ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАРЯДКИ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ В МОЩНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ МЕТОДАМИ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Физика экстремальных состояний вещества: Сб. ст. ИПХФ  РАН. Черноголовка.2002 С. 177-179

Веремьев К.Н. , Веремьев Н.К., Шеманин В.Г., Юров Ю.Л. НФ КубГТУ, Новороссийск,  vnk@avtec.ru

Полученное нами ранее в [1] уравнение определяющее количество незаряженных аэрозольных частиц может быть использовано для описания эффективности образования плазмы в потоке частиц. Для правильной оценки происходящих процессов, а также для оценки КПД пылеочистного устройства (электрофильтра) необходимо численное решение этого уравнения в реальных условиях. В отличии от имеющихся работ [2], оно позволяет удовлетворительно описать процессы зарядки частиц ионным током в мощном электрическом поле напряженностью до 1.5*105 В/м. Целью настоящей работы является численное моделирование уравнения для эффективности зарядки аэрозольных частиц, в газовом потоке.  Для решения этой задачи было выполнено численное решение уравнения для эффективности  зарядки  частиц ионным током в зависимости от дисперсного состава частиц, плотности тока и расстояния, пройденного этими частицами в электрическом поле.

Как следует из  уравнения (5) работы [1],     количество незаряженных частиц непрерывно убывает, что обусловлено образованием заряженных частиц   при 

 где         Q– начальное количество (масса) частиц, кг;

t  —    время нахождения дисперсной среды в пространстве заполненном зарядами, с;

   J –плотность ионного тока, а/м2;  

k – подвижность ионов, м2/В*с

w – скорость потока частиц, м/с.

E – напряженность электрического поля, В/м;

e — диэлектрическая постоянная вещества.

Кроме того под воздействием электростатических сил постоянно происходит осаждение заряженных частиц  на осадительный электрод. Таким образом , происходит два самостоятельных процесса, влияющих на количество заряженных частиц в активной зоне электрофильтра. Количество частиц заряжаемых (без учета осаждения заряженных частиц) будет равно:

           (1)

>

Скорость образования заряженных частиц получим  из уравнения (1):               (2) 

Скорость осаждения заряженных частиц, равномерно распределенных в пространстве между коронирующими и осадительными электродами, может быть определена как:

                  (3)

где                    Qзар – Количество заряженных частиц в межэлектродном пространстве, кг;

                          w1 – скорость движения заряженных частиц в направлении к осадительному электроду;

                          l – расстояние между электродами.

,   здесь   m —динамическая  вязкость газа, н*с/м2.

Скорость изменения количества заряженных частиц в осадительном пространстве с учетом (2) и (3)  равна:

                         (4)

Интегрируя (4) при нулевых условиях, получим                                    (5)

       Уравнение (5) определяет количество заряженных частиц находящихся в электрофильтре.

На рис. 1,2 и 3 приведены графики количества заряженных частиц, в зависимости от активной длины электрофильтра и плотности тока коронного разряда При построении графиков были приняты следующие постоянные величины:

m=0.2*10-4   н*с/м2; l=0.15  м;w=1.5 м/с;   e=2*10-11a*c/B*м;  E=1.5*10В/м; k=2*10-4 м2/В*с.

Скорость  зарядки частиц в электрофильтре может быть охарактеризована уравнением (5), по которому построены кривые (форм. Дейча) на рис.1,2,и3 (количество незаряженных частиц в функции от активной длины фильтра.

Изменение количества осажденных частиц (на осадительном электроде) с учетом скорости осаждения, определяемой уравнением (2), будет равно:

,

Общее количество уловленных частиц определится: ,

С учетом уравнения (9) получим:                                 

Интегрируя это выражение получим:                                   (6)

Как известно, коэффициент полезного действия фильтра равен отношению уловленных частиц к начальному их количеству. Из уравнения (6) получим значение для коэффициента полезного действия (кпд) фильтра:

                   (7)

Уравнение (7) дает зависимость кпд фильтра от времени нахождения аэрозоля (воздушно смеси с частицами) в фильтре. Полное время фильтрации равно: ,  где L – длина фильтра, м; w— скорость течения газа, м/с.

Тогда выражение для кпд фильтра примет вид:                                  (8)

где   

Выражение для кпд (8) позволит определить параметры оптимизации электропитания фильтра. Рассмотрим два частных случая определения кпд фильтра:

·  Скорость движения заряженных частиц бесконечно велика, при этом зарядившиеся частицы мгновенно осаждается на осадительный электрод. В этом случае будем иметь:                  (9)

·  Плотность ионного тока бесконечно велика. При этом, частицы попавшие в электрофильтр, заряжаются мгновенно. В данном случае будем иметь:                                 (10)

Последнее выражение (10) – формула Дейча, применяющаяся в расчете электрофильтров.

Для иллюстрации приведем графики зависимости кпд от активной длины фильтра, для различных плотностей рабочего тока и радиуса частиц. Кривые кпд построены по формуле (8). На всех графиках отображена кривая построена по формуле Дейча. При  расчете постоянными приняты следующие величины:

Динамическая вязкость газа = 0.2*10-4 н*с/м2;

Расстояние между электродами = 0.15 м;

Скорость газа  = 1.5 м/с;

Подвижность ионов = 2*10-11а*с/В*м; Напряженность электрического поля у осадительного электрода = 1.5*105 В/м.

Таким образом, в работе получено уравнение для эффективности зарядки аэрозольных частиц в реальных условиях (реализуемых в электрофильтре), и результаты  численного моделирования этого уравнения  подтверждающие его более высокую точность, по сравнению с использовавшимися ранее уравнение Дейча.

1.     Динамика зарядки аэрозольных частиц в мощном электрическом поле. Веремьев К.Н. , Веремьев Н.К., Шеманин В.Г., Юров Ю.Л. НФ КубГТУ, (см. Настоящий сборник)

2.      Дж.Мик, Дж.Кретс. Электрический пробой в газах. ИЛ.,М. 1960.

ДИНАМИКА ЗАРЯДКИ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ В МОЩНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Физика экстремальных состояний вещества: Сб. ст. ИПХФ  РАН. Черноголовка.2002 С. 175-176

Веремьев К.Н. , Веремьев Н.К., Шеманин В.Г., Юров Ю.Л. НФ КубГТУ, Новороссийск vnk@avtec.ru

Процессы образования плазмы в потоке аэрозольных частиц имеют не только чисто научный интерес, но и большое значение в различных технологиях, и в частности в электрической очистки газов от твердых и жидких фракций. В теоретических работах [1], [2] рассмотрены электрофизические процессы ионизации газов, использование этих эффектов для очистки газов от твердых и жидких фракций, однако к сожалению не разработано физической и математической модели процессов происходящих при электрической фильтрации газов. Целью настоящей работы является разработка математической модели физических процессов зарядки аэрозольных частиц, их осаждение и удаление их из газового потока. Для решения этой задачи было получено  модифицированное уравнение для определение доли заряженных части, в зависимости от расстояния, пройденного этими частицами в электрическом поле, с учетом механизма зарядки частиц. В этой части работы рассматривается использование ионного тока для зарядки частиц.

Если в некотором объёме газа содержится какая-то масса незаряженных частиц то поглощение этих зарядов  может быть определено на основании кинетической теории газов из следующих соображений.

Предположим, что в некотором объеме газа V содержится N  незаряженных частиц, имеющих массу Q, с удельной массой g . Введем допущение, что частицы имеют сферическую форму со средним радиусом r. Учитывая, что объём частицы  будет равен:

Определим число частиц в данном объёме газа, как: ,

Поверхность одной частицы будет равна:        .              

Общая эффективная поверхность будет равна:           .

Введем понятие — количество частиц в единице пространства .

Относительная эффективная поверхность частиц         .

