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

Одна из основных задач современности — улучшениеэкологической об- ~ становки на планете. Дальнейшее загрязнение окружающею среды вредными • выбросами^ может привести к необратимым последствиям, когда современная цивилизация не сможет существовать. Поэтому необходимо — использовать чистые технологии, а если это не возможно, то не жалеть усилий и средств-на создание технологий, способствующихуменьшениюилинейтрализации: вредных выбросов [1, 2, 3]. Источниками вредных выбросовявляются, в основном, промпредприятия такие как тепловые электростанции, цементные заводы, металлургические и химические комбинаты, и др.

Тепловые угольные электростанции являются основными поставщиками в атмосферу выбросов твёрдых частиц золы размером от 10 до 100 мкм сред-неомных и высокоомных в зависимости от сорта, влажности, технического состояния устройств приготавливающих пылеугольную горючую смесь, цементные заводы — среднеомных, металлургические и химические комбинатынизкоомных. Так при сжигании твёрдого топлива только на одномблоке мощностью 500 МВт образуется примерно 500 м дымовых газов в секунду, содержащих до 20 г/м взвешенных частиц золы. Это соответствует получению 36 тонн золы в час или выбросов с учётом КПД фильтра равное 98%, 0,72 тонны в час, за год выбросы будут составлять 5700 тонн золы в год. Поэтому улучшение степени пылеочистки всего в два раза — это снижение выбросов до 2850 тонн золы в год.

Кроме твёрдых частиц присутствует большой процент газообразных выбросов оксидов серы, азота, углерода, а также канцерогенов. Нефтепродукты после сжигания имеют большой процент чрезвычайно мелких частиц (от 0,5 до 10 мкм) низкоомных и того же характера газообразных вредных выбросов. Газ после сжигания практически не имеет твёрдых частиц, но содержит оксиды азота МЭХ и углерода СОх. Проблема очистки промышленных газов от выбросов оксидов достаточно — актуальнатак как объём, выбросов в России^ составляет по N0^ - 1,23″ млн-, тонн, аЭО — 2', 7 млн. тонн-в год.

Для улавливания и удаления' каждого из этихвидов зол, пылей, а также газообразных загрязненийнеобходимо’Использовать то оборудование, которое обеспечит наилучшую степень очистки при1 минимальных капитальныхж эксплуатационных расходах.

На предприятиях для очистки выходных газов от твёрдых частиц устанавливаются специальные фильтры: пассивные, например, рукавные, или активные, требующие введение дополнительной энергии для своей работы. Рукавные фильтры не требуют для своей работы дополнительной энергии, однако, на их производство и утилизацию также расходуется энергия. Наибольшее распространение в нашей стране нашли активные ЭФ, состоящие из ОЭ и КЭ. На КЭ относительно заземлённого ОЭ прикладывается отрицательный электрический потенциал высокого напряжения (десятки киловольт), способствующий ионизации загрязнений в пылевоздушной среде и ионизации кислорода. При дальнейшей транспортировке пылевоздушной смеси по газоходу осуществляется осаждение и коагуляция заряженных частиц на ОЭ. После накопления частиц на ОЭ и уплотнения слоя, осуществляется его отряхивание с помощью электромеханических молотковых ударных механизмов (или другого механического воздействия). Коагулированные частицы падают в золоприёмники и транспортируются в утилизационные устройства (или отвалы) сухим или мокрым способом. Такой электромеханический способ отряхивания приводит к значительному вторичному пыле уносу, что существенно снижает степень пыле очистки.

ЭФ имеют ряд преимуществ по сравнению с другими фильтрами — это большая долговечность, простота технического обслуживания, наличие непрерывного цикла золоудаления при достаточно высокой эффективности, отсутствие сменных элементов, большая пропускная способность и др. Наиболее распространенные способы повышения эффективности работы ЭФ уменьшение скорости газов, увеличение числа полей, химическое кондиционирование газов) сопряжены с необходимостью реконструкции ЭФ и газового тракта котла. Подобные изменения целесообразны на этапе разработки и создания новых установок и часто трудно осуществимы при модернизации действующих объектов.

