RU2107986C1

RU2107986C1 - Device for supplying electric precipitators with dc and pulse voltage simultaneously

Info

Publication number: RU2107986C1
Application number: RU92015892A
Authority: RU
Inventors: Александр Залманович Понизовский; Лазарь Залманович Понизовский; Виктор Александрович Потапов; Адольф Павлович Шведчиков
Original assignee: Александр Залманович Понизовский; Лазарь Залманович Понизовский; Виктор Александрович Потапов; Адольф Павлович Шведчиков
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 1998-03-27

Abstract

FIELD: thermal engineering. SUBSTANCE: precipitator has series-connected power transformer, rectifier, and corona-forming electrode of precipitator whose opposite electrode is grounded, as well as pulse voltage generator connected in parallel to precipitator and built up of odd number of series-connected capacitors, first group of charging inductance coils each connected in series with respective diode of first group, and second group of charging inductance coils each connected in series with respective diode of second group of assembly of lightning arrestors whose outputs are connected through inductance coils of assembly in parallel to every second capacitor of first group, second group of capacitors each being shorted out by respective resistor of assembly and connected to power inputs of respective controlled lightning arrestors of assembly and to respective charging inductance coils of group of starting unit connected to control electrodes of assembly lightning arrestors through secondary windings of group of pulse transformer and phase shifter whose output is connected to input of starting unit and input, to primary winding of power transformer. EFFECT: improved design.

Description

Изобретение относится к устройствам по очистке потока отходящих от ТЭЦ, металлургических и иных производств газов от пыли и вредных органических и неорганических примесей, таких, как фенол, бензол, гидрохинон, оксиды азота и серы и т.п., а именно к конструкции систем питания электрофильтров совместно постоянным и импульсным напряжением. The invention relates to a device for cleaning the flow of exhaust from CHP, metallurgical and other gas production from dust and harmful organic and inorganic impurities, such as phenol, benzene, hydroquinone, nitrogen and sulfur oxides, etc., namely, the design of power systems electrostatic precipitators together with direct and pulse voltage.

Известно, что питание электрофильтров комбинированным напряжением, в котором на постоянное напряжение накладывается импульсное напряжение, увеличивает эффективность электрофильтров [1]. Кроме того, известно, что воздействие на отходящие газы серы и азота, импульсной короны, возбуждаемой наносекундными импульсами напряжения с амплитудой в десятки киловольт, приводит к окислению указанных окислов в присутствии влаги до аэрозолей кислот, которые вместе с пылью удаляются из потока газа в паузе между импульсами как при работе обыкновенного электрофильтра. При этом для осуществления эффективного процесса очистки газов частота следования импульсов должна быть порядка нескольких десятков герц, а амплитуда импульсов должна быть значительно выше, чем значение постоянного напряжения [2]. It is known that feeding electrostatic precipitators with a combined voltage, in which a pulse voltage is applied to a constant voltage, increases the efficiency of electrostatic precipitators [1]. In addition, it is known that exposure to exhaust gases of sulfur and nitrogen, a pulsed corona, excited by nanosecond voltage pulses with an amplitude of tens of kilovolts, leads to the oxidation of these oxides in the presence of moisture to acid aerosols, which together with the dust are removed from the gas stream in the pause between pulses as when using an ordinary electrostatic precipitator. Moreover, for the implementation of an effective gas purification process, the pulse repetition rate should be of the order of several tens of hertz, and the pulse amplitude should be significantly higher than the constant voltage [2].

Известно устройство для питания электрофильтров совместно постоянным и импульсным напряжениями, содержащее два управляемых выпрямителя, тиристорный ключ, импульсный трансформатор, накопительный и разделительный конденсаторы, поджигающие и управляющие устройства [3]. A device for powering electrostatic precipitators together with constant and pulse voltages, containing two controlled rectifiers, a thyristor switch, a pulse transformer, storage and isolation capacitors, igniting and control devices [3].

