Интенсификация работы мокрых электрофильтров для улавливания высокодисперсных капель тумана тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат технических наук Акопян, Акоп Георгиевич

• Акопян, Акоп Георгиевич
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Акопян, Акоп Георгиевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Конструкции мокрых электрофильтров и их недостатки.

1.2. Использование неметаллических материалов в мокрых элекрофильтрах.

1.3. Мокрые электрофильтры с узлами из полимерного композиционного материала.

1.4. Система управления электрофильтрами.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ КОРОНИРУЮЩИХ ЭЛЕКТРОДОВ.

2.1.Введение.

2.2.Электродные системы.

2.3.Экспериментальная установка.

2.4.Результаты экспериментов.

2.5.Электрические поля систем электродов.

2.6.Выводы.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ

ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ.

3.1.Введени е.

3.2.Анализ работы электрофильтров при высокой концентрации дисперсной фазы.

3.3.Технология очистки газа от капель тумана серной кислоты

3 .^Промышленный полимерный электрофильтр.

3.5.Определение дисперсности капель тумана серной кислоты

3.6.Результаты исследования полимерного электрофильтра на Череповецком ОАО «Аммофос».

3.7.Расчет степени очистки газа в полимерном электрофильтре с учетом влияния дисперсной фазы.

3.8.Внедрение полимерных электрофильтров.

3.9.Вывод ы.

Глава 4. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВА

НИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЭЛЕКТРОФИЛЬТРАХ.

4Л .Введение.

4.2.Современные схемы агрегатов питания.

4.3.Системы управления агрегатами питания.

4.4.Новый принцип регулирования напряжения на электрофильтрах.

4.5.Исследования работы полимерного электрофильтра с регулятором «Искра».

4.6.Сравнительный анализ различных систем регулирования напряжения на электрофильтрах.

4.7.Вывод ы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Интенсификация работы мокрых электрофильтров для улавливания высокодисперсных капель тумана»

Актуальность работы. Проблемы экологии и, в частности, защиты от аспирационных выбросов и защита атмосферного воздуха является одной из важнейших проблем современности, от решения которой в значительной степени зависит судьба человечества.

Значительная доля выбросов в атмосферу падает на взвешенные твердые и жидкие частицы, которые в некоторых промышленно развитых регионах России превышают принятые нормы в 10 и более раз, например, регион, г. Череповца. Согласно государственному докладу «О состоянии окружающей среды Российской Федерации» 1997 г. [1] содержание взвешенных веществ в атмосфере превышало предельно допустимые концентрации /ПДВ/ в 71 городе России.

Отсюда вытекают важные задачи по повышению эффективности работы аппаратов, предназначенных для улавливания взвешенных в газовых потоках капель туманов - туманоуловителей.

Помимо защиты окружающей среды очистка промышленных и аспирационных газов от содержащихся в них жидких взвешенных частиц необходима в ряде технологических процессах для извлечения из газов ценных продуктов; примесей, затрудняющих проведение технологического процесса; уменьшения износа оборудования; улучшения условий труда. К таким технологическим процессам относится производство серной кислоты, где необходимо очищать газ от капель тумана кислоты.

Очистка промышленных газов и аспирационного воздуха от высокодисперсных твердых и жидких частиц является наиболее сложной проблемой в науке и технике газоочистки. [2,3,4]

Настоящая работа посвящена интенсификации работы однозонных трубчатых мокрых электрофильтров, которые широко применяются для улавливания высокодисперсных частиц, в т.ч. капель тумана. Как показали результаты испытания таких электрофильтров, они не обеспечивают требуемую степень очистки газа [5,6,7].

Цель работы. Интенсификация работы мокрых электрофильтров для улавливания высокодисперсных капель тумана.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

- разработка полимерных зубчатых коронирующих электродов с рациональным шагом между зубьями;

- повышение эффективности работы трубчатого полимерного электрофильтра при улавливании высокодисперсных капель тумана;

- усовершенствование методики расчета степени очистки газа в электрофильтре с учетом влияния дисперсной фазы при улавливании высокодисперсных частиц;

- усовершенствование системы регулирования напряжения на электрофильтрах.

Научная новизна.

1. Разработаны и доказаны два способа интенсификации работы мокрых электрофильтров: а) путем использования зубчатых полимерных коронирующих электродов с рациональными геометрическими размерами, позволяющими резко увеличить ток коронного разряда и зависимые от этого другие электрические характеристики; б) путем автоматического регулирования напряжения в электрофильтрах по максимальной величине произведения среднего напряжения на амплитудное напряжение.