Практически на всех крупных электростанциях России и стран СНГ используются трёхпольные (реже четырёхпольные) ЭФ с общей поверхностью ОЭ в сотни квадратных метров. В связи с постоянным ужесточением требований к величине ПДК, требуется-повышение степени пыле очистки уже действующих ЭФ. Для этого необходимо проведение коренной дорогостоящей реконструкции, а часто и замены всего ЭФ оборудования (газоходов, ОЭ, замены конструкции и увеличения площади ОЭ и КЭ, установки более мощных источников, обеспечивающих высоковольтное питание).

Один из наиболее экономичных способов повышения эффективности работы ЭФ — это применение ИП, формирующих специальные формы питающего напряжения [4]. Основные ИП, которые дадут существенное повышения эффективности пылеочистки, это источники формирующие знакопеременную форму напряжения.

Униполярные ИИП также способствуют существенному повышению эффективности пылеочистки. Многочисленные литературные данные свидетельствуют о высокой эффективности применения импульсной формы питающего напряжения микросекундной длительности при улавливании высо-коомных пылей. Широко известно, что применение импульсного питания позволяет:

• повысить заряд частиц за счёт более высокой напряжённости поля в момент подачи импульсов напряжения (импульсное напряжение превышает постоянное пробивное ОЭ — КЭ на 20. .30%);

• получить более равномерное распределение тока основного коронного разряда по сечению ЭФ.

Так как в нашей стране выпускаются только источники униполярного питания непосредственно от сети 220−380 В 50 Гц, то оценивать стоимостные показатели можно только по зарубежному производителю. Стоимость импортных ИИП в 4−5 раз больше стоимости ИУП, однако, в абсолютном значении стоимость реконструкции ЭФ значительно* больше стоимости новых источников. Промышленные испытания источников 31 111 в режиме штатного отряхивания ОЭ, проведенные для пылей с УЭС (ру = 5-Ю10.5−1012 Ом-м) у нас в России на углях Кузнецкого, Канск-Ачинского, Экибастузского бассейнов показали возможность экономии энергопотребления на 20. .80% по сравнению с униполярным питанием. И те и другие источники с питанием от сети 50 Гц. В результате получено снижения концентрации пыли на выходе из газоочистительного аппарата в 1,5. .2 раза.

Принцип действия 31 111 заключается в поочередной подаче на КЭ ЭФ напряжения положительной и отрицательной полярности. Периодическое изменение полярности прикладываемого напряжения предотвращает образование ОК. При этом период изменения прикладываемого напряжения устанавливают близким к времени накопления заряда на слое, не достигшего уровня достаточного для пробоя.

Следует отметить, что периодическое изменение полярности создаёт рыхлую слоистую структуру между коагулированными слоями пыли на ОЭ, при которой осуществляется их самоочистка без использования устройств механического отряхивания. Плавное сползание коагулированных слоев друг по другу приводит к уменьшению запыленности выходного потока за счёт уменьшения вторичного пылеуноса, так как нет жёсткого отряхивания ударными механизмами. Отсутствие механических ударов при очистке электродов приводит к повышению среднеэксплуатационной эффективности. Системы механического отряхивания — наименее надёжный элемент ЭФ и, кроме того, они создают эффект вторичного пылеуноса. Применение в источниках ЗПП промежуточного высокочастотного звена на частоте более 10 кГц позволит существенно снизить массогабаритные показатели, уменьшить уровень. пульсаций выходного напряжения, снизить себестоимость.

Поэтому проведены экспериментальные исследования источников типа ВИП-80к-1 с ВЧС с сетью, отечественной разработки, изготовленные на ОАО «Энергия» г. Раменское и ФГУП ВЭИ’г. Москва, на частоте около 12 кГц-при униполярном питании.

Наиболее перспективными следует считать следующие источники для питания ЭФ и РК, содержащие ВЧС с сетью на частоте около 12 кГц:

• автономные источники 31 111 сек диапазона длительности импульсов;

• источники приставки мкс диапазона длительности импульсов к ИУП или ЗПП;

• автономные источники не длительности импульсов ЗПП пачечного или униполярного питания.

Проведенные экспериментальные исследования показали, например, что применение источника ЗПП сек-мс диапазона длительности импульсов позволяет при всех известных УЭС зол полностью отказаться от устройств механического отряхивания ОЭ, а при высокоомных золах, за счёт подавления ОК в 1,5.2 и более раз, повысить степень пыле очистки. Стоимость замены штатного 50 Гц источника УП на источник ЗПП по сравнению со стоимостью капитальной модернизации ЭФ для получения такого же эффекта в десятки раз ниже, при почти равной стоимости ИП. Кроме того, применение источника 31 111 ЭФ снижает эксплуатационные затраты на его обслуживание, так как не требуется наличия устройств механического отряхивания ОЭ.

