степень очистки 99,9% и выше при производительности от нескольких м³/час до нескольких миллионов м³/час, улавливая частицы размером от сотен мкм до сотых долей мкм;
• гидравлическое сопротивление электрофильтров не превышает 0,20 кПа;
• электрофильтры могут улавливать как сухие так и мокрые частицы, в том числе кислотные, щелочные и др. агрессивные вещества;
• электрофильтры могут конструироваться на давление выше и ниже атмосферного;
• концентрация взвешенных частиц, поступающих на очистку может изменяться от долей г/м³ до 50 г/м³, а в специальных конструкциях электрофильтров в несколько раз превышать указанный верхний предел концентрации;
• температура очищаемых в электрофильтрах газов может превышать 500 °С;
• расход электроэнергии на очистку газов в электрофильтрах обычно меньше, чем в других пылеуловителях, имеющих такую же степень очистки газов.

В электрофильтрах можно отделить один газ от другого или от пара, снижая температуру газов. Такой эффект был, например, получен при очистке газов отходящих от дизеля, при снижении температуры очищаемых газов ниже точки росы.
Однако нельзя считать, что электрофильтры применимы для любых условий т.к. им присущи и недостатки:

• стоимость электрофильтра обычно выше стоимости аппаратов, которыми его в ряде случаев можно заменить. Поэтому, если газы имеют невысокую температуру, а улавливаемые частицы мелкие и среда не вызывает коррозии, то может оказаться целесообразной установка более дешевого тканевого фильтра. В том случае, когда улавливаемые частицы крупные (основная масса крупнее 5 мкм), то их можно улавливать в инерционном аппарате, имеющем низкую стоимость (однако, в обоих случаях потеря на преодоление гидравлического сопротивления будут большими, чем в электрофильтрах);
• в некоторых случаях улавливаемые пыли обладают неблагоприятными, с точки зрения улавливаемости в электрофильтре, физико-химическими свойствами. Это в основном пыли имеющие очень низкое (менее 10² Ом м) или очень высокое (более 10⁸ Ом м) удельное электрическое сопротивление, хотя и в том и в другом случае имеются режимные и технологические мероприятия, позволяющие в значительной мере компенсировать негативные влияния неблагоприятных свойств пыли и получать требуемую эффективность электрофильтров.

В зависимости от вида улавливаемых частиц и способа их удаления с электродов электрофильтры подразделяются на сухие и мокрые.
В сухих электрофильтрах для очистки поверхности электродов от пыли используются механизмы встряхивания ударно-молоткового типа. Пыль из бункеров выводится в сухом виде.
В мокрых электрофильтрах очистка поверхности электродов от пыли осуществляется промывкой водой. В электрофильтрах, предназначенных для очистки от туманов, кислот и смол, уловленные продукты с поверхности электродов удаляются самотеком, а в ряде случаев самотеком с периодической промывкой.
Конструкции электрофильтров можно классифицировать по следующим основным признакам:

• по виду улавливаемых частиц и способу их удаления (сухие и мокрые);
• по направлению хода газа в корпусе электрофильтра (горизонтальные и вертикальные);
• по числу полей и секций, из которых состоит активная зона электрофильтра (одно- и многопольные и многосекционные);
• по типу электродной системы (пластинчатые и трубчатые).

Сухие электрофильтры.

В этих аппаратах очистка пылегазового потока от пыли осуществляется при том непременном условии, что температура находится выше точки росы и, таким образом пыль улавливается в сухом виде, а на корпусе и всех элементах конструкции электрофильтра не должно быть конденсата.
Режим, при котором в сухом электрофильтре образуется конденсат, следует считать аварийным. В этом случае происходит интенсивная коррозия корпуса и узлов, на которых образуется влага, возможно затвердевание пыли на электродах (в зависимости от свойств пыли) и, как следствие, снижение эффективности электрофильтра ниже проектной.
Радикальным путем устранение этого режима является повышение температуры очищаемых газов. В некоторых случаях положение может быть исправлено путем улучшения теплоизоляции или подогрева газов или отдельных элементов аппарата, например, изоляторных коробок, бункеров. Классификация сухих электрофильтров приведена на рис. 4.19.