2. Определены зависимости степени очистки газа и уноса высокодисперсных капель тумана из полимерного промышленного электрофильтра с рациональными размерами коронирующих электродов от скорости газового потока, от напряжения, тока и мощности коронного разряда.

3. Усовершенствована и экспериментально подтверждена методика расчета степени очистки газа в электрофильтре с учетом влияния дисперсной фазы при улавливании высоко дисперсных частиц.

Практическая значимость работы.

Разработаны полимерные зубчатые коронирующие электроды с рациональными геометрическими размерами с повышенными токами коронного разряда, которые резко интенсифицируют степень очистки газа по сравнению с широко используемыми в промышленных электрофильтрах традиционными электродами.

Подтверждена эффективность работы полимерных электрофильтров для улавливания капель тумана на различных промышленных предприятиях.

Результаты исследования являются надежной научно-технической основой для расчета и проектирования систем аспирации, технологической и санитарной очистки промышленных газов, систем вентиляции от высокодисперсных частиц.

Предложен способ регулирования напряжения в электрофильтре, который позволяет увеличить степень очистки газа по сравнению с применяемыми.

На защиту выносятся:

1. Обоснование экспериментальное и теоретическое преимуществ полимерных зубчатых коронирующих электродов с рациональными геометрическими размерами по сравнению с традиционными электродами в увеличении токов коронного разряда, напряженности электрического поля в межэлектродном промежутке и в интенсификации эффективности работы электрофильтра при улавливании высоко дисперсных капель тумана.

2. Обоснование разработанной методики расчета степени очистки газа в электрофильтре с учетом влияния дисперсной фазы при улавливании высокодисперсных частиц.

3. Обоснование предложенного способа регулирования напряжения в электрофильтре с учетом процессов зарядки и движения частиц.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях «Проблемы экополиса» /Испания, г.Барселона 28.03 - 05.04.1998 г./; «Экология городов» /Греция, о. Родос, 8-12 июня 1998 г./; на научно-технической конференции в МГУИЭ /г.Москва, январь 1999г./; на международной практической конференции «Экология энергетики» - 2000 /Москва, МЭИ, 18-20 октября 2000г./, на научно-технических конференциях ВГАСУ /Воронеж, 2000-2002гг./

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 научных работ общим объемом 16 стр., из них лично автору принадлежит 12 стр.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и списка литературы из 77 наименований. Диссертация изложена на 136 страницах машинописного текста и содержит 41 рисунок и 14 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Экология», Акопян, Акоп Георгиевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании теоретических и экспериментальных исследований различных типов коронирующих электродов в сочетании с шестигранным полимерным осадительным электродом доказаны преимущества зубчатых полимерных коронирующих электродов по сравнению с освинцованными электродами типа звездочка, выражающимися в том, что:

- резко интенсифицируется электрический режим - ток короны на единицу поверхности осадительных электродов увеличивается в 1,8 раза;

- средняя концентрация капель тумана на выходе второй ступени установки электрофильтров снижается с 76 да 4 мг/куб.м;

- дисперсность капель тумана на входе и выходе аппарата практически совпадает, что свидетельствует о примерно одинаковой эффективности улавливания капель независимо от их размера.

2. Рассмотрены особенности работы ЭФ при высокой концентрации дисперсной фазы. Показано, что плотность тока короны по длине ЭФ из-за влияния дисперсной фазы распределяется крайне неравномерно, что приводит к снижению в 2-3 раза скорости дрейфа частиц. Это является одной из основных причин недостаточной эффективности нереконсруированных электрофильтров /типа ШМК/.

3. Экспериментально доказано, что рациональное расстояние между зубьями коронирующего полимерного электрода составляет 40 мм, при этом обеспечивается максимальная интенсификация коронного разряда.

4. Определена зависимость уноса капель тумана из полимерного электрофильтра от скорости газа в аппарате. Показано, что для электрофильтра с высокой концентрацией дисперсной фазы имеет место более резкое возрастание уноса с ростом скорости газа.

5. Разработана методика расчета очистки газа от капель тумана в трубчатых электрофильтрах с учетом влияния дисперсной фазы. Расчетное и экспериментальное значение степени очистки совпадают в пределах 5 %, что свидетельствует о достоверности предложенной методики расчета.

