Научно-технические основы создания систем питания высоковольтных устройств пыле- и газоочистки на основе электронно-лучевых вентилей и газоразрядных приборов

Для снижения погрешности измерения, вызванной изменением температуры, влажности и др. параметров пыли и повышения оперативности получения результатов, разработан переносной измеритель удельного электрического сопротивления (УЭС). Измеритель обеспечивает повышение точности и достоверности измерений, позволяет провести предварительную оценку УЭС пыли практически непосредственно во время проведения исследования режимов работы ИП путём измерения параметров золы непосредственно в бункере золоприёмника при рабочей температуре работающего ЭФ. Такой способ оперативного измерения УЭС позволяет предварительно определить длительность импульсов отрицательной и положительной полярности ЗПП при составлении алгоритма работы СУ, а также оценивать целесообразность его применения.

Измерение УЭС пыли осуществляется с помощью тераомметра и специального измерителя. Исследуемый образец пыли зажимается между двумя плоскими круглыми электродами. Толщина слоя пыли между ними измеряется микрометром. Величина сопротивления может изменяться в пределах от 102 до 1012 Ом, температура в золосборнике от +80 до +120оС, толщина слоя от 5 до 15 мм, при диаметре прижимного устройства 10 мм. Расчёт УЭС осуществляется по формуле:

[Ом*м]

где R - измеренное сопротивление слоя пыли [Oм], S - площадь контактного электрода [м2], d - толщина слоя пыли [м].

Применение комплексного питания экономически более целесообразно, чем реконструкция ЭФ, а при строительстве нового - получается меньше себестоимость при том же значении пылевых выбросов.

На основе разработанной концепции построения высоковольтного питающего оборудования возможно создание малого комплекса, состоящего из источника знакопеременного и импульсного питания, или - развёрнутого комплекса, содержащего не только дополнительное силовое оборудование, но и измерительное, включённое в систему автоматического регулирования по критерию минимизации пыле уноса в атмосферу состоящего из:

1- автономного источника ЗПП ЭФ импульсами секундной длительности:

обеспечивающего повышение степени пылеочистки для высокоомных пылей;

позволяющего полностью или частично отказаться от применения механического отряхивания ОЭ;

обеспечивающего снижения уровня вторичного пылеуноса для всего известного диапазона УЭС пыли;

2- источника-приставки униполярного импульсного питания ЭФ импульсами микросекундной длительности, позволяющего существенно повысить степень пылеочистки практически всего известного диапазона УЭС пыли;

3-автономного источника ЗПП или импульсного УП РК, формирующего импульсы наносекундной длительности, на основе источника, содержащего высоковольтные сильноточные ЭЛВ, позволяющего:

повысить степень ионизации частиц пыли в ЭФ;

осуществить плазмохимическое преобразование окислов углерода CO, серы SO и азота NO в сравнительно безопасные соединения;

осуществить плазмохимическое преобразование высокомолекулярных канцерогенных соединений в простые, сравнительно безопасные соединения;

повысить электрический КПД не менее, чем до 90%.

4- оптического пылемера, позволяющего преобразовывать уровень запылённости газохода в пропорциональные электрические сигналы управления длительностью отрицательных и положительных импульсов ЗПП (сек длительности), изменять амплитуду импульсов источника ИП (мкс. длительности);

5- устройства для измерения УЭС, позволяющего провести контрольные замеры для предварительной диагностики электрических параметров выбрасываемых твёрдых частиц пыли.

6- перепрограммируемого блока управления, реализующего интеллектуальный алгоритм управления.

Структурная схема разрабатываемого устройства комплексного питания ЭФ представлено на рис.16.

Рисунок 16 Структурная схема питания пыле- газоочистного комплекса

Источники, включённые в комплексное питание ЭФ должны содержать выпрямители и инверторы, обеспечивающие их ВЧС с сетью.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты работы сводятся к следующему.