 Считаем, что длина свободного пробега частицы –математически ожидаемое расстояние, на котором частица при движении в электростатическом поле пролетает без соударений с другими частицами. Определим длину свободного пробега частицы, как :                                        (1)

В следствии того, что при соударении частица выбывает из процесса, получаем потерю электрических зарядов из ионного потока :

                    (2)

где                  q – количество электричества находящееся в рассматриваемом  пространстве;

                        х – координата в направлении движения зарядов.

Интегрируя (2) с учетом (1), получим распределение зарядов в ионном потоке в зависимости от координаты x в направлении их движения:                                       

Тогда количество поглощенных зарядов будет равно

,                    (3)

где l – расстояние между электродами, м.

Для иллюстрации выражения (3) представлен график (рис.1) коэффициента использования зарядов в зависимости от содержания незаряженных частиц при различных их линейных размерах.

Для расчета приняты следующие величины постоянными —l =0.15 м; g=2*10кг/м3.

Радиус частиц  изменяется в пределах r =(2-20)*10-6 м.

Выражение (3) приведем к виду:

По последнему выражению построены кривые на рис.1.

Далее подробно рассмотрена зарядка частиц ионным током.

                Процесс зарядки монодисперсной среды отрицательными ионами можно определить, рассмотрев столкновения движущихся частиц с неподвижными зарядами, при этом величина каждого отдельного заряда обеспечивает зарядку частицы до полного потенциала. Зарядившаяся частица выбывает из потока, и считается потерянной.

                Введем условные обозначения:

q1 – количество электричества, отдельного заряда;

 диэлектрическая  проницаемость вещества;

e0 = 8.85*10-12  Ф/м  -диэлектрическая постоянная;

e относительная диэлектрическая постоянная вещества;

E – напряженность электрического поля, В/м.

Из вышеприведенных условий очевидно, что величина отдельного заряда будет равна:  

Количество отдельных зарядов в рассматриваемом объеме:            

Эффективное сечение одного разряда:                    

Эффективное сечение всех зарядов в рассматриваемом пространстве                        

Относительное эффективное сечение зарядов, находящихся в 1 м3  пространства:  

Длина свободного пробега частиц в пространстве, заполненном зарядами:                                

Потеря (заряженные частицы после соударения с зарядами считаются выбывшими из процесса) количества частиц определится:        ,            где x- координата вдоль пути следования частицы, м.

Произведя замену переменных: dx=wdt, получим:  —  или:   ,

где             Q0 – начальное количество (масса) частиц;

                    —    время нахождения дисперсной среды в пространстве заполненном зарядами;

                   w – скорость потока частиц.

Показатель степени последнего выражения: ,  может быть преобразован. Учитывая, что объемная плотность зарядов равна  , ( где  J –плотность ионного тока, k – подвижность ионов), окончательно получим содержание незаряженных частиц в потоке ,       (4)

или обозначив                                   получим                                                            (5)

Для иллюстрации выражения (5) определим  необходимую активную длину ионизированного пространства, при котором движущиеся частицы зарядятся до величины  99.9 %, в зависимости от плотности тока.        Преобразуем выражение (4) учитывая, что x=wt получим   

В качестве примера на Рис.2 приведен график зависимости (5)  при следующих условиях:

Q/Q=0.001;         k=2*10-4 м2/В*с;   w=1.5 м/с;             e=2*10-11а*с/В*м; Е =1.5*105 В/м.

Таким образом полученное уравнение (5) позволяет оценить эффективность процесса зарядки частиц в электрическом поле, для случая, когда определяющим является процесс зарядки ионным током

1. Дж.Мик, Дж.Кретс. Электрический пробой в газах. ИЛ.,М. 1960.

2. Ужов В.Н.  Очистка промышленных газов электрофильтрами. Из. «Химия» М.1967.

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И ЭФЕКТИВНОСТИ И РАБОТЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ

Опубликована в журнале «Безопасность в техносфере» №2 за 2007

К. Н. Веремьев, Н. К. Веремьев, С. Е. Баранов, В.Г. Шеманин, Ю.Л. Юров НПИ КубГТУ, Новороссийск dekan@nbkstu.org.ru

 Интенсификация производственных процессов приводит к увеличению технологических процессов, при которых в результате сжигания топлива выбрасывается в атмосферу огромное количество пылегазовых смесей. Технологическая очистка газов тем самым, приобретает всё большую актуальность. Этой проблемой занимаются много лет. Уже в 25 году прошлого столетия были изготовлены и установлены промышленные электрофильтры, которые показали свою эффективность. Фактически  нет ни одной отрасли, где бы электрофильтры не показали своих преимуществ. Они без труда очищают газовый поток объёмом  как в миллионы, так и в единицы метров кубических в час. Электрофильтр — это универсальный аппарат. Основные принципы его работы были заложены еще в начале 20 века. Конструкция электрофильтра претерпела множественные изменения и в семидесятые годы прошлого столетия фактически уже имела законченные формы [1]. А вот агрегаты, питающие электрофильтр током высокого напряжения — изменяются и по сей день. Совершенствуется не только элементная база систем автоматического регулирования, но и алгоритмы управления.

Целью настоящей работы является рассмотрение вопросов повышения надежности в области электрической очистки газов, которая связана с эффективной работой агрегатов питания электрофильтров, а это в свою очередь связано с построением алгоритмов управления заложенными в системы автоматического управления агрегатами питания электрофильтров работающих в режимах искровых разрядов.

Рассмотрим процесс отделения (сепарации) из газового потока взвешенных частиц – пыли или туманов. Пылегазовый поток отходящий от технологического аппарата представляет собой смесь, в которой находятся во взвешенном состоянии различные по форме и размерам частички твердого вещества (или капельки жидкости). Этот пылегазовый поток попадает в аппарат называемый «электрофильтр», который представляет собой две системы электродов – «коронирующих» и «осадительных». Причем коронирующие электроды представляют собой систему состоящую из множества «игл» — точек коронирования. При подаче на электроды напряжения высокого потенциала,  возникает резко неоднородное электрическое поле (в результате того, что коронирующей электрод имеет иголки  с малым радиусом кривизны). Под воздействием этого поля вблизи коронирующего электрода возникает явление – коронный разряд. Под воздействием этого разряда в межэлектродное пространство попадает поток заряженных частиц (ионов). Частицы взвешенные в пылегазовом потоке попадая в межэлектродное пространство электрофильтра, начинают   заряжаться под воздействием ионного потока ( направленного перпендикулярно движению частиц), Заряженные частицы под воздействием электростатического поля начинают двигаться к осадительному электроду. При соприкосновении с осадительным электродом, частица отдает свой заряд, и удерживается на электроде за счет сил адгезии. При накапливании частиц на осадительном электроде происходит её механическое отделение и удаление из потока.

Процесс зарядки аэрозольных частиц электрическом поле представляет особый интерес и нами рассмотрен в [2].  В этой работе мы проанализируем эффективность работы электрофильтра в переходных режимах – искровых пробоев.

Эффективность работы электрофильтров и как следствие надежности их работы описывается  степенью очистки газов. Ее принято определять по формуле Дейча [3].

 ,  (1)

где  —  коэффициент полезного действия электрофильтра;

           — диэлектрическая проницаемость вещества,

           — динамическая  вязкость газа, 2 10-4 Н с/м2;

          r — радиус частиц, м;

          v- скорость газового потока, м/с;

          U- напряжение на электродах фильтра, В;

          L- длина активной зоны фильтра по ходу газового потока, м;

          d – межэлектродное расстояние, м.  

Рассмотрим от каких факторов зависит степень очистки газов:

—          от геометрических параметров электрофильтра;

—          от физико-химических свойств аэрозолей;

—          от параметров электрического питания электрофильтров.

