Референция

КОРРОЗИОННО-СТОЙКИЕ ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ДЛЯ ГАЗООЧИСТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Мошкина С.А., к.т.н.,
Генеральный директор ЗАО «НПФ «Газоочистка» и ОАО “НИИОГАЗ”,
Москва, Россия
1. О ФИРМЕ
«Научно-производственная фирма Газоочистка» («НПФ Газоочистка») образована в
1998 году на базе института «НИИОГАЗ» (Научно-исследовательский институт по
промышленной и санитарной очистке газов), которому принадлежит идея создания в России
организации, объединяющей в единое целое научные исследования и ОКР, изготовление
продукции, монтаж и пуско-наладочные работы, и за эти годы превратилась в одну из ведущих
организаций России в области защиты атмосферы от загрязнения вредными выбросами
предприятий различных отраслей промышленности.
«НПФ Газоочистка» представляет собой Холдинг, состоящий из ряда организаций,
каждая из которых, решая определенную задачу в области газоочистки, позволяет фирме
осуществить поставку любой установки газоочистки от проекта до пуско-наладки. Структура
ЗАО «НПФ Газоочистка»
приведена на рис. 1.
ОАО «НИИОГАЗ»
Научно-исследовательский институт по промышленной
и санитарной очистке газов
ООО «ПРОМГАЗООЧИСТКА акс» - разработка,
производство и монтаж газоочистного оборудования
ОАО «Каширский завод металлоконструкций»
Производство газоочистного оборудования
ОАО «Раменский электротехнический завод «Энергия»
Производство агрегатов питания и систем управления
Рис.1. Структура ЗАО «НПФ Газоочистка»
Сотрудниками НИИОГАЗа, который был основан еще в 1931 году и существует уже
более 70 лет, разрабатываются теоретические основы процессов и принципы конструирования
аппаратов и систем очистки газов.
Системами газоочистки НИИОГАЗ оснащены многие предприятия России, ближнего и
дальнего зарубежья. По разработкам института произведены, поставлены, смонтированы и
введены в действие газоочистные установки на предприятиях Боливии, Вьетнама, Египта,
2
Индонезии, Израиля, Индии, Кубы, Китая, Марокко, Монголии, Польши, Республики Корея,
Таиланда, Турции, Финляндии, Чили, Чехии, Швеции.
В состав «НПФ Газоочистка» входят также два завода – изготовители оборудования:
Каширский завод металлоконструкций – механического;
Раменский завод “Энергия” –
электротехнического.
“Промгазоочистка АКС” специализируется на разработке и изготовлении полимерных
мокрых электрофильтров и за 10 лет существования внедрила более 50 электрофильтров
новейших модификаций.
«НПФ
Газоочистка»
разрабатывает
проекты
установок
газоочистки
любой
производительности - от нескольких сотен до миллионов м3/час.
Структура фирмы позволяет выполнять целый комплекс работ по принципу “под
ключ”, включая обследование, выдачу технических предложений, НОУ-ХАУ, выполнение
проектно-конструкторской документации, изготовление, поставку, шефмонтаж, пуско-наладку,
гарантийное и послегарантийное обслуживание систем газоочистки. Но это не исключает и
выполнения отдельных этапов работ как для строительства новых, так и для реконструкции
действующих установок газоочистки.
“НПФ Газоочистка” разрабатывает и поставляет все виды газоочистного оборудования,
включая скрубберы, электрофильтры, рукавные, волокнистые и патронные фильтры и другие
аппараты, используемые в различных отраслях промышленности, а также занимается не только
новыми системами газоочистки, но и осуществляет реконструкцию уже существующих
аппаратов и систем. В основу реконструкции положен принцип: реконструкция с
минимальными
финансовыми
затратами
и
максимальной
эффективностью,
включая
модернизацию электрофильтров с их трансформацией в рукавные фильтры.
