CC BY
201
УДК 697.946
М. Ю. НИКОЛАЕВ А. А. ЛЯШКОВ А. М. ЕСИМОВ В. В. ЛЕОНОВ
Омский государственный технический университет
ВОПРОСЫ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ И ВНЕДРЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ГАЗООЧИСТКИ_
Рассмотрены принципы и особенности работы электрофильтров, проблемы и причины их некачественной работы на омской ТЭЦ-5. Описаны рекомендации по оптимизации режимов работы электрофильтров.
Ключевые слова: электрофильтр, электрод, ТЭЦ, электрическое поле, коронный разряд, ионизация.
9 февраля 2014 года в городе Омске выпал черный снег. Это произошло в Омске не впервые. В 2012 году было зафиксировано два случая выпадения черного снега. Тогда Росприроднадзор установил, что это выбросы ТЭЦ-5, которая в период сильных холодов работает в максимальном режиме, чтобы обеспечить жителей города тепловой и электрической энергией. На долю станции приходится около половины объема выработки электроэнергии в Омской области. Площадь загрязнений составила 7,7 тысячи гектаров. Росприроднадзор оштрафовал омский филиал ОАО «ТГК-11» за загрязнение окружающей среды после внеплановой проверки, на которой было выявлено, что выпавшие осадки — это зола экибастузских углей, а также сами несгоревшие угли. Использование ТЭЦ-5 высокозольного экибастузского угля обусловлено тем, что станция не может перейти на природный газ, так как по существующим газопроводам перекачать необходимые объемы не получится. При этом перевести станцию на газ без ее полной остановки невозможно. А кузбасский уголь, обладающий меньшей зольностью, на 46 % дороже.
Проведенная проверка установила, что фильтры ТЭЦ-5 работают неэффективно. Решением суда на ОАО «ТГК-11» была возложена обязанность по доведению степени очистки электрофильтров до проектных значений.
Цель работы — разработка рекомендаций по оптимизации электрических режимов питания электрофильтров и режимов работы механизмов встряхивания их электродов.
Электрофильтр, как аппарат газоочистки, функционирует благодаря двум основным электрофизическим процессам — зарядки частиц очищаемого дымового газа ионами коронного разряда и движению заряженных частиц к осадительному электроду под действием сил электростатического поля [1].
Процесс электрической очистки газов заключается в том, что при определенном значении напряжения, приложенного к межэлектродному промежутку, напряженность поля около коронирующего электрода становится достаточной для появления корон-
ного разряда, следствием которого является заполнение внешней части межэлектродного промежутка в основном отрицательно заряженными ионами. Отрицательно заряженные ионы под действием сил электрического поля движутся от коронирующих электродов к осадительным. Частицы золы или пыли, встречая на своем пути ионы, адсорбируют их, заряжаются и под действием сил поля также двигаются к осадительным электродам, где и осаждаются. Электроды периодически встряхиваются, слой осажденной пыли разрушается, и пыль осыпается в бункеры электрофильтра, откуда ее периодически или непрерывно удаляют [2].
Особенностью работы электрофильтра является то, что он обеспечивает максимальную степень очистки при напряженностях электрического поля в межэлектродном пространстве, когда в электрофильтре происходят искровые пробои, но нет перехода в дуговые разряды. Уровень напряжения, при котором происходят искровые пробои, изменяется нелинейно в широком диапазоне и зависит от большого количества факторов: от свойств исходящих газов, от содержания пыли в газе, влажности, температуры, величины частиц пыли, химического состава и их электрической проводимости, условий формирования слоя на осадительных электродах и других факторов. Таким образом, первой проблемой, которую необходимо решить в ходе работы, является разработка алгоритмов изменения напряженности межэлектродного пространства в электрофильтрах, учитывающих динамику свойств фильтруемых газов.
Одной из наиболее сложных проблем в электрогазоочистке является очистка газов от пыли с высоким удельным сопротивлением, какой является зола углей, сжигаемых на Омской ТЭЦ-5. Такие газы приводят к возникновению обратной короны на осади-тельных электродах, к снижению пробивных напряжений, снижению напряженности электрического поля, увеличению адгезионных свойств слоя на оса-дительном электроде, его плохой очистке и, как следствие, снижению токовых нагрузок из-за запира-
ющего действия слоя пыли. Эти процессы ведут к снижению степени очистки газов электрофильтрами. Таким образом, второй проблемой является снижение эффекта обратной короны.
Третьей проблемой является вторичный пыле-унос, связанный с работой механизмов встряхивания электродов.