Первые два фактора важны, но влиять на них в ходе процесса пыле очистки не представляется возможным. А вот изменять форму питающей волны подводимого к электродам фильтра напряжения – вполне реальная задача. Одна из основных задач – поддержание напряжение на электродах фильтра близким к оптимальному. Рассмотрим, от чего зависит максимально возможная величина напряжения на электродах фильтра. Вследствие того, что  максимальное напряжение на электродах фильтра ограничивается разрядной прочностью межэлектродного расстояния, рассмотрим насколько эта величина стабильна. Как подтверждают экспериментальные исследования [4], уровень пробивных напряжений на электродах фильтра изменяется до 10-15%, за ограниченные промежутки времени. Единственной информацией о том, что напряжение на электродах фильтра находится на максимальном уровне – есть (как это ни парадоксально) искровой пробой. Поэтому система регулирования должна постоянно поднимать напряжение вплоть до пробоя. Однако в процессе пробоя напряжение на электродах снижается до нуля, и тем самым среднее значение напряжения снижается. Таким образом, задача оптимизации состоит в том, чтобы вольт секундная площадь была максимальной. Это означает – полученное превышение вольт секундной площади за счет подъема напряжения не должно быть потеряно при переходных режимах (искровых разрядах).

Рассмотрим алгоритм обработки искрового разряда. Примем следующие предположения: После искрового разряда необходимо как можно быстрее восстановить напряжение на электрофильтре. Пробои имеют различные характеристики. Поэтому восстановление напряжения в каждом случае должно быть индивидуальным. При искровых пробоях малой мощности можно сразу восстанавливать напряжение на уровень не более минимума напряжения предшествовавшего пробою. При искровых пробоях большой мощности (для предотвращения повторных пробоев) необходимо напряжение поднимать после паузы, служащей для деионизации разрядного промежутка. Для оптимального режима восстановление напряжения на электрофильтре необходимо формировать угол регулирования, подаваемого на тиристорный регулятор, определенной величины, которая прогнозируется, опираясь на параметры тока и напряжения в доискровой период времени. Рассмотрим два режима восстановления напряжения на электродах фильтра в послеискровой период времени (Рис.1). В первом случае угол регулирования тиристорным регулятором остается неизменным до и после искрового пробоя. Во втором случае на время восстановления напряжения подается форсированный угол (величина которого, например, рассчитывается исходя из параметров напряжения на электродах фильтра в доискровой период). В первом случае время восстановления до напряжения равного минимуму предшествующего пробою периоду произошла за 90 мс, во втором за 18 мс. При этом потери вольт  секундной площади (при напряжении 50 кВ) в первом случае составят – 450 Вс, а во втором -2250 Вс. При нормальной работе электрофильтра искровые пробои в камере фильтра происходят с частотой порядка 0,5-1 пробой в секунду. Таким образом, потери вольт секундной площади за 1 минуту соответственно будут равны: в первом случае 4.5% — во втором 1%.

Используя выражение (1), получаем повышение КПД электрофильтра за счет описанной оптимизации 3,5 %.

Если оценить выбросы пыли в атмосферу (при начальной запыленности 15 г/м3, количества газа 100000 м3/ч и начальном КПД 95%) мы получим снижение по выходной запыленности порядка 10 % или на 0,53 г/м3.

Рассмотрим режимы восстановления напряжения после искрового пробоя отснятого при работе агрегата питания электрофильтров установленном на реальном технологическом объекте — на электрофильтре холодильника печи №10 Цементного завода Пролетарий Комбината Новоросцемент.

Ниже представлены осциллограммы тока и напряжения электрофильтров при искровых разрядах протекающих как в разных фазах по отношению к питающей сети, так и восстановление напряжение после искровых пробоев при различных углах регулирования установленных на время восстановления напряжения.

Восстановление напряжения на электродах фильтра также зависит от фазы искрового пробоя. Если искровой пробой происходит фактически в конце протекающего тока, (Рис 4) то электрофильтр за время искрового пробоя полностью разряжается, через канал пробоя, и восстановления напряжения начинается только после появления тока через межэлектродное пространство. Как было сказано раньше, в этом случае для быстрого восстановления напряжения необходимо формирования «форсированного» угла регулирования. (Рис 4).

При возникновении искрового пробоя в электрофильтре при фазовом положении его по отношению к току 90 градусов, электрофильтр успевает полностью разрядится, а затем после локализации искрового пробоя (восстановлении прочности разрядного промежутка) происходит частичное восстановление напряжения, что в дальнейшем требует меньшей величины «форсированного» угла регулирования (Рис.5).

При возникновении искрового пробоя в электрофильтре при фазовом положении его по отношению к току 0 градусов, электрофильтр разряжается не полностью, а затем после локализации искрового пробоя (восстановлении прочности разрядного промежутка) происходит практически полное восстановление напряжения, что не требует применение «форсированного» угла регулирования (Рис.6).

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

·  напряжение на электродах фильтра должно поддерживаться на уровне близком к пробивному, что осуществляется быстрым подъемом напряжения в межискровой период и как следствие количество пробоев должно быть порядка 0,5-1 искра в секунду;

·  основные потери напряжения происходят в момент восстановления напряжения на электродах фильтра в после искровой период, поэтому необходимо формировать угол регулирования на время восстановления, при котором напряжение на электрофильтре восстановится за 1-2 полупериода питающей сети и при котором не произойдет повторного пробоя межэлектродного пространства.

·  основным ограничением скорости восстановления напряжения на электродах фильтра является скорость рассасывания (деионизации) искрового промежутка. При несоблюдении временной выдержки на деионизацию возможно возникновение вторичных пробоев, что приведет к значительному снижению вольт-секундной площади и как следствие к снижения эффективности процесса пыле газоочистки.

·  восстановление напряжения на электродах фильтра зависит от параметров искрового пробоя – мощность  искрового разряда, скорость рассасывания носителей в после искровой период времени, фазовое положение искрового разряда по отношению к току электрофильтра.

·  все перечисленные выше факторы влияют на степень очистки газов, и, как следствие, на надежность работы систем пылегазоочистки. Так как параметры искрового пробоя зависят от множества порой не регистрируемых факторов, при разработке алгоритмов управления необходимо учитывать все варианты обработки искровых пробоев.

Список использованных источников

1. Ужов В.Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами. М.:. Химия.1967.

2 Веремьев К.Н., Веремьев Н.К., Шеманин В.Г., Юров Ю.Л. Исследование эффективности зарядки аэрозольных частиц в мощном электрическом поле методами численного моделирования. Физика экстремальных состояний вещества – 2002. Эльбрус, 2002, С. 177-179

2. Левитов В.И., Решидов И.К., Ткаченко В.М. и др. Дымовые электрофильтры. — М. Энергия, 1980,448с.

3. Веремьев Н.К., Веремьев К.Н., Шеманин В.Г. Фофанов Я.А. Исследование пространственного распределения искровых разрядов в аэродисперсном потоке. Труды VII международнойнаучно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков», М., 2005 г., С. 382-385

4. Сикорский В.И., Кутляшов В.В. Новые преобразовательные агрегаты и приборы для регулирования тока и напряжения в электрофильтрах. — Цемент, 1979 г. №8, с.4.

 
 

Рис.1. Диаграмма восстановления напряжения на электродах фильтра:

а) обычный режим восстановления напряжения

в) форсированный режим восстановления напряжения

Рис 2. Восстановление напряжения в после искровой период с малой скоростью изменения угла регулирования (без использования форсированного восстановления).

Рис 3. Восстановление напряжения в после искровой период с формированием «форсированного» угла регулирования.

Рис 4. Фазовое положение искрового пробоя находится в конце волны протекающего тока в электрофильтре.