Сухие электрофильтры можно разделить на две группы: однозонные, в которых зарядка и осаждение частиц происходит в единой конструктивной (активной) зоне, где расположены коронирующие и осадительные электроды; двухзонные, в которых зарядка частиц происходит в первой по ходу газа зоне, а осаждение - во второй. Эти аппараты применяются преимущественно для очистки вентиляционного воздуха. В зависимости от формы осадительных электродов однозонные электрофильтры можно подразделить на трубчатые и пластинчатые. Трубчатые аппараты представляют собой вертикальные электрофильтры. Очищаемые газы проходят внутри труб, по осям которых располагаются коронирующие элементы. Вверху и внизу коронирующие элементы связаны рамами, которые электрически изолированы от корпуса аппарата. Верхняя рама укрепляется на изоляторах, а нижняя висит на коронирующих элементах. Трубчатые электрофильтры могут соединяться последовательно, образуя многопольные вертикальные аппараты.

В зависимости от направления газов в корпусе аппарата пластинчатые электрофильтры подразделяются на горизонтальные и вертикальные.
В горизонтальных аппаратах газ перемещается параллельно поверхности земли, а сила тяжести отряхиваемой с электродов пыли направлена поперек движущегося газа.
В вертикальных электрофильтрах газ движется перпендикулярно поверхности земли (вверх или вниз), а сила тяжести отряхиваемой пыли соответственно совпадает с направлением потока газа или направлена навстречу ему.
При последовательном соединении отдельных полей в одном корпусе образуются многопольные электрофильтры. При установке нескольких полей параллельно они образуют многосекционные аппараты. Обычно электрофильтры устанавливаются по высоте в один ярус. Однако в тех случаях, когда имеющиеся площади малы, электрофильтры могут располагаться один над другим, т.е. в два этажа. В этих случаях более целесообразно использовать двухъярусные аппараты, имеющие по высоте две активные зоны, расположенные одна над другой в одном корпусе.
Сухие электрофильтры типов ДГП и ДГПН оснащены объемными осадительными электродами карманного типа, собираемые из пластин с выштампованными отверстиями или карманами. Считалось, что пыль при встряхивании должна падать вниз внутри полости электрода, не подвергаясь уносу. Однако это предположение для реальных пылей не оправдалось. Кроме того, выступающие карманы снижали пробивные напряжения в электрофильтре.
Отряхивание осадительных электродов в этих электрофильтрах осуществлялось с помощью пружинно-кулачковых механизмов путем соударение электродов соседних полей. Отряхивание осадительных электродов промежуточных полей осуществлялось с двойной частотой.
Коронирующие электроды отряхивались молотками, находящимися на одном валу, приводимом в действие с помощью кривошипно-шатунного механизма.
Электрофильтры ПГД представляют собой усовершенствованную конструкцию аппаратов ДГПН. Основное отличие их заключалось в применении желобчатых осадительных электродов вместо карманных.
Дальнейшее развитие конструкции электрофильтров получила в аппаратах типа ПГДС, оснащенных с-образными осадительными и ленточно-игольчатыми коронирующими электродами.

Электрофильтры типа УГ.