Разработаны научно-технические основы конструирования импульсных высоковольтных ЭЛВ для использования в импульсных технологических устройствах пыле- и газоочистки

На основе экспериментальных исследований на промышленных предприятиях, лабораторных стендах и теоретического анализа, получены новые данные о разрядных процессах, протекающих в ЭФ пылеочистки и РК газоочистки, позволяющие систематизировать характер электрической нагрузки высоковольтных пыле- и газоочистных аппаратов. Установлено, что:

- для снижения уровня пылевых выбросов высокоомных пылей необходимо подавление обратной короны, что наиболее эффективно делается с помощью источника ЗПП при длительности импульса положительной полярности 1…2 сек и отрицательной 40…100 сек, длительности переднего и заднего фронтов 8…12 мс;

- ЗПП способствует автоматическому удалению слоя пыли с осадительных электродов ЭФ, без постоянного применения устройств механического или другого вида отряхивания;

- для дополнительного снижения уровня пылевых выбросов ЭФ для всего известного диапазона УЭС пыли наиболее эффективно применение источника приставки импульсного питания, накладываемого на основное той же полярности, при длительности импульсов 50…100 мкс колокольной формы, при напряжении равном 0,5 Uэф, частоте повторения 300…400 Гц;

- для снижения уровня газообразных выбросов оксидов (или уменьшения количества реагентов) и канцерогенных соединений наиболее эффективно питание РК стримерным разрядом при длительности импульсов 100…200 нс, особенно эффективно применение знакопеременной формы разряда содержащего 3 полпериода высокого напряжения амплитудой 50…100 кВ, следующих с частотой 100…1000 Гц.

На основе анализа электрических режимом предложены основы создания конкурентоспособных электрических схем в источнике ЗПП с ВЧС связью с сетью на частоте более 12 кГц содержащих: высоковольтный высокочастотный трансформатор и схему управляемого высоковольтного удвоения, на основе высоковольтного диода и ЭЛВ, обеспечивающего получение выходного напряжения поочерёдно отрицательной и положительной полярности.

На основе анализа электрических режимов питания ЭФ импульсами микросекундной длительности предложена основа создания электрических схем приставок к источникам униполярного или ЗПП, на основе двух включённых встречно-параллельно ЭЛВ, соединённых с ЭФ через высоковольтный разделительный конденсатор и силовую индуктивность.

Предложена основа построения универсальной импульсно - знакопеременной схемы источника питания на основе ЭЛВ с ВЧС с сетью на частоте более 12 кГц. Устройство, собранное по такой схеме обладает минимально возможной себестоимостью, весогабаритными показателями, максимальной надёжностью и долговечностью. При этом устройство одновременно обладает всеми преимуществами знакопеременного и импульсного питания.

На основе анализа электрических режимов импульсного питания РК импульсами наносекундной длительности предложена основа создания электрических схем, формирующих одиночные или пачки высоковольтных импульсов на основе подмодулятора на высоковольтном вакуумном приборе, обеспечивающем частичный разряд емкостного накопителя для зарядки индуктивного накопителя, с последующим полным разрядом индуктивного накопителя, что способствует формированию на управляющем электроде высоковольтного выходного ЭЛВ пачки или одиночные импульсы положительной полярности высокого напряжения. В результате выходной ЭЛВ коммутирует на нагрузке (РК) и вспомогательной индуктивности импульс отрицательной полярности. После закрывания ЭЛВ вспомогательная индуктивности формирует на нагрузке импульс положительной полярности. В результате на нагрузке (РК) получается пачка знакопеременных высоковольтных импульсов длительностью 100…150 нс. Количество импульсов в пачке определяется подмодулятором. Расчётное значение электрического КПД схемы не менее 93%.

На основе проведенных экспериментальных исследований и теоретического анализа предложена концепция создания универсального комплекса пыле- газоочистного оборудования состоящего их источников импульсного питания наносекундной длительности и РК, источника ЗПП секундной длительности и приставки ИП микросекундной длительности, все источники питаются от общего устройств ВЧС с сетью на частоте более 12 кГц, алгоритм управления в процессе работы комплекса оптимизируется по критерию минимального уровня выходной запылённости и загазованности благодаря использованию датчиков уровня выбросов твёрдых частиц и газоанализаторов.

Разработаны принципы оптимизации всех рассмотренных в работе электрических схем подмодуляторов и модуляторов в секундном, микросекундном и наносекундном диапазоне длительностей импульсов при реальных значениях рабочих напряжений, с помощью компьютерных программ EWB работающих в режиме паузы. Разработана концепция построения компьютерных моделей обладающих пентодной вольтамперной характеристикой различных типов ЭЛВ на основе ключа, транзистора, диода, резистора и источника тока.