2. ПРИМЕНЕНИЕ КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В
«МОКРЫХ» ЭЛЕКТРОФИЛЬТРАХ
Для очистки газов, содержащих туман и капли серной кислоты и других химических
агрессивных веществ, до последнего времени, несмотря на конкуренцию со стороны
туманоуловителей, используются электрофильтры. Внутреннее оборудование элетрофильтров
изготовлено большей частью из свинца и освинцованной стали, кремнистого чугуна,
никельсодержащей коррозионностойкой стали. В основном эти электрофильтры разработаны в
60-80-х годах прошлого столетия.
Практика эксплуатации электрофильтров из таких материалов показала конструктивные и
технологические
недостатки
этих
аппаратов,
а
именно:
высокую
материалоемкость,
трудоемкость изготовления, длительность монтажа, возможность деформации свинцовых
3
электродов, применение вредных свинцово-паяльных работ внутри закрытых объемов,
коррозию металлов.
В настоящее время как в России, так и в других странах, с целью ликвидации указанных
недостатков разрабатываются конструкции электрофильтров из полимерных материалов.
Основными преимуществами использования полимеров является их высокая химическая
стойкость и гидрофобность, которая практически исключает шламовые отложения на
поверхности электродов. Применение полимерных конструкций электродов значительно
снижает материалоемкость, сокращает время монтажа в несколько раз. Кроме того, значительно
сокращаются вредные для здоровья человека свинцово-паяльные работы, тем самым снижается
трудоемкость и улучшаются условия труда.
Указанные полимерные электрофильтры, разработанные в России НИИОГАЗом и
Промгазоочисткой АКС,
имеют ряд преимуществ перед зарубежными аналогами как в
конструктивном, так и в материальном оформлении.
В качестве конструкционного материала используется полимерный композиционный
материал на основе полипропилена.
Важным преимуществом разработанного композиционного материала являются высокая
электро-
и
теплопроводность,
технологичность,
высокая
химическая
стойкость,
формоустойчивость и морозостойкость.
Для исключения разрушения полимерного материала при электрических пробоях,
необходимо, чтобы конструкционный материал обладал достаточной теплопроводностью.
Установлено, что полимерный материал не повреждается при использовании материала с
коэффициентом теплопроводности 0,5 Вт/(м*К) и электропроводностью 10-2 ом-1*м-1.
Разрушение полимерного материала определяется также такими характеристиками, как
температура плавления, температура интенсивной деструкции материала.
Стойкость различных полимерных материалов к действию химической среды как показано
на рис. 2 оценивали по изменению массы и механических свойств стандартных образцов в
ненапряженном состоянии после выдержки в течение определенного промежутка времени в 5
% растворе Н2SO4 при температуре (80 ± 2) oС. Химический реагент, его концентрацию и
температуру
выбирали
в
соответствии
с
условиями
эксплуатации
материала.
Продолжительность испытания определялась временем, необходимым для установления
сорбционною равновесия или нестойкости образцов полимерных композиций в данной среде
(явное растворение или деструкция).
4
Рис. 2. Изменение массы различных материалов на полимерной основе при экспозиции в
5% растворе серной кислоты:
1 – полистирол;
2 – полиэтилен;
3 – полипропилен;
4 – электропроводящий композиционный материал на основе полипропилена.
Как видно из приведенных графиков, кривая 4, отображающая сорбционную способность
разработанного электропроводящего композиционного материала (ЭМ),
расположена ниже
кривых 1, 2 и 3, отображающих сорбционные способности ранее предложенных материалов, а,
следовательно, химическая стойкость ЭМ в данной среде наиболее высокая. Исследования
микроструктур поверхности образцов, выполненные на сканирующем микроскопе “GEOLI
ISM-5300 LV” (Япония), продемонстрировали увеличение степени кристалличности вследствие
образования на поверхности материла ориентированных плотно упакованных структур
полипропилена, что приводит к снижению сорбции 5% раствора серной кислоты.
Основные
характеристики
представлены в табл.1
электропроводящего
композиционного
Таблица 1.