Возможность решения проблемы путём подключения ИИП отражена также в ряде научно-практических исследованиях, например, лаборатории ЕМЕЬ Италия. В частности, лабораторией проведено исследование возможного диапазона длительностей прямоугольных импульсов, частот повторения и амплитуд импульсных напряжений. Этот диапазон лежит в интервале 20. .200 мкс при частоте повторения 50. .1000 Гц и амплитуде 20.30 кВ. [5].

Для проведения практических исследований соискателемв соавторстве создан экспериментальный источник-приставка униполярного импульсного-питания. В процессе теоретических исследований, и практических экспериментов выявлено, что применение этих ИИП ЭФ позволяет повысить эффективность пыле очистки в 2.3 раза не только для высокоомных, но также для среднеомных и низкоомных зол. Напрашивается вывод, что совмещение на ЭФ двух источников, импульсного и 31 111, позволит получить оба преимущества:

• повышение степени пыле очистки для широкого диапазоны УЭС зол;

• отказ от устройств механического отряхивания ОЭ.

Для очистки от оксидов азота, серы, углерода или преобразования высокомолекулярных канцерогенных соединений в сравнительно безвредные, наиболее перспективны высоковольтные источники не диапазона длительности импульсов. Соискателем в соавторстве проведенные предварительные исследования по плазмохимическому преобразованию оксидов серы SOx в электрическом разряде на стендовом оборудовании показали, что длительности рабочих импульсов должны быть в диапазоне от десятков до сотен не при напряжениях в десятки киловольт. Для получения столь коротких и высоковольтных импульсов от коммутирующих приборов потребуются очень высокие скорости нарастания токов di/dt при высоких скоростях нарастания и спада напряжения du/dt. Для работы плазмохимических преобразователей потребуется создание специальных PK, имеющих малую электрическую ёмкость и индуктивность подводящих проводников.

Кроме того, необходимо создание систем экологического мониторинга, обеспечивающих контроль над выбросами, как твёрдыми, так и газообразными, в противном случае улучшить экологическую обстановку не возможно.

Для успешного решения представленной научно-технической проблемы ¦? предложена концепции создания электрических схем источников высокого напряжения на основе нескольких типов ЭЛВпри обязательном использовании ВЧС с сетью, а именно:

1) автономного УИП;

2) автономного источника 31 111 сек-мс диапазона длительностей;

3) приставки УИП мкс длительности;

4) автономного источника высоковольтного импульсного униполярного и ЗИП не длительности;

А также ряда вспомогательных устройств: подмодуляторов, СУ для новых источников питания на основе микросхемной и микропроцессорной техники, реализующих наиболее оптимальные алгоритмыкомплекта стендового оборудования для исследования источников и коммутирующих приборов в режимах максимально приближённых к условиям реальной эксплуатации ЭФновых высоковольтных ЭЛВ, обеспечивающих большие токи и высокие анодные напряжения при большом сроке службы и малой вероятности отказаоптических пылемеров, газоанализаторов, высоковольтных скомпенсированных делителей, регистраторов и др. вспомогательного оборудованиямалоемкостной, защищенной от пробоев и пылевого загрязнения РК с соответствующими токоподводящими устройствами. Цель работы.

Разработка научных основ конструирования электровакуумных и газоразрядных приборов, электрических схем для питания ЭФ и РК, повышающих степень пылеи газоочистки дымовых газов промышленных предприятий. Для достижения поставленной цели необходимо было: 1) Исследовать процесс пылеочистки ЭФ, провести анализ режимов питания от источников: униполярного штатного и с высокочастотным звеном, знакопеременного, формирующего импульсы секундной длительности, а также при использовании дополнительно импульсного питания от приставок, формирующих импульсы микросекундной длительности;

2) Провести анализ различных типов высоковольтных электровакуумных и* ГП приборов с целью возможности их использования в агрегатах питания пылеи газоочистки;

3) Создать научно-технические основы построения и оптимизации электрических схем источников знакопеременного и импульсного питания ЭФ на базе ЭЛВ и ГП для получения максимального электрического КПД, максимального срока службы и надёжности;