6. Предложен новый способ регулирования напряжения в электрофильтрах по максимальной величине произведения среднего напряжения на амплитудное напряжение. В результате расчета степени очистки газа в полимерном электрофильтре показано, что регулирование по максимальной величине произведения среднего на амплитудное напряжение иа • и обеспечивает работу электрофильтра при наибольшем напряжении и с наибольшей степенью очистки газа.

7. Опыт эксплуатации на различных предприятиях: Гродненском ПО «Азот», Череповецком ОАО «Амофос» и АООТ «Челябинский электролитный завод» подтвердил эффективность полимерных электрофильтров. Результаты исследований являются надежной научно-технической основой для расчета и проектирования установок с новыми полимерными электрофильтрами для технологической и санитарной очистки промышленных газов, систем аспирации и вентиляции для улавливания высокодисперсных капель тумана.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Акопян, Акоп Георгиевич, 2003 год

1. Российская экологическая газета "Зеленый мир" (специальный выпуск). 1998. №25 (289). 32 с.

2. Вальдберг А.Ю., Исянов JI.M., Яламов Ю.И. Теоретические основы охраны атмосферного воздуха от загрязнения промышленными аэрозолями // Санкт-Петербург, МП "НИИОГАЗ-ФИЛЬТР"- СПбТИ ЦБП. 1993. 235 с.

3. Фукс H.A., Сутучин А.Г. Высокодисперсные аэрозоли // М. ВИНИТИ. 1969. 84 с.

4. Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю. Очистка газов мокрыми фильтрами // М. Химия. 1972. 248 с.

5. Мошкин A.A., Изох А.И. Пути повышения эффективности электрической очистки газов при контактном производстве серной кислоты // Химическое и нефтяное машиностроение. 1999. №6. С. 14-16.

6. Акопян А.Г., Верещагин И.П., Мошкин A.A. Особенности работы полимерных фильтров при очистке газов с высокой концентрацией дисперсной фазы // Химическое и нефтяное машиностроение. М. 2002. №11. С. 40-44.

7. Акопян А.Г., Верещагин И.П., Мошкин A.A. Высокоэффективный электрофильтр для улавливания капель тумана кислоты // Химическое и нефтяное машиностроение. М. 2003. № 2. С. 36-39.

8. Амелин А.Г. Теоретические основы образования тумана при конденсации пара// М. Химия. 1972. 304 с.

9. Амелин А. Г. Производство серной кислоты // М. Гохимиздат. 1956.364с.

10. Фукс H.A. Механика аэрозолей // М. Изд-во АНСССР. 1955. 352 с.

11. Фукс H.A. Испарение и рост капель в газообразной среде // М. Изв. АНСССР. 1958. 92с.

12. Ужов В.Н., Мячков Б.И. Очистка промышленных газов фильтрами // М. Химия. 1970. 320с.

13. Ужов В.Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами // М. Химия. 1962. 299 с.

14. М.Мошкин A.A. Современные тенденции в развитии техники электростатического осаждения капель туманов // Научные и технические аспекты охраны окружающей среды, обзорная информация. ВИНИТИ. 2000. № 4. С.39 -66.

15. Вальдберг А.Ю., Исянов Л.Ь., Тарат Э.Я. Технология пылеулавливания// Л.Машиностроение. 1985. 192с.

16. Справочник по пыле- и золоулавливанию // Под общ. ред. A.A. Русанова. М. Энергоатомиздат. 1983. 312 с.

17. Каталог газоочисного оборудования // С.-Петербург, ЦОЭК при Госкомэкологии РФ. 1997. 232 с.

18. Мягков Б.И., Каменщиков И.Г., Резник Ф.Б. Очистка воздуха от гальванических ванн // Обзорная информация. ХМ-14. М. ЦИНТИХимнефтемаш. 1978. 48 с.

19. Лебедюк Г.К., Вальдберг А.Ю., Громова М.П. Каплеуловители и их применение в газоочистке // Обзорная информация. ХМ-14. М. ЦИНТИХимнефтемаш. 1974. 67 с.

20. Старк С.Б. Пылеулавливание и очистка газов в металлургии // М. Металлургия. 1977. 328с.

21. Экологические требования к установкам очистки газов // Методическое пособие. Минприроды России. СПб. 1996. 58с.

22. Левитов В. И., Решидов И. К., Ткаченко В.М. и др. Под общ ред. В.И. Левитова. Дымовые электрофильтры. М. Энергия. 1980. 448 с.

23. Гоник А.Е., Жуков H.H., Маркин В.И. Электростатические фильтры для очистки воздуха от субмикронных частиц //В ст. «Решение экологических проблем г. Москвы в рамках программы конверсия городу». М. ВИМИ. 1994. С. 206-209.