Недостатком такого устройства является наличие двух источников постоянного напряжения, синхронное управление которыми представляет существенную сложность. Кроме того, генерация мощных наносекундных импульсов с помощью импульсного трансформатора представляет значительные трудности. The disadvantage of this device is the presence of two sources of constant voltage, synchronous control of which is a significant difficulty. In addition, the generation of powerful nanosecond pulses using a pulse transformer presents significant difficulties.

Наиболее близким по техническому решению к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для питания электрофильтров, содержащее последовательно включенные силовой трансформатор, выпрямитель, разделительную катушку индуктивности и электрофильтр, подключенный параллельно выпрямителю и электрофильтру генератор импульсных напряжений (ГИН), состоящий из нечетного количества последовательно соединенных конденсаторов первой группы, группы управляемых разрядников, выходами подключенных через катушки индуктивности группы параллельно каждому второму конденсатору первой группы, две группы разрядных индуктивностей, подключенных параллельно конденсаторам первой группы через один, блок запуска управляемых разрядников, подключенный выходом к управляющим электродам через вторичные обмотки импульсного трансформатора [4]. The closest technical solution to the claimed invention is the selected device as a prototype device for powering electrostatic precipitators, containing a series-connected power transformer, a rectifier, an inductive inductor and an electrostatic precipitator connected in parallel to the rectifier and an electrostatic precipitator (VIN), consisting of an odd number of series-connected capacitors of the first group, a group of controlled arresters, outputs connected through coils of indu group activity in parallel to each second capacitor of the first group, two groups of discharge inductances connected in parallel to the capacitors of the first group through one, a controlled arrester triggering unit, connected to the output electrodes through the secondary windings of a pulse transformer [4].

Недостатком данного устройства является то, что при его работе закрытие разрядников происходит только после протекания через них всего заряда, накопленного в конденсаторах ГИН первой группы, из-за чего резко снижается КПД. Кроме того, наличие в данном устройстве разделительной индуктивности большого номинала со значительным омическим сопротивлением также приводит к снижению КПД. The disadvantage of this device is that during its operation, the closure of the arresters occurs only after the entire charge accumulated in the first group of GIN capacitors flows through them, which reduces the efficiency sharply. In addition, the presence in this device of a separation inductance of a large rating with significant ohmic resistance also leads to a decrease in efficiency.

Целью изобретения является повышение КПД. The aim of the invention is to increase efficiency.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно включенные силовой трансформатор, выпрямитель и электрофильтр, подключенный параллельно выпрямителю и электрофильтру генератор импульсных напряжений (ГИН), состоящий из нечетного количества последовательно соединенных конденсаторов первой группы, группы управляемых разрядников, выходами подключенных через катушки индуктивности группы параллельно каждому второму конденсатору первой группы, двух групп зарядных катушек индуктивности, подключенных параллельно конденсаторам первой группы через один, блок запуска управляемых разрядников, подключенный выходом к управляющим электродам через вторичные обмотки импульсного трансформатора, ГИН дополнительно содержит группу зашунтированных резисторами разделительных конденсаторов, каждый из которых последовательно соединен с силовыми выходами управляемых разрядников и с соответствующими зарядными катушками индуктивности первой группы, две группы диодов, каждый из которых последовательно соединен с зарядной катушкой индуктивности соответствующей группы и параллельно - с каждым вторым конденсатором первой группы, и фазовращатель, выход которого подключен ко входу блока запуска управляемых разрядников, а вход - к силовому трансформатору. The goal is achieved in that in a device containing a series-connected power transformer, a rectifier and an electrostatic precipitator connected in parallel to the rectifier and an electrostatic precipitator voltage generator (GIN), consisting of an odd number of series-connected capacitors of the first group, a group of controlled arresters, outputs connected through the inductors of the group parallel to every second capacitor of the first group, two groups of charging inductors connected in parallel to the first group of controllers through one, a controlled arrester start-up unit connected to the output electrodes through the secondary windings of a pulse transformer, the GIN additionally contains a group of isolating capacitors shunted by resistors, each of which is connected in series with the power outputs of the controlled arresters and with the corresponding charging inductors of the first group, two groups of diodes, each of which is connected in series with the charging inductor of the corresponding Rupp and parallel - each second capacitor of the first group and the phase shifter, the output of which is connected to the input of block start controlled fuses and input - to a power transformer.