4) Разработать основы построения электрических схем источников питания РК одиночными униполярными и пачками знакопеременных импульсов наносекундной длительности;

5) Создать принципы оптимизации силовых электрических схем и подмо-дуляторов, методику работы с модельными схемами и основу построения схемотехнической компьютерной модели ЭЛВ, максимально приближенной к реальному прибору;

6) Создать оптимизированное устройство оперативного контроля и регистрации уровня запылённости дымохода и устройство оперативного контроля УЭС пыли;

7) Выработать концепцию научно-технических основ создания агрегатов питания универсального пылегазоочистного комплекса, состоящего из унифицированных источников питания с оптимизированными электрическими схемами, формирующими импульсы специальной формы, а также устройств контроля запылённости и загазованности, включённых в цепь обратной связи систем управления агрегатами.

Методы исследований.

Исследования проводились с использованием современных методов и экспериментальной техники, включающей специально разработанные стенды для исследования ЭЛВ, ГП и полупроводниковых приборов, в условиях экстремально высоких импульсных нагрузок.

Основой экспериментальной техники были источники униполярного, знакопеременного и импульсного питания.

Разработанстенд, по своим параметрам максимально приближенный к реальному ЭФ, содержащий один КЭ и два ОЭ.

На стенде предусмотрена возможность изменения основных параметров пылевоздушной смеси и установлена система автоматического взвешивания ОЭ. Стенд предназначен дляпроведения исследований с целью получения экспериментального материала по минимизации пылевых выбросов путём оптимизации электрических параметров и режимов работы-источников питания. А также стенд может быть применён, как оперативно перестраиваемый эквивалент нагрузки при оптимизации силовых схем агрегатов.

Основной метод оптимизации конструктивных и электрических параметров (ЭЛВ и электрических схем) — использование компьютерного моделирования.

Научная новизна.

1. Доказана перспективность применения ЭЛВ в источниках питания ЭФ пылеочистки и РК газоочистки.

2. Научно обоснованы технические требования по повышению срока службы ЭЛВ до 20.30 т.ч., повышению анодного напряжения до 200.300 кВ, снижения собственных индуктивностей до 5. 10 мкГн, входной и выходной ёмкости до 30.50 пФ, прямого падения напряжения до 300.500 В, при максимальном среднем токе до 2 А, импульсном до 10 А для источников 31 111 ЭФ и среднем токе до 50 А, импульсном до 500 А для источников импульсного питания ЭФ и пачечно-знакопеременного питания РК.

3. Впервые обоснованы критерии оптимизации характеристик электрических схем агрегатов питания ЭФ и РК с ВЧС с сетью на частоте 12 кГц по максимуму эффективности пылеочистки:

— источников ЗПП ЭФ импульсами секундной длительности на основе ЭЛВ с управляемым двуполярным удвоением напряжения;

— резонансных приставок импульсного питания ЭФ импульсами микросекундной длительности на основе ЭЛВ и ГП;

— источников пачечно-знакопеременного питания РК импульсами нано-секундной длительности на основе импульсного ЭЛВ и подмодулятора с двойным преобразованием энергии.

4. Впервые разработаны обобщённые методики компьютерной оптимизации электрических схем источников питания ЭФ и РК на основе предложенной и разработанной универсальной компьютерной модели ЭЛВ в режиме токоограничения (1. .500 А).

5. Проведён детальный анализ процессов осаждения пыли, происходящих в ЭФ при ЗПП импульсами длительностью 1.100с, напряжении 40.60кВ, и влияние дополнительно импульсного униполярного питания длительностью 40.200 мкс, частотой повторения 200.500 Гц, напряжением 15.20 кВ при использовании агрегатов ВЧС с сетью на частоте 12 кГц.

6. Впервые разработаны научно-технические основы создания устройств питания технологического комплекса пылегазоочистки на базе электрических схем, содержащих общий источник ВЧС с сетью для знакопеременного и импульсного питания, с системой управления, включающей обратную связь с приборами диагностики уровня выходной запылённости и содержания оксидов.

Практическая ценность работы.

1. Разработаны технические предложения по созданию перспективных вентилей и созданы опытные образцы: ЭЛВ 2/200, ЭЛВ 4/40, ЭЛВ 50/100, ЭЛВ 50/100м, ЭЛГ 500.