Разработан многопроходный оптический пылемер на основе инфракрасного импульсного светодиода с передающим объективом, оптической схемой работающей как на просвет, так и на отражение; позволяющий работать на газоходах диаметром до 6 м и при любом уровне запылённости;

Разработан переносной измеритель удельного электрического сопротивления пыли способный измерять в диапазоне от 102 до 1012 Ом*м, проведены испытания на ТЭЦ;

Результаты работы использованы: а) на ТЭЦ 22 г.Дзержинский, Мосэнерго; б) при создании стенда газоочистки ВТИ им. Куйбышева г. Москва; в) на Ачинском глинозёмном комбинате; г) при создании стенда пылеочистки ФГУП ВЭИ г. Москва; д) при разработке курса лекций на тему: «Электровакуумные и газоразрядные приборы для высоковольтной импульсной техники.» на кафедре Электронные приборы МЭИ;

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

1. А.С. 762059 СССР. Н 01J 63/06. Электронно-лучевой импульсный источник оптического излучения. Ерёмин В.И., Топчиев Г.М., Щербаков А.В. (СССР).- 2683425/24-07. Заявлено 09.11.1978. Зарегистрировано 16.05.1980. Опубл.07.09.1980. Бюл. 33, С.5.

2. Ерёмин В.И., Горшков В.С., Щербаков А.В. Энергетическая эффективность светового канала с люминофорным источником света в системе управления высоковольтным аппаратом.// Электрическая промышленность. Сер.Аппараты высокого напряжения, трансф. Сил.конд.,1980, вып.5(109), С.7-9.

3. А.С. 892699 СССР. Н 03 К 7/2. Импульсный модулятор; Щербаков А.В., (СССР). - 2915093/18-21.Заявлено 25.04.1980. Зарегистрировано 25.08.1981. Опубл. 23.12.1981. Бюл. 47. С.4.

4. Щербаков А.В., Ерёмин В.И. Импульсные модуляторы для систем светового управления аппаратами высокого напряжения.//Тезисы докл. на конф. Система управления и контроля электр. апп. выс. напр. Апрель. -М.: Информэлектро, 1981, С.35-36.,

5. Щербаков А.В., Ерёмин В.И. Импульсные модуляторы для систем светового управления высоковольтными аппаратами.// Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции: Система управления и контроля электрических аппаратов высокого напряжения. Апрель. - М.: Информэлектро, 1981. - С. 58...59.

6. Щербаков А.В., Импульсный модулятор.// Инф. лист о научно техническом достижении. № 319-82,август 1982, С. 2.

7. Воронков Е.П., Топчиев Г.М., Щербаков А.В. Высоковольтный импульсный электронно лучевой осциллограф.// ПТЭ, 1989, № 5, С.253.

8. Щербаков А.В., Калинин В.Г. Оптический пылемер. // ПТЭ, 1994, N1, С.211-212

9. Щербаков А.В., Калинин В.Г. Оптический измеритель концентрации твёрдых частиц пыли в газоходах. // Электрические станции, 1995, №7, с.11-17

10. Perevodchikov V.I, Kalinin V.G., Lamin Y.A., Schapenko V.N., Scherbakov A.V. Studies of dust layer formation on electric precipitator electrodes at a alternating polarity power supply (APPS).// VI ISESP Conference, Technical University of Budapest , Budapest, Hungary, 1996, June 19-21.

11. V.I. Perevodchikov, V.N. Shapenko, A. V. Scherbakov, V.N. Stuchenkov, A.A. Savin, V.G. Kalinin, N.V. Matveyev, L.P. Alexandrova. Combined pulse and alternating polarity power supply to increase the efficiency of dust cleaning.// Proc. 7th International Conference on Electrostatic Precipitation. Kyngbuk, Korea, 1998.

12. V. Perevodchikov, V. Shapenko, A. Scherbakov, K. Ulyanov. Pulse power supply units based on electron-beam valves for Cleaning industrial effluents from oxides and dust .// Конференция в Лос-Анджелесе, США, 12th IEEE International Pulsed Power Conference 1999, loliforma, Monterey, 1999. июнь-июль, PC065.

13. Калинин В.Г., Переводчиков В.И., Шапенко В.Н., Щербаков А.В. Перспективные системы электропитания пылеулавливающих электрофильтров тепловых электростанций.// Электричество, 2000, № 8, С.50-55

14. Переводчиков В.И., Шапенко В.Н., Щербаков А.В., Калинин В.Г., Стученков В.М., Комплектное устройство для питания электрофильтра импульсно-знакопеременным напряжением.// Сборник научных трудов ФГУП ВЭИ им. В.И. Ленина под ред. В.Д. Ковалёва. Высоковольтная и преобразовательная техника. Москва 2001, С. 93-99.

15. Переводчиков В.И., Шапенко В.Н., Щербаков А.В., Калинин В.Г., Исследование особенностей работы пылеулавливающих электрофильтров при знакопеременном питания.// Сборник научных трудов ФГУП ВЭИ им. В.И. Ленина под ред. В.Д. Ковалёва. Высоковольтная и преобразовательная техника. Москва 2001, С. 108-122.