Унос пыли, существующий при непрерывном встряхивании осадительных электродов, может быть существенно снижен при реализации оптимального режима встряхивания. Величина снижения уноса за счет оптимизации встряхивания зависит от физико-химических свойств пылегазовой среды. Оптимальный режим встряхивания коронирующих электродов должен поддерживать слой пыли на коронирующих элементах, при котором ток короны обеспечивает наиболее эффективное улавливание пыли в электрофильтре. С другой стороны, интенсивность и частоту встряхивания необходимо выбирать такими, чтобы обеспечить максимально возможный срок службы узлов встряхивания и минимальную рас-центровку электродной системы. Таким образом, следующей проблемой, которую необходимо решать, являются разработка и оптимизация алгоритмов управления механизмами встряхивания электродов.
Четвертой проблемой является то, что оценка эффективности работы электрофильтра проводится по контрольным (запланированным обычно раз в год) замерам выбросов предприятия. Для этих целей применяются обычно адсорбционные методы контроля, не позволяющие получать результат в реальном режиме времени. В настоящее время оценка работы электрофильтра в процессе наладки и работы осуществляется по вторичным признакам: напряжение на электродах и ток короны [3].
Таким образом, для оценки степени очистки необходимо внедрение датчиков контроля за пыле-золовыбросами, работающими в реальном режиме времени, позволяющими вести техпроцесс очистки по первичным признакам — концентрации взвешенных частиц на выходе электрофильтра.
Пятой проблемой является отсутствие на предприятиях АСУ ТП, объединяющей все оборудование пылегазоочистки в единую систему.
Таким образом, разработка и реализация новых подходов и алгоритмов ведения техпроцесса пылегазоочистки, разработка и внедрение новых устройств на современной элементной базе является актуальной задачей. Такая научно-исследовательская работа позволит разработать устройства и алгоритмы по существенному увеличению эффективности работы газоочистного оборудования без замены силовых агрегатов питания, находящихся в удовлетворительном состоянии, произвести модернизацию морально и физически устаревших средств регулирования высоковольтным напряжением на электродах электрофильтров, решить задачи управления и оптимизации режимами механизмов встряхивания электродов электрофильтров, созданию АСУ ТП.
Результаты обзора отечественной и зарубежной печати, патентных исследований с 1994 г. по 2012 г. позволяют все алгоритмы управления электрическим полем в электрофильтрах систематизировать по следующим способам управления:
1) по заданному току или напряжению электрофильтра;
2) по мощности коронного разряда;
3) по уровню пробивных напряжений в электрофильтре;
4) по частоте искровых пробоев в электрофильтре;
5) по максимальному среднему напряжению на электрофильтре;
6) по последующему полю в многопольных электрофильтрах;
7) по изменению запыленности выходящих газов.
При различных характеристиках пылегазового
потока лучшую очистку газа обеспечивает применение разных алгоритмов, в связи с этим наиболее перспективным для обеспечения максимальной степени очистки газов является комбинирование этих алгоритмов в одной системе, это позволит существенно увеличить эффективность работы газоочистного оборудования и произвести модернизацию морально и физически устаревших агрегатов.
В результате проработки направлений исследования были выявлены следующие возможные эффекты от устранения вышеизложенных проблем:
1. Эффективная работа электрофильтров, позволяющая работать в оптимальном режиме для обеспечения максимальной очистки при минимальном потреблении электроэнергии, может быть обеспечена за счет внедрения регуляторов нового типа, позволяющих повысить эффективность очистки газов на 0,6— 1,2 % за счет микропроцессорной системы оптимизации поддержания напряжения и тока короны, обеспечивающих максимальную вольт-секундную площадь вольт-амперной характеристики с режимами коррекции возникновения обратной короны и управления ее интенсивностью. Кроме того, обеспечивается режим экономии электроэнергии до 50 % за счет применения широтно-импульсной модуляции.
2. Оптимизация работы механизмов встряхивания электродов. Оптимальный режим частоты встряхивания осадительных и коронирующих электродов должен поддерживать слой пыли на электродах, при котором ток короны обеспечивает наиболее эффективное улавливание пыли в электрофильтре. С другой стороны, интенсивность и частоту встряхивания необходимо выбирать такими, чтобы обеспечить максимально возможный срок службы узлов встряхивания и минимальную расцентровку электродной системы. Это позволит оптимизировать процесс встряхивания осадительных и коронирующих электродов, что в соответствии с расчетными методиками НИИОГАЗ приводит к снижению пылезолоуноса в 0,6— 1,2 раза относительно непрерывного встряхивания. Уменьшение пылезолоуноса обеспечивается за счет снижения вторичного пылезолоуноса. Кроме того, оптимизация работы механизмов встряхивания приведет к увеличению ресурса их работы, уменьшению расцентровок электродной системы и снижению потребления электроэнергии электродвигателями этих механизмов, т.к. после оптимизации пауза в работе некоторых двигателей будет составлять от 40 минут до 2,5 часа.