2. Показано, что при промышленной эксплуатации наиболее перспективны источники с ВЧС с сетью, имеющие более высокий электрический КПД, высокую надёжность и малые массогабаритные показатели. Разработаны и изготовлены экспериментальные УИП с ВЧС с сетью на частоте 12 кГц, проведены успешные испытания образцов источников на ТЭЦ 22.

3. Разработаны основы построения электрических схем, источников ЗПП секундной длительности импульсов с электрическим КПД более 93%, на основе ЭЛВ по схеме управляемого высоковольтного высокочастотного удвоения напряжения на частоте 12 кГц.

4. Разработаны резонансные источники-приставки на основе ГП и ЭЛВ, формирующие импульсы микросекундной длительности, позволяющие существенно повысить степень пылеочистки всего известного диапазона УЭС пыли.

5. Разработана на основе псевдоискрового разрядника ТПИ обобщённая схема источника импульсного высоковольтного резонансного удвоителя напряжения, формирующего униполярные импульсы наносекундной длительности для питания РК.

6. Разработана на основе ЭЛВ 4/40 или ЭЛВ 50/100 обобщённая схема источника формирующего на РК знакопеременные пачки импульсов наносекундной длительности.

7. Разработана обобщённая инженерная методика компьютерной оптимизации силовых электрических импульсных схем источников питания ЭФ и РК на основе ЭЛВ, подмодуляторов, систем управления и нагрузок. Проведена оптимизация параметров электрических схем источников при различных режимах работы ЭФ и РК. Подтверждена достоверность результатов испытаний.

8. Разработан стенд ЭФ, позволяющий исследовать влияние электрических режимов источников на степень пылеочистки, одновременно использующийся, как перенастраиваемый универсальный эквивалент нагрузки при испытаниях электрических схем источников питания.

9. Доказана перспективность 31 111 с ВЧС с сетью на основе ЭЛВ для питания ЭФ очистки от твёрдых частиц, обеспечивающего повышение степени пылеочистки высокоомных пылей при УЭС (ру>1010.1012 Ом. м), а также доказана возможность отказа от устройств механического отряхиванияосади-тельных электродов для всего известного диапазона УЭС пыли.

Ю.Разработаны и реализованы два типа приборов диагностики:

— импульсный инфракрасный оптический пылемер, устойчивый к паразитной засветке;

— оперативный измеритель УЭС пыли.

Положения, выносимые на защиту.

1. Использование знакопеременного питания с ВЧС с сетью обеспечивает увеличение эффективности пылеочистки высокоомной пыли при УЭС (ру > 109 Ом’м) и самоотряхивание осадительных электродов в широком диапазоне.

Я 1 известного УЭС пыли (ру =10. 10 Ом’м).

2. Использование дополнительно к ЗИП импульсного питания, с ВЧС с сетью, обеспечивает дополнительное повышение эффективности пылеочистки для всего известного УЭС пыли.

3. Оптимальным в устройствах пылеи газоочистки является применение вакуумных ключевых приборов типа ЭЛВ с торможением электронного потока на аноде, обладающих малым прямым падением напряжения и способностью коммутировать напряжение более 200 кВ. На основе ЭЛВ возможно создание долговечных агрегатов знакопеременного и импульсного питания.

4. Сформулирована сумма технических требований к ЭЛВ двух типов:

— первого типа для 31 111 на ток 2 А с фронтами до 0,1.0,2 мс, напряжением до 200 кВ средней мощностью до 500 кВт;

— второго типа для импульсного питания на импульсный ток до 500 А, напряжение до 100 кВ, фронт 20.30 не, длительность импульса 0,1.60 мке, средняя мощность до 1 мВт.

5. Разработана обобщённая универсальная схемотехническая компьютерная модель ЭЛВ, и инженерная методика оптимизации параметров всех типов электрических схем на её основе.

6. Разработаны научно-технические основы построения электрических схем источников с ВЧС с сетью и применением высоковольтных ЭЛВ и ГП:

— квазистационарного источника ЗПП ЭФ импульсами секундной длительности с управляемым удвоением напряжения;

— питания ЭФ импульсами микросекундной длительности от резонансных приставок;

— пачечно-знакопеременного питания РК импульсами наносекундной длительности с двойным резонансным преобразованием энергии.