Следующим этапом в развитии промышленной электрогазоочистки явилось создание унифицированных электрофильтров серии УГ.
По конструктивному решению электрофильтры типа УГ имеют три габарита, отличающиеся высотой электродов. Электрофильтры первого габарита (УГ1) имеют высоту электродов 4 м, второго габарита (УГ2) – 7,5 м., третьего габарита – 12м. Длина электрических полей в электрофильтрах УГ1 и УГ2 составляет 2,5 м. Электрофильтры УГ1 выпускаемые в двухпольном и трехпольном исполнении с площадью активного сечения 10 и 15 кв. м, аппараты УГ2 – в трехпольном и четырехпольном исполнении с площадью активного сечения 26, 37, 53 и 74 м²., УГ-3 имеют 3 или 4 поля сечением от 88 до 265 м². Кроме габарита в каждом типоразмере электрофильтра указывается количество полей и активное сечение. Так, тип электрофильтра, УГ2-4-74 указывает, что электрофильтр второго габарита имеет четыре поля длиной 2,5 м каждое и активное сечение 74 кв.м.
Технические характеристики электрофильтров УГ приведены в табл.4.2 а. Электрофильтры УГ применяют для очистки газов при температуре до 250 град.С и давлении внутри корпусов не более 50 мм. вод. ст. или разрежении 350 мм. вод. ст.
Активную зону электрофильтра составляет система С-образных широкополосных осадительных и ленточно-игольчатых коронирующих электродов. Межэлектродное расстояние-275 мм. Коронирующие электроды рамной конструкции. Расстояние в ряду между ленточно-игольчатыми элементами-180 мм., ширина элементов осадительных электродов – 350 мм.
В электрофильтрах УГ2 с активным сечением 53 и 74 кв. м с целью повышения эффективности и надежности аппарата система коронирующих электродов каждого поля электрически разделена на два полуполя. Каждое полуполе имеет автономный подвес коронирующих электродов, систему встряхивания и узел подвода высокого напряжения.
В зависимости от физико - химических свойств дымовых газов и пыли и требуемой степени очистки газов электрофильтры УГ могут комплектоваться дополнительным оборудованием: коронирующими электродами различных типов; газораспределительными устройствами, механизмами встряхивания газораспределительных решеток; вибраторами для встряхивания бункеров.
Корпуса электрофильтров УГ с сечением 10, 15 и 26 кв. м выполняются с щелевыми или пирамидальными бункерами, остальные типоразмеры - только с пирамидальными бункерами. На рис. 4.20. показан общий вид электрофильтра УГ2-3-74.
Мировая практика электроосаждения пыли показывает, что для получения степени очистки газов 99-99,5% и выше скорость газа в электрофильтрах должна находиться в пределах 1-1,5 м/с.. Однако, в связи с увеличением единичных мощностей технологических агрегатов (энергоблоков тепловых электростанций, вращающихся печей на цементных и глиноземных заводах и т.д.) и соответствующим увеличением объемов дымовых газов, получить такие значения скорости газов в электрофильтрах УГ2 во многих случаях из-за трудностей компоновочного характера невозможно.
Таблица 4.2.а

Применительно к энергоблокам мощностью 300 МВт и более при одноярусной компоновке электрофильтры УГ2 не размещаются в блочной ячейке, а двухъярусная установка электрофильтров ведет к значительному усложнению конструкции и неоправданному увеличению капиталовложений. Одним из наиболее приемлемых решений вопроса эффективного золоулавливания крупных энергоблоков в настоящее время является применение электрофильтров с электродами увеличенной высоты.
В связи с этим была разработана конструкция и освоено производство отечественных горизонтальных электрофильтров с высотой электродов 12 м типа ЭГЗ.
По конструктивному решению электрофильтры ЭГЗ аналогичны аппаратам УГ2 и отличаются от них высотой электродов. Электрофильтры ЭГЗ выпускаются в трех и четырехпольном исполнении с активным сечением 177 и 265 м². Наряду с увеличением высоты электродов предусмотрено удлинение полей, с целью уменьшения числа междупольных пространств и сокращения общей длины электрофильтра при уменьшении количества механизмов отряхивания, бункеров и т. д., длина поля принята равной 4 м.
Конструкция механизмов отряхивания осадительных электродов аналогична применяемым в электрофильтрах УГ.
Коронирующие электроды выполнены из ленточно-игольчатых элементов с шагом между иглами 40 мм. Отряхивание коронирующих электродов выполнено в двух уровнях и осуществляется ударом молотка через промежуточный шток по наковальням каждого электрода. Каждое поле секционировано на два полуполя, что позволяет применять для питания каждого полуполя отдельные агрегаты питания. Конструкцией электрофильтров ЭГЗ предусмотрена возможность отгрузки с завода оборудования в виде укрупненных блоков (механизмы встряхивания, секции коронирующих электродов и рамы подвеса), а также монтаж оборудования “сбоку” при неустановленных боковых стенках корпусов (как основной вариант).
Электрофильтры типа УГ и ЭГ были установлены для очистки дымовых газов на ряде крупных ТЭЦ, цементных заводах и других предприятиях.
На основании опыта эксплуатации и промышленных испытаний электрофильтров типа ЭГЗ разработана конструкция унифицированных электрофильтров УГЗ, технические характеристики которых приведены в табл.
По данным института Гипрогазоочистка удельная металлоемкость электрофильтров УГЗ по сравнению с аппаратами ЭГЗ снижена на 5%. Электрофильтры УГЗ выпускаются с 1976 г.