На фиг. 1 представлено устройство, выполненное согласно изобретению; на фиг. 2 - полярность зарядки конденсаторов в исходном состоянии (а) и после срабатывания разрядника (b). In FIG. 1 shows a device made according to the invention; in FIG. 2 - polarity of the charging of the capacitors in the initial state (a) and after the operation of the spark gap (b).

Устройство для одновременного питания электрофильтров постоянным и импульсным напряжением содержит последовательно включенные силовой трансформатор 1, выпрямитель 2 и коронирующий электрод электрофильтра 3, противоположный электрод 4 которого заземлен. Параллельно электрофильтру подключен генератор импульсного напряжения (ГИН), состоящий из нечетного количества последовательно соединенных конденсаторов 5.1...5.2 n+1, где n - число ступеней ГИН, первой группы зарядных катушек индуктивности 6.1...6.n, каждая из которых включена последовательно с соответствующим диодом 7.1...7.n первой группы, и второй группы зарядных катушек индуктивности 8.1...8.n, каждая из которых включена последовательно с соответствующим диодом 9.1...9.n второй группы, из группы управляемых разрядников 10.1...10.n, подключенных выходами через катушку индуктивности группы 11.1...11.n к каждому второму конденсатору первой группы 5.1...5.n, группы разделительных конденсаторов 12.1...12.n, каждый из которых зашунтирован соответствующим резистором группы 13.1...13.n и соединен с силовыми выходами соответствующих управляемых разрядников группы 10.1. . . 10.n и с соответствующими зарядными катушками индуктивности группы 6.1...6.n, блока запуска 14, подключенного к управляющим электродам разрядников группы 10.1...10.n через вторичные обмотки группы 14.1...14.n импульсного трансформатора 15 и фазовращателя 16, выход которого подключен ко входу блока запуска 14, а вход - к первичной обмотке силового трансформатора 1. A device for the simultaneous supply of electrostatic precipitators with constant and pulse voltage comprises a power transformer 1, a rectifier 2 and a corona electrode of an electrostatic precipitator 3 connected in series, the opposite electrode 4 of which is grounded. A pulse voltage generator (GIN) is connected in parallel with the electrostatic precipitator, consisting of an odd number of series-connected capacitors 5.1 ... 5.2 n + 1, where n is the number of stages of the GIN, the first group of charging inductors 6.1 ... 6.n, each of which is turned on in series with the corresponding diode 7.1 ... 7.n of the first group, and the second group of charging inductors 8.1 ... 8.n, each of which is connected in series with the corresponding diode 9.1 ... 9.n of the second group, from the group of controlled arresters 10.1 ... 10.n connected by outputs without an inductor of group 11.1 ... 11.n to each second capacitor of the first group 5.1 ... 5.n, groups of isolation capacitors 12.1 ... 12.n, each of which is bridged by a corresponding resistor of group 13.1 ... 13.n and connected to the power outputs of the corresponding controlled arrester group 10.1. . . 10.n and with the corresponding charging inductance coils of group 6.1 ... 6.n, the starting block 14 connected to the control electrodes of the spark gap of group 10.1 ... 10.n through the secondary windings of group 14.1 ... 14.n of the pulse transformer 15 and phase shifter 16, the output of which is connected to the input of the start-up unit 14, and the input to the primary winding of the power transformer 1.