Свойства электропроводящего материала
Материал
Показатели_
ЭМ
2
-5
Коэффициент диффузии, м /с 10
93,0
2
Коэффициент проницаемости, г/(м ч) 10
2,76
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа
21,0
Относительное удлинение при разрыве, %
Ударная вязкость, кДж/м2
Коэффициент теплопроводности, Вт/ м *К
Удельное объемное электрическое
сопротивление, Ом *м *10 2
Т= 20 oС
Т = 80 oС
19,7
23,3
0,50
0,486
0,956
материала
5
Отметим, что разработанный композиционный полимерный материал на основе
полипропилена обладает более стабильными электрическими характеристиками в широком
диапазоне температур, высокой теплопроводностью, устойчивостью к действию электрических
разрядов, технологичностью, более низкой сорбцией агрессивной среды, стабильностью
геометрических размеров и механических свойств в условиях эксплуатации.
Все перечисленные параметры разработанного композиционного материала на основе
полипропилена позволяют значительно увеличить надежность и эффективность работы
электрофильтра.
В процессе совершенствования техники очистки газов постоянно повышались требования к
глубине очистки газов от мелкодисперсного тумана – задаче, ранее невыполнимой. Для ее
решения потребовались новые конструкции электрофильтров и, как основного элемента
аппарата – новые конструкции коронирующего электрода.
Одна из наиболее распространенных в настоящее время конструкций коронирующего
электрода приведена на рис 3.
Рис. 3. Коронирующий электрод из электропроводящего полипропилена.
Коронирующий электрод за счет оригинальной конструкции, имеющей фиксированные
точки коронирования, формоустойчивости
под действием электрических разрядов и
применения гидрофобного материала обладает принципиально более высокой эмиссионной
способностью по сравнению с металлическими аналогами.
Для
современных
электрофильтров
необходима
надежная,
простая,
легкая
система
осадительных электродов. В настоящее время нашей фирмой разработана и освоена в
6
производстве осадительная система двух типов – подвесная и самонесущая, выполненных из
полимерных материалов и отличающиеся как по конструкции, так и по стоимости.
Первая подвесная
(рис. 4)
–
дешева, проста в сборке,
обладает
высокой
ремонтопригодностью путем замены отдельных элементов, хорошо зарекомендовала себя в
электрофильтрах, работающих при малых концентрациях твердых веществ.
Рис. 4. Чертеж конструкции сотового осадительного электрода
Вторая самонесущая монолитная (Рис. 5) – осадительная система заводской готовности.
Сборка осуществляется с высокой точностью. После доставки к месту монтажа монтируется
краном прямо в корпус.
7
Монтаж
осадительной
системы
осуществляется
готовыми
блоками,
в
данной
конструкции отсутствует трубная решетка, что снижает металлоемкость и сроки монтажа.
Применение специальной технологии позволяет изготовить монолитную систему, в которой
отсутствуют “паразитные” зоны и максимизируется активная площадь электрофильтра, что
значительно увеличивает эффективность очистки и позволяет очищать газ с большой
запыленностью.
Рис.5. Самонесущая осадительная система в сборе.
Электрофильтры комплектуются современными агрегатами питания ОПМД в комплекте с
системой управления “МЭФИС”, которая обеспечивает комплексное управление полями
электрофильтра, в том числе и агрегатами питания, системой регенерации осадительных и
коронирующих электродов, форкамер, вибраторами бункеров, транспортером пыли и другими
механизмами электрофильтра с выводом всех параметров и вольт-амперных характеристик
электрофильтра на экран компьютера.
Некоторые результаты промышленного внедрения
мокрых полимерных электрофильтров в цветной металлургии
1. На ГМК «Норильский никель»
В 2005 году на мокром электрофильтре МЭФ №5 ОАО ГМК «Норильский никель» была
проведена замена проволочных коронирующих электродов на полимерные зубчатые
коронирующие электроды.
После пуска данного электрофильтра центральной лабораторией ПВС центра диагностики
Медного завода были проведены сравнительные испытания обычных МЭФ №3; 4 и
модернизированного
МЭФ
№5.