Электрофильтры типа ЭГА.
(электрофильтры горизонтальные с шагом между одноименными электродами – 300 мм)

Дальнейшее развитие электрофильтры общепромышленного применения получили в совместной советско-чехословацкой разработке. Электрофильтры этого типа получили обозначение ЭГА “ Дружба”. С советской стороны в разработке этих электрофильтров принимали участие “Гипрогазоочистка” НИИОГАЗ СФ НИИОГАЗ, СЗГОА (семибратовский завод газоочистительной аппаратуры) и СКТБГПО (специальное конструкторско-технологическое бюро, образованное из конструкторского и технологических отделов СЗГОА).
Электрофильтры типа ЭГА включили в себя как новые типоразмеры, так и типоразмеры, пригодные для модернизации по типу электрофильтров ЭГА всех эксплуатируемых электрофильтров, выпускаемых ранее на СЗГОА.
Всего в техническом проекте было предусмотрено 111 типоразмеров. В процессе сотрудничества с ЧССР был разработан новый профиль осадительного элемента шириной 640 мм.
В 1979г. на СЗГОА был изготовлен и установлен на энергоблоке 300 МВт Ладыжинской ГРЭСопытный образец электрофильтра ЭГА-58-12-6-3 параллельно с электрофильтром УГ3-3-177. В мае 1979 были проведены межведомственные испытания, которые показали следующие результаты:

• электрофильтр УГ3-3-177 – степень очистки 98,5%;
• остаточная запыленность – 0,25 г/нм³;
• электрофильтр ЭГА3-58-12-6-3 – степень очистки 99,72%, а остаточная запыленность 0,052 г/нм³.

Техническим проектом электрофильтров ЭГА предусматривались следующие основные технические характеристики:

• высота осадительных электродов –6; 7,5; 9; 10,5; 12 м.
• ширина осадительных электродов – 2560,3200,3840,4480,5120 мм.
• количество электрических полей 2,3,4.
• площадь активного сечения 165; 285,6 м².
• Производительность по очищаемому газу (при скорости газа в активной зоне 1м/с) от 594 до 1038 тыс.м³/час.

Схема электрофильтров типа ЭГА приведена на рис. 4.20а, техническая характеристика в таблице 4.21.
С июня 1981 г. было начато серийное производство электрофильтров типа ЭГА, а в 1983г. этим электрофильтрам был присвоен государственный знак качества. Включая 1990г. электрофильтров типа ЭГА было изготовлено около 700 единиц.

Техническая характеристика электрофильтров серии ЭГБ и ЭГВ.

В настоящее время ОАО “ФИНГО” (бывший завод “Газоочистка”) выпускает сухие электрофильтры (кроме вышеуказанных), также ЭГБМ, ЭГВ.
Эти электрофильтры предназначены для обеспыливания технологических газов и аспирационного воздуха с температурой до 330⁰ С в теплоэнергетике, промышленности строительных материалов, черной и цветной металлургии и других отраслях промышленности.