Рис 5. Фазовое положение искрового пробоя находится в 90 эл. Градусов  волны протекающего тока в электрофильтре.

Рис 6. Фазовое положение искрового пробоя находится в 0 градусов  волны протекающего тока в электрофильтре.

ОПТИМИЗАЦИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ

Опубликована в ЛАЗЕРНО-ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МЕДИЦИНЕ, БИОЛОГИИ И ГЕОЭКОЛОГИИ — 2007

Веремьев Н.К.3, Веремьев К.Н2., Шеманин В.Г2., Фофанов Я.А1., Баранов С.Е.3,Сикорский В.И.3, Вавилов В.А.2 1Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург, 2Новороссийский политехнический институт, филиал КубГТУ, Новороссийск  3 ООО НПФ «АВТЭК», Новороссийск

Факторы,  влияющие на степень очистки газов:

—          геометрические параметры электрофильтра;

—          физико-химические свойства аэрозолей;

—          форма волны питающего напряжения  электрофильтра.

Первые два фактора важны, но влиять на них в ходе процесса пыле очистки не представляется возможным. А вот изменять форму волны питающего напряжения подводимого к электродам фильтра – вполне реальная задача. Один из основных аспектов этой задачи – поддержание напряжения на электродах фильтра на уровне близким к оптимальному.

Эффективность работы электрофильтров описывается  степенью очистки газов. Ее принято определять по формуле  Дейча [1,2].

                                       (1)

где      h — коэффициент полезного действия электрофильтра;

             e — диэлектрическая проницаемость вещества     а*с/В*м;

             m — динамическая вязкость газа, m=2*10-4 н*с/м2;

             r – радиус  частиц, м;

             v – скорость  газового потока, м/с;

             U – напряжение  на электродах фильтра, В;

             L – длина  активной зоны фильтра по ходу газового потока, м;

             d – межэлектродное расстояние, м.

Рассмотрим, от чего зависит максимально возможная величина напряжения на электродах фильтра. Вследствие того, что  максимальное напряжение на электродах фильтра ограничивается электрической прочностью межэлектродного промежутка, рассмотрим насколько эта величина стабильна. Как подтверждают экспериментальные исследования [3,4], уровень пробивных напряжений на электродах фильтра изменяется на  10-20%, за ограниченные промежутки времени. Единственной информацией о том, что напряжение на электродах фильтра находится на максимальном уровне,  есть (как не парадоксально) искровой пробой. Поэтому система регулирования должна постоянно поднимать напряжение вплоть до пробоев.  Однако в процессе пробоя напряжение на электродах снижается до нуля, и тем самым среднее значение напряжения снижается. Таким образом, задача оптимизации состоит в том, чтобы вольт секундная (Интегральная) площадь была максимальной. Это означает – полученное превышение вольт секундной площади за счет подъема напряжения не должно быть потеряно при переходных процессах (искровых разрядах).

Таким образом для оптимального режима работы электрофильтра, необходимо чтобы среднее значение напряжения на электродах фильтра было максимально возможны — как в безыскровой  период времени, так и во время обработки искровых пробоев. Т.е. напряжение

было максимально возможным. Рассмотрим алгоритм обработки искрового разряда. Принимая следующие предположения: После искрового разряда необходимо как можно быстрее восстановить напряжение на электрофильтре. Пробои имеют различные характеристики. Поэтому восстановление напряжения в каждом конкретном случае должно быть индивидуальным. При искровых пробоях малой мощности можно сразу восстанавливать напряжение на уровень не более минимума напряжения предшествовавшего пробою. При искровых пробоях большой мощности (для предотвращения повторных пробоев) необходимо напряжение поднимать после паузы, служащей для деионизации разрядного промежутка. Для оптимального режима восстановление напряжения на электрофильтре, необходимо формировать угол регулирования, подаваемого на тиристорный регулятор, определенной величины. Эта величина прогнозируется опираясь на  параметры тока и напряжения в до искровой период времени. Рассмотрим три режима восстановления напряжения на электродах фильтра в послеискровой период времени (Рис.1). Эти режимы характерны для работы систем регулирования. В первом случае угол регулирования тиристорным регулятором остается неизменным до и после искрового пробоя. Это приводит к длительному восстановлению напряжения на электродах фильтра – более 90 мс, в нашем примере. Во втором случае система регулирования произвела увеличение угла регулирования (форсировочного угла) до величины выше критической. При этом напряжение на электродах фильтра резко возросло и в следствие того, что электронно-ионное облако не успело рассосаться, привело к повторному пробою, а так как пробивные свойства разрядного промежутка стали ниже это стало приводить к повторным пробоям при более низких напряжениях, и как следствие система регулирования снизила величину угла регулирования и восстановление напряжения сильно затянулось. В третьем случае на время восстановления напряжения подается правильно рассчитанное значение форсированного угла регулирования (величина которого например рассчитывается исходя из параметров напряжения на электродах фильтра в до искровой период). В первом и во втором случае время восстановления до напряжения равного минимуму предшествующего пробою периоду произошла за 90 мс и более, в третьем за 18 мс. Потери вольт секундной площади в первых двух случаях составили (при напряжении 50 кВ) –2250 Вс, в третьем случае – 450 Вс. Для  оптимального режима работы (при максимальном приближении к оптимальному напряжению на электрофильтре) должно быть в камере фильтра 0.5-1 искровой пробой в секунду. Таким образом потери вольт секундной площади за 1 минуту соответственно будут равны: в первых двух случае 4.5% — в третьем 1%.

Используя выражение (1) мы получим повышение КПД электрофильтра за

счет описанной оптимизации не менее 2.5 %.

Если оценить выбросы пыли в атмосферу (при начальной запыленности 15 г/м3, количества газа 100000 м3/ч и начальном КПД 95%) мы получим снижение по выходной запыленности порядка 10 %.

Таким образом можно сделать следующий выводы:

·  напряжение на электродах фильтра должно поддерживаться на уровне близком к пробивному, что осуществляется быстрым подъемом напряжения в межискровой период и как следствие количество пробоев должно быть порядка 0.5-1 искра в секунду;

·  основные потери напряжения происходят в момент восстановления напряжения на электродах фильтра в после искровой период, поэтому необходимо формировать угол регулирования на время восстановления, при котором напряжение на электрофильтре восстановится за 1-2 полупериода питающей сети и при котором не произойдет повторного пробоя межэлектродного пространства.

·  Основным ограничением скорости восстановления напряжения на электродах фильтра является скорость рассасывания (деионизация) носителей в искровом промежутке. При несоблюдении временной выдержки на деионизацию возможно возникновение вторичных пробоев, что приведет к значительному снижению вольт-секундной площади и как следствие к снижения эффективности процесса пыле газоочистки.

  1.  Ужов В.Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами. М.:. Химия.1967.
  2.  Левитов В.И., Решидов И.К., Ткаченко В.М. и др. Дымовые электрофильтры. — М. Энергия, 1980,448с.
  3.  Веремьев Н.К., Веремьев К.Н., Шеманин В.Г. Фофанов Я.А Исследование пространственного распределения искровых разрядов в аэродисперсном потоке.ОМИП — 2005, Москва
  4.  Веремьев Н.К, Веремьев К.Н., Шеманин В.Г. Фофанов Я.А Исследование оптических характеристик обратного коронного разрядов в аэродисперсной среде.ОМИП — 2005, Москва

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СЛОЯ ЧАСТИЦ, ОСАЖДЕННОГО ИЗ АЭРОДИСПЕРСНОГО ПОТОКА В МОЩНОМ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Опубликовано в ОМИП — 2007, Москва, 26 — 29 июня 2007 г. УДК 621.3. 015

К.Н. Веремьев3, Н.К. Веремьев 2, Я.А. Фофанов1, В.Г. Шеманин2 1Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург, 2Новороссийский политехнический институт, филиал КубГТУ, Новороссийск 3ООО НПФ «АВТЭК», Новороссийск

Рассмотрена напряженность электрического поля приложенного к электродам фильтр, представлены выражения определяющие статическую и динамическую составляющие этой напряженности поля. Выполнено численное моделирование напряженности электрического поля в слое осажденных частиц и представлен параметр величина которого определяет порог явления «обратного коронного разряда». При этом явлении в межэлектродном пространстве возникает поток положительных ионов, который, за счет рекомбинации носителей, снижает величину заряда частиц и как следствие -технологический КПД электрофильтра. влияние на основной поток ионов и заряженных частиц

1. ВВЕДЕНИЕ.