16. Попов С.Н., Щербаков А.В., Силовая схема источника импульсного питания электрофильтра.// Сборник научных трудов ФГУП ВЭИ им. В.И. Ленина под ред. В.Д. Ковалёва. Высоковольтная и преобразовательная техника. Москва 2001, С. 123-136.

17. Щербаков А.В., Калинин В.Г., Стученков В.М. Импульсные источники микросекундной длительности импульсов для питания электрофильтров.// Электрические станции, 2002, № 12, С. 40-43.

18. Щербаков А.В., Калинин В.Г., Стученков В.М. Оптимизация параметров импульсного источника для питания электрофильтров. //Электрические станции, 2002, №6, С. 75-77.

19. Пат. 2212729 Россия. 7 Н 01 О 21/14, В 03 С 3/38. Коммутатор и устройство для питания нагрузки знакопеременным напряжением на его основе. Щербаков А.В. (Россия). 20022100494/09, Заявлено 08.01.2002. Приоритет от 08.01.2002. Опубл. 20.09.2003 Бюл.26. С. 42.

20. Пат. 2183903 Россия. 7 Н 03 К 7/02, Н 03 С 1/16. Импульсный модулятор для питания емкостной нагрузки. Щербаков А.В., Калинин В.Г. (Россия), - 2000126372/09; Заявлено 19.10.2000. Приоритет от 19.10.2000. Опубл. 20.06.2002, Бюл. 17. С.10.

21. Пат. 2207191 Россия. 7 В 03 С 3/38, Н 03 К 7/08. Способ питания электрофильтра и устройство для его реализации. Переводчиков В.И., Шапенко В.Н., Щербаков А.В., Калинин В.Г., Стученков В.М. (Россия). - 2001111389. Заявлено 24.04.2001. Приоритет от 24.04.2001, Опубл. 27.06.2003, Бюл. 18. С. 18.

22. Пат. 2214040 Россия. 7 Н03 К 7/08, Н 02 М 7/12. Импульсный модулятор для питания емкостной нагрузки. Щербаков А.В., Калинин В.Г. (Россия), - 2000130850. Заявлено 08.12.2000. Приоритет от 08, 12,2000. Опубл. 10.10.2003. Бюл. 28. С.22.

23. Переводчиков В.И., Шапенко В.Н., Щербаков А.В., Калинин В.Г., Стученков В.М. Источники знакопеременного, импульсного и импульсно-знакопеременного питания электрофильтров. //Электрические станции, 2003, № 1, С. 56-60.

24. Щербаков А.В., Калинин В.Г., Попов С.Н., Стученков В.М. Импульсные модуляторы на основе электронно-лучевого вентиля для питания реакторной камеры и других устройств импульсами микросекундной и наносекундной длительности.// Доклад на 7 Симпозиуме Травек Электротехника 2010, Московская обл. май 27…29, 2003. С.335-339.

25. Панибратец А.Н, Покровский С.В., Кудретова О.В., Симакин В.В., Карлсен Г.Г., Абрамов О.И., Пелевин В.В., Щербаков А.В., Переводчиков В.И., Шлифер Э.Д. Экотехнологии и их организационно-финансовое обеспечение.// Доклад на Международном семинаре «Охрана окружающей среды в городе», Москва 29 июня - 1 июля 2004 г., С.101-120.

26. Пат. 2234804 Россия. Н 03 К 7/08, Н 02 М 7/12. Импульсный модулятор (варианты). Щербаков А.В., Калинин В.Г. (Россия), - 2003109052. Заявлено 31.03.2003. Приоритет от 31,03,2003, Опубл. 20.08.2004, Бюл. 23. С.24.

27. Щербаков А.В., Калинин В.Г., Стручков С.С. Исследование импульсных характеристик диодов.// Электричество, 2004, № 7, С.59-63.

28. Калинин В.Г., Мурашов А.С., Щербаков А.В. Разработка и исследование прибора для оперативного измерения удельного электрического сопротивления золы.// Электрические станции, 2004, № 5, С.71-73.

29. Щербаков А.В., Источники высоковольтного импульсного питания электрофильтров и реакторных камер на основе псевдоискрового разрядника и электронно-лучевого вентиля.// VIII симпозиум Травэк Электротехника 2010. Сборник тезисов. Московская область 24-26 мая 2005, С. 269.