7. Концепция построения универсального комплекса агрегатов питания пылегазоочистки ЭФ и РК на основе разработанных электрических схем и приборов диагностики в цепи обратной связи систем управления.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на:

— Всесоюзной научно-технической конференции: Система управления и контроля электрических аппаратов высокого напряжения. Информэлектро (Москва, 1981 г.);

— международной конференции, VIISESP Conference, Technical University of Budapest, Budapest, Hungary, (Будапешт, Венгрия 1996 г.) — th.

— международной конференции, Proc. 7 International Conference on Electrostatic Precipitation. Kyngbuk, Korea, Южная Корея (1998 г.);

— международной конференции, 12th IEEE International Pulsed Power Conference 1999, loliforma, Monterey, (Лос-Анжелес США, 1999 г.);

— международном семинаре «Охрана окружающей среды», (Москва, 2004 г.);

— симпозиуме Травэк Электротехника 2010, (Московская обл. 2003 г., 2005 г., 2006 г.);

— научно-технической конференции ФГУП ВЭИ им. В. И. Ленина, к 85 летию ВЭИ (Москва, 2006 г.);

— симпозиуме Травэк Электротехника 2030 (Московская обл., 2007 г.);

— научно-техническом совещании Научно-инженерного центра силовой электроники ФГУП ВЭИ им. В. И. Ленина (Москва, 2008 г.);

— международной конференции, IEEE International Vacuum Electronics Conference 28−30 April 2009 Angelicum University Rome, Italy (Италия, 2009 г.);

— второй международной конференции «Пылегазоочистка-2009», Гостиничный комплекс Измайлово (Москва, 2009 г.).

Публикации по теме диссертации 43 научные работы, содержащие: статьи, доклады, тезисы докладов на международных и отечественных научно-технических конференциях и симпозиумах, из них 2 авторских свидетельства и 7 патентов.

Объём и структура работы.

Диссертационная работа состоит: из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, содержащего 192 источника. Диссертация содержит 333 стр. текста, 227 рисунков и 32 таблицы.

Выводы по разделу 4.5.

1. Применение комплексного питания экономически более целесообразно, чем реконструкция ЭФ, а при строительстве нового — получается меньше себестоимость при том же значении ПДК.

2. Комплексное питание должно содержать:

1) источники с ВЧС с сетью;

2) автономный источника 31 111;

3) приставку ИИП мкс длительности импульса;

4) автономный источника питания РК импульсами не длительности;

5) приборы диагностики: а) импульсный оптический пылемер для определения запылённостиб) измеритель УЭС пылив) устройство диагностики химического состава отходящих топочных газов;

6) систему автоматического управления амплитудой, длительностью импульсов, частотой повторения и др. с системой обратной связи от приборов диагностики для обеспечения автоматического изменения электрических параметров источников питания при изменении характеристик пыли и атмосферных условий (влажности, температуры, давления и др.).

3. Пылеочистка от стеклянной пыли, кроме всех выше перечисленных устройств, должна содержать кондиционер-холодильник для понижения температуры пыли до 130. 150 °C.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Решена важная научно-техническая задача.

1. Анализ характеристик электронных ламп показал, что в технологических установках пылеи газоочистки наиболее целесообразно использовать ЭЛВ с рекуперацией энергии пучка на аноде.

2. Разработаны научно-технические основы конструирования ЭЛВ для использования в импульсных технологических устройствах пылеи газоочистки, которые должны иметь срок службы 15.30 т.ч. при вероятности безотказной работы не менее 0,9, входную и выходную ёмкость не более 70 пФ при включении по схеме с общим катодом.

3. На основании анализа электрических режимов работы ЭФ и РК устройств пыле и газоочистки, разработаны основы создания конкурентоспособных электрических схем источников с ВЧС связью с сетью на частоте 12 кГц:

— схем ЗПП, содержащих высоковольтный высокочастотный трансформатор и схему управляемого высоковольтного двуполярного удвоения, позволяющих формировать напряжение на ЭФ от +100 кВ до -100 кВ на постоянный ток до 2А при напряжении до 200 кВ, при длительности импульса положительной или отрицательной полярности от 1 до 100 с, с помощью ЭЛВ 2/200;

— резонансных схем приставок к источникам униполярного или ЗПП, на основе двух включённых встречно-параллельно ЭЛВ 50/100 или одного ЭЛВ 50/100м и обратного диода, или ДЭЛВ, соединённых с ЭФ через высоковольтный разделительный конденсатор и силовую индуктивность, формирующих дополнительное напряжение на ЭФ до 25 кВ, импульсный ток до 400 А, длительность импульса колокольной формы до 50 мкс, частоту повторения до 400 Гц;

— источников на основе ЭЛВ 4/40 или ЭЛВ 50/100м (ЭЛГ 500) с двойным преобразованием энергии в подмодуляторе, пачечно-знакопеременного питания РК или предионизаторов на импульсный ток до 500 А при напряжении до 100 кВ, длительности импульса 100. 150 не, частоте повторения до 1 кГц.