3. Непрерывный контроль за эффективностью работы пылегазоочистного оборудования и недопущение превышения ПДК в выбросах предприятия с целью поддержания экологии города.
4. Включение в обратную связь регуляторов напряжения электрофильтров датчиков изменений концентрации выбросов в реальном времени с целью управления напряженностями электрических полей для повышения степени очистки.
5. Программное обеспечение БСАБА системы для АСУ ТП пылегазоочистки, позволяющее осуществлять непрерывный контроль и управление работой всего пылегазоочистного оборудования.
Библиографический список
1. ГОСТ Р 51707-2001. Электрофильтры. Требования безопасности и методы испытаний. — Введ. 29 — 01—2001. — М. : Изд-во стандартов, 2001. — 19 с.
2. Санаев, Ю. И. Электрофильтры: монтаж, наладка, испытание, эксплуатация / Ю. И. Санаев. — М. : ЦИНТИХИМ-НЕФТЕМАШ, 1984. - 25 с. - (Обзорная информация. Сер. ХМ-14).
3. Правила устройства электроустановок. Разд. 1. Общие правила / М-во энергетики РФ. — 7-е изд. — М. : Изд-во НЦ ЭНАС, 2004. — 88 с. — ISBN 5-93196-417-7.
НИКОЛАЕВ Михаил Юрьевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий». ЛЯШКОВ Алексей Ануфриевич, доктор технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Инженерная геометрия и САПР». ЕСИМОВ Асет Мухаммедович,
ЛЕОНОВ Виталий Владимирович, студенты гр. Э-121
энергетического института.
Адрес для переписки: MUNP@yandex.ru
Статья поступила в редакцию 14.03.2016 г. © М. Ю. Николаев, А. А. Ляшков, А. М. Есимов, В. В. Леонов
УДК 621.3.013:621.396.6
Б. И. ОГОРЕЛКОВ А. С. ТАТЕВОСЯН В. О. КРОПОТИН
Омский государственный технический университет
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКРАНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ
В статье дается техническое описание разработанных лабораторных стендов, результаты экспериментального исследования и математического моделирования экранирования электромагнитного поля промышленной частоты с помощью однослойных и многослойных экранов различной толщины и материалов, применяемых для их изготовления (медь, сталь). Полученные результаты исследований базируются на современных средствах измерительной техники, а также на методах математического моделирования низкочастотных электромагнитных полей с использованием комплекса программ Е!сы1 6.0 (профессиональная версия). Достоверность полученных экспериментальных данных экранирования переменного магнитного поля на лабораторных стендах подтверждается результатами численного расчета картин переменного магнитного поля при фиксированной фазе методом конечных элементов и количественной оценкой эффективности экранирования испытываемых образцов экранов. Ключевые слова: электромагнитный экран, эффект экранирования, многослойный экран, толщина экрана, картина магнитного поля в экранированном пространстве при синусоидальном токе, координата точки измерения, временные зависимости тока и магнитной индукции.
Круг вопросов, связанный с экранированием электромагнитного поля, весьма разнообразен. Электромагнитное экранирование используется для подавления помех электросвязи, обеспечения бесперебойной и нормальной работы систем и устройств измерительной техники, средств автоматизации контроля и управления электрическими нагрузками, электромагнитной совместимости силового и слаботочного оборудования, снижения вредного и побочного воздействия электромагнитного поля на здоровье человека при его длительном пребывании в производственных и жилых помещениях. Острота проблемы электромагнитного экранирования зачас-
тую связана с наличием концентрированных источников переменного магнитного поля промышленной частоты. Так, например, встроенные в здания и пристроенные неэкранированные трансформаторные подстанции, подземные кабельные линии являются источниками санитарной и техногенной опасности в среде обитания [1, 2]. При расчетах переменных магнитных полей электромагнитные экраны обычно представляются линейными системами с постоянными параметрами. Несмотря на это, решение задачи электромагнитного экранирования зависит от многих факторов. К ним относятся свойства применяемых для экранирования материалов (удельная