Для пояснения работы устройства рассмотрим функционирование первой ступени ГИН, образованной конденсаторами 5.1. . .5.3. (Остальные ступени функционируют аналогичным образом). При подключении силового трансформатора 1 к сети происходит зарядка конденсаторов 5 ГИН. Благодаря наличию емкости между коронирующим 3 и заземленным 4 электродами электрофильтра на электроде 3 существует постоянное напряжение U₃, близкое к амплитуде напряжения на вторичной обмотке трансформатора 1. Зарядные индуктивности 6 и 8 подсоединены к конденсаторам 5 через один, что позволяет параллельно зарядить конденсаторы ступени 5.1, 5.2, 5.3 до напряжения U₃, причем полярность зарядки среднего конденсатора 5.2 противоположна напряжению зарядки крайних конденсаторов 5.1, 5.3.To explain the operation of the device, we consider the operation of the first stage of the GIN formed by capacitors 5.1. . .5.3. (The remaining steps function in a similar way). When the power transformer 1 is connected to the network, 5 GIN capacitors are charged. Due to the presence of a capacitance between the corona 3 and the grounded 4 electrostatic precipitator electrodes on the electrode 3, there is a constant voltage U ₃ close to the voltage amplitude on the secondary winding of the transformer 1. The charging inductors 6 and 8 are connected to the capacitors 5 through one, which allows parallel charging of the capacitors of stage 5.1, 5.2, 5.3 to a voltage of U ₃ , and the polarity of the charging of the middle capacitor 5.2 is opposite to the charging voltage of the extreme capacitors 5.1, 5.3.

Сказанное поясняет схема (фиг. 2а), на которой полярность зарядки обозначена сплошными векторами. Фазовращатель 16 обеспечивает подачу на управляющий электрод разрядника 10.1 поджигающего импульса от блока запуска 13 через вторичную обмотку 14.1 импульсного трансформатора 15 в тот момент времени, когда синусоидальное напряжение питающей сети проходит через нуль. При этом образуется колебательный контур, составленный последовательно соединенными емкостями 5.2 и 12.1 и индуктивностью 11.1, замкнутый через сопротивление искры разрядника 10.1, в котором начинается колебательный процесс, приводящий к перезарядке конденсатора 5.2 с периодом порядка 100-200 нс, определенным величинами элементов, образующих колебательный контур. Эта перезарядка приводит к тому, что в определенный момент времени напряжение на конденсаторе 5.2 меняет свое направление, и напряжения на конденсаторах 5.1, 5.2 и 5.3 складываются. Эта ситуация показана на фиг. 2b пунктирными векторами. В том случае, когда разделительные конденсаторы 12 имеют емкость, много большую, чем емкость конденсаторов 5, амплитуда напряжения на конденсаторе 5.2 мало отличается от величины U₃, и на выходе ступени генерируется импульс с амплитудой U≈3U₃, а на выходе всего ГИН - импульс с амплитудой U≈(2n+1)U₃, который прикладывается к коронирующему электроду электрофильтра 3. При этом в электрофильтре возникает импульсная корона, и напряжение на выходе ГИН на короткое время падает вследствие частичного разряда конденсаторов 5. Поскольку длительность импульса много меньше, чем частота питающей сети, то за это время даже при двухполупериодном выпрямлении напряжение сети практически остается нулевым, поэтому подпитка искры в разряднике внешним током отсутствует, и после нескольких колебаний в контуре 5.2 - 12.1 - 11.1 напряжения на конденсаторах 5.2 и 12.1 становятся близкими по величине и противоположными по направлению, в результате чего напряжение на разряднике 10.1 оказывается близким к нулю и разряд прекращается. Расчет показывает, что в этот момент абсолютная величина остаточного напряжения на указанных конденсаторах не превышает U₃/3.The aforesaid is explained by the circuit (Fig. 2a), in which the polarity of the charge is indicated by solid vectors. The phase shifter 16 provides the supply to the control electrode of the spark gap 10.1 of the ignition pulse from the start block 13 through the secondary winding 14.1 of the pulse transformer 15 at a time when the sinusoidal voltage of the supply network passes through zero. In this case, an oscillatory circuit is formed, composed in series by capacitors 5.2 and 12.1 and inductance 11.1, closed through the spark resistance of the spark gap 10.1, in which the oscillatory process begins, leading to the recharging of the capacitor 5.2 with a period of the order of 100-200 ns, determined by the values of the elements forming the oscillatory circuit . This recharging leads to the fact that at a certain point in time the voltage on the capacitor 5.2 changes its direction, and the voltages on the capacitors 5.1, 5.2 and 5.3 add up. This situation is shown in FIG. 2b by dotted vectors. In the case where the separation capacitors 12 have a capacitance much larger than the capacitance of the capacitors 5, the voltage amplitude at the capacitor 5.2 differs little from the value of U ₃ , and a pulse with an amplitude of U≈3U _{3 is} generated at the output of the stage, and at the output of the entire GIN, a pulse with an amplitude U≈ (2n + 1) U ₃ , which is applied to the corona electrode of the electrostatic precipitator 3. In this case, a pulsed corona appears in the electrostatic precipitator and the voltage at the output of the GIN drops for a short time due to the partial discharge of the capacitors 5. Since the duration of the pulses If the voltage is much less than the frequency of the supply network, then during this time even with half-wave rectification, the mains voltage remains practically zero, therefore there is no external current supply to the spark in the spark gap, and after several oscillations in the circuit 5.2 - 12.1 - 11.1, the voltage across the capacitors 5.2 and 12.1 become close in magnitude and opposite in direction, as a result of which the voltage across the arrester 10.1 is close to zero and the discharge ceases. Calculation shows that in this moment, the absolute value of the residual voltage on said capacitor is less than U _3/3.