30. Кудреватова О.В., Панибратец К.А., Покровский С.В., Симакин В.В., Щербаков А.В. Экобезопасность и возможности экоэлектротехнологий (системный поход).// Доклад на VIII симпозиуме Травэк Электротехника 2010. Сборник тезисов. Московская область 24-26 мая 2005, С. 271.

31. Кирюхин Ю.А., Переводчиков В.И., Шапенко В.Н., Щербаков А.В. Высоковольтные источники с высокочастотной связью для питания электростатических фильтров.// Доклад на VIII симпозиуме Травэк Электротехника 2010. Перспективные виды электротехнического оборудования для передачи и распределения энергии. Сборник тезисов. Московская область 24-26 мая 2005. С. 247.

32. Щербаков А.В., Компьютерное моделирование силовых высоковольтных импульсных схем.// Доклад на Симпозиуме Травэк Электротехника 2010, Московская обл. 17…19 май 2006.

33. Мавлянбеков Ю.У., Покровский С.В., Кудреватова О.В., Симакин В.В., Щербаков А.В., Шлифер Э.Д., Кузнецов В.М., Петров В.А., Абрамов О.И., Карлсен Г.Г., Пелевин В.В. Электротехническое оборудование для улучшения экологической обстановки.// Сборник научных трудов ФГУП ВЭИ им. В.И. Ленина под ред. В.Д. Ковалёва (к 85-летию ВЭИ) Москва 2006, С. 210-218.

34. Щербаков А.В. Перспективные источники знакопеременного и импульсного питания электрофильтра и реакторной камеры.// Электро, 2006, №5, С. 16-20.

35. Переводчиков. В.И., Щербаков А.В., Кирюхин Ю.А., Чернышев Е.В, Ефремиди А.Л. Источник питания электростатических фильтров.// Электрические станции, 2007, №2, С. 57-62

36. Переводчиков В.И., Щербаков А.В., Гусев С.И, Шапенко В.Н., Белкин В.М.. Мустафа Г.М., Кирюхин Ю.А. Униполярный высоковольтный источник с высокочастотной связью для питания электростатических фильтров.// Сборник научных трудов ФГУП ВЭИ им. В.И. Ленина под ред. В.Д. Ковалёва, Москва 2007, С. 189-201.

37. Пат. 2291000 Россия. В 03 С 3/68, В 03 С 3/38. Устройство для питания электрофильтра (варианты). Щербаков А.В. - 2005110714/09. Заявлено 04.12.2005. Приоритет от 12.04.2005. Опубл. 10.01.2007, Бюл. 1. С.10.

38. Щербаков А. В., Трухачёв И.М. Работа электронно-лучевого вентиля в сильноточных устройствах генерирования УВЧ-колебаний.// Доклад на 1Х симпозиуме Травек Электротехника 2030, 29-31 мая 2007 г.

39. Пат. на полезную модель 68819 Россия. Н 03 К 7/08, В 03 С 3/38. Устройство для питания электрофильтра. Переводчиков В.И., Щербаков А.В., Шапенко В.Н., Мустафа Г.М., Кирюхин Ю.А. (Россия), - 2007126243/22. Заявлено 09.07.2007. Приоритет от 09.07.2007. Зарегистрирован, опубл. 27.11.2007. Бюл. 33. С. 4.

40. Щербаков А. В. Перспективы разработки источников знакопеременного питания пылеулавливающих электрофильтров с высокочастотным звеном.// Доклад на 1Х симпозиуме ТРАВЕК Электротехника 2030. 29-31 мая 2007 г.

41. Щербаков А.В. Агрегаты питания электрофильтров и реакционных камер, на основе электронно-лучевых вентилей.// Доклад на второй международной конференции «Пылегазоочистка-2009», Москва, 29-30 сентября 2009 г., ГК «Измайлово». С.4.

42. V. Perevodchikov, N. Korunov. P. Stalkov, V. Suhov, I. Truhatchev, V. Shapenko, A. Scherbakov. Research of vacuum switching tubes for converters of Static VAR Compensators // Конференция в ИТАЛИИ 28-30 апреля 2009 г 2009 IEEE International Vacuum Electronics Conference 28-30 April 2009 Angelicum University Rome, Italy.

43. Переводчиков В.И., Щербаков А.В. Новые эффективные методы повышения степени газоочистки электрофильтров с помощью энергосберегающих источников знакопеременного и импульсного питания // Доклад на международной конференции «Russia power 2010» (Электроэнергетика России 2010), ЭКСПОЦЕНТР, Москва, 24-26 марта 2010 г..С.10.

Размещено на Allbest.ru