В ряде случаев приочистке пыле-газовых потоков от частиц обладающие высоким удельным электрическим сопротивлением (более  1012ом*м), в осевшем на электроде слое возникает явление – «обратного коронного разряда». Это явление резко снижает эффективность работы  — электрофильтра. Целью данной работы является численное моделирование распределения напряженности электрического поля как в межэлектродном пространстве, так и в слое осажденных частиц.

2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В МЕЖЭЛЕКТРОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ.

В процессе осаждения аэрозольных частиц в мощном электростатическом поле достаточно сильно влияет физико-химические свойства осажденного слоя частиц  на собирающем электроде электрофильтра [1]. Для рассмотрения влияния параметров слоя частиц на процессы очистки газов электрофильтрами необходимо рассмотреть распределение напряженности электрического поля  в межэлектродном пространстве фильтра. Экспериментальные исследования распределения электрического поля в объеме электрофильтра пока не представляется возможным, поэтому в этой части работы получены аналитические выражения для составляющих электрического поля в области сепарации аэрозольных частиц около осадительного электрода промышленного электрофильтра.

1. Напряженность электрического поля в слое частиц осажденных на  электроде фильтра.

В работе рассмотрены составляющие электрического поля у поверхности осадительного электрода (в электростатическом пылеуловителе), и параметры от которых зависят эти составляющие. Показано, что электрическое поле в непосредственной близости от осадительного электрода может быть представлена в виде суммы трех составляющих: статическая составляющая, обусловленная геометрическими параметрами электродов фильтра и разностью потенциалов между ними, равной напряжению начала коронирования, динамическая составляющая, обусловленная пространственным  зарядом, созданным ионным током и заряженными частицами и омическая составляющая, обусловленная разрядным током протекающим через сопротивление осажденных частиц.

2. Статическая составляющая напряженности электрического поля

Статическую составляющую с достаточной степенью точности можно считать не зависящей от времени. Она в период коронного разряда равна постоянной величине, а при погасании коронного разряда несколько убывает, так как емкость фильтра разряжается током оставшимся в межэлектродном  пространстве ионов и заряженных частиц. Однако этот процесс снижает разность потенциалов между электродами не более чем на 10%.

Статистическое электрическое поле в осадительном пространстве фильтра определяется геометрией системы электродов и может быть рассчитана графическим методом. Кривая, полученная этим методом расчета аппроксимируем уравнением:

,                            (1)

где – напряженность электрического поля у поверхности осадительного электрода, В/м;

   – расстояние между электродами фильтра, (0,125-0,18)м;

    – радиус коронирующего электрода, (0.0015 –0.0025)м;

   координата, совпадающая по направлению с трубкой электрического смещения и направленная от коронирующего электрода к осадительному, м.

Величина напряженности электрического поля начала коронирования, рассчитывается по формуле (1), при значениях  x= (1.3 – 1.4)r.

Средняя величина статической составляющей определяется с учетом (1) и ее абсолютное значение будет равно

 ,                              (2)

Используя выражение (1) можно определить сечение трубки электрического смещения, если учесть, что при отсутствии зарядов в осадительном пространстве поток вектора напряженности электрического поля в любом сечении этой трубки постоянен и равен:

,                         (3)

где    S0— площадь осадительного электрода, на которую опирается одна трубка, м2.

Тогда  сечение трубки электрического смещения получим:

,                    (4)

Эти формулы выведены для модулей описываемых величин и  поэтому они пригодны для любой полярности напряжения на электродах фильтра.

3. Динамическая составляющая напряженности электрического поля.

При наличии электрического тока в электрофильтре между его электродами возникает пространственный заряд, электрическое поле которого может быть определено из уравнения Пуасона [2, 3] (все рассуждения будут вестись для положительного коронного разряда),  написанного для одной трубки электрического тока:

,                                  (5)

   где             — поток вектора напряженности электрического поля, В/м;

                   — диэлектрическая постоянная вакуума, ф/м;

—  сила тока, а;

v –скорость движения зарядов, м/с.

С учетом (4) уравнение (5) и учитывая, что , где – подвижность  зарядов, примет вид:

Интегрируя  это выражение и учитывая  что при x=0, =0получим:

,                       (6)

С учетом (3) и (4) получим:

      — учитывая, что  — плотность тока на поверхности осадительного электрода, получим окончательное выражение для напряженности электрического поля пространственного заряда в электрофильтре:

             (7)

при x=L , а также учитывая, что получим:

                        (8)

 В случае запыленного газового потока, динамическую составляющую напряженности электрического поля, используя выражение (8), можно представить в виде:

,                 (9)

где kЭ – эквивалентная подвижность зарядов , м2/В*с.

Эквивалентная подвижность зарядов определяется из условия получения неизменной напряженности электрического поля. В частном случае, при монодисперсных частицах эквивалентная подвижность зарядов определяется:

                            (10)

где  – подвижность ионов газа, м2/В*с;

        — подвижность заряженных частиц, м2/В*с;

       — коэффициент использования силы тока для зарядки частиц;

;

где — основание натурального логарифма;

      относительное количество частиц в единице объема газа, кг/м3;

 удельная масса вещества частиц, кг/м3;

– радиус частиц, м ;

  – межэлектродное расстояние, м.

4. Омическая составляющая напряженности электрического поля, обусловленная разрядным током через сопротивление образованное осевшими частицами на осадительном электроде.

Электрический ток, проходящий через осадительное пространство фильтра, обусловливается суммарной разностью потенциалов приложенной к электродам фильтра, и суммарным сопротивлением частиц находящихся на осадительном электроде [1]. Суммарная разность потенциалов состоит из напряжения прикладываемое источником энергии, зарядом накопленном на геометрической ёмкости фильтра и количеством зарядов в межэлектродном пространстве, величина которого определена ионами и заряженными частицами. В силу того, что подвижность зарядов является конечной величиной, ток через осадительное пространство будет проходить и после погасание коронного разряда, разряжая ёмкость фильтра. Гармонический состав рабочего тока фильтра зависит от формы волны питающего напряжения, электрических параметров питающей сети и подвижности зарядов в осадительном пространстве. Необходимо отметить, что ток в фильтре совпадает  по фазе с напряжением на электродах фильтра.

Электрический ток, проходящий через осадительное пространство, заряжает слой частиц, осевших на осадительный электрод. Интенсивность разряда этого слоя определяется его электропроводностью. Из выше изложенного можно определить изменение плотности заряда,  накопленного на слое частиц:

,                                     (11)

где              – плотность заряда, а*с/м2;

                    – плотность зарядного тока, а/м2;

                   плотность разрядного тока, а/м2.

Плотность зарядного тока слоя частиц равна плотности рабочего тока протекающего через электрофильтр:

                              (12)

где   средняя плотность тока на осадительном электроде, а/м2;

   – амплитудное значение плотности тока на осадительном электроде, а/м2;

— угловая скорость, 1/с.