Одновременно с основным колебательным процессом в ГИН возникают дополнительные колебания с частотой, определяемой величинами емкостей 5.1, 5.3 и индуктивностей 6.1, 7.1. Частота этих колебаний много меньше частоты колебаний основного контура. Диоды 8.1, 9.1 служат для демпфирования низкочастотных колебаний. После прекращения всех колебаний происходит переток остаточного заряда по емкостям 5.1-5.3, и напряжение на выходе генератора восстанавливается до величины, которая зависит от энергии, отданной генератором в нагрузку и запасенной в емкостях 12.1. Таким образом, на следующих после первого циклах заряда мощность, отбираемая от зарядной цепи, уменьшается. Сопротивление резисторов 13, шунтирующих емкости 12, выбирается таким, чтобы в период между закрытием разрядника и приходом следующего пускового импульса емкости 12 успели разрядиться. При этом мощность, рассеиваемая в резисторах 13, не превышает 30% от мощности, потребляемой ГИН от зарядного устройства. Simultaneously with the main oscillatory process in the GIN, additional oscillations arise with a frequency determined by the capacitances 5.1, 5.3 and inductances 6.1, 7.1. The frequency of these oscillations is much lower than the frequency of oscillations of the main circuit. Diodes 8.1, 9.1 are used to damp low-frequency oscillations. After the cessation of all oscillations, the residual charge flows over the capacitors 5.1-5.3, and the voltage at the generator output is restored to a value that depends on the energy given by the generator to the load and stored in the containers 12.1. Thus, in the next after the first charge cycle, the power taken from the charging circuit decreases. The resistance of the resistors 13, shunting the capacitance 12, is selected so that in the period between the closure of the spark gap and the arrival of the next starting pulse of the capacitance 12 have time to discharge. Moreover, the power dissipated in the resistors 13 does not exceed 30% of the power consumed by the GIN from the charger.

Claims

A device for simultaneously supplying an electrostatic precipitator with constant and pulsed voltages, containing a power transformer, a rectifier, an electrostatic precipitator connected in parallel with an electrostatic precipitator pulse generator, consisting of an odd number of series-connected capacitors of the first group, a group of controlled arresters, the outputs of which are connected through inductors to each second capacitor the first group, two groups of charging inductors connected pairs allele to the capacitors of the first group through one, and a controlled arrester triggering unit connected to the output electrodes of the controlled arrester through the secondary windings of a pulse transformer, characterized in that it additionally contains a second group of capacitors shunted by resistors, each of which is connected in series with the power leads of the controlled arresters, two groups of diodes, each of which is connected in series with the corresponding charging inductance coil of the corresponding groups, and a phase shifter, the output of which is connected to the input of the triggered arrester launch unit, and the input to the power transformer.