24. Меликсетян С.А., Мошкин A.A., Еремина Л.В., Удалова В.И. Применение пластмасс и других неметаллических материалов дляизготовления газоответвления газоочистного оборудования // Экспресс-информ. Сер. ХМ 14. М. ЦИНТИХимнефтемаш. 1984. № 1. 6с.

25. Меликсетян С. А., Шевченко А.А., Удалова В.И. и др. Коррозиостойкий и конструкционный полимербетон ФАМ для изготовления сернокислотного электрофильтра // Промышленная и санитарная очистка газов. 1983. №2. С. 4-5.

26. Jaros W.E. Pollution Engineering // 1982.№6. p.34-35.27.Патент ФРГ № 2919989

27. A.C. № 967516 (СССР). Электрофильтр // Мошкин А.А. и др.

28. Лесото А.П., Мошкин А.А., Белевицкий А.М. и др. Исследование и внедрение материала на основе полипропилена для изготовления осадительных электродов электрофильтров // Промышленная и санитарная очистка газов. 1983. № 2. С. 5-6.

29. Мошкин А.А., Полунин И.П., Пикулина Н.Л., Спивак Н.А. Электрофильтры с полимерными коронирующими электродами // Цветная металлургия. 1989. № 1. С. 46-48.

30. Gui V.E. Structure and Proporties as Contacting polymer Composites VFP // Utrecht. The Netherlands. 1996. 210 p.

31. Липатов Ю.С. Физико-химические основы нанесения полимеров // M. Химия. 1991.260с.

32. Иванюков Л.В., Фридман М.Л. Полипропилен (свойства и применение) //М. Химия. 1974. 240с.

33. Маслова И.П., Золотарева К.А., Глазунова М.А. и др. Химические добавки к полимерам // Справочник. М. Химия. 1973. 271с.

34. Мошкин А.А., Гуль В.Е. Разработка композиционного материала для полимерных электрофильтров // Пластические массы. 1999. № 11. С. 33-34.

35. Мошкин А.А. Комаров В.Г., Вальков С.А. и др. Способ изготовления электродов электрофильтра из полимерных материалов // Решение ВНИИГПЭ по заявке № 97104292 от 19.03.97 о выдаче патента.

36. Мягков Б. И., Мошкин А. А. Улавливания туманов кислот в различных отраслях промышленности // Промышленная и санитарная очистка газов. Сер. ХМ-14. М. ЦИНТИХимнефтемаш. 1984. 18 с.

37. Авторское свидетельство СССР №1666185.42.Патент РФ № 2001687.43.Патент РФ № 2085298.44.Патент РФ № 2098192.

38. Авторское свидетельство СССР №946678.

39. Гоник А.Е., Кирш Е.В., Мошкин A.A. и др. Мокрые сернокислотные электрофильтры из неметаллических материалов // Химическое и нефтяное машиностроение. 1988. № 11. С. 22-23.

40. Акопян А.Г., Сухопаров Ю.Д., Чуприков В.К., Современные системы питания и управления электрофильтрами // Международная научно-практическая конференция Экология энергетики 2000 (материалы конференции). М. Изд-во МЭИ. 2000. 462 с.

41. Левитов В .И., Ткаченко В .М., Электрические характеристики некоторых типов коронирующих электродов электрофильтров // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1966. №3. С. 91-97.

42. Верещагин И.П., Панев С.Н., Ткаченко В.М. Электрические характеристики комбинированных и игольчатых коронирующих электродов // НТРС Промышленная и санитарная очистка газов. М. ЦИНТИхимнефтемаш. 1985. №4. С. 1-3.

43. Верещагин И.П., Левитов В.И., Мирзабекян Г.З., Пашин М.М. Основы электрогазодинамики дисперсных систем // М. Энергия. 1974. 274 с.

44. Мошкин A.A., Мошкина С. А., Акопян А.Г., Карпман В.Б. Полимерные электрофильтры // Международная научно-практическая конференция Экология энергетики 2000 (материалы конференции). М. изд-во МЭИ. 2000. 462 с.

45. ГОСТ 17.2.4.07-90. Охрана природы. Атмосфера. Методы определения давления и температуры газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения.

46. Мошкин A.A., Акопян А.Г. Эффективные элекрофильтры для очистки агрессивных газов // Инженерные системы. 2002. №1. С. 51.бО.Чекалов Л.В., Громова С.А., Новые способы и источники питания электрофильтров // М. ЦИНТИхимнефтемаш. 1986. 28 с.

47. Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю., Мягков Б.И., Решидов И.К. Очистка промышленных газов от пыли // М. Химия. 1981. 392 с.

48. Приходько В.П. Принципы расчета и конструирования прямоточных центробежных аппаратов со статическими завихрениями // Докторская диссертация. М. 1989.

49. Балабеков О.С., Балтабаев Л.Ш. Очистка газов в химической промышленности //М. Химия. 1991. 256 с.

50. Мятков Б.Н., Попов С.А. Очистка воздуха от масляного тумана на металлообрабатывающих предприятиях // обзорная информация. ХМ-14. М. ЦИНТИХимнефтемаш. 1981. 34с.

51. Сб.методик по определению концентраций загрязняющих веществ в промышленных выбросах// JI. Гидрометеоиздат. 1987. 272с.

52. СНиП Ш-Г. 10.12-66. Оборудование очистки газов. Правила производства и приема монтажных работ // М. Госстрой СССР. 1967. 19с.

53. ГОСТ 17.2.4.06-90. Охрана природы. Атмосфера. Методы определения скорости и расхода газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения.

54. ГОСТ 17.2.4.07-90. Охрана природы. Атмосфера. Методы определения давления и температуры газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнений.

55. ГОСТ 17.24.01-80. Охрана природы Атмосфера. Методы определения величины каплеуноса после мокрых газоочистных аппаратов.

56. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям // М. Машиностроение. 1975. 559с.

57. Гухман A.A. Введение в теорию подобия // М. Высшая школа. 1963.254с.

58. Вальдберг А.Ю., Кирсанова Н.С. Метод расчета эффективности механических пылеуловителей по энергозатратам //Теор. Осн. Хим. Техно л. 1992. т. 26. № 1.С. 145-147.

59. Тарат Э.Я и др. Очистка газов в производстве фосфора и фосфорных удобрений // JLХимия. 1979. 208с.

60. Тарат Э.Я., Вальдберг А.Ю. к вопросу выбора коэффициента местного сопротивления решеток пенных аппаратов // ЖПХ. 1968. т. 41. № 9. С. 1983-1987.

61. Кутателадзе С.С., Стырикович М.А. Гидродинамика газожидкостных систем // Энергия 1976. 296с.

62. Фукс H.A., Сутучин А.Г. Высокодисперсые аэрозоли // М. ВИНИТИ. 1969. 84с.

63. Вальдберг А.Ю., Исянов П.М. Яламон Ю.Н. Теоретические основы охраны атмосферного воздуха от загрязнений промышленными аэрозолями // СПб. МП «НИИОГАЗ-Фильтр». 1993. 235 с.

64. Технические характеристики созданных электрофильтров изложеныниже:1.я ступень: и = 50-55 кВ, I = 100-120 мА,2.я ступень: и = 50-55 кВ, I = 200-230 мА.

65. Содержание капель тумана серной кислоты на выходе из 2-й ступениоэлектрофильтров до 5 мг/нм , что соответствует требованиям данного технологического процесса.

66. И. о. начальника инженерного центра1. А. К. Марченко

67. О внедрении результатов диссертационной работы Акопяна А.Г. «Интенсификация работы мокрых электрофильтров для улавливания высокодисперсных капель тумана», выполненной под руководством доктора технических наук МошкинаА.А.

68. В работе определена и апробирована в промышленных условиях оптимальная полимерная композиция для осадительных и коронирующих электродов, базирующаяся на полипропиленовой основе.

69. Разработаны апробированы в промышленных условиях новые оригинальные конструкции полимерных коронирующих и осадительных электродов, обеспечивающие надежность, работоспособность и высокую эффективность работы полимерных электрофильтров.

70. Технические характеристики работы полимерных электрофильтров, находящихся в промышленной эксплуатации на ОАО «Аммофос» .

71. Технологически й процесс Кол-во элетро фильтров Год начала внедре -ния Электрические характеристики электрофильтров Содержание капель тумана серной кислоты на выходе

72. До применения разработки После применения разработки До применения разработки После применения разработки

73. Промывное отделение сернокислотног о производства 24 1998 11=52 кВ 1=43 мА (1-я ступень) и=50-55кВ 1=100 мА (2-я ступень) и=45-50 кВ 1=150 мА и=40-45 кВ 1=200 мА До 50 мг/м3 3-16 мг/м

74. Начальник СКП Зам.главного энергетикап