Плотность разрядного тока определяется суммарной напряженностью электрического поля в слое частиц и его удельным электрическим сопротивлением:

                      (13)

где  – напряженность электрического поля в различных точках в слое частиц на поверхности осадительного электрода ,В/м;

 средняя плотность тока на осадительном электроде, Ом*м;

Учитывая (1), (9), (11), (12) и  (13) получим:

             (14)

где   напряженность электрического поля в слое осажденных частиц, обусловленная накоплением зарядов на поверхности слоя, связанная с его сопротивлением, определяющим постоянную времени разрядки слоя;

        — удельное сопротивление слоя частиц, Ом*м.

Принимаем следующее соотношение , где  — постоянная определяющая  диэлектрические свойства слоя частиц.

Для упрощения расчетов, рассмотрим частный случай – малой концентрации частиц в потоке. Это упрощение не сужает общности окончательных выводов. При этом можно считать, что тогда уравнение (9) представим  в следующем виде:

                        (15)       

Величина синуса первой гармоники берется по абсолютному значению, так как её отрицательное значение не имеет физического смысла. Введем замену:

                            (16)

Интегрируя (14) с учетом (15),(16) и принимая нулевые начальные условия [4], получим выражение для напряженности электрического поля, обусловленного зарядом, накопленном на поверхности осевшего слоя частиц:

      (17)

где     постоянная времени разряда осевшего слоя частиц, с;

.

5. Величина напряженности электрического поля в слое осевших частиц

Результирующая напряженность электрического поля в слое осажденных частиц получится суммированием всех трех составляющих (1), (15), (16) и будит равна:

,             (18)

В установившемся режиме это выражение примет вид:

                                       (19)

где

Выражение (19) имеет максимум при:

                                (20)

Выводы

В результате проведенного анализа можно сделать следующие выводы:

1.                       Напряженность  электрического поля в слое осажденных частиц превышает напряженность электрического поля в основном осадительном пространстве тогда, когда  величина омической составляющей электрического поля (17) больше нуля. В этом случае возникает явление “обратного” коронного разряда.

2.                       Обратный коронный разряд возникает  в том случае, когда напряженность электрического поля в слое осажденных частиц (18) превысит критическое значение, т.е. напряженности ударной ионизации.

3.                       Изменение величины напряженности электрического поля в слое осажденных частиц синхронизировано с рабочим током, проходящим через электрофильтр уравнением (20).

4.                       Напряженность электрического поля в слое осажденных частиц в основном определяется удельным сопротивлением этого слоя (17).

1 Ужов В.Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами. М.: Химия.1967.

            2 Математическая энциклопедия в 6 т., М.: Советская Энциклопедия. – 1982.

            3 Дж.Мик, Дж.Кретс. Электрический пробой в газах. М.:ИЛ., 1960.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРОБОИ МЕЖЭЛЕКТРОДНОГО ПРОСТРАНСТВА В АЭРОДИСПЕРСНОЙ СРЕДЕ

Физика экстремальных состояний вещества: Сб. ст. ИПХФ  РАН. Черноголовка.2008

Веремьев К.Н.1, Веремьев Н.К.2, Фофанов Я.А3,Шеманин В.Г4., Баранов С.Е5., Сикорский В.И6. 1,4Новороссийский политехнический институтфилиал КубГТУ, Новороссийск  3Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург,2,5,6ООО НПФ «АВТЭК», Новороссийск

Введение

В технологическом процессе очистки отходящих газов от вредных примесей необходимо поддерживать среднее напряжение на электродах фильтра на максимально возможном уровне. Величина максимального напряжения на электродах имеет вероятностный характер и зависит многих факторов, постоянно изменяющихся во времени. Поскольку эффективность очистки прямо пропорционально квадрату среднего напряжения на электродах электрофильтра [1, 2], то для эффективной работы фильтра необходимо установить максимально возможное в каждый момент времени напряжение на электродах. Электрический пробой является единственным процессом, указывающим на достижение этого максимума (пробой характеризуется яркостью и формой светящегося канала). Однако сам пробой снижает интегральную напряженность электрического поля. Восстанавливать напряжение после пробоя без потерь и тем самым повышать степень очистки газов можно, контролируя оптические характеристики пробоя.

Оптимальное напряжение на электродах фильтра.

При работе электрофильтра [3,4,5] в искровом режиме эффективное напряжение можно определить из равенства:

                                                            ,                        (1)

где — разность потенциалов между электродами фильтра, В;

    —  вероятность безыскрового режима;

    — вероятность искрового пробоя.

Вероятность безыскрового, рабочего режима выражается сложной зависимостью, которая может быть аппроксимирована при . Выражением:   

,                         (2)

Где  — разность потенциалов, соответствующая началу искрения, В

Подставляя выражение (2) в формулу (1) и приравнивая производную от полученного выражения нулю, определим условия максимума эффективного  напряжения при :

                        (3)

Рабочая вероятность (2) с учетом равенства (3) может быть переписана:

,                             (4)

Определяя  из уравнения (3) и подставляя в уравнение (4), получим, после несложных преобразований, условие оптимального регулирования на электродах фильтра

,                                       (5)

или

                                    (6)

Максимальное значение вероятности искрового  пробоя определяется из уравнения (3) и из условия, что =0. В этом случае

                (7)

В случае безыскрового режима                                                (8)

Уравнение (7) и (8) являются границами определения функции (6), так как вероятность искрового пробоя определяется по средней мощности искровых разрядов в электрофильтре. Коэффициент будет определяться эмпирически.

Для подтверждения вероятностного характера возникновения искровых пробоев были проведены исследования искровых пробоев в реальном электрофильтре при подаче напряжения на электроды фильтра. Наблюдения проводились на электрофильтре печи № 7 Цементного завода Пролетарий  Комбината Новоросцемент [3]. Съемки проводились из форкамеры электрофильтра. На Рис. 1 представлено первое поле электрофильтра, снятое вдоль электродов.

Рисунок 1. Коронирующие и осадительные электроды фильтра

На электроды фильтра подается напряжение со средним значением до 110 кВ, в результате чего в межэлектродном пространстве формируется электростатическое поле, возникает коронный разряд и создающее поток заряженных частиц (ионов). В промышленных электрофильтрах на коронирующий электрод подается напряжение отрицательной полярности (положительный коронный разряд менее устойчив) относительно осадительного электрода, который заземлён. В результате ряда процессов, которые описаны ниже, частицы попадающего в электрофильтр пылегазового потока оказываются на осадительном электроде.

 Динамика пробоя в промышленном электрофильтре

Исследования проводились на промышленном электрофильтре печи № 7 цементного завода «Пролетарий» Комбината Новоросцемент. Съемки выполнялись из форкамеры электрофильтра.

Детально рассмотрены различные стадии электрического пробоя в камере электрофильтра, как по времени одного пробоя, так и по характеру пробоя. В первом случае электрический пробой был практически завершен, однако в стадию полного перекрытия разрядного промежутка не смог развиться и разрушился на последней стадии, т.е. не хватило накопленной энергии, чтобы удержать параметры ионизированного канала, и тепловая составляющая разорвала канал разряда (см. Рис. 2,3,4).

На Рис. 2 показана начальная стадия пробоя. Видны канал лидера и головка (зона лидерной короны) лидера. На Рис. 3 виден только остаток лидерного канала, который через секунду исчезнет. На Рис. 4 представлена интерполяция этих двух моментов, т.е. соединены два этапа на одном  рисунке. 