Межэлектродное расстояние электрофильтров ЭГБМ-350 мм, ЭГВ-460мм.
Число газовых проходов – 8….88 шт.
Высота электродов - 4; 6; 7,5; 9; 12 м
Длина полей - 2,56; 3,2; 3,84 м
(Поля набираются из широкополосных осадительных элементов специального профиля шириной 640 мм)
Количество электрических полей 2…8 шт.
Электрофильтры изготавливаются из углеродистой стали.

Основные технологические показатели работы электрофильтров:

• производительность по очищаемому газу – 50…1300 тыс.м³/час
• массовая концентрация твердых частиц в газовых выбросах на входе в электрофильтр (до очистки), не более 90г/м³
• массовая концентрация твердых частиц в газовых выбросах на входе в электрофильтр (после очистки) – не превышает действующих нормативов
• гидравлическое сопротивление, не более – 0,2 кПа
• энергетические затраты на очистку 1000 м³ газа - 0,4…1,3 кВт.ч

Спецификации:

1.Корпус.
2.Коронирующие электроды.
3.Осадительные электроды.
4.Механизм встряхивания коронирующих электродов.
5.Рамы подвеса коронирующих электродов.
6.Привод встряхивания коронирующих электродов.
7.Газораспределительные решетки.
8.Токоподвод.
9.Привод встряхивания осадительных электродов.
10.Механизм встряхивания осадительных электродов.
11.Устройство для входа газов в электрофильтр.
12.Устройство для выхода газов из электрофильтра.

Электрофильтры ЭГБВ - высокоэффективные горизонтальные аппараты с верхним расположением механизмов встряхивания электродов, предназначенные для очистки неагрессивных невзрывоопасных технологических газов и аспирационного воздуха от пыли. Применимы в теплоэнергетике, черной и цветной металлургии, промышленности строительных материалов и других отраслях (по согласованию с разработчиком).
Удаление уловленной пыли - механическое, периодическим встряхиванием ударами молотков. Новое конструктивное решение узлов встряхивания и их верхнее размещение позволило улучшить технические характеристики аппаратов типа ЭГБВ, в сравнении с существующими аппаратами:

• площадь осаждения (в объеме заданного корпуса) увеличилась на 35-50%;
• время пребывания частиц в активной зоне увеличилась на 35-50%;
• удельная металлоемкость (на единицу площади осаждения) снизилась на 6-20%.

Компоновка и размеры внутреннего механического оборудования ЭГБВ позволяют производить реконструкцию аппаратов типа ЭГБМ и ЭГА, устанавливая это оборудование в существующие корпуса.
В зависимости от условий подвода и отвода газов, электрофильтры комплектуются соответствующими диффузорами, конфузорами и газораспределительными устройствами, Возможна поставка электрооборудования: агрегатов питания с системами управления; систем управления периодическим встряхиванием электродов СУ-16.
Корпуса аппаратов изготавливают с учетом таких факторов, как температура, разряжение, насыпная масса пыли, сейсмичность района и других требований заказчика.
Тип токоподвода и устройства пылевыгрузки определяются проектом установки электрофильтра. Требуемая величина массовой концентрации пыли на выходе обеспечивается правильным выбором типоразмера электрофильтра и выполнением шефмонтажных и пуско-наладочных работ специалистами.
Электрофильтры в климатическом исполнении I-V (категорий размещения 1-3) и УХЛ категорий 3.1. и 4.1. по ГОСТ 15150-60 предназначены для установки в производствах класса “Г” и “Д” по СниП 2.09.02-85 и относится к группе невзрывозащищенных по ПУЭ-86.

Таблица 4.20б. Техническая характеристика

Основные габаритные и присоединительные размеры

* - для корпусов типа ЭГБМ и ЭГА.