По
результатам
испытаний
был
выпущен
отчет
«Сравнительные испытания мокрых электрофильтров МГО, оснащенных стандартными
проволочными и игольчатыми коронирующими электродами конструкции ОАО «НИИОГАЗ».
В ходе сравнительных испытаний производилось снятие вольтамперных характеристик и
8
инструментальные пыле-газовым замеры электрофильтров №3,4,5. На рис.6 представлены
данные по вольтамперным характеристикам и данные по инструментальным пыле-газовым
замерам электрофильтров №3,4,5. Как видно из данных по вольтамперным характеристикам,
при аналогичном напряжении наблюдается увеличение токовых нагрузок в 4 раза в
электрофильтре №5, что свидетельствует об интенсификации электрического режима
электрофильтра, снижении энергозатрат.
Вольт-амперные характеристики на воздухе и на газе
электрофильтров МЭФ №3,4,5
I, мА
450
МЭФ № 5
ВАХ на газе
400
МЭФ № 5
ВАХ на воздухе
350
МЭФ № 3
ВАХ на воздухе
300
МЭФ № 3
ВАХ на газе
250
200
МЭФ № 4
ВАХ на воздухе
150
МЭФ № 4
ВАХ на газе
100
50
0
0
10
20
30
40
50
60
U, кВ 70
Рис.6. Вольт-амперные характеристики на воздухе и газе электрофильтров МЭФ №№3,4,5
ГМК “Норильский никель”
2. На ГМК «Болеслав»
Была проведена реконструкция свинцовых электродов типа звездочка на полимерный
вариант электрофильтра (FKS2) 1 ступени серно-кислотного производства на Горнометаллургическом комбинате (ГМК) «Болеслав», г. Буковно, Польша. (Две линии по
производству H2SO4 по 2 электрофильтра в каждой).
Анализ данных показал, что реконструированный электрофильтр FKS2-1 работает в
предпробивном режиме при плотности тока короны 0,3 мА/м при средней напряженности поля
4,6 кВ/см; скорость газа в активном сечении электрофильтра при этом составила 0,81 м/с.
Не реконструированный электрофильтр FKS1-1 при этих же условиях работает в
предпробивном режиме при плотностях тока короны 0,13 мА/м при средней напряженности
поля 5,7 кВ/см.
9
Через 70 дней после пуска, ГМК «Болеслав» представил ВАХ всех четырех электрофильтров
двух сернокислотных линий (обозначение FKS1-1; FKS1-2; FKS2-1; FKS2-2) (рис.7).
Как видно из рис.7 электрофильтр (FKS2) после реконструкции 1 ступени имеет
электрические характеристики выше, чем аналогичный не реконструированный электрофильтр
2 ступени.
I, мА
200
FKS1 1ступень
FKS1 2ступень
FKS2 1ступень реконструированный электрофильтр
FKS2 2ступень
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
U, кВ
75
Рис.7. ВАХ электрофильтров сернокислотных линий FKS1 и FKS2 ГМК "Болеслав"
Референция
Разработанные полимерные электрофильтры успешно эксплуатируются на многих
предприятиях, например, на Гродненском ПО “Азот”, Череповецком ОАО «Аммофос»,
Челябинском цинковом заводе, заводе «Ярославнефтеоргсинтез», комбинате «Североникель»,
комбинате «Ангарскнефтеоргсинтез», Омском НПЗ, Новосибирском аффинажном заводе, ГМК
“Норильский никель”, ГМК “Болеслав”, (г. Буковно, Польша), ОАО “Уралэлектромедь” и
многих других предприятиях.
Заключение
Преимущества электрофильтров из полимерных материалов
перед металлическими:
низкая материалоемкость, высокая химическая стойкость, ремонтопригодность, сжатые сроки
монтажа, низкая гидрофобность, которая практически исключает шламообразование на
электродах.
Преимущества электрофильтров нашей фирмы перед зарубежными аналогами: при
высоком техническом и инженерном уровне наши аппараты дешевле иностранных фильтров.
Все перечисленное демонстрирует техническую и экономическую целесообразность
применения полимерных электрофильтров.