Рисунок 2. Начало искрового пробоя

Рисунок 3. Окончание искрового пробоя

Рисунок 4. Наложение двух стадий пробоя

Рисунок 5. Начало мощного искрового пробоя

img src=»https://www.avtec.ru/article/elbrus2008.files/image041.jpg» alt=»»/>

Рисунок 6. Окончательная фаза мощного искрового пробоя

На Рис. 5 и 6 приведены две стадии электрического пробоя, который полностью завершился дуговым разрядом. На Рис. 5 видна начальная стадия пробоя, на Рис. 6 – окончательная стадия пробоя. Этот пробой как видно вначале имел слабое развитие, а затем развился в мощный дуговой пробой с полным стеканием заряда с коронирующего электрода. Следующей иллюстрацией будет разряд, который из полного перекрытия межэлектродного промежутка прекращается, а заряд на электродах стекает не полностью – Рис. 7,8

Рисунок 7.  Начальная часть искрового пробоя

Рисунок 8.  Окончание  искрового пробоя

Если искровые пробои возникают в отдаленных частях электродов фильтра от центра электрода возникают условия, когда динамическое сопротивление настолько велико, что электроны не успевают стечь в образовавшийся канал пробоя, и при прекращении искрового пробоя напряжение на электродах вновь превышает прочность разрядного промежутка, при этом могут возникнуть повторные пробои, приводящие в конце концов к полному снижению напряжения на электродах фильтра. Пример этому представлен на Рис. 9-11

Рисунок 9. Первый искровой пробой в серии из трех пробоев.

Рисунок 10. Второй искровой пробой в серии из трех пробоев

Рисунок 11. Третий искровой пробой в серии из трех пробоев

В случае когда в пространстве возникает лавинообразный процесс, а напряжение на электродах ниже критической, возникает частичное перекрытие пространства – стример, который заканчивается не перерастая в искровой пробой —  Рис.12.

Рисунок 12. Частичный пробой пространства – стример

Выводы

В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

·   При одних и тех же внешних условиях (электрофильтр, агрегат питания электрофильтра, система регулирования, настройки системы регулирования, аэродисперсная среда) возникают электрические пробои разрядного промежутка, имеющие различные характеристики.

·   Электрические пробои возникают в различных местах пространства электрофильтра (т.е. их распределение носит стохастический характер).

·   Электрические пробои имеют различные оптические и электрические характеристики как по мощности, так и по этапам развития.

·   Характерные значения напряжений и токов через электрофильтр, при которых происходили электрические пробои, лежат в следующих пределах: Uср=(30-45) кВ , Iср= (100-250) мА.

·   При возникновении искровых пробоев на удаленных от центра электродов участке возможно возникновение  серии одиночных искровых разрядов от двух и более.

Полученные результаты показывают, что необходимо создавать различные алгоритмы управления восстановлением напряжения после электрических разрядов, охватывающие все возможные особенности их развития. При правильной обработке электрических пробоев можно значительно повысить степень очистки газов и надежность газоочистного оборудования.

Литература

  1. Ужов В.Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами. М. Химия.1967. 344 с.
  2. Левитов В.И., (п/ред.) . Дымовые электрофильтры. М., Энергия, 1980, 448с.
  3. Веремьев Н.К., Веремьев К.Н., Шеманин В.Г. Фофанов Я.А. Исследование пространственного распределения искровых разрядов в аэродисперсном потоке. Труды VII Международнойнаучно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков», М., 2005, С. 382 — 385
  4. Фортов В.Е.  Энциклопедия низкотемпературной плазмы. // Вводный том II, Генерация плазмы и газовые разряды ,М., Наука, 2000, С. 180-273.
  5. Мик Дж., Кретс Дж.. Электрический пробой в газах. ИЛ., М. 1960., 483 с.
  6. Капцов Н.А. Электрические явления в газах и вакууме. Государственное издательство технико- теоретической литературы. М., 1950, 564 с.

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ОБРАТНОМ КОРОННОМ РАЗРЯДЕ

Лазерно-информационные технологии в медицине, биологии и геоэкологии — 2010  

Н.К. Веремьев, К.Н. Веремьев, Я.А. Фофанов, В.Г. Шеманин,С.Е. Баранов, В.И. Сикорский (Новороссийск, Санкт-Петербург) 

Эффективность процесса очистки газа от взвешенных частиц в значительной степени зависит от режима электропитания [1]. Осаждение в поле отрицательного коронного разряда частиц, обладающих высоким удельным электрическим сопротивлением, приводит к образованию на некоронирующем положительном электроде слабопроводящего слоя. Слабая проводимость вещества, образующего слой, является причиной накопления на поверхности и в толще последнего отрицательного заряда. Электрические явления, происходящие в слое, и их влияние на процесс осаждения частиц аэрозоля в значительной степени зависит от структуры и механической прочности слоя. Если изолирующий слой монолитен, накопление заряда и повышение потенциала на поверхности слоя вызывает последовательное уменьшение тока коронного разряда, которое продолжается до тех пор, пока последний не уравняется с током активной проводимости осевшего слоя. Этот процесс аналогичен зарядке плоского конденсатора, однако, в отличие от конденсатора, поверхность слоя неравно потенциальна и поле внутри слоя неравномерно. Падение напряжения на слое, вычитаясь из напряжения источника питания, повышает потенциал осадительного пространства. Наибольшее увеличение потенциала наблюдается у коронирующего электрода, где происходит относительное возрастание напряженности электрического поля, в средней части разрядного промежутка градиент потенциала отличается от потенциала, имеющего место при чистом некоронирующем электроде. Неравномерность поля внутри слоя также увеличивается, неоднородным распределением заряда по поверхности слоя. При достижении критической величины потенциала в осевшем слое, в газовых микро-каналах создаются условия для ударной ионизации, и образования электронных лавин. Возникают микро пробои слоя, сопровождающиеся выбросом в межэлектродное пространство положительных ионов. Это явление носит название «Обратной короны». Обратная корона резко снижает эффективность работы электрофильтра, вследствие перезарядки частиц осаждаемого аэрозоля потоком положительных ионов и снижения градиента потенциала в межэлектродном пространстве. Средний потенциал поверхности слоя при обратной короне независимо от величины напряжения источника питания остается равным критическому потенциалу зажигания обратной короны. Его уровень определяется условиями возникновения критического градиента в устьях микро каналов на поверхности слоя и в значительной степени зависит от толщины и структуры последнего. Под воздействием развивающихся в канале температуры и давления сечение канала увеличивается. Вследствие быстрого разрушения структуры слоя, обратный коронный разряд является неустойчивым явлением. Обратная корона является разрядом с положительного острия и для устойчивого существования нуждается в непрерывном потоке электронов для генерации электронных лавин.

В условиях обратной короны в значительной степени понижается пробивное напряжение разрядного промежутка. Область в устье канала разряда, которая характеризуется высокими плотностями встречных потоков положительных и отрицательных ионов, значительными интенсивностями процессов ионизации и рекомбинации, является источником положительных стримеров, развивающихся в направлении отрицательного электрода, что и облегчает развитие пробоя.

Во внешней электрической цепи электрофильтра обратная корона проявляется в значительном увеличении тока, снижении напряжения, возникновении искровых и дуговых разрядов, а также деформации вольтамперной характеристики фильтра.

Сопротивление пыли, которая улавливается электродами, может изменяться в очень широких пределах, что в свою очередь существенно влияет на процесс улавливания пыли.

Явление обратного коронного разряда возникает при очистки газов от пыли с удельным объемным сопротивлением ρv ≥ 108 Ом*м. Эта пыль наиболее трудно улавливается из-за возникновения обратной короны [2, 3]. Частицы, осевшие на осадительный электрод, долго сохраняют свой заряд из-за высокого сопротивления частиц пыли. Заряды, содержащиеся в слое, определяют распределение напряженности электрического поля в слое.Для исследования возникновения обратного коронного разряда и параметров, определяющих интенсивность этого разряда были выполнены эксперименты, которые показали:.-обратный коронный разряд возникает при очистки пылегазового потока от пыли имеющей высокое удельное электрическое сопротивление;-интенсивность обратного коронного разряда зависит от физико-химических свойств пыли.При обратном коронном разряде в межэлектродном пространстве присутствуют ионы обеих знаков. Причем количественное соотношение этих ионов зависит от интенсивности обратного коронного разряда.При интенсивном обратном коронном разряде частицы пыли не имеют преобладающий заряд, и практически не происходит очистка газов.Для увеличение степени очистки газов необходимо снижать мощность обратного коронного разряда. А это возможно двумя способами: изменяя форму волны питающего напряжения или через- периодное питание, импульсное питание, знакопеременное питание;Кондиционирование отходящих газов, при котором снижается удельное электрическое сопротивление частиц пыли. 