4. Предложен принцип построения универсальной импульсно — знакопеременной схемы источника питания на основе ЭЛВ1/200 (2/200) и ЭЛВ 50/100м и ВЧС с сетью на частоте 12 кГц, обладающего минимально возможной себестоимостью, весогабаритными показателями, увеличенной надёжностью, долговечностью и электрическим КПД до 93%, сохраняющего все преимущества знакопеременного и импульсного питания.

5. Разработана концепция построения схемотехнической компьютерной модели ЭЛВ, обладающей пентодной вольтамперной характеристикой содержащей: ключ, транзистор, диод, резистор и источник тока. Разработаны принципы и инженерная методика оптимизации электрических схем подмодуля-торов и модуляторов в секундном, микросекундном и наносекундном диапазоне длительностей импульсов при реальных значениях рабочих напряжений.

6. На основе проведенных технологических испытаний предложена основа создания электрических схем, формирующих одиночные или пачки высоковольтных импульсов наносекундной длительности на основе ЭЛВ. С помощью подмодулятора на высоковольтном вакуумном приборе обеспечивается частичный разряд емкостного накопителя для зарядки индуктивного накопителя с последующим полным разрядом индуктивного накопителя на управляющий электрод выходного ЭЛВ.

7. В результате 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 пылеи газоочистных аппаратов, работающих с ВЧС с сетью на частоте 12 кГц. 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 с и отрицательной 40. 100 с, 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 Шф, частоте повторения 300. .400 Гц;

— для снижения уровня газообразных выбросов оксидов (или уменьшения количества реагентов) наиболее эффективно питание РК пачечным стример-ным разрядом при длительности импульсов 100.200 не знакопеременной формы напряжения, содержащего 3 полупериода высокого напряжения амплитудой 50. 100 кВ, с частотой повторения пачек 100. .1000 Гц.

8. На основе проведенных экспериментальных исследований и теоретического анализа технологических процессов предложена концепция создания универсального комплекса источников питания пылегазоочистного оборудования, состоящего из пачечно-знакопеременного ИИП наносекундной длительности РК (предионизатора), источника 31 111 секундной длительности и приставки ИИП микросекундной длительности. Все источники питаются от общего устройства ВЧС с сетью на частоте 12 кГц. Алгоритм управления в процессе работы комплекса оптимизируется по критерию минимального уровня выходной запылённости и загазованности, благодаря использованию в цепях обратной связи систем управления агрегатами пылемеров и газоанализаторов.

9. Разработан многопроходный импульсный оптический пылемер на основе инфракрасного светодиода с передающим объективом, оптической схемой, работающей, как на просвет, так и на отражение, позволяющий работать на газоходах диаметром до 6 м при запылённости от 10 до 500 мг/м3 и любом, реально существующем уровне паразитной засветки.

10. Разработан и испытан на ТЭЦ-22 переносной измеритель УЭС пыли в.

2 12 диапазоне ру= 10 .10 Ом’м.

11.Результаты диссертационной работы использованы: а) на ТЭЦ 22 г. Дзержинский, Мосэнергоб) при создании стенда газоочистки ВТИ им. Куйбышева г. Москвав) на Ачинском глинозёмном комбинатег) при создании стенда пылеочистки научно-инженерного центра силовой электроники и СВЧ-комплексов ФГУП ВЭИ г. Москвад) для питания ЭФ Назаровской ГРЭСе) при разработке новых ЭЛВ на заводе «Контакт» г. Саратовж) при разработке курса лекций на тему: «Электровакуумные и газоразрядные приборы для высоковольтной импульсной техники» на кафедре Электронные приборы МЭИ г. Москва.

Таким образом, результатом диссертационных исследований явилось решение важнейшей научно-технической проблемы в области экологии по созданию высокоэффективных источников питания ЭФ и РК, обеспечивающих существенное улучшение степени пылеи газоочистки ТЭС и промышленных предприятий.