1 Веремьев Н.К., Веремьев К.Н., Шеманин В.Г., Фофанов Я.А. // Труды ОМИП — 2005, Москва, С. 1542 К.Н. Веремьев, Н.К. Веремьев, В.Г. Шеманин, Ю.Л. Юров // В Сб. Физика экстремальных состояний вещества – 2002. Черноголовка. 2002. С. 1233 Высоковольтные электротехнологии // Под ред. И.П. Верещагина. М., МЭИ 1999. 324 с.

ПАТЕНТЫ И АВТОРСКИЕ СВИДЕТЕЛЬСТВА

 Авторское свидетельство №1492533  Авторское свидетельство №1492533

Источник питания электрофильтров газоочистки
Авторское свидетельство №1492533
 Авторское свидетельство №1492533  Авторское свидетельство №1492533

АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО №1282100
Авторы: Сикорский Владимир Иванович, Веремьев Николай Константинович, Баранов Сергей Евгеньевич
Способ автоматического регулирования напряжения электрофильтра Авторское свидетельство №1282100
Патент №21474683 Патент №2147468

Патент №2147468
Способ автоматического регулирования напряжения электрофильтра
Авторское свидетельство №1201807 Авторское свидетельство №1201807

Авторское свидетельство №1201807
Источник питания электрофилтра
Патент №2405631 Патент №2405631

Патент №2405631
Способ защиты и контроля состояния линий связи исполнительных механизмов устройств регенерации электрических и рукавных фильтров газоочистки
Патент №2455075 Патент №2455075

Патент №2455075
Способ Автоматического регулирования напряжения электрофильтра по пробоям
Патент №2384370 Патент №2384370

Патент №2384370
Способ автоматического регулирования режима электрического фильтра Патентообладатели: Сикорский Владимир Иванович, Баранов Сергей Евгеньевич, Веремьев Николай Константинович, Копервас Владимир Фридрихович, Ильюшин Эдуард Семенович, Веремьев Константин Николаевич
Патент №2399426 Патент №2399426

Патент №2399426
Способ форсированного восстановления напряжения на электродах фильтра после искрового (дугового) пробоя
Патент № 229616 Патент № 229616

«Патент № 229616
Способ защиты высоковольтных регулируемых выпрямителей при пробое тиристоров (варианты)
Патент №2324271 Патент №2324271

Патент №2324271
Способ защиты высоковольтных регулируемых выпрямителей от перенапряжения
Патент №2266161 Патент №2266161

Патент №2266161
Способ автоматического регулирования напряжения электрофильтра
Патент №2168368 Патент №2168368

Патент №2168368
Способ автоматического определения, выбора и регулирования режима электрического питания фильтра
Патент 2147469 Патент 2147469

Патент 2147469
Патент №2166999 Патент №2166999

Патент №2166999
Способ автоматического регулирования напряжения электрофильтра по пробоям (варианты)
Патент №2147468 Патент №2147468

Патент №2147468
Способ автоматического регулирования напряжения электрофильтра
Авторское свидетельство №1798004 Авторское свидетельство №1798004

Авторское свидетельство №1798004
Способ автоматического регулирования напряжения электрофильтра
Описание изобретения  к авторскому свидетельству №1699613 Описание изобретения  к авторскому свидетельству №1699613

Описание изобретения к авторскому свидетельству №1699613
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №1699613
Авторское свидетельство №1492533 Авторское свидетельство №1492533

Авторское свидетельство №1492533
Источник питания электрофильтра газоочистки
Патент №1497841 Патент №1497841

Патент №1497841
Устройство питания электрофильтра газоочистки
Описание изобретения к авторскому свидетельству №1331566 Описание изобретения к авторскому свидетельству №1331566

Описание изобретения к авторскому свидетельству №1331566
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №1331566
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №1339518 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №1339518
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №1339518
Описание изобретения к авторскому свидетельству №1331566 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №1282100
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №1282100
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №1201807 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №1201807
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №1201807
Описание изобретения к авторскому свидетельству №1331566 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №752274
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №752274
Описание изобретения к авторскому свидетельству №1331566 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №986502
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №986502
Описание изобретения к авторскому свидетельству №1331566 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №657418
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №657418
Описание изобретения к авторскому свидетельству №1331566 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №618730
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №618730
Описание изобретения к авторскому свидетельству №1331566 АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО № 714616
АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО № 714616

Формирователь сигнала управления системы автоматического регулирования напряжения на электрофильтре
Описание изобретения к авторскому свидетельству №1331566 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №654269
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №654269
Описание изобретения к авторскому свидетельству №1331566 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №437908

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ №437908
 

ПУБЛИКАЦИИ

В данном разделе мы будем публиковань наши научные изыскания по тематике: Газоочистка, Автоматика, Телемеханика, Экология.

Мы участвуем в таких конференциях как:

  • ЛАЗЕРНО-ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МЕДИЦИНЕ, БИОЛОГИИ И ГЕОЭКОЛОГИИ www.abrauconf.novtelecom.net
  • Международная конференция «Уравнения состояния вещества», КБР, Приэльбрусье, п. Терскол
  • ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОТОКОВ http://omfi.mpei.ac.ru/
  • ЛАЗЕРЫ, ИЗМЕРЕНИЯ, ИНФОРМАЦИЯ, Россия, Санкт-Петербург 

 Публикуем наши статьи в периодических изданиях:








Электрофизические процессы при обратном коронном разряде
Электрические пробои межэлектродного пространства в аэродисперсной среде
Оптимизация эффективности работы электрофильтров
Исследование параметров слоя частиц, осажденного из аэродисперсного потока в мощном электростатическом поле
Повышение надежности и эфективности и работы промышленных электрофильтров
Динамика зарядки аэрозольных частиц в мощном электрическом поле
Исследование эффективности зарядки аэрозольных частиц в мощном электрическом поле методами численного моделирования

CАПФИР МП-1

Устройство автоматического регулирования питания электрофильтра «САПФИР Мп-1»  предназначено для работы в составе высоковольтных преобразовательных агрегатов питания электрофильтров газоочистки как Российского, так и зарубежного производства.

Устройство автоматического регулирования «САПФИРмп-1»   используется для промышленной очистки газов от пылей и туманов в различных отраслях промышленности — в энергетике, промышленности стройматериалов (в том числе цементной), химической промышленности, металлургии и других областях.

Устройство автоматического регулирования «САПФИР мп-1» обеспечивает поддержание оптимального режима питания электрофильтров током высокого напряжения, а также осуществление операций управления, контроля, диагностики, сигнализации, индикации высокого напряжения и тока питаемого поля электрофильтра, защиты преобразовательного агрегата в нормальном и аварийном режимах его работы.

Алгоритмы регулирования, примененные в устройстве автоматического регулирования «САПФИР мп1»  направлены на достижение максимума пылеулавливания при минимальном расходе электроэнергии.

Способы автоматического регулирования напряжения электрофильтра, примененные в устройстве автоматического регулирования «САПФИР мп-1»  , защищены патентами Российской Федерации.

Устройство сертифицировано. Сертификат № ТС RUC-RU.МЛ66.В.01301